Управление спектром - Spectrum management

Радио группы
ITU
1 (ELF) 2 (SLF) 3 (УНЧ) 4 (VLF)
5 (НЧ) 6 (СЧ) 7 (ВЧ) 8 (УКВ)
9 (УВЧ) 10 (СВЧ) 11 (КВЧ) 12 (THF)
ЕС / НАТО / США ECM
IEEE
Другое ТВ и радио
Таблица распределения радиочастотного спектра в США по состоянию на 2016 год

Управление спектром это процесс регулирования использования радиочастоты для содействия эффективному использованию и получения чистой социальной выгоды.[1] Период, термин радиоспектр обычно относится к полному диапазону частот от 3 кГц до 300 ГГц, который может использоваться для беспроводной связи. Растущий спрос на такие услуги, как мобильные телефоны и многие другие, потребовал изменений в философии управления использованием спектра. Спрос на Беспроводной широкополосный резко вырос благодаря технологическим инновациям, таким как мобильные услуги 3G и 4G, а также быстрому расширению услуг беспроводного Интернета.[2]

С 1930-х годов спектр предоставлялся посредством административного лицензирования. Ограниченные технологией, помехи сигналам когда-то считались основной проблемой использования спектра. Поэтому для защиты сигналов лицензиатов было установлено исключительное лицензирование. Прежняя практика использования дискретных диапазонов, лицензированных для групп аналогичных услуг, во многих странах уступает место "спектральный аукцион "модель, которая предназначена для ускорения технологических инноваций и повышения эффективности использования спектра. В ходе экспериментального процесса присвоения спектра применялись и другие подходы, а именно: лотереи, нелицензионный доступ и приватизация спектра.

Совсем недавно Америка двигалась к общий спектр политики, в то время как Европа придерживается модели лицензирования авторизованного общего доступа (ASA). Президент Обама сделал совместный спектр политикой Соединенных Штатов 14 июня 2013 года.[3] следуя рекомендациям Совета советников президента по науке и технологиям (PCAST), который выступал за совместное использование (неочищенного) федерального радиочастотного спектра, когда он не используется в определенном месте и во время, при условии, что это не создает чрезмерных рисков. В соответствии с этим руководством, по состоянию на декабрь 2014 г. FCC расширяла ограниченный успех совместного использования спектра телевизионных диапазонов (Пустое пространство ТВ ) в другие диапазоны, в значительной степени в диапазон радиолокаторов ВМС США 3550–3700 МГц с помощью трехуровневой модели лицензирования (действующий, приоритетный и общий доступ).

Правительства и управление использованием спектра

Большинство стран рассматривают радиочастотный спектр как исключительную собственность государства. Радиочастотный спектр - это национальный ресурс, во многом такой же, как вода, земля, газ и полезные ископаемые. В отличие от них, однако, RF многоразовый.[4] Целью управления использованием спектра является уменьшение загрязнение радиочастотного спектра, и максимально использовать полезный радиочастотный спектр.[5]

Первое предложение Международный союз электросвязи Устав (МСЭ) полностью признает «суверенное право каждого государства регулировать свою электросвязь». Эффективное управление использованием спектра требует регулирования на национальном, региональном и глобальном уровнях.

Цели управления использованием спектра включают: рационализировать и оптимизировать использование радиочастотного спектра; избегать и устранять помехи; проектировать распределения частот на короткие и длинные дистанции; продвигать внедрение новых беспроводных технологий; координировать беспроводная связь с соседями и другими администрациями. Радиоспектр предметы, требующие национального регулирования: распределение частот для различных радиослужб, предоставление лицензии и RF передающим станциям, утверждение типа оборудования (для стран вне Евросоюз ), сбор сборов, уведомление МСЭ о Международный справочный регистр частот (МСРЧ), согласование с соседними странами (так как нет границ с радиоволны ), внешние отношения с региональными комиссиями (например, CEPT в Европе, CITEL в Америке) и в сторону ITU.

