22 July 2018
二零一四年九月十日
中大學者開發創新電視白頻譜商業模型
提升無線寬頻服務經濟效益


香港中文大學(中大)工程學院信息工程學系黃建偉教授領導的網絡通信和經濟實驗室(NCEL)最近提出了一個創新的商業模型,利用現時未被使用的電視頻譜,讓消費者可享用高質素的無線通訊網絡,亦為營運商帶來可觀的經濟效益,達致雙贏。該研究成果在無線領域的頂級國際會議 IEEE WiOpt 2014 (http://www.wi-opt.org)上獲選為最佳論文。 

無線電頻譜是世界各國有限的寶貴資源,大部分國家都以發牌方式,分配特定的頻譜予不同的無線通訊服務供應者。近年來,隨著智能手機和相關應用的快速發展,用於無線通訊的無線電頻譜(3G/4G)變得愈來愈緊缺,而Wi-Fi網絡的傳輸品質亦受限制。與此同時,很多電視頻譜卻未被使用,因此,很多國家嘗試開放廣播電視業務佔用的閒置頻譜資源(電視白頻譜)用於無線通訊服務,業界稱之為Super Wi-Fi。相較於現有的Wi-Fi技術, Super-WiFi技術可將信號傳輸距離擴增到數公里以至數十公里,實現單基站的區域網絡覆蓋,例如一個信號站以其三十公里的覆蓋半徑足夠支持二千個中大校園的面積。傳輸效能方面,現有的Wi-Fi 技術最高能在室內三十五米的距離內維持約5Mbps/MHz的速率,而Super Wi-Fi技術則可在室內幾百米距離內達到相同的傳輸效能。此外,由於Super Wi-Fi信號具有較強的穿透性,可大幅改善原先基於傳統Wi-Fi 技術的智慧電錶、智慧家電等產品的無線通訊能力,促進M2M(Machine to machine)、D2D(device to device)應用產品的推廣。 

目前,美國、加拿大、新加坡等地已積極組建白頻譜試驗網絡,就連谷歌、微軟及芯片製造商等均積極部署支援Super Wi-Fi的業務。香港亦有未被使用的電視白頻譜,惟未被政府開放。最近通訊事務管理局收回三分一3G頻譜重新拍賣,令巿民擔心電訊商將增加的成本轉嫁予消費者,或因網絡容量減少而影響現有服務質素。開放電視白頻譜資源可能是最有效解決網絡容量緊張的方案之一。 

雖然Super Wi-Fi的技術日趨成熟,但至今仍未有一個合理可靠的經濟營運模式,窒礙了電視白頻譜網絡的大規模應用和商用發展。中大信息工程學系黃建偉教授致力於研究白頻譜的經濟學模型,期望通過合理的白頻譜商業建模方案,更有效地善用白頻譜資源,不但為網絡營運商創造新的商機,如能廣泛推行這種高質素低成本的網絡服務,更可降低消費者的通訊費用。 

白頻譜資訊市場模型——資訊交易,而非頻譜交易 

傳統的頻譜商業建模方案,通常將頻譜網絡視為一個次級頻譜交易市場,無牌照的頻譜使用者須向持牌頻譜擁有者購買短期使用權。而白頻譜由於通常被定義為公共資源,沒有特定的擁有者,無法直接進行交易。針對這一特點,中大的研究小組提出一種嶄新的白頻譜商業模型——資訊市場模型,以銷售白頻譜相關的資訊服務(如高速而暢順的通訊及資料傳輸通道)取代銷售白頻譜本身。一般在使用白頻譜網路時,無牌照使用者須先向經過授權的特定資料庫詢問當前當地可使用的白頻譜清單,然後選擇一個白頻譜通道進行通訊等相關操作(該流程類似於現在移動裝置尋找無線網絡)。而透過黃建偉教授提出的資訊市場模型,無牌照使用者可選擇向資料庫購買關於白頻譜通道的資訊,該資訊除了包含預設的白頻譜清單等基本資訊,還附有每個白頻譜通道的進階資訊,如通道品質和干擾雜訊等。無牌照使用者可從中選擇一個高品質的白頻譜通道進行通訊,從而避免或降低傳輸干擾,提高傳輸品質。 

通過中大NCEL 研究小組提出的資訊市場模型,流動用戶在使用白頻譜時可自由選擇購買資訊以享用高質素的傳輸品質,或自行尋找適用的頻譜,而資料庫營運商則通過銷售頻譜資訊而獲取收益,達致雙贏。該資訊市場模型能夠直接應用於現有的白頻譜網絡技術架構之上,無需額外的網絡硬體設施。 

網絡通信和經濟實驗室 NCEL)簡介 

由中大工程學院信息工程學系黃建偉教授領導的網絡通信和經濟實驗室(NCEL)致力於通信、網絡和經濟學的跨學科研究。該實驗室由黃建偉教授於2007年成立,先後發表三部學術專著,在國際權威期刊和會議中發表論文160餘篇,被國際同行引用4,100多次。其學術成果七度獲得頂級國際會議和期刊的最佳論文獎,包括2011年IEEE馬可尼論文獎 (Marconi Prize Paper),以及兩次獲頒IEEE WiOpt最佳論文獎。有四篇論文更入選Web of Science電腦科學領域的「 Highly Cited Papers 」,即全球該領域同期論文中總引用次數前1%的文章。本次關於白頻譜商業模型的最佳論文的另外兩位作者為羅元女士和高林博士。羅元女士為NCEL在讀博士生,並與2011年獲得香港研究資助局為博士生設立的高達每月兩萬港幣的香港博士研究生獎學金。高林博士為 NCEL 的博士後研究員,并兩次獲得IEEE WiOpt最佳論文獎。 

有關NCEL的更多資訊請參閱: http://jianwei.ie.cuhk.edu.hk

中大信息工程學系黃建偉教授(左)及其博士生羅元女士

(左起)黃建偉教授、博士生羅元女士和博士後研究員高林博士提出的白頻譜網絡資訊巿場模型在IEEE WiOpt 2014國際會議上獲頒最佳論文獎。

The information market model for TV white space networks.

白頻譜網絡資訊巿場模型