頻譜政策發展國際新趨勢

Kenny Huang, Ph.D. ⿈黃勝雄博⼠士

Executive Council Member, APNIC

亞太網路資訊中⼼心董事huangksh@gmail.com2016.Oct

Spectrum Policy

無線頻率簡圖

2Source  :  MCT

美國頻譜政策概述

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發展策略ü 清理重分配已使⽤用電信頻譜範圍規劃ü 其他不同領域頻譜的重分配ü 清理及再分配原有的電視/廣播頻率ü 空⽩白頻譜利⽤用(TVWS  :  TV  white  space)ü 頻率分享

推動政策ü 定期頻率量測評估ü 獎勵拍賣(incentive  auction)ü Super  Wi-­‐Fi  計畫ü Innovation  bands  3.55-­‐3.7GHzü 5G服務 :  28,37,39GHz

英國頻譜政策概述

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發展策略ü 保障服務品質:  ⾏行動基地台⼈人⼝口覆蓋率(80%)與⼟土地覆蓋⾯面積(45%)法定要求

ü 強化普及接取(Universal  Access)ü 頻率分享

推動政策ü 重新規劃現有頻率(如2G  2017年到期)與未來應⽤用ü 修訂法規改善偏遠農村地區網路服務品質ü 釋出800MHz提供無線寬頻普及接取服務ü Innovation  bands  :  3.8-­‐4.2GHz

德國頻譜政策概述

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發展策略ü 調整頻譜政策來配合國家寬頻政策發展ü 無線電頻譜最佳化配置ü 光纖發展無法取代無線寬頻的重要性

推動政策ü 數位紅利(digital  dividend)

ü 無線電頻率數位化後再使⽤用於寬頻網路，提升舊頻率價值ü 頻率790MHz-­‐862MHz範圍釋出限制作為偏遠地區寬頻上網使⽤用,  並向歐盟提出全體適⽤用規範

瑞典頻譜政策概述

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發展策略ü無線寬頻為頻率資源發展⽅方向ü著重偏遠地區無線寬頻需求

推動政策ü 釋出800MHz及2.3-­‐2.4GHz頻率,  必須為技術中⽴立(Technology  Neutral)並滿⾜足寬頻服務為原則

ü 清理電視頻率作為無線寬頻使⽤用ü 清理空軍與陸軍之低頻率作為無線寬頻使⽤用

⽇日本頻譜政策概述

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發展策略ü 對全國性服務與區域性服務訂定不同頻率政策

推動政策ü 3.9G釋照規定現有電信公司持股不可超過1/3ü 分配10MHz給區域營運商(包含有線電視CATV業者),  以城市為單位分配,投標者需說明偏遠地區如何改善數位落差

ü 推動開放網路(Open  Network)政策⿎鼓勵⾏行動虛擬網路營運商(MVNO)提供全國寬頻服務

全球4G⾏行動通訊覆蓋率排序

8

1. 南韓 97%2. ⽇日本 90%3. ⾹香港 86%4. 科威特 85%5. 荷蘭 84%6. 新加坡 83%7. 美國 81%8. 烏拉圭 81%9. 匈⽛牙利79%10. 台灣 79%

台灣大哥大

84%,  22M遠傳

84%,  17M

亞太電信

84%,  10M台灣之星

77%,  4M

中華電信

75%,  16M

Source  :  OpenSignal

頻譜政策成功經驗

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拍賣政策ü 以拍賣⽅方式釋出頻譜資源。︒｡無線頻譜為稀有資源，拍賣政策為釋出稀有資源最有效率的⽅方式。︒｡

解除技術與業務限制ü 更有彈性地應⽤用頻率，由業者選取適宜技術推動無線寬頻，避免管制不平等，並激勵市場創新。︒｡

頻譜政策管理模式

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無彈性 Least  Flexibility 開放Complete  flexibility

頻段使⽤用權排他性

Source  :   Robert  Matheson,  NTIA  

無線寬頻需求趨勢 Wireless  Data  Demand  (US)

11Source:  CISCO  VNI

(1)Mobile  Data  Tsunami(2)Data  Offloaded  增加:Offloaded免執照頻率 免

執照頻率

頻譜政策考量構⾯面

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頻率釋出政策ü 無線寬頻需求快速成⾧長，頻譜管理制度需能滿⾜足未來頻寬需求ü 更細緻與智慧的頻率釋出設計

無線通訊技術ü 新的無線通訊技術需要更多投資與部署，例如動態頻率的使⽤用

(dynamic  spectrum  access)、︑､智慧型天線系統 (smart  antenna  systems)、︑､頻率靈敏電波(frequency  agile  radios)