Использование спектра

Управление использованием спектра становится все более серьезной проблемой из-за растущего числа пользователей спектра.[6] Использование включает: по воздуху вещание, (который начался в 1920 году); использование в правительственных и исследовательских целях (включая оборону, общественную безопасность - море, воздух, полицию, управление ресурсами, транспорт и радиоастрономия ); коммерческие услуги для населения (включая голос, данные, домашняя сеть ); а также промышленные, научные и медицинские услуги (включая Телемедицина, и дистанционное управление ).

В 1980-е беспокоило только радио и телевидение; но сегодня мобильные телефоны и беспроводные компьютерные сети становятся все более и более важными, поскольку менее 15% домохозяйств в США полагаются на беспроводную связь вещание получить их ТВ-сигналы.[7]

Спектром США управляет либо Федеральная комиссия связи (FCC) для неправительственных приложений или Национальное управление по телекоммуникациям и информации (NTIA) для правительственных приложений. Для совместного приложения обе стороны должны согласиться.

Спектр делится на разные полосы частот, каждый из которых имеет свое приложение. Например, полоса частот от 300 кГц до 535 кГц зарезервирована для воздушной и морской связи, а спектр от 535 кГц до 1605 кГц - для AM радио. Этот процесс называется "распределение ".

Следующим шагом является присвоение частот конкретным пользователям или классам пользователей. Каждой полосе частот присвоено конкретное назначение, которое зависит от характера приложения и количества пользователей. Действительно, для некоторых приложений требуется более широкий диапазон, чем для других (AM-радио использует блоки 10 кГц, где FM радио использует блоки 200 кГц). Кроме того, "охранные полосы "необходимы для сведения к минимуму взаимных помех между приложениями.[8]

Статус-кво: командно-административный подход

В Командование и контроль подход к управлению - это тот, который в настоящее время используется большинством регулирующих органов по всему миру. При таком подходе регулирующие органы должны быть централизованными органами для принятия решений о распределении и использовании спектра. В примере США регулирующий орган (FCC) определяет варианты использования для определенных участков спектра, а также стороны, которые будут иметь к ним доступ. В Федеральная комиссия связи (FCC) также регулирует используемые технологии физического уровня.[9]

Решения о распределении часто статичны во временном и пространственном измерениях, что означает, что они действительны в течение длительных периодов времени (обычно десятилетий) и для больших географических регионов (по всей стране). Использование часто устанавливается как исключительное; каждая полоса предназначена для одного провайдера, что позволяет поддерживать связь без помех. Модель управления и контроля восходит к первым дням существования беспроводной связи, когда применяемые технологии требовали среды без помех для достижения приемлемого качества. Таким образом, часто утверждают, что исключительный характер командно-административного подхода является артефактом устаревших технологий.

Очевидные преимущества этой модели в том, что услуги, связанные с общественный интерес может быть выдержан. С точки зрения прибыльности, программы общественных интересов, например, эфирное телевидение, могут быть не столь привлекательными с точки зрения провайдера, как коммерческие, но, тем не менее, полезны для общества. Таким образом, эти услуги часто неявно применяются регулирующим органом через лицензионные соглашения. Еще одно преимущество - это стандартизация, вытекающая из такого централизованного подхода. Такая стандартизация имеет решающее значение в сетевых отраслях, для которых отрасль электросвязи является примером учебника.[10] Один ученый опубликовал документ, в котором показано, как развитие новых технологий обещает предоставить населению значительно больше спектра, но потребует от общества принятия новой парадигмы использования спектра.[11]

Отчет GAO по управлению использованием спектра (2004 г.)

