home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Telecom / 1996-04-telecom-walnutcreek.iso / george.gilder.essays / auctioning.the.airwaves < prev    next >
Internet Message Format  |  1994-12-20  |  44KB

  1. Received: from delta.eecs.nwu.edu by MINTAKA.LCS.MIT.EDU id aa06190;
  2.           3 May 94 19:15 EDT
  3. Received: by delta.eecs.nwu.edu (4.1/SMI-4.0-proxy)
  4.     id AA26095; Tue, 3 May 94 14:46:37 CDT
  5. Return-Path: <telecom>
  6. Received: by delta.eecs.nwu.edu (4.1/SMI-4.0-proxy)
  7.     id AA26086; Tue, 3 May 94 14:46:35 CDT
  8. Date: Tue, 3 May 94 14:46:35 CDT
  9. From: telecom@delta.eecs.nwu.edu (TELECOM Moderator)
  10. Message-Id: <9405031946.AA26086@delta.eecs.nwu.edu>
  11. To: telecom
  12. Subject: George Gilder Essay - Auctioning the Airwaves
  13.  
  14. Here is another essay by George Gilder for your enjoyment.
  15.  
  16. PAT
  17.  
  18.    Date: Fri, 29 Apr 1994 13:24:38 -0400
  19.    From: gaj@portman.com (Gordon Jacobson)
  20.    Subject: George Gilder's Seventh Article - Auctioning The Airwaves
  21.  
  22.  
  23. This series of articles by George Gilder provides some interesting
  24. technological and cultural background that helps prepare readers to
  25. better understand and place in proper perspective the events relative
  26. to the National Data Super Highway, which are unfolding almost daily
  27. in the national press.  I contacted the author and Forbes and as the
  28. preface below indicates obtained permission to post on the Internet.
  29. Please note that the preface must be included when cross posting or
  30. uploading this article.
  31.  
  32. The following article, AUCTIONING THE AIRWAVES, was first published in
  33. Forbes ASAP, April 11, 1994.  It is the seventh article in a series
  34. excerpted from chapters in George Gilder's book, Telecosm, which will
  35. be published 1995 by Simon & Schuster, as a sequel to Microcosm,
  36. published in 1989 and Life After Television, published by Norton in
  37. 1992.  Further chapters of Telecosm are scheduled to be published in
  38. future issues of Forbes ASAP.
  39.  
  40. Please post Auctioning The Airwaves to any Usenet newsgroups deemed
  41. suitable.
  42.  
  43.  
  44.                           AUCTIONING THE AIRWAYS
  45.  
  46.                                     BY
  47.  
  48.                               GEORGE GILDER
  49.  
  50.      Imagine it is 1971 and you are chair of the new Federal Computer
  51. Commission.  This commission has been established to regulate the
  52. natural monopoly of computer technology as summed up in the famous
  53. Grosch's Law.  In 1956 IBM engineer Herbert Grosch proved that
  54. computer power rises by the square of its cost and thus necessarily
  55. gravitates to the most costly machines.  According to a famous IBM
  56. projection, the entire world could use some 55 mainframes,
  57. time-sharing from dumb terminals and keypunch machines.  The owners of
  58. these machines would rule the world of information in an ascendant
  59. information age.  By the Orwellian dawn of 1984, Big Bre'r IBM would
  60. establish a new digital tyranny, with a new elite of the data-rich
  61. dominating the data-poor.
  62.  
  63.      As head of the computer commission, you launch a bold program to
  64. forestall this grim outcome.  Under a congressional mandate to promote
  65. competition for IBM and ensure the principle of universal computer
  66. service, you ordain the creation of some 2,500 mainframe licenses to
  67. be auctioned to the highest bidders (with special licenses reserved
  68. for minorities, women and farmers).  To ensure widespread competition
  69. across all of America, you establish seven licenses in each
  70. metropolitan Major Trading Area and seven in every rural Basic Trading
  71. Area as defined by Rand McNally.  To guarantee universal service, you
  72. mandate the free distribution of keypunch machines to all businesses
  73. and households so that they can access the local computer centers.
  74.  
  75.      In establishing this auction in 1971, you had no reason at all to
  76. notice that a tiny company in Mountain View, Calif., called Intel was
  77. about to announce three new technologies together with some hype about
  78. "a new era of integrated electronics."  After all, these technologies
  79. -- the microprocessor; erasable, programmable read-only memory
  80. (EPROM); and a one-kilobit dynamic random access memory (DRAM) -- were
  81. far too primitive to even compare with IBM's massive machines.
  82.  
  83.      The likely results of such a Federal Computer Commission policy
  84. are not merely matters of conjecture.  France pretty much did it when
  85. it distributed free Minitel terminals to its citizens to provide them
  86. access to government mainframes.  While the United States made
  87. personal computers nearly ubiquitous buying perhaps 100 million since
  88. the launch of the Minitel in the late 1970s the French chatted through
  89. central databases and ended up with one-quarter as many computers per
  90. capita as this country, and one-tenth the number of computer networks.
  91. Today, PC networks are leading the US economy to world dominance while
  92. Europe founders without a single major computer company, software firm
  93. or semiconductor manufacturer.
  94.  
  95.      IT IS NOW 1994, and Reed Hundt, the new chairman of the Federal
  96. Communications Commission, is indeed about to hold an auction.
  97.  
  98.      Rather than selling exclusive mainframe licenses, the current FCC
  99. is going to sell exclusive ten-year licenses to about 2,500 shards of
  100. the radio spectrum.  Meanwhile, a tiny company called Steinbrecher
  101. Corp. of Burlington, Mass., is introducing the new microprocessor of
  102. the radio business.
