Управление использованием спектра – 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 использованием спектра. Спрос на беспроводную широкополосную связь резко возрос благодаря технологическим инновациям, таким как мобильные услуги 3G и 4G, а также быстрому распространению 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 эксклюзивное лицензирование для защиты сигналов лицензиатов. Прежняя практика предоставления лицензий на отдельные полосы частот группам аналогичных служб во многих странах уступает место модели « аукциона спектра », целью которой является ускорение технологических инноваций и повышение эффективности использования спектра. В ходе экспериментального процесса распределения спектра применялись и другие подходы, а именно лотереи , нелицензионный доступ и приватизация спектра.
Совсем недавно Америка перешла к политике совместного использования спектра, тогда как Европа придерживалась модели лицензирования авторизованного совместного доступа (ASA). Президент Обама сделал общий спектр политикой Соединенных Штатов 14 июня 2013 года [3] после рекомендаций Президентского консультативного совета по науке и технологиям (PCAST), который выступал за совместное использование (неосвоенного) федерального радиочастотного спектра, когда он не используется в каком-либо месте. и время при условии, что это не представляет неоправданного риска. В соответствии с этим руководством по состоянию на декабрь 2014 года Федеральная комиссия по связи (FCC) распространила ограниченный успех совместного использования спектра телевизионного диапазона (« белое пространство ТВ ») на другие диапазоны, в основном на диапазон радаров ВМС США 3550–3700 МГц, посредством трехуровневой модели лицензирования (действующая , приоритет и общий доступ).
Большинство стран рассматривают радиочастотный спектр как исключительную собственность государства. Радиочастотный спектр является национальным ресурсом, таким же, как вода, земля, газ и полезные ископаемые. Однако, в отличие от них, RF можно использовать повторно . [4] Целью управления использованием спектра является снижение загрязнения радиоспектра и максимизация выгоды от полезного радиоспектра. [5]
Первое предложение конституции Международного союза электросвязи (МСЭ) полностью признает «суверенное право каждого государства регулировать свою электросвязь». Эффективное управление использованием спектра требует регулирования на национальном, региональном и глобальном уровнях. [ нужна цитата ]
Цели управления использованием спектра включают: рационализацию и оптимизацию использования радиочастотного спектра; избегать и устранять помехи; разработать распределение частот на короткие и большие расстояния; способствовать внедрению новых беспроводных технологий; координировать беспроводную связь с соседями и другими администрациями. Элементы радиоспектра, которые должны регулироваться на национальном уровне: распределение частот для различных радиослужб, присвоение лицензий и радиочастот передающим станциям, утверждение типа оборудования (для стран за пределами Европейского Союза ), взимание платы, уведомление МСЭ об основной международной частоте. Регистр (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. [ нужна цитата ]
Управление использованием спектра является растущей проблемой из-за растущего числа пользователей спектра. [6] Использование включает: эфирное вещание (начавшееся в 1920 году); правительственные и исследовательские цели (в том числе оборона, общественная безопасность — морская, воздушная, полиция — управление ресурсами, транспорт и радиоастрономия ); коммерческие услуги для населения (включая голосовую связь, данные, домашние сети ); а также промышленные, научные и медицинские услуги (включая телемедицину и дистанционное управление ).
В 1980-е годы единственной заботой было радио- и телевещание; но сегодня мобильные телефоны и беспроводные компьютерные сети приобретают все большее значение, поскольку менее 15% домохозяйств в 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 применения обе организации должны прийти к согласию.
Спектр разделен на различные частотные диапазоны , каждый из которых имеет определенное применение. Например, полоса частот от 300 до 535 кГц зарезервирована для воздушной и морской связи, а спектр от 520 до 1700 кГц — для AM-радио . Этот процесс называется « распределением ».