Отрывок:

Текущая структура и управление использованием спектра в Соединенных Штатах не способствует развитию и использованию некоторых эффективных технологий использования спектра. Поскольку структура распределения спектра в значительной степени разделяет спектр по типам услуг (например, авиационная радионавигация ) и пользователей (федеральных, нефедеральных и совместно используемых) возможности новых технологий, предназначенных для использования спектра разными способами, часто уменьшаются. Например, программно-определяемые когнитивные радиостанции - радиостанции, которые адаптируют использование спектра к условиям их операционной среды в реальном времени - могут использоваться для определения неиспользуемых частот или "белые пространства, "и автоматически использовать эти частоты. Также возможно использование программно-определяемых когнитивных радиостанций для использования" серых пространств "в спектре - областей, где существуют излучения, но все еще могут быть размещены дополнительные пользователи без создания уровня помех, который неприемлемо для действующих пользователей - для повышения эффективности использования спектра. Однако в настоящее время система распределения спектра может не обеспечивать свободу, необходимую этим технологиям для работы в рамках существующих назначений спектра, а для определения новых правил требуются знания о спектре, которых нет у лидеров по использованию спектра. в то же время существует несколько федеральных нормативных требований и стимулов для более эффективного использования спектра. Национальное управление по телекоммуникациям и информации (NTIA) отвечает за управление использованием спектра федеральным правительством и обеспечение эффективности использования спектра, NTIA в первую очередь полагается на отдельные агентства, чтобы гарантировать, что системы, которые они разрабатывают, являются максимально эффективными по использованию спектра. Однако руководящие указания и политика агентств не требуют систематического рассмотрения эффективности использования спектра при их приобретении. Отсутствие экономических последствий, связанных с тем, как используется спектр, также мало стимулировало агентства к активному использованию возможностей для разработки и использования технологий, которые повысят эффективность использования спектра в масштабах всего правительства.[12]

Альтернативные режимы управления использованием спектра и дебаты о спектре

С переходом на цифровые технологии управление использованием спектра вступило в новую эру. Полный переход на цифровое телевидение к 17 февраля 2009 г. (Закон о цифровом переходе и общественной безопасности 2005 г. ) позволяет радиовещательным компаниям использовать спектр более эффективно и экономить место для возможности совместного использования спектра.

Совместное использование спектра - предмет жарких дискуссий. Экспоненциальный рост коммерческих вызовов беспроводной связи за дополнительный спектр для увеличения трафика. Как регулирующий орган, FCC отреагировала на эти потребности, предоставив больше спектра. А вторичный рынок было разрешено появиться, и лицензиатам рекомендуется временно сдавать в аренду использование спектра третьим сторонам. Предоставление передаваемых лицензий - важная попытка FCC создать у вещателей стимулы для совместного использования неиспользуемого спектра. Другое предлагаемое решение проблемы нехватки спектра состоит в том, чтобы позволить системам связи занимать спектр, который ранее был выделен для использования радаров, и совместно использовать спектр. Этому подходу в последнее время уделяется повышенное внимание в рамках нескольких исследовательских программ, в том числе DARPA проекты[13] исследование нескольких методов совместного использования спектра радиолокационной связи. В настоящее время разрабатываются новые альтернативы, такие как совместное использование спектра в сотовых сетях.[14]

Дефицит спектра стал основной проблемой, с которой сталкиваются при запуске новых беспроводных услуг. Последствия этого дефицита наиболее заметны на аукционах спектра, где операторам часто приходится инвестировать миллиарды долларов для обеспечения доступа к указанным полосам в доступном спектре. Несмотря на этот дефицит, недавние измерения использования спектра показали, что имеющиеся возможности использования спектра являются сильно недоиспользуются, т.е. не используются. Этот дефицит, основанный на искусственном «ограничении доступа», часто считается результатом статичности и жесткости режима командно-административного управления. Заинтересованные стороны начали рассматривать возможные улучшения в режиме управления путем ослабления ограничений на доступ к спектру. Две преобладающие модели - это подходы "общего пользования спектром" и "прав собственности на спектр".

