Toekomstgerichte regelgeving en toelatingscriteria voor vergunningsvrije apparatuur CR Platform meeting, 14 april 2016

Motivatie Vergunningsvrij spectrum heeft groot economisch belang – denk aan €100B/jr De huidige EU regelgeving is complex en restrictief – Is niet geschikt voor Cognitive Radio en SDR – Bevoordeelt bestaande marktpartijen Eenvoudige, open regelgeving stimuleert innovatie en ontwikkeling – daar ligt het succes van o.a. Wi-Fi! Deze korte presentatie toont een alternatieve basis voor IoT/SRD regelgeving en toelatingscriteria 2Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

Bericht uit Davos Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BV3 Vrij naar, Emma Marcegaglia, ENI april 2016

Voorbeeld van huidige regelgeving SRD Decision: – 29 “profielen”voor 96,5MHz aan spectrum < 5GHz – 2400 – 2483,5MHz: 4 overlappende profielen met 10 tot 500mW vermogen... – Rec 70-03: is ontstaan over lange periode van “inpassen van nieuwkomers” ETSI harmonised standard EN : – 18 verschillende non-RF parameters – Aparte regels voor FH en “niet FH” – Aparte regels voor 10mW – Aparte regels voor adaptieve/non adaptieve medium toegang 4Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

EN – FHSS parameters FH – non adaptieveFH – Adaptive, LBTFH - DAA with sensing Operating FH rangeundefined≥ 70% of the band Hopping Sequence (N) N ≥ 5 or 15/Fr Sep (MHz) N ≥ 15 or 15/Fr Sep (MHz) Active hops (U)U ≥ 1undefined Dwell Time DTundefined Tx Seq≤ 5 msecundefined Tx Gap≥ 5 msecundefined Acc Transmit Time ≤ 15 msec in Nx15 msec ≤ 400 msec in Nx400 msec undefined Channel Occupation Time undefined 100usec < COT < 60msec 100usec < COT < 40msec Freq Occ Probability≥ 1/(4DT x N) or 1/Ux 25% < FO < 77% CCA thresholdundefined-70 dBm/MHz + (20 – EIRP) Control SignalingundefinedT ≤ 50msec; DC ≤ 10% april 2016Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BV5

EN vs FCC Part FCC 6Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

Het wordt nog erger.... De Radio Equipment Directive eist dat HS “receiver parameters” specificeren teneinde “efficient spectrumgebruik” [te bevorderen] – Voor cellulaire netwerken gaat dat op – In shared spectrum domineert co-channel storing Dat kan op veel verschillende manieren aangepakt worden – maar niet door alle “gebruikers”de zelfde eisen t.a.v. Storing op te leggen – Strengere “block edge masks” helpen wel maar dat is een ander verhaal De FCC heeft jaren geleden al besloten geen RX parameters in hun Part 15 rules op te nemen.... Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BV7april 2016

Technische ontwikkelingen Digitale implementatie verandert radio functies ingrijpend: – Software Defined Radio: (her)configuratie in real time – Cognitive Radio: autonome (her)configuratie in real time – De huidige regelgeving dekt geen van beiden Daarom: niet meer één set parameters per apparaat of applicatie maar ruimte in de regelgeving voor ontwerpkeuze èn voor dynamische aanpassing 8Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

Alternatieve eisen-1 Geen apparatuur-eigenschappen maar generieke “metrics” – elk een combinatie van factoren Twee essentiële eisen: – Een maximum t.a.v. spectrumbelasting Voorkomt “tragedy of the commons” Metric obv Vermogen, Duty Cycle, Frekwentiebelsag – Een minimum t.a.v. spectrum efficiency, gekoppeld aan spectrumbelasting Maakt slechte/goedkope producten onaantrekkelijk Metric obv spectrumbelasting, ontvangerkwaliteit en antenna selectiviteit Beiden belonen van innovatie 9Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