Следующим шагом является присвоение частот конкретным пользователям или классам пользователей. Каждому диапазону частот присвоено определенное назначение, которое зависит от характера применения и количества пользователей. Действительно, некоторые приложения требуют более широкой полосы, чем другие (AM-радио использует блоки по 10 кГц, а FM-радио использует блоки по 200 кГц). Кроме того, необходимы « защитные полосы », чтобы свести к минимуму помехи между приложениями. [8]
Подход к управлению «командованием и контролем» в настоящее время используется большинством регулирующих органов по всему миру. Этот подход предполагает, что регуляторные органы являются централизованными органами, принимающими решения о распределении и использовании спектра. В примере США регулятор (FCC) определяет варианты использования 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 временном и пространственном измерениях, а это означает, что они действительны в течение длительных периодов времени (обычно десятилетий) и для больших географических регионов (в масштабах страны). Использование часто устанавливается как эксклюзивное; каждая полоса выделена для одного провайдера, что обеспечивает связь без помех. Модель управления командованием и контролем восходит к первым временам беспроводной связи, когда используемые технологии требовали среды без помех для достижения приемлемого качества. Таким образом, часто утверждается, что исключительный характер командно-административного подхода является результатом устаревших технологий. [ нужна цитата ]
Очевидными преимуществами этой модели является то, что услуги, связанные с общественными интересами, могут быть устойчивыми. С точки зрения прибыльности программы, представляющие общественный интерес, например, эфирное телевидение , возможно, не так привлекательны, как коммерческие, с точки зрения провайдера, но тем не менее они приносят пользу обществу. Таким образом, предоставление этих услуг часто косвенно обеспечивается регулирующим органом посредством лицензионных соглашений. Еще одним преимуществом является стандартизация, возникающая в результате такого централизованного подхода. Такая стандартизация имеет решающее значение в сетевых отраслях, для которых телекоммуникационная отрасль является хрестоматийным примером. [10] Один учёный опубликовал статью, в которой показано, как развитие новых технологий обещает предоставить населению значительно больше спектра, но потребует, чтобы общество приняло новую парадигму использования спектра. [11]
Отрывок:
Существующая 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 служб (таких как авиационная радионавигация ) и пользователям (федеральным, нефедеральным и совместным), возможности новых технологий, предназначенных для использования спектра различными способами, часто уменьшаются. Например, программно-определяемые когнитивные радиоприемники — радиоприемники, которые адаптируют использование спектра к условиям в реальном времени в своей рабочей среде — могут использоваться для обнаружения неиспользуемых частот или « белых пространств » и автоматического использования этих частот. Также возможно использовать программно-определяемые когнитивные радио для использования «серых пространств» в спектре — областей, где существуют излучения, но все же можно разместить дополнительных пользователей, не создавая уровень помех, неприемлемый для существующих 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 использования спектра. В то же время существует мало федеральных нормативных требований и стимулов для более эффективного использования спектра. Хотя 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 обеспечить максимальную эффективность использования спектра в разрабатываемых ими системах. Однако руководства и политика агентств не требуют систематического рассмотрения эффективности использования спектра при приобретении частот. Отсутствие экономических последствий, связанных с тем, как используется спектр, также мало стимулировало ведомства активно использовать возможности для разработки и использования технологий, которые могли бы повысить эффективность использования спектра в масштабах всего правительства. [12]
С переходом на цифровые технологии управление использованием спектра вступило в новую эпоху. Полный переход на цифровое телевидение к 17 февраля 2009 года ( Закон о цифровом переходе и общественной безопасности от 2005 года ) позволит вещательным компаниям более эффективно использовать спектр и сэкономить место для возможности совместного использования спектра.
