無線頻譜的短缺一直是世界各國(guó)的難題，其珍貴性就像礦石中的鉆石。作為全球技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，美國(guó)在這方面肯定會(huì)有所行動(dòng)。經(jīng)過多年努力，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)終于展示了其國(guó)家寬帶計(jì)劃——公民寬帶無線電服務(wù)(CBRS)。它并沒有像5G技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)那樣受到重視，但其影響力仍不容小覷。如果CBRS運(yùn)行成功，它將緩解無線頻譜的短缺。

初見CBRS

CBRS，Citizens Broadband Radio Services，公民寬帶無線電服務(wù)，單純從名字上，讓我們感受到該項(xiàng)服務(wù)似乎更接近于普通群眾。CBRS說白了就是包含3550MHz到3700MHz這一段頻譜，一共150MHz資源，并通過一個(gè)三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理。由于該頻譜是未經(jīng)授權(quán)的(也就是免費(fèi)的)，所以各大企業(yè)都在瞄準(zhǔn)這段頻譜。

如下圖所示CBRS在48頻段上，通常被稱為專用LTE。LTE技術(shù)能夠支持兩種通信模式：FDD(頻分雙工)和TDD(時(shí)分雙工)。

FDD指?jìng)鬏敂?shù)據(jù)時(shí)需要兩個(gè)獨(dú)立的信道，一個(gè)信道用來向下傳送信息，另一個(gè)信道用來向上傳送信息。TDD的發(fā)射和接收信號(hào)是在同一頻率信道的不同時(shí)隙中進(jìn)行的，彼此之間采用一定的保證時(shí)間予以分離。這兩種模式在實(shí)質(zhì)是相同的，相似度達(dá)到90%。只是在物理層對(duì)信道的利用方式有所不同。

敲黑板!劃重點(diǎn)

• 它是“頻段”，而不是技術(shù)(頻段48)。只要符合共享規(guī)定，任何技術(shù)(例如，理論上為L(zhǎng)TE，5G甚至非3GPP技術(shù))都可以在此頻段內(nèi)使用
• 當(dāng)前的CBRS頻譜是3550 MHz – 3700 MHz
• CBRS中的“公民”一詞表示普通企業(yè)使用的重要性(用戶對(duì)象不僅對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言)
• 這是TDD(時(shí)分雙工)頻段，這意味著它使用相同的頻段進(jìn)行發(fā)送和接收
• 旨在刺激連接和應(yīng)用程序方面的創(chuàng)新(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Wi-Fi)
• 這是一個(gè)“共享”頻段，這意味著它不像運(yùn)營(yíng)商購(gòu)買的頻段那樣完全專用，也不是沒有有效管理該頻段的Wi-Fi頻段的無執(zhí)照。由于是共享，因此該頻段旨在協(xié)調(diào)注冊(cè)方之間的使用，同時(shí)優(yōu)化寶貴頻譜資源的使用。

既是共享，又該如何管理?

上文中提過CBRS的頻譜是未經(jīng)授權(quán)的，也就是說使用的對(duì)象可以包括很多人。為了用戶之間互不干擾，CBRS還需要一個(gè)管理頻譜使用的系統(tǒng)即頻譜訪問系統(tǒng)(SAS)。

CBRS頻段來自兩個(gè)LTE頻段，分別是42個(gè)頻段(從3550到3660 MHz)和43個(gè)頻段(從3660到3700 MHz)。頻帶42和43的整個(gè)頻譜現(xiàn)在屬于CBRS，也被稱為頻帶48。這個(gè)頻段非常適合需要超高資源的服務(wù)，它可能是未來5G頻譜的重要補(bǔ)充。

CBRS頻譜共享規(guī)則共分成三層，以支持公眾的無線接入，同時(shí)也為了保護(hù)現(xiàn)有用戶免受干擾。三層設(shè)計(jì)意味著現(xiàn)有的一級(jí)服務(wù)(例如美國(guó)海軍雷達(dá)和固定衛(wèi)星地球站)優(yōu)先于其他兩個(gè)類別，優(yōu)先級(jí)由高到低依次是優(yōu)先訪問許可證(PAL)用戶和一般授權(quán)訪問(GAA)用戶。

