Управление спектром — это процесс регулирования использования радиочастот для содействия эффективному использованию и получения чистой социальной выгоды. [1] Термин радиоспектр обычно относится к полному диапазону частот от 1 Гц до 3000 ГГц (3 ТГц ), который может использоваться для беспроводной связи. Растущий спрос на такие услуги, как мобильные телефоны и многие другие, потребовал изменений в философии управления спектром. Спрос на беспроводную широкополосную связь резко возрос из-за технологических инноваций, таких как мобильные услуги 3G и 4G, и быстрого расширения услуг беспроводного интернета. [2]
С 1930-х годов спектр распределялся посредством административного лицензирования. Ограниченные технологией помехи сигнала когда-то считались серьезной проблемой использования спектра. Поэтому было установлено исключительное лицензирование для защиты сигналов лицензиатов. Эта прежняя практика отдельных полос, лицензируемых для групп схожих услуг, уступает место во многих странах модели « аукциона спектра », которая предназначена для ускорения технологических инноваций и повышения эффективности использования спектра. В ходе экспериментального процесса распределения спектра также применялись другие подходы, а именно лотереи , нелицензированный доступ и приватизация спектра.
Совсем недавно Америка двигалась к политике совместного использования спектра, тогда как Европа придерживалась модели лицензирования авторизованного совместного доступа (ASA). Президент Обама сделал совместное использование спектра политикой Соединенных Штатов 14 июня 2013 года [3] после рекомендаций Совета советников президента по науке и технологиям (PCAST), который выступал за совместное использование (неочищенного) федерального радиоспектра, когда он не используется в определенном месте и времени, при условии, что это не представляет неоправданных рисков. В соответствии с этим руководством, по состоянию на декабрь 2014 года FCC распространяла ограниченный успех совместного использования спектра телевизионного диапазона ( телевизионное белое пространство ) на другие диапазоны, в частности, на радиолокационный диапазон ВМС США 3550–3700 МГц с помощью трехуровневой модели лицензирования (действующий, приоритетный и общий доступ).
Большинство стран рассматривают спектр радиочастот как исключительную собственность государства. Спектр радиочастот является национальным ресурсом, как вода, земля, газ и минералы. Однако в отличие от них, радиочастоту можно использовать повторно . [4] Целью управления спектром является уменьшение загрязнения радиочастотным спектром и максимизация выгоды от использования радиочастотного спектра. [5]
Первое предложение устава Международного союза электросвязи (МСЭ) полностью признает «суверенное право каждого государства регулировать свою электросвязь». Эффективное управление спектром требует регулирования на национальном, региональном и глобальном уровнях. [ необходима цитата ]
Цели управления спектром включают: рационализацию и оптимизацию использования радиочастотного спектра; избежание и устранение помех; проектирование распределения частот на короткие и большие расстояния; продвижение внедрения новых беспроводных технологий; координация беспроводной связи с соседями и другими администрациями. Элементы радиочастотного спектра , которые необходимо регулировать на национальном уровне: распределение частот для различных радиослужб, выдача лицензий и радиочастот передающим станциям, утверждение типа оборудования (для стран за пределами Европейского союза ), сбор платы, уведомление МСЭ для Главного международного регистра частот (MIFR), координация с соседними странами (поскольку для радиоволн нет границ ), внешние связи с региональными комиссиями (такими как CEPT в Европе, CITEL в Америке) и с МСЭ. [ необходима ссылка ]
Управление спектром становится все более серьезной проблемой из-за растущего числа случаев использования спектра. [6] К видам использования относятся: эфирное вещание (начавшееся в 1920 году); правительственные и исследовательские цели (включая оборону, общественную безопасность — на море, в воздухе, полицию — управление ресурсами, транспорт и радиоастрономию ); коммерческие услуги для населения (включая голосовую связь, передачу данных, домашние сети ); а также промышленные, научные и медицинские услуги (включая телемедицину и дистанционное управление ).
В 1980-х годах единственной проблемой было радио- и телевещание; но сегодня мобильные телефоны и беспроводные компьютерные сети становятся все более и более важными, поскольку менее 15% домохозяйств США полагаются на эфирное вещание для приема телевизионных сигналов . [7]
Спектр США управляется либо Федеральной комиссией по связи (FCC) для неправительственных приложений, либо Национальным управлением по телекоммуникациям и информации (NTIA) для правительственных приложений. Для совместного использования обе организации должны договориться.