Совместное использование спектра является предметом горячих дискуссий. Экспоненциальный рост коммерческой беспроводной связи требует дополнительного спектра для размещения большего трафика. В качестве регулятора FCC отреагировала на эти потребности, предоставив больше спектра. Было позволено появиться вторичному рынку , и лицензиатам рекомендуется временно сдавать в аренду использование спектра третьим сторонам. Предоставление возможности передачи лицензий является важной попыткой FCC создать стимулы для вещательных компаний совместно использовать неиспользуемый спектр. Другое предлагаемое решение проблемы нехватки спектра состоит в том, чтобы позволить системам связи занимать спектр, который ранее был выделен для использования радаром, и совместно использовать его . В последнее время этот подход привлек повышенное внимание в нескольких исследовательских программах, включая проекты DARPA , [13] исследующие несколько 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, возникающей при попытке запуска новых беспроводных услуг. Последствия этого дефицита наиболее заметны на аукционах по спектру, где операторам часто приходится инвестировать миллиарды долларов, чтобы обеспечить доступ к определенным полосам доступного спектра. Несмотря на этот дефицит, недавние измерения использования спектра показали, что имеющиеся возможности спектра используются крайне недостаточно, то есть остаются неиспользованными. Этот искусственный дефицит, основанный на «ограничении доступа», часто считается результатом статичности и жесткости режима командования и управления. Заинтересованные стороны начали рассматривать возможные улучшения режима управления путем ослабления ограничений на доступ к спектру. Двумя преобладающими моделями являются подходы «общественного пользования спектром» 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 слова «народ». [ нужна цитата ]
Первоначальное использование термина «общее достояние» представляло собой практику, согласно которой широкая общественность имела ограниченные права на использование общего достояния; каждый человек тогда был заинтересован в своих собственных правах пользования, но сами по себе общественные блага не были собственностью, а права не были «собственностью», поскольку ими нельзя было торговать. Термин « трагедия общего пользования » был популяризирован Гарретом Хардином в статье 1968 года, опубликованной в журнале Science . Трагедия общего достояния иллюстрирует философию, согласно которой деструктивное использование общественных резерваций («общее достояние») частными интересами может привести к тому, что лучшая стратегия для отдельных лиц вступает в противоречие с «общим благом». В таком сценарии он утверждает, что, хотя вклад каждого «плохого актера» может быть незначительным, когда результаты этих действий объединяются, ресурс может быть деградирован до точки бесполезности. Эта озабоченность привела к регулированию спектра. [ нужна цитата ]
Модель прав собственности на спектр предполагает, что к ресурсам спектра следует относиться как к земле, т.е. должна быть разрешена частная собственность на участки спектра. Распределение этих долей должно осуществляться посредством рыночных сил. Владельцы спектра должны иметь возможность продавать эти части на вторичных рынках. Альтернативно, владельцы спектра смогут использовать свои диапазоны так, как они хотят, с помощью любой технологии, которую они предпочитают (нейтральность услуг и технологий). Хотя модель прав собственности на спектр предполагает исключительное распределение прав на передачу, это не то же самое, что режим лицензирования. Основное отличие заключается в нейтральности услуг и технологий, пропагандируемой в подходе к правам собственности на спектр, в отличие от строгих требований к услугам и коммуникационным технологиям, присущих лицензированным режимам управления.
Основная идея прав 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 связи США в области управления использованием спектра. Рональд Коуз , экономист, лауреат Нобелевской премии, в 1959 году отстаивал идею продажи на аукционе прав на спектр как лучшую альтернативу статус-кво. [16] Коуз утверждал, что, хотя первоначальное распределение может повлиять на ситуацию, права собственности на частоту приведут к наиболее эффективному их использованию. Когда он впервые представил свое видение Федеральной комиссии по связи (FCC), его спросили, не шутит ли он.
Сторонники модели прав 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 подвергается критике за то, что она потенциально может привести к искусственному дефициту и проблеме задержек . Проблема задержки связана с трудностью агрегирования ресурсов спектра (что потребуется для приложений с высокой пропускной способностью), поскольку отдельные владельцы спектра могут потребовать очень высокую компенсацию в обмен на свой вклад. [19] Поскольку спектр является ограниченным конечным благом, существует извращенный стимул вообще не использовать его. Участники и существующие владельцы спектра на рынке спектра могут заранее покупать спектр, а затем складировать его, чтобы не допустить его использования существующими или новыми конкурентами. Официальные планы существующего владельца спектра в отношении этого складированного спектра заключаются в том, чтобы сохранить его для неизвестного будущего использования и, следовательно, вообще не использовать его в обозримом будущем.
