Collaborative Research: SII-NRDZ:Spectrum Sharing via Consumption Models and Telemetry - Prototyping and Field Testing in an Urban FCC Innovation Zone

合作研究:SII-NRDZ:通过消费模型和遥测实现频谱共享 - 城市 FCC 创新区的原型设计和现场测试

基本信息

  • 批准号:
    2232460
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.02万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-01-01 至 2025-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This project investigates ways to share the electromagnetic (radio-frequency) spectrum using an automatic spectrum management system with the potential for order-of-magnitude gains over current static allocation practices. The project prototypes a management system for spectrum sharing within and among disparate services such as communications and active and passive scientific uses. The project involves two facilities in West Harlem, New York City: (i) the COSMOS testbed sponsored by the NSF Platforms for Advanced Wireless Research (PAWR) program and (ii) the Cooperative Science Center for Earth System Science and Remote Sensing Technologies sponsored by NOAA (NOAA-CESSRST). The two facilities are in an Innovation Zone created by the FCC to facilitate research and testing. The project uses systems available at the facilities for spectrum sharing experiments, potentially including: communications-passive sharing using a weather measurement radiometer at 28 GHz; terrestrial-satellite communications sharing using an environmental sensing satellite earth station receiver dish at 1.7 GHz or 7.7-8.2 GHz; communications-radar sharing using a weather monitoring radar at 9.5 GHz; and communications-communications sharing using unlicensed 5G cellular and WiFi networks at 6 GHz. The New York City dense urban environment is a stressful case for spectrum sharing. Techniques validated using these scenarios in an urban testbed are expected to function well in other cities as well as in less-dense environments. Enhancing spectrum sharing will increase the amount of wireless activity that can be supported in the limited available spectrum. In this way, the project helps sustain future economic growth, social benefits, and scientific discoveries that are threatened by growing spectrum congestion. In addition to the research and prototyping tasks, the project includes outreach to stakeholders, impact on education via an established Rutgers WINLAB summer program, and outreach to the local Harlem community building on an established program for teachers.The automatic system to be prototyped is called the Zone Management System (ZMS) of a Radio Dynamic Zone to be established around the two facilities. The ZMS represents a new spectrum management approach that combines a standardized fundamental information model, measurement-assisted decision making, scalable spectrum sensing, and continuous risk analysis and management. The fundamental information model of the ZMS is Spectrum Consumption Models (SCMs), recently standardized as IEEE 1900.5.2. SCMs capture the transmission and reception spectrum use boundaries of wireless systems so their compatibility (i.e., non-interference) can be arbitrated by efficient and standardized computational methods. This project develops techniques for efficiently generating SCMs and using them in a large-scale ZMS. The project develops spectrum sharing and interference management algorithms that use SCMs and measurement feedback to achieve high spectrum efficiency, low processing complexity and communication overhead, and scalability. The project also develops an adaptive scalable framework for spectrum sensing in a dense environment. The adaptation is controlled by a risk analysis subsystem that focuses monitoring resources on devices and situations most likely to cause interference, and to rapidly detect malicious actors. The ZMS is evaluated via simulations and via real-world experimentation at COSMOS and NOAA-CESSRST. The ZMS is envisioned as a pathfinder prototype for the broader concept of Radio Dynamic Zones. The project reduces risk for and contributes technology towards a potential future National Radio Dynamic Zone.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目研究使用自动频谱管理系统共享电磁(射频)频谱的方法,与当前的静态分配实践相比,有可能获得数量级的增益。该项目构建了一个管理系统原型,用于在通信以及主动和被动科学用途等不同服务内部和之间共享频谱。该项目涉及纽约市西哈莱姆区的两个设施:(i) 由 NSF 高级无线研究平台 (PAWR) 计划赞助的 COSMOS 测试台,以及 (ii) 由 NSF 赞助的地球系统科学和遥感技术合作科学中心NOAA (NOAA-CESSRST)。这两个设施位于 FCC 创建的创新区,以促进研究和测试。该项目使用设施中可用的系统进行频谱共享实验,可能包括:使用 28 GHz 气象测量辐射计的通信无源共享;使用 1.7 GHz 或 7.7-8.2 GHz 环境传感卫星地球站接收器进行地面-卫星通信共享;使用 9.5 GHz 气象监测雷达进行通信雷达共享;使用未经许可的 5G 蜂窝网络和 6 GHz WiFi 网络进行通信共享。纽约市密集的城市环境对频谱共享来说是一个压力很大的情况。在城市测试台中使用这些场景进行验证的技术预计将在其他城市以及密度较低的环境中发挥良好作用。增强频谱共享将增加有限可用频谱中可支持的无线活动量。通过这种方式,该项目有助于维持未来因频谱拥塞而受到威胁的经济增长、社会效益和科学发现。除了研究和原型设计任务外,该项目还包括与利益相关者的外展活动、通过已建立的罗格斯大学 WINLAB 夏季项目对教育的影响,以及在既定的教师计划的基础上向当地哈莱姆社区的外展活动。要进行原型设计的自动系统称为将在两个设施周围建立无线电动态区的区域管理系统(ZMS)。 ZMS 代表了一种新的频谱管理方法,它结合了标准化的基础信息模型、测量辅助决策、可扩展的频谱感知以及持续​​的风险分析和管理。 ZMS 的基本信息模型是频谱消耗模型 (SCM),最近标准化为 IEEE 1900.5.2。 SCM 捕获无线系统的传输和接收频谱使用边界,因此可以通过高效且标准化的计算方法来仲裁它们的兼容性(即无干扰)。该项目开发了有效生成 SCM 并将其用于大规模 ZMS 的技术。该项目开发频谱共享和干扰管理算法,使用 SCM 和测量反馈来实现高频谱效率、低处理复杂性和通信开销以及可扩展性。该项目还开发了一个自适应可扩展框架,用于密集环境中的频谱感知。这种适应由风险分析子系统控制,该子系统将监控资源集中在最有可能造成干扰的设备和情况上,并快速检测恶意行为者。 ZMS 通过模拟以及 COSMOS 和 NOAA-CESSRST 的实际实验进行评估。 ZMS 被设想为无线电动态区域更广泛概念的探路者原型。该项目降低了未来潜在的国家无线电动态区的风险,并为其贡献了技术。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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