Спектр разделен на различные диапазоны частот , каждый из которых имеет определенное применение. Например, диапазон частот от 300 кГц до 535 кГц зарезервирован для авиационной и морской связи, а спектр от 520 кГц до 1700 кГц — для AM-радио . Этот процесс называется « распределением ».
Следующий шаг — назначить частоты определенным пользователям или классам пользователей. Каждая полоса частот имеет определенное назначение, которое зависит от характера приложения и количества пользователей. Действительно, некоторые приложения требуют более широкой полосы, чем другие (AM-радио использует блоки по 10 кГц, тогда как FM-радио использует блоки по 200 кГц). Кроме того, необходимы « защитные полосы », чтобы свести помехи между приложениями к минимуму. [8]
Подход управления Command and Control в настоящее время используется большинством регуляторов по всему миру. Этот подход предполагает, что регуляторы будут централизованными органами для принятия решений о распределении и использовании спектра. В примере США регулятор (FCC) определяет варианты использования для определенных участков спектра, а также стороны, которые будут иметь к ним доступ. Федеральная комиссия по связи (FCC) также регулирует используемые технологии физического уровня. [9]
Решения о распределении часто статичны во временных и пространственных 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 выделяется одному провайдеру, таким образом поддерживая связь без помех. Модель управления и контроля восходит к первым дням беспроводной связи, когда используемые технологии требовали среды без помех для достижения приемлемого качества. Таким образом, часто утверждается, что исключительная природа подхода управления и контроля является артефактом устаревших технологий. [ необходима цитата ]
Очевидные преимущества этой модели заключаются в том, что услуги, связанные с общественными интересами , могут быть устойчивыми. С точки зрения прибыльности, программы общественного интереса, например, эфирное телевидение , могут быть не такими привлекательными, как коммерческие с точки зрения провайдера, но они, тем не менее, полезны для общества. Поэтому эти услуги часто неявно навязываются регулятором через лицензионные соглашения. Еще одним преимуществом является стандартизация, которая является результатом такого централизованного подхода. Такая стандартизация имеет решающее значение в сетевых отраслях, для которых телекоммуникационная отрасль является хрестоматийным примером. [10] Один ученый опубликовал статью, в которой показано, как развитие новых технологий обещает предоставить общественности значительно больше спектра, но потребует, чтобы общество приняло новую парадигму использования спектра. [11]
Отрывок:
Текущая структура и управление использованием спектра в Соединенных Штатах не поощряют разработку и использование некоторых технологий эффективного использования спектра. Поскольку структура распределения спектра в значительной степени разделяет спектр по типам услуг (например, авиационная радионавигация ) и пользователей (федеральные, нефедеральные и общие), возможности новых технологий, предназначенных для использования спектра различными способами, часто уменьшаются. Например, программно-определяемые когнитивные радиостанции — радиостанции, которые адаптируют свое использование спектра к условиям реального времени своих рабочих сред — могут использоваться для обнаружения неиспользуемых частот или « белых пятен » и автоматического использования этих частот. Также может быть возможным использовать программно-определяемые когнитивные радиостанции для использования «серых пятен» в спектре — областей, где существуют выбросы, но все еще могут размещать дополнительных пользователей, не создавая уровень помех, неприемлемый для действующих пользователей — для повышения эффективности использования спектра. Однако в настоящее время система распределения спектра может не обеспечивать свободу, необходимую для работы этих технологий в рамках существующих обозначений спектра, а определение новых правил требует знаний о спектре, которых нет у лидеров спектра. В то же время существует мало федеральных нормативных требований и стимулов для более эффективного использования спектра. В то время как 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 разрабатываемые ими системы являются максимально эффективными по спектру. Однако руководства и политика агентств не требуют систематического рассмотрения эффективности использования спектра при их приобретениях. Отсутствие экономических последствий, связанных с тем, как используется спектр, также не стимулировало агентства активно искать возможности для разработки и использования технологий, которые могли бы повысить эффективность использования спектра в масштабах всего правительства. [12]
С цифровым переходом управление спектром вступило в новую эру. Полный переход на цифровое телевидение к 17 февраля 2009 года ( Закон о цифровом переходе и общественной безопасности 2005 года ) позволяет вещателям использовать спектр более эффективно и экономить место для возможности совместного использования спектра.