現(xiàn)有的軍用雷達(dá)和衛(wèi)星地面站都會(huì)受到保護(hù)，以避免來自下兩層的干擾。同樣，PAL許可證持有者也受到保護(hù)，以避免來自底層GAA用戶的干擾。整個(gè)系統(tǒng)由頻譜訪問系統(tǒng)(SAS)進(jìn)行管理。

基于所有CBRS設(shè)備的云數(shù)據(jù)庫(kù)，包括其層級(jí)、識(shí)別信息、位置和其他數(shù)據(jù)，SAS進(jìn)行用戶管理和頻譜共享，并調(diào)整通道分配并防止干擾(如下圖)。SAS為CBRS設(shè)備分配通道，并確定其在每個(gè)位置的最大功率，從而確保不過載。它還對(duì)設(shè)備進(jìn)行注冊(cè)和認(rèn)證，與其進(jìn)行通信，解決頻段沖突，接收和處理干擾報(bào)告，并對(duì)現(xiàn)有(第1級(jí))用戶提供額外的干擾保護(hù)。

現(xiàn)有的檢測(cè)是通過傳感器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，這種傳感器被稱為鄰近Tier-1層安裝的ESC(環(huán)境感測(cè)能力)傳感器。CBSD(公民寬帶無線電服務(wù)設(shè)備)都是在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的設(shè)備。

為了保護(hù)一級(jí)用戶，比如雷達(dá)、衛(wèi)星和一些高級(jí)應(yīng)用，將在這些傳輸設(shè)備其附近部署傳感器，以檢測(cè)其它頻率的活動(dòng)。當(dāng)干擾發(fā)生時(shí)，傳感器會(huì)通知SAS，命令潛在的干擾設(shè)備改變通道(如下圖)。PAL牌照把150MHz頻譜中的100MHz(3550-3650MHz)進(jìn)行拍賣。每個(gè)許可人在一個(gè)單一的“普查區(qū)”中獲得10MHz頻道，牌照有效期三年，每個(gè)地區(qū)的PAL持有量不得超過七張。GAA用戶可以免費(fèi)使用未分配給高優(yōu)先級(jí)用戶的全部150MHz頻譜的任何部分。

該圖中SAS解決了所有的問題，它從ESC接收干擾檢測(cè)報(bào)告，并命令使用CBSD的設(shè)備更改信道。有室內(nèi)使用的CBSD(小型電池，A類)和室外使用的、允許更高射頻輸出電平的CBSD(基站，B類)。(資料來源：CBRS聯(lián)盟)

CBRS用武之地：部署私有網(wǎng)絡(luò)

在5G正式商用之前，Wi-Fi是用于創(chuàng)建私有網(wǎng)絡(luò)的常用技術(shù)。它的規(guī)則相對(duì)自由，設(shè)備容易獲取，花費(fèi)低，易開發(fā)。但是，與商業(yè)LTE無線網(wǎng)絡(luò)相比，它也具有明顯的缺點(diǎn)。例如，在工業(yè)、科學(xué)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的Wi-Fi的頻率是無牌照的2.45-5GHz，此外還有許多技術(shù)，比如藍(lán)牙或其它低功率的通訊技術(shù)。即使每個(gè)用戶都有一種機(jī)制來防止其與其他人的干擾，很多人一起使用時(shí)干擾幾乎是不可避免的。Wi-Fi也從未打算在多個(gè)小范圍內(nèi)使用，而且它的核心也沒有中繼功能。與標(biāo)準(zhǔn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比，Wi-Fi的頻譜利用率更低，需要幾倍的基站(Wi-Fi接入點(diǎn))數(shù)目以覆蓋給定的區(qū)域。