  103.  
  104.      In the world of radio waves ruled by the Federal Communications
  105. Commission, the Steinbrecher MiniCell is even more revolutionary than
  106. the microprocessor was in the world of computing.  While Intel put an
  107. entire computer on a single chip, Steinbrecher has put an entire
  108. cellular base station -- now requiring some 1,000 square feet and
  109. costing $ 1.5 million -- in a box the size of a briefcase that costs $
  110. 100,000 today.  Based on a unique invention by Donald Steinbrecher and
  111. on the sweeping advance of computer technology, the MiniCell
  112. represents a far bigger leap forward beyond the current state of the
  113. art than the microprocessor did.  What's more, this MiniCell is in
  114. fact much superior to existing cellular base stations.  Unlike the 416
  115. hard-wired radio transceivers (transmitter-receivers) in existing base
  116. stations, the MiniCell contains a single digital broadband radio and
  117. is fully programmable.  It can accommodate scores of different kind of
  118. cellular handsets.
  119.  
  120.      Most important, the MiniCell benefits from the same technology as
  121. the microprocessor.  Making possible the creation of this broadband
  122. digital radio is the tidal onrush of Moore's Law.  In an antithesis of
  123. Grosch's Law, Gordon Moore of Intel showed that the cost-effectiveness
  124. of microchip technology doubles every 18 months.  This insight
  125. suggested the Law of the Microcosm -- that computing power gravitates
  126. not to the costliest but to the cheapest machines.  Costing $ 100,000
  127. today, the MiniCell will predictably cost some $10,000 before the turn
  128. of the century.
  129.  
  130.      In time, these digital MiniCells will have an impact similar to
  131. that of the PC.  They will drive the creation of a cornucopia of new
  132. mobile services -- from plain old telephony to wireless video
  133. conferencing -- based on ubiquitous client/server networks in the air.
  134. Endowing Americans with universal mobile access to information
  135. superhighways, these MiniCells can spearhead another generation of
  136. computer-led growth in the US economy.  Eventually, the implications
  137. of Steinbrecher's machines and other major innovations in wireless
  138. will crash In on the legalistic scene of the FCC.
  139.  
  140.      And that's only the beginning of the story.
  141.  
  142.      Going on the block in May will be 160 megahertz (millions of
  143. cycles per second) of the radio frequency spectrum, divided into seven
  144. sections of between 10 and 30 megahertz In each of 543 areas of the
  145. country, and devoted to enhanced Personal Communications Services
  146. (PCS).
  147.  
  148.      Existing cellular systems operate in a total spectrum space of 50
  149. megahertz in two frequency bands near the 800 megahertz level.  By
  150. contrast, PCS will take four times that space in a frequency band near
  151. two gigahertz (billions of cycles per second).  Became higher
  152. frequencies allow use of lower-power radios with smaller antennas and
  153. longer-lasting batteries, PCS offers the possibility of a drastically
  154. improved wireless system.  Unfortunately, the major obstacle to the
  155. promise of PCS is the auction.
  156.  
  157.      Amid the spectrum fever aroused by the bidding, however, new
  158. radio technologies are emerging that devastate its most basic
  159. assumptions.  At a time when the world is about to take to information
  160. superhighways In the sky -- plied by low-powered, pollution-free
  161. computer phones -- the FCC is in danger of building a legal
  162. infrastructure and protectionist program for information smokestacks
  163. and gas guzzlers.
  164.  
  165.      Even the language used to describe the auction betrays its
  166. fallacies.  With real estate imagery, analysts depict spectrum as
  167. "beachfront property" and the auction as a "land rash."  They assume
  168. that radio frequencies are like analog telephone circuit: no two users
  169. can occupy the same spot of spectrum at the same time.  Whether large
  170. 50-kilowatt broadcast stations booming Rush Limbaugh's voice across
  171. the nation or milliwatt cellular phones beaming love murmurs to a
  172. nearby base station, radio transmitters are assumed to be infectious,
  173. high-powered and blind.  If one is on the highway, everyone else has
  174. to clear out.  Both the prevailing wisdom and the entrenched
  175. technology dictate that every transmitter be quarantined in its own
  176. spectrum slot.
  177.  
  178.      However, innovations from such companies as Steinbrecher and
  179. Qualcomm Inc. of San Diego overthrow this paradigm.  Not only can
  180. numerous radios operate at non-interfering levels in the same
  181. frequency band, they can also see other users' signals and move to
  182. avoid them.  In baseball jargon, the new radios can hit 'em where they
  183. ain't; in football idiom, they run for daylight.  If appropriately
  184. handled, these technologies can render spectrum not scarce but
  185. abundant.
  186.  
  187.      These developments make it retrograde to assign exclusive
  188. spectrum rights to anyone or to foster technologies that require
  189. exclusivity.  Spectrum no longer shares any features of beachfront
  190. property.  A wave would be a better analogy.
  191.  
  192.  
  193. The New Rules Of Waves
  194.  
  195.      In the early decades of this century, radio was king. Electronics 
  196. hackers played in the waves with a variety of ham, citizens band and 
  197. short-wave machines.
  198.  
  199.      Experimenting with crystal sets, they innocently entered the
  200. domain of solid-state devices and acquired some of the skills that
  201. fueled the electronic revolution in the United States and the radar
  202. revolution that won World War II.  The first point-contact transistor,
  203. created by John Bardeen and Walter Brattain at Bell Labs in 1948,
  204. functioned like a crystal radio.  The first major solid-state product
  205. was a 1954 Texas Instruments pocket radio with six germanium
  206. transistors.
