Радиодиапазоны ISM являются частями радиоспектра , зарезервированными на международном уровне для промышленных, научных и медицинских (ISM) целей, за исключением приложений в телекоммуникациях . [1] Примерами приложений для использования радиочастотной (РЧ) энергии в этих диапазонах являются РЧ-нагрев , микроволновые печи и медицинские диатермические аппараты. Мощные излучения этих устройств могут создавать электромагнитные помехи и нарушать радиосвязь, использующую ту же частоту , поэтому эти устройства ограничены определенными диапазонами частот. В целом, коммуникационное оборудование, работающее в диапазонах ISM, должно выдерживать любые помехи, создаваемые приложениями ISM, и пользователи не имеют нормативной защиты от работы устройств ISM в этих диапазонах.
Несмотря на изначальное назначение, в последние годы наиболее быстрорастущее использование этих диапазонов было для маломощных беспроводных систем связи с малым радиусом действия , поскольку эти диапазоны часто одобрены для таких устройств, которые могут использоваться без государственной лицензии, как это в противном случае потребовалось бы для передатчиков; частоты ISM часто выбираются для этой цели, поскольку они уже должны выдерживать проблемы с помехами. Беспроводные телефоны , устройства Bluetooth , устройства связи ближнего действия (NFC), открыватели гаражных ворот , радионяни и беспроводные компьютерные сети ( Wi-Fi ) могут использовать частоты ISM, хотя эти маломощные передатчики не считаются устройствами ISM.
Диапазоны ISM определены в Регламенте радиосвязи МСЭ (статья 5) в сносках 5.138, 5.150 и 5.280 Регламента радиосвязи . Использование отдельными странами диапазонов, обозначенных в этих разделах, может отличаться из-за различий в национальных правилах радиосвязи. Поскольку устройства связи, использующие диапазоны ISM, должны выдерживать любые помехи от оборудования ISM, нелицензируемым операциям обычно разрешается использовать эти диапазоны, поскольку нелицензируемая работа, как правило, должна быть терпимой к помехам от других устройств в любом случае. Диапазоны ISM делят распределения с нелицензируемыми и лицензированными операциями; однако из-за высокой вероятности вредных помех лицензированное использование диапазонов, как правило, невелико. В Соединенных Штатах использование диапазонов ISM регулируется Частью 18 правил Федеральной комиссии по связи (FCC), в то время как Часть 15 содержит правила для нелицензируемых устройств связи, даже тех, которые совместно используют частоты ISM. В Европе ETSI разрабатывает стандарты для использования устройств ближнего действия , некоторые из которых работают в диапазонах ISM. Использование диапазонов ISM регулируется национальными органами регулирования спектра, которые являются членами CEPT.
Распределение радиочастот осуществляется в соответствии со статьей 5 Регламента радиосвязи МСЭ (редакция 2012 г.) [2] .
Для улучшения гармонизации использования спектра большинство выделений служб, предусмотренных в этом документе, были включены в национальные таблицы распределения и использования частот, которые находятся в сфере ответственности соответствующих национальных администраций. Распределение может быть первичным, вторичным, исключительным или совместным. Исключительное или совместное использование находится в сфере ответственности администраций.
Тип A (сноска 5.138) = полосы частот, предназначенные для приложений ISM . Использование этих полос частот для приложений ISM должно быть предметом специального разрешения заинтересованной администрации по согласованию с другими администрациями, чьи службы радиосвязи могут быть затронуты. Применяя это положение, администрации должны должным образом учитывать последние соответствующие Рекомендации МСЭ-Р.
Тип B (сноска 5.150) = полосы частот также предназначены для приложений ISM. Радиокоммуникационные службы, работающие в этих диапазонах, должны принимать вредные помехи, которые могут быть вызваны этими приложениями.
ITU RR, (сноска 5.280) = В Германии, Австрии, Боснии и Герцеговине, Хорватии, Северной Македонии, Лихтенштейне, Черногории, Португалии, Сербии, Словении и Швейцарии полоса 433,05–434,79 МГц (центральная частота 433,92 МГц) предназначена для приложений ISM . Службы радиосвязи этих стран, работающие в этой полосе, должны принимать вредные помехи, которые могут быть вызваны этими приложениями.
