このドキュメントでは、スペクトラム アクセス システム（SAS）の概要について説明します。機能とアーキテクチャ、他のネットワーク コンポーネントとの連携方法などについて説明します。
ワイヤレス技術は過去数十年で大幅に進歩しました。世界中で数十億台のデバイスがモバイル ネットワークに接続されているため、より高速で優れたインターネット アクセスの需要はますます高まっています。このような需要の高まりに対応するため、サービス プロバイダはワイヤレス インフラストラクチャの強化に多額の投資を行い、より多くのワイヤレス スペクトラムへのアクセスを推進しています。
ライセンス取得済みのワイヤレス スペクトルのほとんどはすでに割り当てられているため、米国国家電気通信情報局（NTIA）と連邦通信委員会（FCC）は、商用ワイヤレス ブロードバンド インターネット サービスに再利用できる市民ブロードバンド無線サービス（CBRS）スペクトル帯域（3550 MHz ～ 3700 MHz）を特定しました。
CBRS の商用利用について、FCC はパート 96 規制を定義しています。この規制は、Wireless Innovation Forum（WInnForum）によって標準に開発されています。これらの標準、プロセス、手順により、連邦政府ユーザーと連邦政府以外のユーザーが、相手のサービスを中断することなく CBRS スペクトルを共有できます。たとえば、政府のレーダー システムが特定の時間帯にチャネルを使用していない場合は、そのスペクトラムを商用利用のために解放できます。
モバイル ネットワーク事業者と固定無線ネットワーク事業者は、CBRS スペクトルを使用して独自のプライベート ネットワークを構築します。このネットワークを構築するには、次のことができるサービスが必要です。
- 費用対効果の高いネットワークを計画、デプロイ、管理する
- 低コストのネットワークをデプロイして、アクセスを卸売ベースで販売する
- ホスト ネットワークから CBRS スペクトラムにデータ トラフィックをオフロードして費用を管理する
- ネットワークの共存などの問題に対するアルゴリズムによる解決策を見つける
- ユーザー優先度ルールを使用してネットワークを共有する
- 既存のモビリティ ネットワークの容量を増やす
Google は FCC 認定の SAS 管理者であり、CBRS WInnForum 仕様と OnGo Alliance の主要な貢献者の 1 つでもあります。Google は、これらのネットワーク事業者が優れたワイヤレス インターネットを提供する CBRS エコシステムを構築できるよう、クラウドベースの製品とサービスのスイートを開発しました。共有スペクトル空間における Google のさまざまなプロダクトとサービスの詳細については、スペクトルの共有をご覧ください。
CBRS 帯は、3550 MHz ～ 3700 MHz の周波数帯域を持つ共有無線スペクトルです。FCC は、優先度に基づいて CBRS ユーザーを次の 3 つの階層に定義しています。
Tier 1 の既存のユーザー。
海軍の航空母艦や固定衛星局など、優先度の高いユーザー。
Tier 2 優先アクセス ライセンシー（PAL）ユーザー。
既存のユーザーに干渉せず、既存のユーザーからの干渉を許容するライセンス取得ユーザー。
Tier 3 の General Authorized Access（GAA）ユーザー。
Tier-1 ユーザーと Tier-2 ユーザーに干渉しない限り、CBRS 帯域の使用が許可されている一般ユーザー。
Citizens Broadband Radio Service Device（CBSD）は、Evolved NodeB（eNodeB）など、Citizens Broadband Radio Service（CBRS）スペクトルで動作する送信デバイスです。
周波数アクセス システム（SAS）の主な機能は、CBSD のスペクトル アクセスを制御することです。CBSD は、SAS から承認を受けた後にのみ送信します。この制御により、優先度の低い CBRS デバイスのチャネルや送信電力などの動作パラメータを制御することで、優先度の高い CBRS ユーザーを保護します。
CBSD は、WInnForum で定義された標準プロトコルを使用して、SAS との必要なすべての通信を開始します。SAS は、これらの CBSD に短期的なスペクトル リースを発行し、共有スペクトル リソースを競合する多くの異なるシステム間の共存を容易にする複雑さを抽象化します。
Google SAS の機能
Google SAS は、ネットワーク事業者が CBRS 帯域で無線通信を管理するのに役立つクラウド サービスです。ネットワーク事業者は、Google SAS を使用して次のことができます。