網路拓墣ü 在邁向 5G無線通訊環境，思考⼩小型基地台(small  cells)發展的機會

頻譜政策發展⽅方向

•頻譜清理 Spectrum  Clearing• 清理及彙整舊有頻段，提供獎勵機制

•頻譜分享 Spectrum  Sharing• 現有機制採頻段限定使⽤用 (exclusive  use),  未來以頻譜分享為頻譜政策主流• 未使⽤用頻段，如空⽩白頻段TVWS• 創新頻率 Innovation  bands  • 免執照頻率及LSA  (Licensed  Shared  Access)

•免執照頻率•創新頻率innovation  bands•頻譜管理⽬目標• harmonization,  efficiency,  availability

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頻譜清理案例: ⾃自願獎勵拍賣FCC  Voluntary  Incentive  Auction

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⾃自願獎勵拍賣 Voluntary Incentive Auction ü 邀請無線廣播電視頻段持有⼈人參與ü 無線頻段由FCC拍賣，拍賣所得部分回饋原頻段持有⼈人

雙向拍賣 Two-Sided Auction ü 反向拍賣 (reverse  auction)

ü 保障無線廣播電視業者頻段ü 正向拍賣 (forward  auction)

ü 拍賣頻段給無線寬頻業者ü 頻段重整(repacking)

ü 在正反向拍賣間，將無線廣播電視頻段重新整併，以提供連續頻段拍賣

頻譜分享案例 FCC Ruling 04/2015

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Incumbent  Access

Priority  Access

General  Authorized  Access

Three  Tiersü Priority  first  for  incumbent  users,  largely  governmentü Priority  access  licenseesü General  access  for  uses  on  a  license  basis

RCC Ruling 04/2015Citizen  Broadband  Radio  Services:  3.55-­‐3.7GHz

70  MHz  for  PALsü 10MHz  eachü Non-­‐fixed  bands

80  MHz  for  GAAs

Source  :  FCC,  張時中

FCC  act  as  a  spectrum  registry

頻譜分享案例 :  5G頻段規劃 FCC  2016.July

•規劃近11GHz⼤大量頻寬供5G使⽤用• 包含 28GHz、︑､37GHz、︑､39GHz頻段• 2/3  屬免執照頻段

•需執照使⽤用• 37GHz與39GHz，以200MHz為區塊規劃

•共享使⽤用• 37-­‐37.6GHz間 600MHz採動態共享接取⽅方式

•免執照使⽤用• 64-­‐71GHz與 57-­‐64GHz為免執照頻段，為低頻段WiFi頻寬的15倍

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Source  :  FCC

頻譜分享案例:  英國3.8-4.2GHz Innovation Bands 2016

•此頻段基於英國頻譜分享框架(Spectrum  Sharing  Framework)提供頻率分享•此頻段現有使⽤用包含fixed  lines  及fixed  satellite  services•經分析此頻段仍有充分頻段空間開放創新服務使⽤用• 現有使⽤用集中於特定區域• 過去數據顯⽰示現有服務情況穩定• 除了特定區域外，其他區域開放頻率申請

•在不影響現有頻率使⽤用情況下，申請者提出頻率使⽤用計畫申請

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台灣UHF頻段使⽤用率

18Source  :  張時中、︑､吳瑞北、︑､資策會

促進頻譜資源的充分利⽤用

•頻譜未使⽤用是國家經濟損失• 頻譜資源與⽔水資源或能源不同。︒｡⽔水或能源未使⽤用可以留存，頻譜資源不會隨時間消失，使⽤用今⽇日頻譜不影響未來頻譜的使⽤用

•空⽩白頻率TVWS•閒置則讓試-­‐促進實驗友善頻譜環境張時中、︑､馮明惠、︑､吳瑞北:動態頻譜接取試驗群

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Spectrum as non-produced asset is a national cost

全球免執照頻率分佈 (coordinated  by  ITU-­‐R)

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Unlicensed  bands  for  ISM (Industrial,  Science,  Medical)  applications

Source  :  TI

Popular  ISM  bands:  433  MHz,  868  MHz,  915  MHz,  2.4  GHz

免執照頻率發展 unlicensed  spectrum

•免執照頻率概況• FCC估計免執照頻率的經濟活動每年為美國經濟創造 1400億美元的價值

(FCC,2016)

• 免執照頻率，特別是2.4GHz的WiFi網路是⼤大眾接取Internet  主要管道• 美國執照頻率網路流量超過50%卸載(offloaded)到免執照頻段。︒｡預期⾄至2019年頻寬卸載量將超過75%(Juniper)。︒｡免執照頻率提升執照頻率價值。︒｡• 電信業者已將WiFi技術由原來競爭關係轉變為互補關係。︒｡