  207.  
  208.      Over the following decades, the radio became a mass commodity.
  209. There are now some 230 million radios in the United States alone, not
  210. even including more than 16 million cellular phones (which are in fact
  211. portable two-way radios).  Radios roll off Asian assembly lines at a
  212. rate that might be meaningfully measured in hertz (cycles per second),
  213. and they come in sizes fit for pockets, belts, watches and ears.  But
  214. the romance of radio has died and given way to the romance of
  215. computers.
  216.  
  217.      Today it is PC technology that engages the youthful energies
  218. previously invested in radio technology.  The press trumpets a coming
  219. convergence between computers and TVs and games and films.  But no one
  220. talks much about radios.  For many years, we have been taking radios
  221. for granted.
  222.  
  223.      As the foundation of wireless communications, however, radio --
  224. no less than TV or films -- will burst into a new technoscape as a
  225. result of a convergence with computers.  The hackers of the '50s and
  226. '60s are joining forces with the hackers of the '80s and '90s to
  227. create a new industry.  Moore's Law is about to overran the world of
  228. radio.
  229.  
  230.      You double anything every 18 months and pretty soon you find
  231. yourself with a monster.  During the 1970s and 1980s, Moore's Law
  232. overturned the established order in the computer industry and spawned
  233. some 100 million personal computers that are as powerful as
  234. million-dollar mainframes were when the revolution began.  In the
  235. current decade, Moore's Law is upending the telephone and television
  236. industries with interactive teleputers that will be able to send,
  237. receive, shape and store interactive full-motion video.  And during
  238. the next five years, Moore's Law is going to transform exotic and
  239. costly radio equipment once consigned to the military and outer space
  240. into the basic communications access routes for the new world economy.
  241.  
  242.      To understand this new world of radio, however, you must forget
  243. much of what you learned about the old world of radio.  For example,
  244. these new radios differ radically from the radios of the past in the
  245. way they use spectrum, the way they interfere with one another and the
  246. way they are built.
  247.  
  248.      For some 15 years, a hacker of the 1950s named Don Steinbrecher
  249. and a small group of students and associates have been making the
  250. world's most powerful and aerobatic radios.  Steinbrecher radio gear
  251. can soar to spectrum altitudes as high as 94 gigahertz to provide
  252. radar "eyes" for smart bombs and pies, plunge down to the cellular
  253. band at 800 megahertz to listen in on phone calls or drop discretely
  254. to 30 megahertz -- waves that bounce off the ionosphere -- for remote
  255. over-the-horizon radar work identifying cocaine traffickers flying in
  256. low from Latin America.  At the same time, some of these radios may
  257. soon command enough dynamic ranges of accurate broadband reception --
  258. rumored to be as high as 120 decibels (one trillion-to-one) -- to
  259. detect a pin drop at a heavy-metal rock concert without missing a
  260. high-fidelity note or twang.
  261.  
  262.      Like every radio transceiver, a Steinbrecher radio must have four
  263. key components: an antenna, a tuner, a modem and a mixer.  The antenna
  264. part is easy; for many purposes, your metal shirt hanger will do the
  265. trick (backyard wire fences collect millions of frequencies).  But
  266. without tuners, modems and mixers, nothing reaches its final
  267. destination -- the human ear.
  268.  
  269.      A tuner selects a desired carrier frequency, usually by
  270. exploiting the science of resonant circuits.  A modem is a
  271. modulator-demodulator.  In transmitting it applies information to the
  272. carrier frequency by wiggling the waves in a pattern, called a
  273. modulation scheme, such as AM or FM.  In receiving the modem strips
  274. out (demodulates) the information tom the carrier wave.
  275.  
  276.      The key to Steinbrecher radios is the broadband mixer.  It
  277. surmounts what was long seen as an impossible challenge: moving a
  278. large array of the relatively high career frequencies on the antenna
  279. down to a so-called baseband level where they can be used without
  280. losing any of the information or adding spurious information in the
  281. process.  Compared to FM carrier frequencies of 100 megahertz or even
  282. PCS frequencies of two gigahertz, baseband audio frequencies run
  283. between 20 hertz and 20 kilohertz.
  284.  
  285.      Mixers were the basic Steinbrecher product, and in 1978 and 1980,
  286. Steinbrecher acquired patents on a unique broadband mixer with high
  287. range and sensitivity called the Paramixer.  Even to its expected
  288. military customers, the Paramixer was a hard sell because other radio
  289. components were unable to keep pace with its performance.  Today,
  290. however, the Paramixer is the foundation of the Steinbrecher radio in
  291. the MiniCell.
  292.  
  293.      In the old world of radio, transceivers integrated all of these
  294. components -- antenna, tuner, modem and mixer -- into one analog
  295. hardware system.  Because the radio is analog and hard-wired, its
  296. functions must be standardized.  Each radio can receive or transmit
  297. only a very limited set of frequencies bearing information coded in a
  298. specific modulation scheme and exclusively occupying a specific
  299. spectrum space at a particular power range.  If you are in the radio
  300. business -- whether as an equipment manufacturer such as Motorola or
  301. Ericsson, a provider of services, such as McCaw or Comsat, or a
  302. broadcaster, such as NBC or Turner -- you care deeply about these
  303. hard-wired specifications, frequencies and modulation schemes.
  304.  
  305.      Comprising the "air standard," these issues embroil businesses,
  306. politicians, standards bodies and regulators in constant warfare.  For
  307. everything from High Definition Television to digital cellular and
  308. cordless telephony, standards bodies are wrangling over frequencies
  309. and modulation schemes.
  310.  
  311.  
