Zarządzanie widmem - Spectrum management

Wykres przydziałów częstotliwości widma radiowego w Stanach Zjednoczonych od 2016 r.

Zarządzanie widmem to proces regulacji wykorzystania częstotliwości radiowych w celu promowania efektywnego wykorzystania i uzyskania korzyści społecznych netto. Termin widmo radiowe zazwyczaj odnosi się do pełnego zakresu częstotliwości od 3 kHz do 300 GHz, który może być wykorzystywany do komunikacji bezprzewodowej. Rosnący popyt na usługi takie jak telefony komórkowe i wiele innych wymusił zmiany w filozofii zarządzania widmem. Popyt na bezprzewodową łączność szerokopasmową wzrósł z powodu innowacji technologicznych, takich jak usługi mobilne 3G i 4G oraz szybkiego rozwoju usług bezprzewodowego internetu.

Od lat 30. widmo przydzielano na podstawie licencji administracyjnych. Ograniczone przez technologię zakłócenia sygnału były kiedyś uważane za główny problem wykorzystania widma. Dlatego też ustanowiono licencje wyłączne w celu ochrony sygnałów licencjobiorców. Ta dawna praktyka dyskretnych pasm licencjonowanych grupom podobnych usług ustępuje w wielu krajach modelowi „ aukcji widma ”, który ma na celu przyspieszenie innowacji technologicznych i poprawę efektywności wykorzystania widma. Podczas eksperymentalnego procesu przydzielania widma przeprowadzono również inne podejścia, a mianowicie loterie , nielicencjonowany dostęp i prywatyzację widma.

Ostatnio Ameryka zmierza w kierunku polityki współdzielenia widma , podczas gdy Europa dąży do modelu licencjonowania autoryzowanego współdzielonego dostępu (ASA). Prezydent Obama wprowadził wspólne widmo do polityki Stanów Zjednoczonych w dniu 14 czerwca 2013 r., zgodnie z zaleceniami Prezydenckiej Rady Doradców ds. Nauki i Technologii (PCAST), która opowiadała się za dzieleniem (nieoznaczonego) federalnego widma radiowego, gdy nie jest używane w miejscu i czasie nie stwarza nadmiernego ryzyka. Zgodnie z tymi wytycznymi, od grudnia 2014 r. FCC rozszerzyła ograniczony sukces współdzielenia widma telewizyjnego ( biała przestrzeń TV ) na inne pasma, znacznie na pasmo radarowe US ​​Navy 3550–3700 MHz za pomocą trzypoziomowego modelu licencjonowania (zasiedziały , priorytet i dostęp ogólny).

Rządy i zarządzanie widmem

Większość krajów uważa widmo RF za wyłączną własność państwa. Widmo RF jest zasobem krajowym, podobnie jak woda, ziemia, gaz i minerały. Jednak w przeciwieństwie do nich RF jest wielokrotnego użytku . Celem zarządzania widmem jest łagodzenie zanieczyszczenia widma radiowego i maksymalizacja korzyści z użytecznego widma radiowego.

Pierwsze zdanie konstytucji Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (ITU) w pełni uznaje „suwerenne prawo każdego państwa do regulowania swojej telekomunikacji”. Skuteczne zarządzanie widmem wymaga regulacji na poziomie krajowym, regionalnym i globalnym.

Cele zarządzania widmem obejmują: racjonalizację i optymalizację wykorzystania widma RF; unikać i rozwiązywać zakłócenia; projektować przydziały częstotliwości krótkiego i dalekiego zasięgu; przyspieszyć wprowadzanie nowych technologii bezprzewodowych; koordynować komunikację bezprzewodową z sąsiadami i innymi administracjami. Elementy widma radiowego, które muszą zostać uregulowane na szczeblu krajowym: przydział częstotliwości dla różnych usług radiowych, przypisanie licencji i częstotliwości radiowych do stacji nadawczych, homologacja typu sprzętu (dla krajów spoza Unii Europejskiej ), pobieranie opłat, powiadomienie ITU o głównej częstotliwości międzynarodowej Rejestracja (MIFR), koordynacja z krajami sąsiednimi (ponieważ fale radiowe nie mają granic ), stosunki zewnętrzne z komisjami regionalnymi (np. CEPT w Europie, CITEL w Ameryce) oraz z ITU.

Wykorzystanie widma

Zarządzanie widmem stanowi coraz większy problem ze względu na rosnącą liczbę zastosowań widma. Zastosowania obejmują: nadawanie naziemne (rozpoczęte w 1920); zastosowania rządowe i badawcze (w tym obronność, bezpieczeństwo publiczne — transport morski, lotnictwo, policja — zarządzanie zasobami, transport i radioastronomia ); komercyjne usługi publiczne (w tym głos, dane, sieci domowe ); oraz usługi przemysłowe, naukowe i medyczne (w tym telemedycyna i zdalne sterowanie ).