Теория всеобщего спектра

Основная статья: Теория всеобщего спектра

Согласно законодательству США, спектр не считается собственностью частного сектора или правительства, за исключением тех случаев, когда термин «правительство» используется как синоним слова «народ».[нужна цитата ]

Первоначальное использование термина «общинное достояние» было практикой, в соответствии с которой общественность в целом имела ограниченные права на использование общинного достояния; тогда каждый человек был заинтересован в своих правах пользования, но сами общие ресурсы не были собственностью, а права не были «собственностью», поскольку ими нельзя было торговать. Период, термин "Трагедия общественного достояния "был популяризирован Гаррет Хардин в статье 1968 г., опубликованной в Наука. Трагедия общественного достояния иллюстрирует философию, согласно которой деструктивное использование государственных резерваций («общинного достояния») частными интересами может привести к тому, что лучшая стратегия для отдельных лиц вступает в конфликт с «общим благом». В таком сценарии он утверждает, что даже если вклад каждого «плохого субъекта» может быть незначительным, при объединении результатов этих действий ресурс может быть снижен до точки бесполезности. Эта озабоченность привела к регулированию спектра.[нужна цитата ]

Модель прав собственности Spectrum

Модель прав собственности на спектр утверждает, что ресурсы спектра должны рассматриваться как земля, т.е. должна быть разрешена частная собственность на участки спектра. Распределение этих долей должно осуществляться с помощью рыночных сил. Владельцы спектра должны иметь возможность торговать этими частями на вторичных рынках. В качестве альтернативы владельцы спектра могли бы использовать свои полосы частот любым способом, с помощью любой технологии, которую они предпочитают (нейтральность услуг и технологий). Хотя модель прав собственности на спектр поддерживает исключительное распределение прав на передачу, это не то же самое, что режим лицензирования. Основное различие заключается в нейтральности услуг и технологий, которую отстаивает подход, основанный на правах собственности на спектр, в отличие от строгих требований к услугам и коммуникационным технологиям, присущих режимам лицензированного управления.

Основная идея прав собственности на спектр была впервые предложена Лео Герцелем в 1951 г.[15] который в то время был студентом юридического факультета и готовил критический анализ политики Федеральной комиссии по связи США в области управления использованием спектра. Рональд Коуз, лауреат Нобелевской премии по экономике, отстаивал идею продажи с аукциона прав на использование спектра в качестве лучшей альтернативы статус-кво в 1959 году.[16] Коуз утверждал, что, хотя первоначальное распределение может повлиять на ситуацию, права собственности на определенную частоту приведут к наиболее эффективному их использованию. Когда он впервые представил свое видение FCC, его спросили, не шутит ли он.

Сторонники модели прав собственности на спектр утверждают, что такая схема управления потенциально способствовала бы инновациям и более эффективному использованию ресурсов спектра, поскольку владельцы спектра потенциально хотели бы сэкономить на своих ресурсах.[17][18]

Модель прав собственности на спектр часто критикуют за то, что она потенциально ведет к искусственному дефициту и задержать проблема. Проблема задержек связана с трудностью агрегирования ресурсов спектра (что потребовалось бы для приложений с высокой пропускной способностью), поскольку отдельные владельцы спектра могут потребовать очень высокую компенсацию в обмен на свой вклад.[19] Поскольку спектр - это ограниченный конечный товар, существует извращенный стимул не использовать его вообще. Участники и существующие владельцы спектра на рынке спектра могут заранее покупать спектр, а затем складывать его, чтобы существующие или новые конкуренты не могли его использовать. Согласно официальным планам нынешнего владельца спектра в отношении этого сохраненного спектра, он будет сохранен для неизвестного будущего использования и, следовательно, не будет использоваться вообще в обозримом будущем.

В частичном или неполном режиме регулирования "спектр как собственность" действующие и устаревшие владельцы, получившие спектр в соответствии со старой политикой по причинам и заслугам, могут получить непредвиденные выгоды от продажи спектра, который они получили бесплатно в рамках прежнего режима регулирования. Когда регулирующий режим меняет модель собственности, первоначальные рекомендации по заслугам и причинам для действующих и старых пользователей часто удаляются. Не существует механизма регуляторной проверки, чтобы проверить, соблюдаются ли по-прежнему руководящие принципы достоинств, а если нет, то отозвать лицензию на использование спектра у действующего владельца спектра и перевыпустить спектр новому пользователю в соответствии со старыми руководящими принципами качества или продать спектр в соответствии с новая политика «спектра как собственности».