  312. How Digital Radios Can End The Spectrum Wars
  313.  
  314.      To the people at Steinbrecher Corp., all these wrangles seem
  315. utterly unnecessary.  With antennas, tuners, modems and mixers,
  316. wideband digital radios perform all the same functions as ordinary
  317. radios.  Only the antenna and mixer are in hardware, and these are
  318. generic; they don't care any more about air standards than your shirt
  319. hanger does.
  320.  
  321.      In Steinbrecher radios, all of the frequency tuning, all of the
  322. modulating and demodulating, all of the channelization, all of the
  323. coding and decoding that so embroil the politicians are performed by
  324. programmable digital signal processors and can be changed at a base
  325. station in real time.  Strictly speaking, the tuner and modem are not
  326. part of the base station radio at all.  The broadband radio in a
  327. Steinbrecher base station can send or receive signals to or from any
  328. handset or mobile unit operating within its bandwidth (in current
  329. cellular systems the full 12.5 megahertz of the band; in PCS, still
  330. larger bands of as much as 30 megahertz).
  331.  
  332.      All the processing of codes, frequencies, channels and
  333. modulations, as well as all special mobile services, can move onto
  334. computers attached to the network.  Steinbrecher technology thus can
  335. open up the spectrum for open and programmable client/server systems
  336. like those that now dominate the computer industry.  Moore's Law, in
  337. fact, is changing radios into portable digital computers.  The most
  338. pervasive personal computer of the next decade will be a digital
  339. cellular phone operating at least 40 MIPS (millions of instructions
  340. per second).
  341.  
  342.      Today the performance of analog-to-digital converters defines the
  343. limits of Steinbrecher radios.  Even if the mixers are perfect, the
  344. system's performance can be no better than the accuracy of the A/D
  345. processors that transform the output of the mixers into a digital bit
  346. stream for the DSPs.  Steinbrecher estimates that better broadband A/D
  347. converters -- which can sample wave forms more accurately at high
  348. frequencies -- could increase the performance ofSteinbrecher systems
  349. by an amazing factor of 10.  Pushed by demands and designs from
  350. Steinbrecher, Analog Devices and other suppliers are advancing
  351. converter technology nearly at a pace with Moore's Law, and
  352. Steinbrecher's broadband digital radios are rapidly approaching the
  353. ideal.
  354.  
  355.      As Don Steinbrecher puts it, broadband A/D and DSP have changed
  356. wireless "turn a radio business to a computer business."  At first,
  357. the computer portion of a broadband radio was very expensive.  Until
  358. the early 1980s, military customers performed advanced broadband
  359. analog-to-digital conversion and digital signal processing on
  360. million-dollar custom supercomputers.  In 1986, an advanced DSP system
  361. for graphics at Bell Labs entailed the use of 82 AT&T DSP32 chips and
  362. supporting devices in a custom computer that cost some $ 130,000.
  363. Today, these same functions are performed on an Apple Quadra 84o AV
  364. using an AT&T 3210 running at 33 megaflops (million floating-point
  365. operations per second) and 17 MIPS for under $ 20 in volume.  This
  366. rising tide of advances in digital technology, propelled by Moore's
  367. Law, is about to sweep Steinbrecher's recondite radio company into the
  368. midst of a mass market in cellular telephony.
  369.  
  370.      And the entire cellular and PCS industries will be beating a path
  371. to Steinbrecher's door.  Just as millions of people today have learned
  372. the meaning of MIPS and megabytes, millions of people around the
  373. world, believe it or not, are going to come to understand the meaning
  374. of "spurious-free dynamic range."
  375.  
  376.      As a very rough analogy, imagine cranking the volume of your
  377. radio as high as possible without marring the desired signal with
  378. static and distortion.  The spurious-free dynamic range of your radio
  379. would measure the distance between the lowest and the highest volumes
  380. with a clear signal.  In more technical terms, spurious-free dynamic
  381. range is defined as the range of signal amplitudes that can
  382. simultaneously be processed without distortion or be resolved by a
  383. receiver without the emergence of spurious signals above the noise
  384. floor.
  385.  
  386.      In building broadband radios with high dynamic range, however,
  387. Steinbrecher faced a fundamental technical problem.  As a general
  388. rule, bandwidth is inversely proportional to dynamic range.  You can
  389. have one or the other, but you can't have both.  The broader the band,
  390. the more difficult it is to capture all of its contents with full
  391. accuracy and sensitivity or with full spurious-free dynamic range.  An
  392. ordinary radio may command a high dynamic range of volumes because it
  393. is narrowband.
  394.  
  395.      But Steinbrecher radio does not begin by tuning to one frequency
  396. alone; it gasps every frequency in a particular swath of spectrum.  In
  397. some extreme Paramixer applications (94-gigahertz radar, for example),
  398. the bandwidth could be 10 gigahertz -- larger than the entire range of
  399. spectrum commonly used in the air, from submarine communications at 60
  400. hertz to C band satellite at 6 gigahertz.
  401.  
  402.      In most Steinbrecher applications that require high dynamic
  403. range, however, the bandwidth runs between a few megahertz and
  404. hundreds of megahertz (compared to 30 kilohertz in a cellular phone).
  405. Unless all of the frequencies captured by the broadband radio are
  406. really present in the band rather than as artifacts of the equipment
  407.  -- in technical jargon, unless the signals are spurious-free -- the
  408. radio user cannot tell what is going on, cannot distinguish between
  409. spurs and signals.
  410.  