而CBRS允許大型公司在員工移動(dòng)設(shè)備上的自定義應(yīng)用程序，創(chuàng)建一個(gè)安全的專用LTE網(wǎng)絡(luò)而不是Wi-Fi來運(yùn)行企業(yè)級(jí)或站點(diǎn)特定的應(yīng)用程序。CBRS還可用于通過具有特定定制功能的私有網(wǎng)絡(luò)(比如增強(qiáng)的安全設(shè)計(jì))為各種設(shè)施提供建筑內(nèi)全覆蓋。簡(jiǎn)言之，由于CBRS的特殊屬性(頻譜是非授權(quán)的)讓私有LTE組網(wǎng)變得可行，不依賴無線運(yùn)行商，價(jià)格低廉，低復(fù)雜度。有需求的網(wǎng)絡(luò)所有者還可以購(gòu)買FCC認(rèn)證的設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備，并選擇SAS供應(yīng)商配置網(wǎng)絡(luò)。

CBRS還可以重新定義分布式天線系統(tǒng)(DAS)的構(gòu)建以及它的所有方式。DAS在技術(shù)和管理上是困難且昂貴的，通常超出設(shè)施經(jīng)理或其他企業(yè)的平均承受范圍。CBRS技術(shù)使得這一應(yīng)用在一些如音樂廳，體育場(chǎng)館，主題公園，商場(chǎng)，酒店及會(huì)議中心等場(chǎng)所變得可行。相對(duì)于運(yùn)行商，這一點(diǎn)可能對(duì)實(shí)體DAS運(yùn)行商吸引更大。在這種情況下，中立主機(jī)可以擁有多個(gè)私有網(wǎng)絡(luò)，聚合其流量，并通過傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商向外發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)。

科技巨頭瞄準(zhǔn)CBRS

作為無線運(yùn)營(yíng)商和低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)運(yùn)營(yíng)商的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，私有LTE網(wǎng)絡(luò)也可作為物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案，將聚合的數(shù)據(jù)從“外部世界”的“邊緣”中提取出來。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，來自許多無線功能的傳感器的數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)上聚合，然后通過LPWAN或蜂窩網(wǎng)絡(luò)向外發(fā)送到云數(shù)據(jù)服務(wù)器，最后發(fā)送給接收者(例如公司控制中心)。

此外，雖然CBRS頻譜的開放對(duì)建設(shè)私網(wǎng)提供了很大的便利，但作為CBRS網(wǎng)絡(luò)的主要推動(dòng)者的Federated Wireless首席執(zhí)行官Iyad Tarazi表示，對(duì)于大多數(shù)企業(yè)來說，啟用CBRS一直很困難。經(jīng)常有客戶打電話問他建設(shè)私有網(wǎng)絡(luò)的可能性。而他們會(huì)反過來問客戶：對(duì)頻譜基礎(chǔ)知識(shí)有多少了解，演進(jìn)分組核心的作用又是什么，以及使其專用網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)和運(yùn)行所需的一切，這些讓客戶都很無語。

現(xiàn)在用戶都在尋求一種“簡(jiǎn)單連接解決方案”，該解決方案可能用于支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序：例如連接高清安全攝像機(jī)或數(shù)字標(biāo)牌，或者為工廠的機(jī)器人技術(shù)提供專用網(wǎng)絡(luò)。

Federated Wireless目標(biāo)是通過使其新的基于CBRS的端到端托管服務(wù)可通過Amazon Web Services和Microsoft Azure Marketplace 獲得，從而使企業(yè)更容易采用利用公民寬帶無線電服務(wù)頻譜的專用網(wǎng)絡(luò)。就AWS而言，客戶可以采用4G / 5G專用網(wǎng)絡(luò)，只需一鍵配置并與通過AWS Partner Network提供的IoT應(yīng)用程序集成。微軟Azure網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)副總裁Yousef Khalidi表示，F(xiàn)ederated的連接即服務(wù)與Azure的云交付的結(jié)合“為企業(yè)提供了所需的靈活性和規(guī)模，可以將任何應(yīng)用程序部署到各種環(huán)境中。

不僅CBRS的領(lǐng)頭羊Federated Wireless看到了CBRS為創(chuàng)建私網(wǎng)帶來了曙光，Inseego正在測(cè)試其產(chǎn)品如何與康普(CommScope)的產(chǎn)品一起工作，并著眼于將兩者組合在一起，以將其出售給想要構(gòu)建自己的專用無線LTE網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)。Inseego構(gòu)建了各種便攜式熱點(diǎn)，蜂窩調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)關(guān)，包括公司FCC文件中命名的用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的Skyus 300路由器。同時(shí)，康普(CommScope)制造各種無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括用于3.5GHz CBRS頻段的設(shè)備。

