Spectrum Crunch som inte var

Små sändare, spektrumdelning och ny informationskodningsteknik lovar att hålla den trådlösa datakapaciteten ökad i flera år. Förbi

• David Talbot arkivsida

26 november 2012

Ta en titt på nästa bollmatch eller konsert du går på. Du kommer att se tusentals fans ta foton och videor och e-posta dem till vänner. Dessa arméer av smartphoneägare – och deras bröder som ägnar sig åt surfplattor – bidrar till en slående ökning av trådlös dataanvändning: Cisco Systems uppskattar att mobil datatrafik kommer att växa med en faktor 18 till 2016, och Bell Labs förutspår att den kommer att öka med en faktor 25. Intuitivt finns det ett problem: alla dessa foton och videor går över etern. Ändå är bara ett fåtal sektioner, eller band, i spektrumet av radiofrekvenser tillgängliga för de trådlösa operatörerna, som betalade miljarder dollar för dem. Mycket fler frekvenser är reserverade för annan användning, från TV och radio till flyg och militära tillämpningar. Datatrafiken växer så snabbt att operatörerna har infört användningstak och höjt priserna. Visst måste dessa två grundläggande verkligheter – exploderande dataanvändning å ena sidan, begränsade spektrumband å andra sidan – betyda att vi snart kommer att få slut på etern för våra prylar, eller hur?

För bara två år sedan föreslog ordföranden för U.S. Federal Communications Commission, Julius Genachowski, så mycket. Han sa att den amerikanska trådlösa industrin desperat behövde lägga vantarna på underutnyttjade delar av spektrumet som kontrolleras av statliga myndigheter eller TV-sändare. Annars skulle trådlösa företag tycka att efterfrågan på deras tjänster skulle överträffa deras förmåga att tillhandahålla dem. Om vi ​​inte gör något inför den hotande spektrumkrisen kommer många konsumenter att möta högre priser eftersom marknaden tvingas svara på utbud och efterfrågan, förklarade han. På samma sätt sa en AT&T-chef, Jim Cicconi, att behovet av mer spektrum är en branschomfattande fråga och ett problem.

Den här historien var en del av vårt januarinummer 2013

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Men dessa påståenden var förhastade. För det första skulle spektrumkrisningar – mobiltelefonanvändning som överväldigar de tillgängliga trådlösa frekvenserna – inträffa vid mycket specifika platser och tider. Ibland kan alternativa strategier helt lösa dessa lokaliserade problem.

Titta runt på den arenan, till exempel, så hittar du förmodligen lådor i mjölkkartongstorlek undangömt i takbjälken. Dessa är Wi-Fi-mottagare med kort räckvidd som fungerar på olicensierade delar av radiospektrumet. Din telefon kan skicka data genom dem istället för på långväga mobiltelefonfrekvenser. Wi-Fi-lådorna torkar upp all data du skickar och dirigerar den ut från arenan via en trådbunden internetanslutning. Så data som skickas av dig och nästan alla andra på stadion berör inte det värdefulla spektrum som de trådlösa operatörerna hävdar håller på att ta slut. Det smarta tricket är bara ett exempel på de nya strategier och tekniker som kan användas.

Saker granskade

• Rapport till presidenten: Att realisera den fulla potentialen hos regeringshållet spektrum för att stimulera ekonomisk tillväxt

• Presidentens råd för vetenskap och teknik

• juli 2012

Hela spektrumsystemet hanteras ineffektivt. En nyligen publicerad rådgivande rapport till Vita huset gjorde det tillräckligt tydligt, och den betonade att dela trådlösa frekvenser bredare – snarare än att dela ut varje band till en begränsad uppsättning användare – skulle kunna öka den trådlösa kapaciteten med en faktor tusentals. Till exempel går många delar av etern som är reserverade för TV-stationer och federala myndigheter oanvända. Det beror delvis på att vissa regioner bara har tre lokala TV-kanaler och ingen behöver det återstående spektrumet avsatt för TV-sändningar. Eller ett militärt vapensystem som slukar spektrum i San Diego använder lite eller inget i New York. Vi har inte en spektrumkris så mycket som vi har en spektrumpolitisk kris, säger David Tennenhouse, Microsofts vice vd för teknologipolitik och en tidigare MIT-professor och Intel-chef. Den så kallade 'spektrumkrisen' återspeglar verkligen artificiell spektrumbrist.