  411.      Steinbrecher has devoted much of his career to the graft of
  412. spurious-free dynamic range.  Soon after he arrived at Massachusetts
  413. Institute of Technology in September 1961 to pursue work on device
  414. physics, he moved into the school's new Radio Astronomy Lab.  The
  415. radio astronomers were using millimeter waves at 75 gigahertz to probe
  416. remote galaxies and pour through evidence of a big bang at the
  417. beginning of time.  Because the return reflections from outer space
  418. were infinitesimal, the radio telescopes had to command a bandwidth of
  419. at least two gigahertz, a spurious-free dynamic range of more than 100
  420. decibels (tens of billions-, or even trillions-to-one) and noise
  421. levels of less than 10 decibels (millionths of a watt).
  422.  
  423.      The telescope signals turned out not to be spurious-free.  More
  424. than 90 percent of the receiver noise -- the spurious signals --
  425. originated in the frequency converter or mixer, which translated the
  426. 75-gigahertz millimeter waves in cascading analog stages of diodes and
  427. transistors, fed by tunable local oscillators, down to baseband levels
  428. that could be usefully analyzed.  This impelled Steinbrecher's
  429. obsession with spurious-free dynamic range in mixers.
  430.  
  431.      To achieve high dynamic range in broadband mixers, Steinbrecher
  432. discovered, was chiefly a problem of the basic physics of diodes.  At
  433. the University of Florida, at ECI Corp. and at MIT, Steinbrecher had
  434. pursued studies in device physics focusing on the theory of PIN
  435. junctions -- the positive-negative interfaces that create the active
  436. regions in diodes and transistors.  How cleanly and abruptly they
  437. switch from on to off -- how fully these switches avoid transitional
  438. effects--determines how well they can translate one frequency to
  439. another without spurs.
  440.  
  441.      From this experience, Steinbrecher concluded in 1968 that
  442. receivers could be built with at least a thousand times more dynamic
  443. range than was currently believed possible.  He assigned his student
  444. Robert Snyder to investigate the issue mathematically, integrating the
  445. possible performance of each component into the performance of a
  446. mixer.  Snyder's results stunningly continued Steinbrecher's
  447. hypothesis.  They predicted that in principle -- with unlimited time
  448. and effort -- the linearity and dynamic range of a radio could be
  449. improved to any arbitrary standard.  In a key invention, Steinbrecher
  450. figured out how to create a diode circuit that could produce a perfect
  451. square wave, creating a diode with essentially zero switching time.
  452.  
  453.      Steinbrecher then proceeded to put his theory into practice by
  454. developing the crucial diode and field-effect transistor arrays,
  455. mixers, amplifiers and other components necessary to build a working
  456. system of unparalleled dynamic range.  Most of their advances required
  457. detailed knowledge of the behavior of P/N junctions.  To this day, the
  458. performance of Steinbrecher's equipment depends on adjustment to
  459. unexpected nonlinearities and noise sources that were discovered as
  460. part of Robert Snyder's work but are still not integrated into the
  461. prevailing models of diode behavior.
  462.  
  463.      Beyond radio astronomy, the people who were interested in
  464. analyzing signals of unknown frequencies, rather than tuning into
  465. preset frequencies, were in the field of military intelligence.
  466. Enemies did not normally announce in advance the frequencies they
  467. planned to use or how they would modulate them.  Steinbrecher Corp.'s
  468. first major contract came in the early 1980s for remote over-the-horizon 
  469. radar (ROTHR) systems used to detect planes carrying drugs from Latin 
  470. America.  Steinbrecher also won contracts to supply MILSTAR satellite
  471. transceivers and 94-gigahertz "eyes" for smart munitions and jet
  472. aircraft.
  473.  
  474.      In 1986 these large potential businesses began to attract venture
  475. capitalists, including EG&G venture partners, The Venture Capital Fund
  476. of New England and Raytheon.  As often happens, the venture
  477. capitalists sought professional management.  They pushed Steinbrecher
  478. upstairs to chairman and summoned a Stanford EE graduate named Douglas
  479. Shute to manage the company's move from a manufacturer of hard-sell
  480. mixers Into a producer of revolutionary digital radios.
  481.  
  482.      Still, Steinbrecher Corp. long remained a tiny firm occupying a
  483. dingy one-story building in a Woburn, Mass., industrial park, where it
  484. rarely pulled in more than $ 5 million in revenues.  Not until the
  485. early 1990s, when its technology converged with Moore's Law, did the
  486. company begin to escape its niche.
  487.  
  488.  
  489. Collision With Texas Instruments' DSP
  490.  
  491.      Indeed, strictly speaking even Moore's Law was not enough to make
  492. this Pentagon turkey fly.  Crucial was Texas Instruments' mid-1980s
  493. campaign to remake the digital signal processor into a commodity
  494. device comparable to Intel's microprocessor.  Creating development
  495. systems and software tools, TI transformed the DSP from an exotic and
  496. expensive printed circuit board full of integrated circuits into a
  497. single programmable microchip manufactured in volume on the same
  498. factory floor the company used to produce hundreds of millions of
  499. dynamic random access memories.  The results exceeded all expectations.  
  500. Outpacing Moore's Law by a factor of nearly four for some eight years so 
  501. far, DSP cost-effectiveness began soaring tenfold every two years.
  502. Pricing the devices for digital radios, Douglas Shute saw that the
  503. wideband digital radio had "moved onto the map as a commercial
  504. product."
  505.  
  506.      Also in 1989, a secret contractor asked the company if its radios
  507. could snoop on calls in the cellular band.  After gigahertz
  508. explorations in radio astronomy and military projects, the 12.5
  509. megahertz of the cellular bandwidth seemed a piece of cake.  Although
  510. this national security application never came through, the idea
  511. galvanized the company.  If it should need a commercial market,
  512. cellular telephony was a good bet.