Регулирующие органы США

В Закон о связи 1934 года предоставляет Президенту полномочия по управлению использованием спектра для всего федерального использования (47 USC 305). В Национальное управление по телекоммуникациям и информации (NTIA) управляет спектром частот для федерального правительства. Его правила находятся в Руководство NTIA по правилам и процедурам для федерального управления радиочастотами ".

В Федеральная комиссия связи (FCC) управляет и регулирует все внутреннее нефедеральное использование спектра (47 USC 301).[20]

Фон:

Международное управление использованием спектра

Основная статья: Распределение частот

В Международный союз электросвязи (ITU) является частью Объединенные Нации (ООН), которая управляет использованием как радиочастотного спектра, так и космических спутников среди национальные государства. Полномочная конференция - это высший политический орган МСЭ, который собирается каждые четыре года для определения общей политики Союза. МСЭ разделен на три сектора: Сектор радиосвязи (МСЭ-R).[21] определяет технические характеристики и рабочие процедуры для беспроводных услуг и играет жизненно важную роль в управлении использованием спектра радиочастот; 1-я Исследовательская комиссия МСЭ-R[22] исследовательская группа по управлению использованием спектра; Сектор стандартизации электросвязи (ITU-T) разрабатывает согласованные на международном уровне технические и операционные стандарты; Сектор развития электросвязи (МСЭ-D) способствует расширению инфраструктуры электросвязи в развивающихся странах по всему миру, которые составляют две трети от 191 Государства-Члена МСЭ. Регламент радиосвязи МСЭ устанавливает обязательный международный договор, регулирующий использование радиочастотного спектра примерно 40 различными службами.

Управление частотами

В телекоммуникации, орган по присвоению частот это сила, данная администрация, назначение или делегирование агентству или администратору посредством договора или закона для определения частот, частотных каналов или частота группы, в электромагнитный спектр для использования в услуги радиосвязи, радиостанции или же Приложения ISM.

Управление частотами есть - согласно Статья 1.2. из Международный союз электросвязи (ITU) Регламент радиосвязи (RR)[23] - определяется как «Любой правительственный департамент или служба, отвечающая за выполнение обязательств, взятых на себя в соответствии с Уставом Международного союза электросвязи, Конвенцией Международного союза электросвязи и Административным регламентом (CS 1002).. » Определения, идентичные определениям, содержащимся в Приложении к Уставу или Приложении к Конвенции Международного союза электросвязи (Женева, 1992 г.), помечены соответственно «(CS)» или «(CV)».

Международный частотное присвоение власть принадлежит Бюро радиосвязи из Международный союз электросвязи (ITU).

Европа

  • В Европе каждая страна вносит нормативный вклад в развитие европейской и международной политики, стандартов и законодательства, регулирующих эти сектора, через свои соответствующие частотное управление.
  • Европейский частотные администрации может получить военный совет от соответствующего Национальное радиочастотное агентство (NRFA). Что касается НАТО-Европа, этот опыт находится в Отделение управления и контроля и инфраструктуры для консультаций по спектру (SC3IB). Тем не менее, органом, принимающим решения, касающимся военного доступа к радиочастотному спектру, является НАТО. Панель возможностей Civ / Mil Spectrum 3 (CaP3) от имени Совет НАТО по консультациям, командованию и управлению (C3B) с участием компетентных, уполномоченных и уполномоченных представителей национальных частотные администрации.
  • Гражданское управление частотами в Европе осуществляется рядом организаций. К ним относятся:

В июле 2002 г. Европейская комиссия также учредил Европейская группа регулирующих органов для сетей и услуг электронной связи; создание впервые формальной структуры для взаимодействия и координации между Европейской комиссией и регулирующими органами во всех странах-членах ЕС для обеспечения последовательного применения европейского законодательства.