Federated Wireless、Inseego、CommScope等科技巨頭瞄準(zhǔn)專用無線LTE網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)并不足為奇。正如相關(guān)專家所言，有三個(gè)因素共同作用，使CBRS專網(wǎng)業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)日益明朗。廣泛的服務(wù)提供商和設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)將專用無線作為蜂窩市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)領(lǐng)域之一。企業(yè)可獲得大量CBRS頻譜容量的價(jià)值，他們可以以較低的門檻(省了頻譜的錢)進(jìn)行訪問;由云合作伙伴等公司開發(fā)的“對(duì)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的巨額投資”;AWS和Azure等科技公司帶來的的自動(dòng)化力量，從基于云的自動(dòng)化工具，到企業(yè)需要高度確定性的專用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)都促進(jìn)了的CBRS在專網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展。

如何使用CBRS實(shí)現(xiàn)私有LTE網(wǎng)絡(luò)?

要設(shè)置CBRS專用LTE，需要三個(gè)基本元素：基站(BS)或無線網(wǎng)關(guān)、EPC(演進(jìn)的分組核心)、CBRS設(shè)備或CPE(客戶內(nèi)部設(shè)備)。

基站(BS)或無線網(wǎng)關(guān)

用于CBRS的LTE BS通常帶有載波聚合和多個(gè)高級(jí)功能。為了使用頻帶48 CBRS，請(qǐng)求服務(wù)的設(shè)備必須由頻譜分配系統(tǒng)(SAS)授權(quán)，該系統(tǒng)可以嵌入BS中，也可以用作云服務(wù)。

SAS與數(shù)據(jù)庫(kù)一起存儲(chǔ)許可證和訪問信息。它的重要任務(wù)是分析RF頻譜和信道，以免干擾在位設(shè)備或PAL。采用這種方法，傳統(tǒng)的信道干擾問題就消除了。如果有可用的RF頻譜，SAS將分配給最終用戶使用。

下圖是Lanner的PGN600 LTE模塊，該模塊增加了對(duì)私有(LTE CBRS頻段48)和面向公共安全的頻率的全面支持。

[[320846]]

EPC(演進(jìn)分組核心)

演進(jìn)型分組核心(EPC)是用于在4G(LTE)網(wǎng)絡(luò)上提供融合語音和數(shù)據(jù)的框架。

2G和3G網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通過兩個(gè)單獨(dú)的子域來處理和交換語音和數(shù)據(jù)：語音的電路交換(CS)和數(shù)據(jù)的分組交換(PS)。演進(jìn)的分組核心將語音和數(shù)據(jù)統(tǒng)一在Internet協(xié)議(IP)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)上，并且語音僅被視為另一個(gè)IP應(yīng)用程序。這種安排可以讓運(yùn)營(yíng)商為2G、3G、WLAN、WiMAX、LTE和固定接入(以太網(wǎng)，DSL，電纜和光纖)部署和運(yùn)營(yíng)一個(gè)分組網(wǎng)絡(luò)。

EPC是LTE網(wǎng)絡(luò)的主要控制器和中央大腦，通常在企業(yè)或ISP的NOC中運(yùn)行.EPC通常部署在本地，但是未來可以看到EPC的混合部署和云部署。

專用LTE-EPC負(fù)責(zé)：

• 保存用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。
• 執(zhí)行策略
• 分配IP地址
• 管理移動(dòng)性和跟蹤
• 提供到PDN(公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))的網(wǎng)關(guān)。

CBRS設(shè)備或CPE(客戶內(nèi)部設(shè)備)

此設(shè)備提供到LTE基站的無線電連接，并且必須支持LTE頻段48。這是為最終用戶提供接口的用戶設(shè)備。CPE可以是任何東西，并且隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，我們也會(huì)看到支持CBRS的傳感器。