- CBRS デバイスを登録します。
- 統合された地図ビューでデバイスのステータスを確認する。
- 管理を委任し、ユーザー間でネットワークへのアクセスを制御します。
- CBSD に最適なチャネルを選択します。
- 動的保護領域をオーバーレイとして表示します。
- インポート テンプレートを使用して複数の CBSD 構成を更新して署名します。
- お客様のオンプレミス機器（CPE）と基地局の接続を地図上に可視化します。
- CBSD 間の干渉を解決する。
- CBSD を廃止または移動する。
- 過去 30 日間の CBSD デバイスの履歴を表示します。
- 透明性を高めるために、SAS ポータルで課金設定を確認します。
- SAS Portal で CBSD をネットワーク デプロイメント別に整理する。
Google SAS が提供する機能は次のとおりです。
ネットワークに最適化された CBSD デプロイメントを作成します。
デプロイとは、SAS Portal で CBSD を整理する方法です。一意のユーザー ID が割り当てられ、SAS アカウントに関連付けられます。また、デプロイ ステータスのモニタリング、ネットワークへのアクセスを管理するユーザーの作成、サポート リソースへのアクセスも行えます。詳細については、SAS Portal のスタートガイドをご覧ください。
ヒートマップを使用してスペクトラムの可用性を特定する。
SAS ポータルでは、Google マップ インターフェースを使用して、米国全域の動的保護エリア（DPA）の境界と CBRS スペクトラムの可用性ヒートマップを確認できます。ヒートマップを使用すると、CBSD をデプロイする前に、あるエリアで利用可能なチャネルの数を判断できます。スペクトル ヒートマップの詳細については、CBRS スペクトルの可用性についてをご覧ください。
チャンネルのガイダンスに基づいてチャンネル プランを選択する。
SAS Portal には、CBRS スペクトルを最大化し、干渉を管理するためのチャネル ガイダンスが用意されています。SAS ポータルで、CBRS ネットワークに最適なチャネルプランを確認して実装できます。チャンネルプランは、他の CBSD との干渉を最小限に抑えるように最適化されています。チャネル、チャネルマスク、チャネルプランの詳細については、ネットワーク干渉を管理するをご覧ください。
エンドツーエンドの CBSD ワークフローを管理する。
SAS は、登録、スペクトル照会、付与リクエスト、ハートビート リクエスト、登録解除など、CBSD のライフサイクル全体をサポートします。詳細については、CBSD についてをご覧ください。
DPA の有効化とウィスパー ゾーンの影響を最小限に抑える。
詳細については、CBSD オペレーターのベスト プラクティスをご覧ください。
リアルタイム モニタリング ダッシュボードを使用してネットワーク ステータスを分析する。
SAS ポータルには、各 CBSD の現在の付与、最後のハートビート、付与履歴のリアルタイム ステータスが表示されます。また、DPA の移動リストに関するリアルタイム データも提供され、現職者による活動中に停止された助成金を追跡できます。
GAA ユーザーの干渉から PAL オペレーターを保護する。
PAL チャネルの割り当てと干渉保護の詳細については、優先アクセス ライセンスを管理するをご覧ください。
組織の要件に基づいて課金プランを選択します。
SAS で利用可能なさまざまな課金オプションの詳細については、SAS の課金をご覧ください。
SAS を使用するメリット
チャネライゼーション。
SAS は、スペクトル照会リクエストを 10 MHz チャネルに自動的に分割します。状況はチャネル間で大きく異なる可能性があるため、リクエストを分割すると、CBSD に最大限の情報が提供されます。
コスト削減。
SAS は、必要に応じてネットワーク容量またはカバレッジを割り当てます。これにより、運用コストを大幅に削減できます。
maxEirpパラメータは、承認された最大 EIRP を決定します。スペクトル照会レスポンスの
maxEirpパラメータは、直ちに送信を許可できる有効等方放射電力（EIRP）の最良推定値です。CBSD が 10 MHz を超える付与をリクエストする場合、承認される最大 EIRP は、その範囲内のすべてのチャネルの最小値です。指定された EIRP の付与が SAS によって承認されていない場合は、DPA が有効になっていることが原因である可能性があります。
Google SAS サービス アーキテクチャ