Совместное использование спектра является предметом жарких дискуссий. Экспоненциальный рост коммерческой беспроводной связи требует дополнительного спектра для размещения большего трафика. Как регулятор, FCC отреагировала на эти потребности, предоставив больше спектра. Было разрешено возникновение вторичного рынка, и лицензиаты поощряются временно сдавать использование спектра в аренду третьим лицам. Предоставление лицензий с правом передачи является важной попыткой FCC создать стимулы для вещателей к совместному использованию неиспользуемого спектра. Другим предлагаемым решением проблемы дефицита спектра является предоставление системам связи возможности занимать спектр, который ранее был выделен для использования радаром, и совместно использовать спектр . Этот подход в последнее время привлек повышенное внимание в нескольких исследовательских программах, включая проекты DARPA , [13] исследующих несколько методов совместного совместного использования спектра радаров и связи. В настоящее время разрабатываются дополнительные альтернативы, такие как совместное использование спектра в сотовых сетях. [14]
Дефицит спектра стал основной проблемой, с которой сталкиваются при попытке запустить новые беспроводные услуги. Последствия этого дефицита наиболее заметны на аукционах спектра, где операторам часто приходится вкладывать миллиарды долларов, чтобы обеспечить доступ к определенным диапазонам в доступном спектре. Несмотря на этот дефицит, недавние измерения использования спектра показали, что доступные возможности спектра серьезно недоиспользуются, т. е. остаются неиспользованными. Этот искусственный дефицит, основанный на «ограничении доступа», часто считается результатом статичной и жесткой природы режима управления командованием и контролем. Заинтересованные стороны начали рассматривать возможные улучшения в режиме управления путем ослабления ограничений на доступ к спектру. Две преобладающие модели — это подходы «общего использования спектра» и «прав собственности на спектр».
Согласно законодательству США, спектр не считается собственностью частного сектора или правительства, за исключением случаев, когда термин «правительство» используется как синоним термина «народ». [ необходима цитата ]
Первоначальное использование термина «общее достояние» было практикой, при которой общественность в целом имела ограниченные права на использование общего достояния; тогда каждый человек имел интерес в своих собственных правах использования, но само общее достояние не было собственностью, и права не были «собственностью», поскольку они не могли быть предметом торговли. Термин « трагедия общего достояния » был популяризирован Гарретом Хардином в статье 1968 года, опубликованной в журнале Science . Трагедия общего достояния иллюстрирует философию, согласно которой разрушительное использование общественных резерваций («общего достояния») частными интересами может возникнуть, когда лучшая стратегия для отдельных лиц вступает в конфликт с «общим благом». В таком сценарии утверждается, что даже если вклад каждого «плохого актера» может быть незначительным, когда результаты этих действий объединяются, ресурс может быть деградирован до точки бесполезности. Эта проблема привела к регулированию спектра. [ необходима цитата ]
Модель прав собственности на спектр выступает за то, чтобы ресурсы спектра рассматривались как земля, т. е. частная собственность на участки спектра была разрешена. Распределение этих участков должно осуществляться посредством рыночных сил. Владельцы спектра должны иметь возможность торговать этими участками на вторичных рынках. В качестве альтернативы владельцы спектра могли бы использовать свои полосы любым способом, который они хотят, с помощью любой технологии, которую они предпочитают (нейтральность услуг и технологий). Хотя модель прав собственности на спектр выступает за исключительное распределение прав на передачу, это не то же самое, что лицензированный режим. Главное отличие заключается в нейтральности услуг и технологий, пропагандируемой в подходе к правам собственности на спектр, в отличие от строгих требований к услугам и технологиям связи, присущих лицензированным режимам управления.
Основная идея права собственности на спектр была впервые предложена Лео Герцелем в 1951 году [15], который в то время был студентом юридического факультета и готовил критику политики Федеральной комиссии по связи США в управлении спектром. Рональд Коуз , лауреат Нобелевской премии по экономике, отстаивал идею аукциона прав на спектр как превосходную альтернативу статус-кво в 1959 году. [16] Коуз утверждал, что, хотя первоначальное распределение может повлиять на ситуацию, права собственности на частоту приведут к наиболее эффективному ее использованию. Когда он впервые представил свое видение Федеральной комиссии по связи, его спросили, не шутит ли он.