  513.  
  514.      The pull of opportunity, however, is usually less potent than the
  515. push of catastrophe -- which is the key reason for socialism's
  516. failure.  Insulating the economy from failure, it also removes a key
  517. spur for success.  For all the bureaucratic rigmarole of military
  518. procurement, producers for the Pentagon live in a relatively
  519. comfortable socialist world of cost plus contracts.
  520.  
  521.      In 1989, however, just before the fall of the Soviet Union,
  522. Steinbrecher began to get clear signals from Washington that the
  523. market for his products was about to collapse.  MILSTAR remained an
  524. experimental program; the ROTHR system was halted after the creation
  525. of just four stations with 1,600 mixers; and suddenly the cellular
  526. opportunity was not merely an attractive option -- it was crucial for
  527. survival.
  528.  
  529.      When Shute and Steinbrecher viewed the cellular scene in the
  530. United States, however, they became increasingly disdainful.  These
  531. radio companies had no more idea of what was possible in radio
  532. technology than had the MIT engineering lab when he arrived in 1961.
  533. Indeed, Steinbrecher Corp.'s first potential customer -- a wireless
  534. colossus -- refused even to meet with Shute: The chief technologist
  535. said he had investigated digital radios several years before and
  536. determined they were unable to achieve the requisite dynamic range.
  537. Moreover, at scores of thousands of dollars apiece, digital signal
  538. processors were far too expensive.  Most cellular executives, along
  539. with their Washington regulators, seemed stuck in a 1970s time warp
  540. when analog still ruled and DSP was a supercomputer.
  541.  
  542.  
  543. Importing Obsolescence
  544.  
  545.      As a result, the entire industry was convulsed by what Shute and
  546. Steinbrecher saw as a retrograde war over standards.  Because Europe
  547. in general lagged far behind the United States in adopting analog
  548. cellular technology, the EEC had sponsored a multinational drive to
  549. leapfrog the United States by adopting a digital standard, which could
  550. then be exported to America.  The standard they chose was called GSM
  551. (global services mobile), a time-division multiple-access (TDMA)
  552. scheme that exceeded analog capacity by breaking each channel into
  553. three digital time slots.  Racing to catch up, the American industry
  554. adopted a similar TDMA approach that also increased the current
  555. system's capacity by a factor of three.  With McCaw Cellular in the
  556. lead, American firms quickly committed themselves to deploy TDMA as
  557. soon as possible.
  558.  
  559.      Then in 1991, Qualcomm unleashed a bombshell Exploiting the
  560. increasing power of DSPs to process digital codes, the company
  561. demonstrated a spread-spectrum, code-division multiple-access (CDMA)
  562. modulation scheme that not only increased capacity some twentyfold
  563. over analog but also allowed use of the entire 11.5 megahertz of the
  564. cellular bandwidth in every cell.  To prevent interference between
  565. adjoining cells, analog and TDMA systems could use a frequency in only
  566. one cell out of seven.
  567.  
  568.      Much of the industry seemed paralyzed by fear of choosing the
  569. wrong system.  To Shute and Steinbrecher, however, these fears seemed
  570. entirely reckless.  Using wideband digital radios, companies could
  571. accommodate any array of frequencies and modulation schemes they
  572. desired TDMA, CDMA, voice, data and eventually even video.  Shute
  573. resolved to adapt Steinbrecher's advanced radio technology to these
  574. new markets.  In mid-1991, Shute rushed ahead with a program to create
  575. a prototype cellular transceiver that could process all 12.5 megahertz
  576. of the cellular bandwidth and convert it to a digital bit stream.
  577.  
  578.      The first major customer for the radios turned out to be
  579. ADC-Kentrox, a designer of analog cell extenders designed to overcome
  580. "dead zones" caused by large buildings in urban areas.  This system
  581. was limited in reach to the few hundred meters the signals could be
  582. sent over analog wires without deterioration.  By converting the
  583. signals to digital at the remote site, the Steinbrecher radio extended
  584. this distance from hundreds of meters to scores of kilometers and
  585. allowed the price of the product to remain at $ 100,000.
  586.  
  587.      But these gains concealed the potential impact and meaning of the
  588. Steinbrecher technology.  Once again, the Steinbrecher radios are
  589. being used to complement the existing system rather than overthrow it.
  590. In a similar way, McCaw plans to buy some $ 30 million worth of
  591. Steinbrecher machines to carry through its cellular digital packet
  592. data (CDPD) network.  To be provided to 95 percent of McCaw's regions
  593. by the end of 1995, CDPD is a data overlay of the existing cellular
  594. system, which allows users of the current analog system to send
  595. digital data at a rate of 19.2 kilobits per second, compared to the
  596. 9.6-kilobit-per-second rate offered by most modems over twisted-pair
  597. wires.
  598.  
  599.      The Steinbrecher radio can survey any existing swath of spectrum
  600. in real time and determine almost instantly which channels are in use
  601. and which are free.  It is this capability that convinced McCaw to buy
  602. Steinbrecher data cells despite the commitment of McCaw's putative
  603. owner, AT&T, to sell narrowband units made by Cirrus Logics'
  604. subsidiary Pacific Communications Sciences Inc. (PCSI), which have to
  605. scan through channels one at a time.  McCaw is using the Steinbrecher
  606. radios as sniffers that constantly survey the cellular band and direct
  607. data bursts to those channels that are not being used at a particular
  608. time.
  609.  