共有スペクトル ネットワークは、特定のインターフェースを使用して相互作用するさまざまなネットワーク要素で構成されています。SAS はネットワークのコアサービスであり、共有スペクトル範囲での動的周波数割り当てを担当します。
SAS コアサービス
上の図に示すように、SAS は次の 3 つの主要コンポーネントで構成されています。
Google SAS ポータル。
SAS に接続されている CBSD を管理する ポータル UI と ポータル API が含まれます。
SAS バックエンド（SAS BE）。
SAS が提供するすべてのサービスが含まれています。
SAS データベース（DB）。
SAS に登録されているすべての CBSD と、CBSD の管理に必要な情報を格納する DB が含まれます。この情報には、現在有効な許可の詳細と、保護対象のポイントまたはエリアの干渉の集計情報が含まれます。また、他の SAS から収集された、CBSD が存在する場所や保護対象のポイントやエリアに関する情報も保存します。
これらの 3 つの SAS モジュールは、相互に、および他のネットワーク要素と連携して、ネットワーク事業者に CBRS ネットワークの管理に必要なすべてのツールとプロセスを提供します。
CBSD 送信機
CBSD 送信機は、所有者、場所、送信特性などの情報を含めて、SAS に登録リクエストを送信します。
SAS が登録リクエストを承認すると、CBSD は次の複数のオペレーションを実行できるようになります。
- スペクトラムの付与をリクエストする
- スペクトルに関するお問い合わせ
- ヘルスチェックを提供する
- 権限を放棄する
- 登録解除
CBSD は複数の SAS に登録できますが、複数の SAS からの有効な付与を同時に持つことはできません。アクティブな付与が重複しないようにするには、毎日 SAS-SAS の同期が必要です。このタイプの同期では、SAS はネットワーク内の他の SAS と通信して、SAS 間の帯域幅割り当ての整合性を確保します。SAS と SAS の同期が行われると、SAS に知られているすべての CBSD と保護されたポイント領域がネットワーク内の他の SAS と共有されます。詳しくは、このページの後半の CBSD が SAS と通信する方法をご覧ください。
環境センサー機能デバイス
FCC は、ユーザーの優先度に基づくスペクトル共有に関する厳格なガイドラインと規制を定めています。これらのガイドラインにより、優先度の高いユーザーの送信が優先度の低いユーザーからの干渉を受けないようにします。環境センシング機能（ESC）デバイスは FCC 規則を適用し、既存のユーザーや優先ユーザーに干渉することなく、SAS がスペクトラム割り当てを管理できるようにします。
ESC は、DPA がアクティブになったときに検出できるように、米国の海岸沿いに配置されています。DPA は、既存のユーザーが CBRS スペクトルで送信するときに通常は有効になる除外ゾーンです。SAS は、DPA の各近隣の CBSD のリストを維持します。ESC は、特定のチャネルで DPA の有効化を検出すると、この情報を SAS に送信します。干渉が起きないように、SAS は、そのチャンネルの DPA 近隣の CBSD への付与を一時停止します。
SAS の仕組み
SAS の主な機能は、CBRS 帯域で送信する CBSD のワイヤレス通信を承認および管理することです。したがって、CBSD は SAS と通信して送信を開始できる必要があります。WInnForum では、この通信を可能にする標準とプロトコルが定義されています。SAS は、CBSD-SAS インターフェースの SAS-CBSD API 技術仕様を実装しています。このインターフェースは、HTTP over Transport Layer Security（HTTPS）プロトコルに基づいています。
CBSD-SAS インターフェース
CBSD は、次の方法で SAS との通信を開始します。
- CBSD は、運用の意向を示すために登録リクエストを SAS に送信します。登録が成功すると、CBSD が FCC 認定を受けており、送信用のスペクトラム グラントの受け取りが許可されていることを SAS が検証したことを意味します。
- 登録が完了すると、CBSD はスペクトラムの付与をリクエストできます。
- SAS は、CBSD にチャネルと電力レベルを割り当てます。このチャネルは、一意の付与識別子によって識別されます。CBSD は、ハートビート リクエストを送信した後にのみ、割り振られたグラントで送信を開始できます。
- ハートビート リクエストに対して肯定的なレスポンスを受信すると、CBSD は送信を開始できます。