Alternatieve eisen-2 Maak onderscheid tussen statutore en operationele eisen – Statutore eisen: maxima in elk van de drie dimensies van de “delingsruimte”: vermogen, tijd en frekwentiebereik – Operationele eisen: multi-dimensionele metrics voor spectrumbelasting en spectrum efficiency Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BV10april 2016

Metrics - factoren Metric voor relatieve spectrumbelasting: L spr = Log 10 (vermogensdeel*dutycycle*frekwentiebeslag*antenna factor) Metric voor efficient gebruik (in (M)b/s/mW): M she = net TX rate / (L spr *SIR*RX qual *antenna factor) Per band één limietwaarde voor elk – Ontwerper maakt de keuzes van de factoren – CR en SDR apparatuur kunnen zich aanpassen binnen de grenzen Bron: “Sharing License Exempt Spectrum based on Multi-dimensional Metrics”, Kruys/Anker/Schiphorst, 2016, INFO, Vol 18,nr 2 11Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

De formules L spr is een dimensieloos getal, U f het deel van de frekwentieband dat gebruikt wordt; A tx is de antennerichtfactor april 2016Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BV12 b/s/mW (7a) E 0 is de ruw transmissiesnelheid; DC m de median duty cycle; n is het aantal stoorders in de band (aanname) en A is de Rx antennerichtfaktor

Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BV13april 2016

14Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

Voorbeeld 1: Criteria voor de 2.4GHz band Operationele criteria Statutore criteria 0,3 15Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

Operationele Criteria Statutore Criteria Frequency Range (EIRP) Max RF power density Max RF power (EIRP) Max Duty cycle (s/l) Spectrum Sharing Efficiency bij 1kbps Spectrum Load Share 30dBm MHz L spr < -40dB M she > 50 16Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BV Voorbeeld 2: Criteria voor een 600MHz IoT band 30dBm/100kHz 1% / 0.1% april 2016

Voorbeelden van spectrum load 2,4000-2,4835 MHzPd rel DCm U f Lspr- %Lspr-dB a/g 20MHz 6/ / MHz 3/ / n (20 MHz3x3 MIMO) 6/ / ac (1x1, 80MHz, 256QAM) 1.5/ / Bluetooth (78 hops) 100/100.51/ BLE 40 hops 10/100.51/ Zigbee 10/ / ZigBee Greenpower 100/ / Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

Voorbeelden van sharing efficiency buitenbinnen 2,4000-2,4835 MHz Data Rate SIR (dB) Pd (mw)Eprotduty cycleM she a/g 20MHz 12,01060,700,8000,180,43 40MHz 48,02230,500,8000,030, n (3x3 MIMO) 72,01760,400,8000,120, ac (1x1, 80MHz, 256QAM) 351, ,150,8000,020,44 Bluetooth 1,071000,800,5000,0010,01 BLE 1,0710,800,5000,320,60 Zigbee 0,253100,800,0101,001,32 ZigBee Greenpower 0, ,800,0011,001,316 18Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

Metrics - toepassing Eenvoudige regelgeving – Gangbare parameters voor statutore criteria – Formules en limietwaardes voor maximale spectrum load en minimale spectrum efficiency – Geen product specifieke waardes of –uitzonderingen Eenvoudige Implementatie – Alle factoren worden als gebruikelijk gemeten – Geen complexe/kostbare meetprocedures – Eenvoudige “harmonised standards” – Eenvoudige verficatie in het veld 19Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016

Vragen/Opmerkingen? Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BV20april 2016

Figure of Merit: FoM = M she /L spr 2,4000-2,4835 MHz Data rate (Mbps)Pd rel DC m U f Lspr- %M she FoM dB a/g 20MHz 12 6/ / , MHz 48 3/ / , n (20 MHz3x3 MIMO) 72 6/ / , ac (1x1, 80MHz, 256QAM) / / , Bluetooth (78 hops) 1,0 100/100.51/ , BLE 40 hops 1,0 10/100.51/40.020, Zigbee 0,25 10/ / , ZigBee Greenpower 0,25 100/ / , Copyright (c) 2016 Greenpeak Technologies BVapril 2016