För att dokumentera denna artificiella brist mer exakt har hans företag lanserat ett projekt, kallat Microsoft Spectrum Observatory, för att mäta var och när band av radiofrekvenser faktiskt används, med start i Washington, D.C., Seattle och Redmond, Washington. Tennenhouse hoppas att det är det första steget i en mycket bredare datainsamlingssatsning som leder till smartare spektrumregleringar. Han pekar på den skenande framgången med Wi-Fi, som bara täcker korta räckvidder och fungerar på öppna, olicensierade frekvenser, tillägger han: Utmaningen nu är att utöka dessa beprövade framgångar för att möjliggöra bredbandsaccess med ett större område med andra underutnyttjade delar av spektrumet.

Vissa tidiga ansträngningar med frekvensdelning har påbörjats. Till exempel kan vissa tv-kanaler som inte används i ett visst geografiskt område, kallade vita utrymmen, nu användas av andra enheter. Och i december rekommenderade FCC att forskare och företag skulle få tillgång till frekvenser som har reserverats för radarsystem.

Många fler etervågor skulle så småningom kunna delas med hjälp av kognitiva radioapparater, som känner av tillgängliga frekvenser och växlar mellan dem på millisekunder för att undvika störningar med andra enheter. Några av de första utomhustesterna pågår vid University of Colorado. Grupper på andra håll, inklusive Virginia Tech, University of California, Berkeley och Rutgers, arbetar också med tekniken. Men, åtminstone för nu, tillåter inte stela regler utbredd användning av flexibla tekniker som kognitiv radio.

Det är inte så att hela ämnet för en spectrum crunch är en röd sill. Radiofrekvenser är en begränsad resurs, och vissa band är inte väl lämpade för långdistanskommunikation. Trådlösa operatörer kan inte oändligt installera nya basstationer, dessa torn ovanpå kontorsbyggnader eller sluttningar (ibland förklädda som träd), eftersom signalerna så småningom skulle störa de från andra stationer. Men sändare och mottagare med kortare räckvidd som använder dedikerade cellulära frekvenser – så kallade små celler – kan redan fylla luckor i täckningen. Den minsta av dessa, som kallas femtoceller, kan vara så billig som $200 och ge tydlig service i hem och kontor samtidigt som den håller belastningen från stora basstationer, ungefär som de där Wi-Fi-prylarna i stadionens takbjälkar. Små celler är det hetaste i den trådlösa industrin just nu, säger Jeff Reed, chef för det trådlösa forskningslabbet vid Virginia Tech.

John Donovan, en AT&T executive vice president, sa i höstas att medan företaget hade köpt ytterligare spektrumrättigheter och ville ha ännu mer, hade den omedelbara krisen passerat och att hälften av den nya efterfrågan fram till 2015 skulle hanteras av små celler. Sådan teknik har kommit fram mycket starkare än väntat. Om du tittade för några år sedan skulle du säga att vi skulle vara utanför spektrum vid det här laget, säger Vanu Bose, grundare av Vanu, ett trådlöst kommunikationsföretag i Cambridge, Massachusetts. Bose, tillsammans med Reed, var en teknisk rådgivare i Vita husets rapport. Det finns massor av sätt att tillgodose efterfrågan, säger han. Att lägga till spektrum [för kommersiella tjänster] är verkligen en av dem, och det är också små celler, alternativa avlastningstekniker och innovationer som vi inte ens har tänkt på ännu.

Så småningom kan ny teknik frigöra radiovågor genom att få trådlösa dataöverföringar att ske mycket snabbare. Till exempel har MIT-forskare visat att det är möjligt att minska mängden fram- och tillbakakommunikation som krävs för att hantera tappade datapaket. Även om tekniken kan vara några år från att ha blivit allmänt implementerad, visar labbdemonstrationer att den kan tiodubbla kapaciteten. Det betyder att du kan ladda ner din video 10 gånger snabbare än du gör nu, vilket frigör nätverket mycket tidigare för någon annan att använda.

Så kan ny teknik avvärja en spektrumbrist för alltid? Kanske inte, men Microsofts Tennenhouse säger att årtionden av forskningsframsteg väntar på att tillämpas på problemet: Just nu har vi en 15- till 20-årig eftersläpning av ny teknik och arkitekturer ... som kan ta oss en lång väg in i framtiden .

Den här historien uppdaterades den 2 januari 2013.

Dölj