  610.      Indeed, the immediate needs of the marketplace alone justify the
  611. adoption of Steinbrecher data cells.  With modems and antennas
  612. increasingly available and even moving sometime next year to PCMCIA
  613. slots the size of a credit card, demand for wireless data is likely to
  614. soar.
  615.  
  616.      PCSI is now shipping a quintuple-threat communicator that fits
  617. into the floppy bay of an advanced IBM ThinkPad notebook or an Apple
  618. PowerBook, enabling them to send and receive faxes, make wireless or
  619. wire-line phone calls, dispatch data files across the existing
  620. cellular network or send CDPD packets at 19.2 kilobits per second.
  621. Speech recognition capabilities from IBM and Dragon Systems will come
  622. next year to personal digital assistants, permitting them to read or
  623. receive E-mail by voice.  Although the first Newtons and Zoomers have
  624. disappointed their sponsors, the market will ignite over the next two
  625. years as vendors adopt the essential form factor of a digital cellular
  626. phone with computer functions rather than providing a kluge computer
  627. with a vaporware phone.
  628.  
  629.      Nonetheless, McCaw has more on its mind with Steinbrecher than
  630. merely gaining a second source for CDPD sniffers.  By simultaneously
  631. purchasing some 10 percent of the company and putting chief technical
  632. officer Nicholas Kauser on the Steinbrecher board, McCaw is signaling
  633. not a tactical move but a major strategic thrust.  The Steinbrecher
  634. rollout in fact represents McCaw's stealth deployment of broadband
  635. digital capability.
  636.  
  637.      Today the rival CDPD equipment from PCSI, Hughes and AT&T all can
  638. be made to perform CDPD communications as an overly to the existing
  639. cellular phone system.  However, only the Steinbrecher systems can be
  640. upgraded to perform all of the functions of a base station and more,
  641. for voice, data and video.  Only Steinbrecher allows the replacement
  642. of 416 radio transceivers, one for each channel, with one broadband
  643. radio and some digital signal processing chips.  Only Steinbrecher can
  644. replace a $ 1.5 million, 1,000 square foot cellular base station with
  645. a box the size of a briefcase costing some $ 100,000 but, thanks to
  646. Moore's Law, racing toward $ 10,000.
  647.  
  648.      It remains to be seen only whether McCaw will have the guts to
  649. follow through on this initiative by completely rebuilding its network
  650. to accommodate the wideband radio being installed at its heart.
  651. Self-cannibalization is the rule of success in information technology.
  652. Intel and Microsoft, for example, lead the way in constantly attacking
  653. their own products.  But this mode of life is deeply alien to the
  654. telephone business -- even an entrepreneurial outfit like McCaw.
  655.  
  656.      With new software and a simple upgrade to a MiniCell, the
  657. Steinbrecher DataCell will allow the McCaw system to handle all
  658. modulation schemes simultaneously -- AMPS, TDMA, CDMA and future
  659. methods such as Orthogonal Frequency Division Multiple Access --
  660. obviating the need for hybrid phones.  The multiprotocol and aerobatic
  661. capabilities of broadband digital radios could enable McCaw to roll
  662. out a cornucopia of PCS services -- for everything from monitoring
  663. vending machines or remote power stations to tracking tracks and
  664. packages, and linking laptops and PDAs -- while the rest of the
  665. industry is still paralyzed by wrangles over incumbent users,
  666. regulatory procedures, frequency access and radio standards.
  667.  
  668.      Making channel sizes a variable rather than a fixed function of
  669. radios, Steinbrecher systems offer the possibility of bandwidth on
  670. demand.  They could open up the entire spectrum as one gigantic
  671. broadband pipe into which we would be able to insert packets in any
  672. empty space -- dark fiber in the air.
  673.  
  674.  
  675.  
  676. So Stop The Auction
  677.  
  678.      So what does this have to do with the impending spectrum auction?
  679. Almost everything.  Strictly speaking, the FCC is leasing 10 year
  680. exclusive rights to radiate electromagnetic waves at certain
  681. frequencies to deliver PCS.  This entire auction concept is tied to
  682. thousands of exclusive frequency licenses.  It has no place for
  683. broadband radios that treat all frequencies alike and offer bandwidth
  684. on demand.  It has no place for modulation schemes that do not need
  685. exclusive spectrum space.  Continuing to use interference standards
  686. based on analog transmissions that are affected by every passing spray
  687. of radiation, FCC rules fail to grasp the far more robust nature of
  688. digital on-off codes with error correction.  By the time the FCC gets
  689. around to selling its 1,500 shards of air, the air will have been
  690. radically changed by new technology.
  691.  
  692.      The FCC is fostering a real estate paradigm for the spectrum.
  693. You buy or lease spectrum as you would a spread of land.  Once you
  694. have your license, you can use it any way you want as long as you
  695. don't unduly disturb the neighbors.  You rent a stretch of beach and
  696. build a wall.
  697.  
  698.      The Steinbrecher system, by contrast, suggests a model not of a
  699. beach but of an ocean.  You can no more lease electromagnetic waves
  700. than you can lease ocean waves.  Enabled by new technology, this new
  701. model is suitable for an information superhighway in the sky.  You can
  702. use the spectrum as much as you want as long as you don't collide with
  703. anyone else or pollute it with high-powered noise or other nuisances.
  704.  
  705.      In the Steinbrecher model, you employ the spectrum as you use any
  706. public right of way.  You are responsible for keeping your eyes open
  707. and avoiding others.  You cannot just buy a 10 year lease and then
  708. barge blindly all over the air in a high-powered vessel, depending on
  709. the government to keep everyone else off your territory and out of
  710. your way.  The spectrum is no longer dark.  The Steinbrecher broadband
  711. radio supplies you with lights as you travel the information
  712. superhighway.  You can see other travelers and avoid them.