- CBSD は、異なるスペクトル チャネルで複数の免許を申請し、不要になった免許を放棄できます。
次の図は、エンドツーエンドの CBSD ワークフローを示しています。
SAS は、CBSD-SAS インターフェース用に SAS-CBSD API で定義されている 6 つのメソッドを実装しています。
以下のサブセクションでは、これらの方法について説明します。
登録
CBSD は SAS に登録する必要があります。登録プロセス中に、各 CBSD は、固定位置、一意の識別子、グループ メンバーシップ、無線関連機能などの設置情報を SAS Portal に送信します。
登録が成功すると、SAS からその CBSD の一意の ID が返されます。SAS が登録リクエストを拒否すると、エラー メッセージが返されます。CBSD はエラーを修正して、別の登録リクエストを送信する必要があります。登録の詳細については、CBSD の登録をご覧ください。
Spectrum に関するお問い合わせ
スペクトラム照会は、登録済みの CBSD が SAS を介して開始できるオプションの手続きで、設置場所で利用可能なスペクトラムと設置特性について照会できます。SAS は、CBSD で使用できる周波数に関する詳細情報と、CBSD が周波数範囲を選択する際に役立つ追加情報を返します。スペクトルに関するお問い合わせについては、CBSD スペクトルの可用性をご覧ください。
権限付与リクエスト
CBSD は、使用のためにスペクトルの一部を予約するための助成金をリクエストします。付与リクエストは、CBSD の機能、現在のオペレーション、構成に応じて複数のオペレーション パラメータで構成されます。
承認されると、SAS から、付与 ID と、付与の有効期限間隔、ハートビート間隔、チャンネル タイプなどのパラメータが返されます。付与が承認されると、SAS はリクエスト元の CBSD の予約を行います。ただし、CBSD は、まだこの免許を使用して送信する権限を付与されていません。詳細については、助成金の申請方法の詳細をご覧ください。
ハートビート リクエスト
CBSD は、承認済みの各付与について定期的にハートビート リクエストを送信して、送信の承認を受け取ります。詳細については、ハートビート リクエストの詳細をご覧ください。
権限を放棄する
CBSD が助成金の使用を希望しなくなった場合は、助成金を放棄します。詳しくは、助成金の返却方法の詳細をご覧ください。
登録解除
CBSD が廃止または移動されると、SAS から登録解除されます。詳細については、登録解除の詳細をご覧ください。
SAS-SAS インターフェース
SAS-SAS インターフェースは、Google SAS と他の SAS オペレータを同期します。このインターフェースを使用して、SAS は関連する永続ストアの変更を他の SAS 管理者と共有します。また、他の SAS 管理者からの変更を受け取って処理します。
SAS-SAS インターフェースを使用すると、次のデータを交換できます。
- 登録データの交換
- SAS が発行したすべての助成金の交換
- 登録と助成金のステータスのすべての変更の交換
- FCC と WInnForum データベースで受信した規制入力の交換
SAS は、SAS 間の調整された定期的なアクティビティ（CPAS）を使用して、ピア SAS との通信を容易にします。CPAS は、ネットワーク内のすべての SAS によって実行される毎日のプロセスで、情報の交換を行います。Google は、WInnForum の WINNF-SSC-0008 で定義されている CPAS を実装しています。CPAS と SAS ピア エクスチェンジの詳細については、CPAS と CBSD 事業者への影響についてをご覧ください。
SAS による優先度の高いユーザーの保護
SAS は CBSD と継続的に通信し、海軍レーダーなどの既存のユーザーが PAL ユーザーや GAA ユーザーから保護されるようにします。優先度の高いユーザーに干渉しないように、SAS は次のことを行います。
- SAS は ESC のネットワークを使用して、既存のユーザーがスペクトラムを使用しているタイミングを検出します。アクティビティが検出されると、そのアクティビティが送信しているスペクトルは他のユーザーが使用できなくなります。詳細については、海岸近くで CBSD を運用する方法をご覧ください。
- すべての SAS は毎晩 CPAS を実行し、最新の情報に基づいて動作していることを確認します。
次のステップ
- Spectrum Access System Portal について学習する。
- 市民ブロードバンド無線サービス デバイスについて学習する。
- SAS のトラブルシューティングを行う。