Диапазоны ISM были впервые установлены на Международной конференции по телекоммуникациям МСЭ в Атлантик -Сити в 1947 году . Американская делегация специально предложила несколько диапазонов, включая ныне распространенный диапазон 2,4 ГГц, для размещения тогда еще зарождающегося процесса микроволнового нагрева; [3] однако ежегодные отчеты FCC того времени показывают, что перед этими презентациями была проделана большая подготовительная работа. [4]
В отчете заседания Комитета по распределению частот от 9 августа 1947 года [5] содержится следующее замечание:
«Делегат Соединенных Штатов, ссылаясь на свою просьбу о выделении частоты 2450 МГц для ISM, указал, что в Соединенных Штатах существуют и работают на этой частоте диатермическая машина и электропечь, и что последняя в конечном итоге может быть установлена на трансатлантических судах и самолетах. Поэтому имелся определенный смысл попытаться достичь мирового соглашения по этому вопросу».
Радиочастоты в диапазонах ISM использовались для целей связи, хотя такие устройства могут испытывать помехи от некоммуникационных источников. В Соединенных Штатах еще в 1958 году Class D Citizens Band , служба Части 95, была выделена для частот, которые также выделены для ISM. [1]
В США FCC впервые сделала нелицензируемый расширенный спектр доступным в диапазонах ISM в правилах, принятых 9 мая 1985 года. [6] Действие FCC было предложено Майклом Маркусом из персонала FCC в 1980 году, а последующее регулирующее действие заняло еще пять лет. Это было частью более широкого предложения разрешить гражданское использование технологии расширенного спектра и в то время было отклонено производителями основного оборудования и многими операторами радиосистем. [7]
Многие другие страны позже разработали аналогичные правила, позволяющие использовать эту технологию. [ необходима цитата ]
Промышленные, научные и медицинские (ПНМ) применения (радиочастотной энергии) (сокращенно: ПНМ применения ) — согласно статье 1.15 Регламента радиосвязи (РР) Международного союза электросвязи (МСЭ) [ 8 ] — определяются как « Эксплуатация оборудования или приборов, предназначенных для генерации и локального использования радиочастотной энергии в промышленных, научных, медицинских, бытовых или аналогичных целях, за исключением применений в области телекоммуникаций ».
Первоначальные спецификации ISM предполагали, что диапазоны будут использоваться в первую очередь для некоммуникационных целей, таких как отопление. Диапазоны по-прежнему широко используются для этих целей. Для многих людей наиболее часто встречающимся устройством ISM является домашняя микроволновая печь, работающая на частоте 2,45 ГГц, которая использует микроволны для приготовления пищи. Промышленное отопление является еще одной большой областью применения; например, индукционный нагрев , микроволновая термическая обработка, размягчение пластика и процессы сварки пластика . В медицинских учреждениях коротковолновые и микроволновые диатермические аппараты используют радиоволны в диапазонах ISM для применения глубокого нагрева к телу с целью расслабления и заживления. Совсем недавно гипертермическая терапия использовала микроволны для нагрева тканей с целью уничтожения раковых клеток.
Однако, как подробно описано ниже, растущая перегруженность радиоспектра, растущая сложность микроэлектроники и привлекательность нелицензированного использования в последние десятилетия привели к взрыву использования этих диапазонов для систем связи на короткие расстояния для беспроводных устройств , которые в настоящее время являются крупнейшими применениями этих диапазонов. Иногда их называют «не ISM»-применениями, поскольку они не подпадают под изначально предполагаемые «промышленные», «научные» и «медицинские» области применения. Одним из крупнейших приложений была беспроводная сеть ( Wi-Fi ). Протоколы беспроводной сети IEEE 802.11 , стандарты, на которых основаны почти все беспроводные системы, используют диапазоны ISM. Практически все ноутбуки , планшетные компьютеры , компьютерные принтеры и мобильные телефоны теперь имеют беспроводные модемы 802.11, использующие диапазоны ISM 2,4 и 5,7 ГГц. Bluetooth — это еще одна сетевая технология, использующая диапазон 2,4 ГГц, что может быть проблематично, учитывая вероятность помех. [9] Устройства ближней связи (NFC), такие как бесконтактные карты и бесконтактные смарт-карты, используют низкочастотные диапазоны ISM 13 и 27 МГц. Другие устройства ближнего действия, использующие диапазоны ISM: беспроводные микрофоны , радионяни , устройства для открывания гаражных ворот , беспроводные дверные звонки , системы бесключевого доступа для транспортных средств, каналы радиоуправления для беспилотных летательных аппаратов (дронов), беспроводные системы наблюдения , системы RFID для товаров и системы отслеживания диких животных .