  713.  
  714.      Even if Steinbrecher radios did not exist, however, the
  715. assumptions of the auction are collapsing in the face of innovations
  716. by Qualcomm and other spread-spectrum companies.  Like Steinbrecher
  717. radios, CDMA modulation schemes allow you to use spectrum without
  718. interfering with others.  To auditors without the code, calls seem
  719. indistinguishable from noise.  But radios with the code can dig up
  720. signals from under the noise floor.  Up to the point of traffic
  721. congestion where the quality of the signal begins to degrade
  722. gracefully, numerous users can employ the same frequencies at the same
  723. time.
  724.  
  725.      This property of CDMA has been tested in Qualcomm's CDMA
  726. Omnitracs position locator and two-way communications system.  Mainly
  727. used by trucking companies, it is now being extended to cars, boats,
  728. trains and other mobile equipment.  Based on geosynchronous
  729. satellites, it operates all across the country, with some 60,000
  730. units, under a secondary license that forbids Qualcomm to interfere
  731. with the primary license-holders of the same frequencies.  Qualcomm's
  732. transceivers on the tops of trucks use a small antenna that issues a
  733. beam six to 10 degrees in width.  Because satellites are just two
  734. degrees apart, the Qualcomm beam can blanket several satellites.
  735. Other users, however, are entirely unconscious of the presence of the
  736. CDMA signal.  Omnitracs has operated for some six years and has not
  737. interfered with anyone yet.
  738.  
  739.  
  740. No More Blind Drivers On The Information Superhighway
  741.  
  742.      With an increasing array of low-interference technologies
  743. available, the FCC should not give exclusive rights to anyone.
  744. Instead, it should impose a heavy burden of proof on any service
  745. providers with blind or high-powered systems that maintain that they
  746. cannot operate without an exclusive license, that want to build on the
  747. beach and keep everyone else out of the surf.  In particular, the FCC
  748. should make all the proponents of TDMA, whether in the American or
  749. European GSM systems, explain why the government should wall off
  750. spectrum.  The wireless systems of the future will offer bandwidth on
  751. demand and send their packets wherever there is room.
  752.  
  753.      At the same time that new technologies make hash of the need to
  754. auction off exclusive licenses, Qualcomm and Steinbrecher also
  755. radically attack the very notion of spectrum scarcity on which the
  756. auction is based.  Steinbrecher's radio makes it possible to
  757. manufacture new spectrum nearly at will.  By putting one of his
  758. MiniCells on every telephone pole and down every alley and in every
  759. elevator shaft, the cellular industry can exponentially multiply the
  760. total number of calls it can handle.  At some $ 100,000 apiece and
  761. dropping in price, these MiniCells can operate at 900 megahertz or six
  762. gigahertz just as well as at the two-gigahertz range being auctioned
  763. by the government.  It is as if Reed Hundt is auctioning off
  764. beachfront property, with a long list of codicils and regulations and
  765. restrictive covenants, while the tide pours in around him and creates
  766. new surf everywhere.
  767.  
  768.      Still more important in view of the coming auction, the wideband
  769. capability of the Steinbrecher radio joins CDMA in allowing the use of
  770. huge spans of spectrum that are ostensibly occupied by other users.
  771. The Steinbrecher radio can survey the gigahertz reserves of the
  772. military and intelligence services, UHF television and microwave, and
  773. direct usage to the many fallow regions.  For example, the prime
  774. territory between 225 megahertz and 400 megahertz, consisting of some
  775. 3,0130 25-kilohertz channels, is entirely occupied by government and
  776. air force communications.  But most of the channels are largely
  777. unused.  A Steinbrecher radio could sit on those frequencies and
  778. direct calls to empty slots.
  779.  
  780.      An ideal system would combine Steinbrecher broadband machines
  781. with Qualcomm's modulation schemes.  Steinbrecher supplies the lights
  782. and eyes to find space in already licensed spectrum bands; CDMA allows
  783. the noninvasive entry Into spans of spectrum that are in active use.
  784.  
  785.      Meanwhile, the Steinbrecher system changes the very nature of
  786. spectrum "ownership" or rental.  Unrestricted to a single band or
  787. range of frequencies, Steinbrecher radios can reach from the kilohertz
  788. to the high gigahertz and go to any unoccupied territory.  As
  789. Steinbrecher radios become the dominant technology, the notion of
  790. spectrum assignments allotted in 2,500 specific shards becomes a
  791. technological absurdity.
  792.  
  793.      Wall Street is beginning to catch on.  When Steinbrecher
  794. announced in January a private placement through Alex. Brown, the
  795. company wanted to raise some $ 20 million.  The response was
  796. overwhelming, and hundreds of frustrated Investors were left wringing
  797. their hands as the new radio left the station.  The sole
  798. proprietorship of the mid-1980s with revenues of $ 5 million or less
  799. was moving into sleek new headquarters off Route 198 in Burlington.
  800. Steinbrecher Corp. was becoming yet another of the Moore's Law
  801. monsters.
  802.  
  803.      Meanwhile, the issue for Washington emerges starkly.  Do we want
  804. a strategy for MiniCells or for Minitels?
  805.  
  806.                                     #####
  807.  
  808. Posted by:
  809.  
  810.                            Gordon Jacobson
  811.                      Portman Communication Services
  812.                             (212) 988-6288
  813.  
  814.      gaj@portman.com                          gaj1@eniac.seas.upenn.edu
  815.   MCI Mail ID:  385-1533                   Channel One BBS - Cambridge, MA
  816.  
  817.