•免執照頻率技術考量• 2.4GHz  頻段WiFi承載量已經達到極限(University  of  Twente)

• WiFi技術對頻段利⽤用率不如LTE通訊技術• 免執照頻段同時導⼊入WiFi與LTE技術，可能嚴重影響WiFi傳輸效能 (Google)

•無線寬頻發展⽅方向• 執照頻率(licensed  band)與免執照頻率(unlicensed  band)技術不該視為競爭關係。︒｡政策須統合兩者規劃以推動整體無線寬頻發展• 頻譜政策趨勢:  More  Unlicensed,  Less  Licensed 21

Carrier  Aggregation  :  LTE-­‐U  and  WiFi

22Source  :  mojonetworks

RFC6824  MPTCP:  Multipath  TCP  Extensions

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Virtual  TCPIdentifier

Virtual  TCPIdentifier

RFC6824

Wi-­‐Fi

Bluetooth

Mobile

USB

Network  handoff;  Bandwidth  aggregation;  Load  balancing;  

Unlicensed  band

Unlicensed  band

Source  :  Dr.  Kenny  Huang

創新頻率促進創新應⽤用

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物聯網Internet of Things

公共安全Public Safety

無⼈人⾞車Driverless Vehicles

公共安全 Emergency  Protocol  for  Vehicle  Incident

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EU  Legislation:All  cars  will  be  fitted  with  an  eCall-­‐equipped  chip  by  2018  that  will  automatically  contact  the  nearest  emergency  centre  in  case  of  a  collision

Source  :  European  Commission

IoT Spectrum  Considerations

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Source  :  Diffraction  Analysis  

物聯網傳輸範圍與應⽤用

27Source  :  TIPAN  :  smart  phone   connected  over  Bluetooth

LAN  :  WiFi connections

NAM  :  Smart  Meter

WAN  :  Internet  Services

主要國家 IoT 頻段

•北美 :  902-­‐928  MHz•歐盟 :  733-­‐736,  788-­‐791,  868,  870-­‐876  MHz•英國 :  55-­‐81.5,  733-­‐736,  788-­‐791,  870-­‐876,  915-­‐921  MHz•⽇日本 :  315,  426-­‐429,  449,  469,  916.5-­‐927.5  MHz•韓國 :  917.5-­‐923.5  MHz•台灣 :  920-­‐925  MHz  (ps:    e-­‐Tag  922.75-­‐924.25MHz)

28

Source  :  政府資料

無⼈人⾞車演算 Roadside  Computing

29

Source  :  CISCO

p Roadside  multi-­‐purpose   equipment  based  on  convergence  of  routing,  computing,   and  wireless  technologies.

p Distributed,  multi-­‐tenancy  computing  model

p Support  multiple  wireless  technologiesp Type  of  traffic

p Regulate  traffic  p Collect  tolls  taxesp E-­‐Commercep Content  deliveryp Sensor  traffic

⾞車聯網訊務模擬 Connected  Vehicle  Apps  and  Data  Usage

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Application References Data  Usage

InfotainmentWeb  radio BMW,  Mercedes  Benz,  Tesla 32kbps

Online  music BMW,  Mercedes  Benz,  Tesla 32kbps   – 128kbps  

Navigation GPS  navigation Google  Map 20kbps-­‐40kbps

Regulation Emergency  messaging EU  eCall  Chip out-­‐of-­‐band

AutomationDriverless  car Google  Self-­‐Driving  car n.a.  (in-­‐band  &  out-­‐of-­‐

band)

Remote  control  (on/off) BMW,  Mercedes  Benz,  Tesla <1kbps   per  action

Communication Car  phone Bluetooth  speaker out-­‐of-­‐band

*Estimated  Aggregated  Data  Usage  for  a  Connected  Vehicle <100Kbps

Source  :  Dr.  Kenny  Huang *  driverless  car  excluded

Spectrum Policy Recommendations

•台灣共享頻譜框架 SSF  (Spectrum  Sharing  Framework)

•國際接軌• Me  too  strategy  (with  minor  adjustments)• 頻譜清理 :  設計獎勵機制• 頻譜分享 (e.g.  LSA  Licensed  Shared  Access)

•免執照頻率• Data  offloaded  為發展趨勢，unlicensed  bands  提升licensed  bands價值• More  Unlicensed,  Less  Licensed• 創新頻率

•頻譜未使⽤用是國家經濟的損失• TVWS  • 動態頻率技術研發 (POC,  POS)    –閒置則讓試• Regulatory  Sandbox  :  主管機關 act  as  spectrum  registry  (renewal  agreement)

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