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах первичные полномочия по присвоению частот осуществляются Национальное управление по телекоммуникациям и информации (NTIA) от Федерального правительства и Федеральная комиссия связи (FCC) для неправительственных организаций.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Мартин Кейв, Крис Дойл, Уильям Уэбб, Современное управление спектром, Cambridge University Press, 2007 г. ISBN  0-521-87669-9
  2. ^ Рид, Джеффри, Мариус Василиу и Сайед Шах (2016). «Роль новых технологий в решении проблемы нехватки спектра». Труды IEEE, Vol. 104 № 6, 1163-1168.
  3. ^ Обама, Барак, «Президентский меморандум - расширение лидерства Америки в беспроводных инновациях», Вашингтон, округ Колумбия: Офис пресс-секретаря Белого дома, 14 июня 2013 г. https://www.whitehouse.gov/the-press-office/2013/06/14/presidential-memorandum-expanding-americas-leadership-wireless-innovatio
  4. ^ Радиоспектр как природный ресурс
  5. ^ Применение доктрины общественного доверия и принципов управления природными ресурсами к электромагнитному спектру
  6. ^ К. Котоби, П. Б. Мэйнваринг и С. Г. Билен, «Механизм аукциона на основе головоломок для совместного использования спектра в сетях когнитивного радио», Беспроводные и мобильные вычисления, сети и связь (WiMob), 12-я Международная конференция IEEE, октябрь 2016 г.
  7. ^ Ежегодная оценка состояния конкуренции на рынке поставки видеопрограмм; Десятый годовой отчет FCC; (2004); по состоянию на июнь 2018 г.
  8. ^ Цифровой перекресток - Американская политика в области электросвязи в эпоху Интернета - Дж. Нюхтерляйн и П. Вайзер
  9. ^ С. Галисия, М. Сирбу и Дж. Пеха, «Узкополосный подход к эффективному совместному использованию спектра ПК посредством децентрализованных политик доступа DCA», Журнал IEEE Personal Communications Magazine, pp. 24-34, февраль 1997 г.
  10. ^ Дж. Пеха, "Варианты политики управления спектром", 1998.
  11. ^ [SSRN: http://ssrn.com/abstract=732483 Беспроводная связь и вычисления на перекрестке: новые парадигмы и их влияние на теории, регулирующие право населения на доступ к спектру], Патрик С. Райан, Журнал по праву в области телекоммуникаций и высоких технологий, Vol. 3, № 2, с. 239, 2005.
  12. ^ Главное бухгалтерское управление США (май 2004 г.). «Управление спектром» (PDF). Получено 3 июля 2020.
  13. ^ «Общий доступ к спектру для радара и связи (SSPARC)». www.darpa.mil. Получено 2019-04-04.
  14. ^ Ф. Фукалас и Т. Хаттаб "Многопользовательское разнесение с оптимальным распределением мощности при совместном использовании спектра при ограничении средней мощности помех. "I IEEE 79-я конференция по автомобильным технологиям, 2014 г. (Весна VTC), май 2014 г.)
  15. ^ Л. Герцель, «Общественный интерес и рынок регулирования цветного телевидения», Обзор права Чикагского университета
  16. ^ Р. Х. Коуз, "Федеральная комиссия по связи", Журнал права и экономики, т. 2., стр. 1-40, октябрь 1959 г.
  17. ^ Г. Р. Фаулхабер и Д. Фарбер, «Управление спектром: права собственности, рынки и общие ресурсы», в Труды конференции по исследованию политики в области электросвязи, 2003.
  18. ^ Дж. Пеха, "Варианты политики управления спектром", 1998 г.
  19. ^ Г. Р. Фаулхабер, «Вопрос о спектре: технология, управление и смена режима», в Конференция по экономике, технологиям и политике нелицензионного спектра, Ист-Лансинг, Мичиган, 2005.
  20. ^ Правила и Положения; Веб-сайт FCC; по состоянию на июнь 2018 г.
  21. ^ «МСЭ-Р». Itu.int. Получено 2019-09-12.
  22. ^ «Исследовательская комиссия 1». Itu.int. Получено 2019-09-12.
  23. ^ Регламент радиосвязи МСЭ, Глава I, Раздел I, Общие термины - статья 1.2, определение: администрирование / частотное администрирование
  24. ^ http://www.cept.org Веб-сайт CEPT
  25. ^ http://www.ero.dk Веб-сайт ERO