При частичном или неполном режиме регулирования «спектр как собственность» действующие и прежние владельцы, получившие спектр в соответствии со старой политикой причин и заслуг, могут получить непредвиденную выгоду от продажи спектра, который они получили бесплатно в соответствии с предыдущим режимом регулирования. Когда режим регулирования меняется на модель собственности, первоначальные рекомендации по заслугам и причинам для действующих и устаревших пользователей часто удаляются. Не существует механизма регулятивной проверки, позволяющего проверить, соблюдаются ли по-прежнему руководящие принципы оценки достоинств, а если нет, то отозвать лицензию на использование спектра у действующего владельца спектра и перевыдать спектр новому пользователю в соответствии со старыми руководящими принципами качества или продать спектр в рамках новая политика «спектр как собственность».
Закон о связи 1934 года предоставляет президенту полномочия по управлению использованием спектра для всего федерального использования (47 USC 305). Национальное управление по телекоммуникациям и информации (NTIA) управляет спектром для федерального правительства. Его правила можно найти в « Руководстве NTIA по правилам и процедурам управления федеральными радиочастотами ».
Федеральная комиссия по связи (FCC) управляет и регулирует все внутренние нефедеральные виды использования спектра (47 USC 301). [20]
Фон:
Международный союз электросвязи (МСЭ) является частью Организации Объединенных Наций (ООН), которая управляет использованием радиочастотного спектра и космических спутников среди национальных государств . Полномочная конференция — это высший директивный орган МСЭ, который собирается каждые четыре года для определения общей политики Союза. МСЭ разделен на три Сектора: Сектор радиосвязи (ITU-R) [21] определяет технические характеристики и эксплуатационные процедуры для беспроводных услуг и играет жизненно важную роль в управлении использованием спектра радиочастот; 1-я Исследовательская комиссия МСЭ-R [22] — исследовательская комиссия по управлению использованием спектра; Сектор стандартизации электросвязи (ITU-T) разрабатывает согласованные на международном уровне технические и эксплуатационные стандарты; а Сектор развития электросвязи (ITU-D) способствует расширению телекоммуникационной инфраструктуры в развивающихся странах по всему миру, которые составляют две трети из 191 государства-члена МСЭ. Регламент радиосвязи МСЭ устанавливает обязательный международный договор, регулирующий использование радиоспектра примерно 40 различными службами. [ нужна цитата ]
В сфере электросвязи полномочия по присвоению частот — это полномочия, предоставленные на администрирование , назначение или делегирование агентству или администратору на основании договора или закона определения частот, частотных каналов или полос частот в электромагнитном спектре для использования в службах радиосвязи , радиостанциях или ISM-приложения .
В соответствии со статьей 1.2 Регламента радиосвязи (РР ) Международного союза электросвязи (МСЭ ) [23] администрирование частот определяется как «Любое правительственное ведомство или служба, ответственная за выполнение обязательств, взятых на себя в соответствии с Уставом Международного союза электросвязи, в Конвенции Международного союза электросвязи и в Административном регламенте (CS 1002) ». Определения, идентичные тем, которые содержатся в Приложении к Уставу или Приложении к Конвенции Международного союза электросвязи (Женева, 1992 г.), обозначаются соответственно «(CS)» или «(CV)».
Полномочия по присвоению международных частот принадлежат Бюро радиосвязи Международного союза электросвязи (МСЭ).
В июле 2002 года Европейская комиссия также учредила Европейскую группу регуляторов сетей и услуг электронных коммуникаций; создание впервые официальной структуры для взаимодействия и координации между Европейской комиссией и регулирующими органами во всех государствах-членах ЕС для обеспечения последовательного применения европейского законодательства.
В Соединенных Штатах полномочия по присвоению первичных частот осуществляются Национальным управлением по телекоммуникациям и информации (NTIA) для федерального правительства и Федеральной комиссией по связи (FCC) для организаций, не относящихся к федеральному правительству.