專用LTE是面向未來的，盡管CBRS的優(yōu)勢(shì)很明顯，但網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和部署必須針對(duì)每個(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)行定制。因此可以說私有LTE和Wi-Fi是互補(bǔ)的，企業(yè)要充份有效地利用每種技術(shù)的能力。

CBRS的研究進(jìn)展

由于現(xiàn)在是CBRS的早期階段，并且存在潛在金錢誘惑，因此必然需要面對(duì)和克服許多挑戰(zhàn)。正如前文所述，支持CBRS的LTE調(diào)制解調(diào)器很少。高通公司的Snapdragon X20千兆位LTE調(diào)制解調(diào)器是第一款，F(xiàn)ederated Wireless的頻譜控制器也在同一時(shí)間推出。然而，發(fā)展過程需要很多的組件，比如諾基亞的無線廣播設(shè)備，還有其它廠商的組件。

CBRS的全方面測(cè)試開始于2016年下半年。2017年諾基亞、高通、Alphabet(谷歌重組后的公司)在1月份的拉斯維加斯汽車賽道上利用CBRS在高速行駛的賽車上傳輸360°4K視頻。該視頻是使用YouTube Live Events實(shí)時(shí)流式傳輸?shù)?。同?月，Verizon愛立信、高通、Federated Wireless首次展示了LTE高級(jí)運(yùn)營(yíng)商聚合方案中CBRS的應(yīng)用場(chǎng)景。

2019年9月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的無線電信局(WTB)和工程技術(shù)辦公室(OET)發(fā)布了公告，稱由Google、Federated Wireless、康普，Amdocs和索尼運(yùn)營(yíng)的頻譜接入系統(tǒng)(SAS)已通過委員會(huì)的SAS實(shí)驗(yàn)室測(cè)試要求，并獲得CBRS的初步商業(yè)部署(ICD)的批準(zhǔn)。

2020年2月，商業(yè)化和采用的行業(yè)組織CBRS聯(lián)盟宣布完成支持5G New Radio(5G NR)特定OnGo配置的規(guī)范。FCC于2020年1月授權(quán)在CBRS頻段進(jìn)行全面商業(yè)部署，并且隨著CBRS聯(lián)盟第3版解決方案支持使用3.5 GHz共享頻譜的5G部署，OnGo服務(wù)和解決方案市場(chǎng)正在迅速擴(kuò)展。

電纜公司Midco計(jì)劃使用3.5GHz技術(shù)擴(kuò)展其當(dāng)前的有線覆蓋范圍。他們已經(jīng)使用SAS測(cè)試3.5GHz。

一些最終用戶CPE已經(jīng)支持該技術(shù)。像三星Galaxy S10, iPhone 11 Pro和iPhone 11 Pro Max這樣的智能手機(jī)已經(jīng)支持CBRS Band 48。

開放3.5 GHz公民寬帶無線電服務(wù)頻段的監(jiān)管和技術(shù)道路很長(zhǎng)，有時(shí)甚至難以駕馭。但有許多明確的策略可以使CBRS發(fā)揮作用。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，其中主要的功能是在RAN和設(shè)備上使用高級(jí)載波聚合功能，以使用3.5 GHz來增強(qiáng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)容量并改善網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

對(duì)于尋求擴(kuò)大移動(dòng)服務(wù)范圍并減少對(duì)第1級(jí)運(yùn)營(yíng)商MVNO的依賴有線電視公司，這是另一個(gè)機(jī)遇。CBRS開辟了提供固定無線訪問的新途徑，可以作為WISP(無線局域網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商)等新進(jìn)入者的發(fā)射臺(tái)。同時(shí)運(yùn)營(yíng)商還有機(jī)會(huì)解決大型公共場(chǎng)所的室內(nèi)覆蓋問題，或者向制造等企業(yè)出售專用網(wǎng)絡(luò)類型的服務(wù)。當(dāng)然這只是冰山一角，很多人最初將3.5 GHz稱為“創(chuàng)新頻段”，并期望隨著CBRS的商業(yè)化而進(jìn)行重大創(chuàng)新。