Некоторые конструкции безэлектродных ламп являются устройствами ISM, которые используют радиочастотное излучение для возбуждения люминесцентных трубок . Серные лампы — это коммерчески доступные плазменные лампы , которые используют магнетроны 2,45 ГГц для нагрева серы в ярко светящуюся плазму .
Были предложены и опробованы системы беспроводной передачи энергии на большие расстояния , в которых вместо воздушных линий электропередач и подземных кабелей использовались бы мощные передатчики и ректенны для передачи энергии в удаленные места. NASA изучало возможность использования микроволновой передачи энергии на частоте 2,45 ГГц для отправки энергии, собранной солнечными спутниками, обратно на землю.
Также в космических приложениях используется двухслойный ионный двигатель с геликоном , который является прототипом двигателя космического корабля и использует передачу на частоте 13,56 МГц для расщепления и нагрева газа до состояния плазмы.
В последние годы диапазоны ISM также использовались совместно с (не ISM) безлицензионными приложениями связи, устойчивыми к ошибкам, такими как беспроводные сенсорные сети в диапазонах 915 МГц и 2,450 ГГц, а также беспроводные локальные сети и беспроводные телефоны в диапазонах 915 МГц, 2,450 ГГц и 5,800 ГГц. Поскольку нелицензированные устройства должны быть устойчивы к излучениям ISM в этих диапазонах, нелицензированные пользователи маломощных устройств, как правило, могут работать в этих диапазонах, не создавая проблем для пользователей ISM. Оборудование ISM не обязательно включает радиоприемник в диапазоне ISM (например, микроволновая печь не имеет приемника).
В Соединенных Штатах, согласно 47 CFR Часть 15.5, маломощные устройства связи должны принимать помехи от лицензированных пользователей этого частотного диапазона, а устройство Части 15 не должно создавать помех для лицензированных пользователей. Обратите внимание, что диапазон 915 МГц не должен использоваться в странах за пределами Региона 2 , за исключением тех, которые специально разрешают это, таких как Австралия и Израиль, особенно тех, которые используют диапазон GSM-900 для мобильных телефонов. Диапазоны ISM также широко используются для приложений радиочастотной идентификации (RFID), причем наиболее часто используемым диапазоном является диапазон 13,56 МГц, используемый системами, соответствующими ISO/IEC 14443, включая те, которые используются в биометрических паспортах и бесконтактных смарт-картах .
В Европе использование диапазона ISM регулируется правилами Short Range Device , выпущенными Европейской комиссией , на основе технических рекомендаций CEPT и стандартов ETSI . В большинстве стран Европы диапазон LPD433 разрешен для голосовой связи без лицензии в дополнение к PMR446 .
Беспроводные сетевые устройства используют следующие диапазоны волн:
Беспроводные локальные сети и беспроводные телефоны также могут использовать диапазоны, отличные от тех, которые используются совместно с ISM, но такое использование требует одобрения в каждой стране. Телефоны DECT используют выделенный спектр за пределами диапазонов ISM, который отличается в Европе и Северной Америке. Сверхширокополосные локальные сети требуют большего спектра, чем могут предоставить диапазоны ISM, поэтому соответствующие стандарты, такие как IEEE 802.15.4a, разработаны для использования спектра за пределами диапазонов ISM. Несмотря на то, что эти дополнительные диапазоны находятся за пределами официальных диапазонов ITU-R ISM, поскольку они используются для тех же типов маломощной персональной связи, их иногда неправильно называют также диапазонами ISM.
Некоторые марки радиоуправляемого оборудования используют диапазон 2,4 ГГц для маломощного дистанционного управления игрушками — от бензиновых автомобилей до миниатюрных самолетов.
Всемирная цифровая беспроводная связь (WDCT) — это технология, использующая радиоспектр 2,4 ГГц .
Проект Google Loon использовал диапазоны ISM (в частности, 2,4 и 5,8 ГГц) для связи между воздушными шарами и между воздушными шарами и землей.
В соответствии с частью 97 47 CFR некоторые диапазоны ISM используются лицензированными радиолюбителями для связи, включая любительское телевидение .
промышленные, научные и медицинские (ПНМ) применения (радиочастотной энергии): Эксплуатация оборудования или приборов, предназначенных для генерации и локального использования радиочастотной энергии в промышленных, научных, медицинских, бытовых или аналогичных целях, за исключением применений в области телекоммуникаций.
[1]