Сторонники модели права собственности на спектр утверждают, что такая схема управления потенциально будет способствовать инновациям и более эффективному использованию ресурсов спектра, поскольку владельцы спектра потенциально захотят сэкономить на своих ресурсах. [17] [18]
Модель прав собственности на спектр часто критикуют за то, что она потенциально приводит к искусственному дефициту и проблеме удержания . Проблема удержания относится к трудности агрегации ресурсов спектра (что потребовалось бы для приложений с высокой пропускной способностью), поскольку отдельные владельцы спектра могли бы запросить очень высокую компенсацию в обмен на свой вклад. [19] Поскольку спектр является дефицитным конечным товаром, существует извращенный стимул не использовать его вообще. Участники и существующие владельцы спектра на рынке спектра могут заранее купить спектр, а затем складировать его, чтобы не допустить его использования существующими или новыми конкурентами. Официальные планы существующего владельца спектра относительно этого складированного спектра заключались бы в том, чтобы сохранить его для неизвестного будущего использования и, следовательно, не использовать его вообще в обозримом будущем.
В частичном или неполном режиме регулирования «спектр как собственность» действующие и наследственные владельцы, которые получили спектр в соответствии со старой политикой причин и заслуг, могут получить неожиданные доходы от продажи спектра, который они получили бесплатно в соответствии с более ранним режимом регулирования. Когда режим регулирования меняется на модель собственности, первоначальные руководящие принципы заслуг и причин для действующих и наследственных пользователей часто удаляются. Не существует механизма нормативного обзора, который бы проверял, соблюдаются ли все еще руководящие принципы заслуг, и если нет, то отзывал бы лицензию на спектр у действующего владельца спектра и перевыдавал бы спектр новому пользователю в соответствии со старыми руководящими принципами заслуг или продавал бы спектр в соответствии с новой политикой «спектр как собственность».
Закон о связи 1934 года предоставляет Президенту полномочия по управлению спектром для всех федеральных целей (47 USC 305). Национальное управление по телекоммуникациям и информации (NTIA) управляет спектром для федерального правительства. Его правила изложены в Руководстве NTIA по правилам и процедурам федерального управления радиочастотами .
Федеральная комиссия по связи (FCC) управляет и регулирует все внутреннее нефедеральное использование спектра (47 USC 301). [20]
Фон:
Международный союз электросвязи (МСЭ) является частью Организации Объединенных Наций (ООН), которая управляет использованием как радиочастотного спектра, так и космических спутников среди национальных государств . Полномочная конференция является высшим директивным органом МСЭ, собирающимся каждые четыре года для установления общей политики Союза. МСЭ разделен на три сектора: Сектор радиосвязи (МСЭ-R) [21] определяет технические характеристики и эксплуатационные процедуры для беспроводных услуг и играет важную роль в управлении спектром радиочастот; Исследовательская группа 1 МСЭ-R [22] является исследовательской группой по управлению спектром; Сектор стандартизации электросвязи (МСЭ-T) разрабатывает согласованные на международном уровне технические и эксплуатационные стандарты; а Сектор развития электросвязи (МСЭ-D) способствует расширению телекоммуникационной инфраструктуры 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. [ необходима ссылка ]
В области телекоммуникаций полномочия по присвоению частот — это полномочия, предоставленные администрации , назначению или делегированию агентству или администратору посредством договора или закона, по определению частот, частотных каналов или полос частот в электромагнитном спектре для использования в службах радиосвязи , радиостанциях или приложениях ISM .
Администрация частот — согласно статье 1.2 Регламента радиосвязи (РР ) Международного союза электросвязи (МСЭ ) [23] — определяется как «любое правительственное ведомство или служба, ответственные за выполнение обязательств, принятых в Уставе Международного союза электросвязи, Конвенции Международного союза электросвязи и Административных регламентах (CS 1002) ». Определения, идентичные тем, которые содержатся в Приложении к Уставу или Приложении к Конвенции Международного союза электросвязи (Женева, 1992 г.), обозначены «(CS)» или «(CV)» соответственно.
Международное право присвоения частот принадлежит Бюро радиосвязи Международного союза электросвязи (МСЭ).
В июле 2002 года Европейская комиссия также учредила Европейскую группу регуляторов сетей и услуг электронных коммуникаций, впервые создав официальную структуру для взаимодействия и координации между Европейской комиссией и регуляторами во всех государствах-членах ЕС для обеспечения последовательного применения европейского законодательства.
В Соединенных Штатах основные полномочия по присвоению частот осуществляются Национальным управлением по телекоммуникациям и информации (NTIA) для федерального правительства и Федеральной комиссией по связи (FCC) для организаций, не входящих в федеральное правительство.