W latach 80. jedynym problemem było nadawanie programów radiowych i telewizyjnych; ale dzisiaj telefony komórkowe i bezprzewodowe sieci komputerowe są coraz ważniejsze, ponieważ mniej niż 15% amerykańskich gospodarstw domowych polega na transmisji bezprzewodowej w celu odbierania sygnału telewizyjnego .

Widmo w USA jest zarządzane albo przez Federalną Komisję Łączności (FCC) w przypadku zastosowań pozarządowych, albo przez Narodową Administrację Telekomunikacji i Informacji (NTIA) w przypadku zastosowań rządowych. W przypadku wspólnego wniosku oba podmioty powinny wyrazić zgodę.

Widmo podzielone jest na różne pasma częstotliwości , z których każde ma określone zastosowanie. Na przykład pasmo częstotliwości obejmujące 300 kHz do 535 kHz jest zarezerwowane dla łączności lotniczej i morskiej, a widmo od 535 kHz do 1705 kHz dla radia AM . Proces ten nazywa się „ przydziałem ”.

Kolejnym krokiem jest przypisanie częstotliwości do konkretnych użytkowników lub klas użytkowników. Każde pasmo częstotliwości ma określone przypisanie, które zależy od charakteru aplikacji i liczby użytkowników. Rzeczywiście, niektóre aplikacje wymagają szerszego pasma niż inne (radio AM używa bloków 10 kHz, podczas gdy radio FM używa bloków 200 kHz). Ponadto potrzebne są „ pasma ochronne ”, aby zminimalizować zakłócenia między aplikacjami.

Status quo: podejście dowodzenia i kontroli

Dowodzenia i kontroli podejścia do zarządzania jest jednym obecnie zatrudniony przez większość regulatorów na całym świecie. Podejście to opowiada się za tym, aby regulatorzy byli scentralizowanymi organami odpowiedzialnymi za alokację widma i decyzje dotyczące użytkowania. W przykładzie amerykańskim regulator (FCC) określa przypadki użycia dla określonych części widma, a także strony, które będą miały do ​​nich dostęp. Federal Communications Commission (FCC) reguluje również technologie warstwy fizycznej ma być zastosowany.

Decyzje o alokacji są często statyczne w wymiarze czasowym i przestrzennym, co oznacza, że ​​są ważne dla dłuższych okresów czasu (zwykle dziesięcioleci) i dla dużych regionów geograficznych (obejmujących cały kraj). Użycie jest często ustawione jako wyłączne; każde pasmo jest dedykowane dla jednego dostawcy, dzięki czemu komunikacja jest wolna od zakłóceń. Model zarządzania dowodzenia i kontroli sięga pierwszych dni komunikacji bezprzewodowej, kiedy stosowane technologie wymagały nośników wolnych od zakłóceń w celu osiągnięcia akceptowalnej jakości. Dlatego często twierdzi się, że ekskluzywny charakter podejścia do dowodzenia i kontroli jest artefaktem przestarzałych technologii.

Oczywistymi zaletami tego modelu jest możliwość utrzymania usług związanych z interesem publicznym . Pod względem rentowności programy użyteczności publicznej, na przykład telewizja bezprzewodowa , mogą nie być tak atrakcyjne z punktu widzenia dostawcy, jak programy komercyjne, ale mimo to są korzystne dla społeczeństwa. Dlatego te usługi są często domyślnie egzekwowane przez regulatora poprzez umowy licencyjne. Kolejną zaletą jest standaryzacja wynikająca z takiego scentralizowanego podejścia. Taka standaryzacja ma kluczowe znaczenie w branżach sieciowych, czego podręcznikowym przykładem jest branża telekomunikacyjna. Jeden z naukowców opublikował artykuł, który pokazuje, w jaki sposób rozwój nowych technologii może przynieść społeczeństwu znacznie więcej widma, ale wymagałby od społeczeństwa przyjęcia nowego paradygmatu wykorzystania widma.

Raport GAO na temat zarządzania widmem (2004)

Fragment:

Obecna struktura i zarządzanie wykorzystaniem widma w Stanach Zjednoczonych nie zachęca do rozwoju i wykorzystywania niektórych technologii efektywnych pod względem wykorzystania widma. Ponieważ ramy alokacji widma w dużej mierze dzielą widmo według rodzajów usług (takich jak radionawigacja lotnicza ) i użytkowników (federalnych, niefederalnych i współdzielonych), możliwości powstających technologii zaprojektowanych do wykorzystywania widma na różne sposoby są często ograniczone. Na przykład radia kognitywne definiowane programowo — radia, które dostosowują swoje wykorzystanie widma do warunków otoczenia w czasie rzeczywistym — mogą być wykorzystywane do wykrywania nieużywanych częstotliwości lub „ białych przestrzeni ” i automatycznie wykorzystywać te częstotliwości. Możliwe jest również wykorzystanie programowalnych radiotelefonów kognitywnych w celu wykorzystania „szarych przestrzeni” w widmie — obszarów, w których istnieją emisje, ale nadal mogą one pomieścić dodatkowych użytkowników bez tworzenia poziomu zakłóceń, który jest nie do zaakceptowania dla dotychczasowych użytkowników — w celu zwiększenia wydajności widma. Obecnie jednak system alokacji widma może nie zapewniać swobody potrzebnej tym technologiom do działania w ramach istniejących oznaczeń widma, a zdefiniowanie nowych zasad wymaga wiedzy o widmie, której nie posiadają liderzy widma. Jednocześnie istnieje niewiele federalnych wymogów regulacyjnych i zachęt do bardziej efektywnego wykorzystania widma. Podczas gdy Narodowa Administracja Telekomunikacji i Informacji (NTIA) jest odpowiedzialna za zarządzanie wykorzystaniem widma przez rząd federalny i zapewnienie wydajności widma, NTIA polega przede wszystkim na poszczególnych agencjach, aby zapewnić, że tworzone przez nich systemy są tak wydajne, jak to tylko możliwe. Wytyczne i polityki agencji nie wymagają jednak systematycznego uwzględniania wydajności widma w ich akwizycjach. Brak konsekwencji ekonomicznych związanych ze sposobem wykorzystania widma również nie stanowi zachęty dla agencji do aktywnego poszukiwania możliwości rozwijania i wykorzystywania technologii, które poprawiłyby wydajność widma w całym rządzie.

Systemy zarządzania widmem alternatywnym i debata dotycząca widma

Wraz z przejściem cyfrowym zarządzanie widmem wkroczyło w nową erę. Pełna konwersja na telewizję cyfrową do 17 lutego 2009 r. ( ustawa o transformacji cyfrowej i bezpieczeństwie publicznym z 2005 r. ) umożliwia nadawcom bardziej efektywne wykorzystanie widma i zaoszczędzenie miejsca na możliwość współdzielenia widma.

Udostępnianie widma jest przedmiotem gorącej dyskusji. Wykładniczy wzrost komercyjnych połączeń bezprzewodowych o dodatkowe widmo, aby obsłużyć większy ruch. Jako regulator, FCC odpowiedziała na te potrzeby, udostępniając więcej widma. Rynku wtórnym została dopuszczona do wyłaniać i licencjobiorców są zachęcani do korzystania z leasingu spektrum osobom trzecim tymczasowo. Umożliwienie przenoszeniu licencji jest ważną próbą FCC, aby stworzyć zachęty dla nadawców do dzielenia się niewykorzystanym widmem. Innym proponowanym rozwiązaniem problemu niedoboru widma jest umożliwienie systemom komunikacyjnym zajmowania widma, które wcześniej przeznaczono do użytku radarów, oraz wspólnego współdzielenia widma . Podejście to zyskało ostatnio większą uwagę dzięki kilku programom badawczym, w tym projektom DARPA , badającym kilka metod wspólnego współdzielenia widma radarowo-komunikacyjnego. Powstają kolejne alternatywy, takie jak współdzielenie widma w sieciach komórkowych.

Niedobór widma stał się głównym problemem napotykanym podczas próby uruchomienia nowych usług bezprzewodowych. Skutki tego niedoboru są najbardziej widoczne w aukcjach widma, gdzie operatorzy często muszą zainwestować miliardy dolarów, aby zabezpieczyć dostęp do określonych pasm w dostępnym widmie. Pomimo tego niedoboru, ostatnie pomiary wykorzystania widma wykazały, że dostępne możliwości widma są w znacznym stopniu niewykorzystane, tj. niewykorzystane. Często uważa się, że ten sztuczny niedobór oparty na „ograniczeniu dostępu” wynika ze statycznej i sztywnej natury reżimu zarządzania dowodzenia i kontroli. Zainteresowane strony zaczęły rozważać możliwe ulepszenia systemu zarządzania poprzez złagodzenie ograniczeń w dostępie do widma. Dwa dominujące modele to podejścia „spectrum commons” i „spectrum property rights”.

Teoria wspólnych zasobów widma

Zgodnie z prawem Stanów Zjednoczonych widmo nie jest uważane za własność sektora prywatnego ani rządu, chyba że termin „rząd” jest używany jako synonim „ludu”.

Pierwotne użycie terminu „the commons” było praktyką, dzięki której ogół społeczeństwa miał ograniczone prawa do korzystania z dóbr wspólnych; każda osoba była wtedy zainteresowana własnymi prawami użytkowania, ale same dobra wspólne nie były własnością, ani prawa nie były „własnością”, ponieważ nie mogły być przedmiotem handlu. Termin „ tragedia wspólnego pastwiska ” został spopularyzowany przez Garretta Hardina w artykule z 1968 roku, który ukazał się w Science . Tragedia wspólnego dobra ilustruje filozofię, zgodnie z którą destrukcyjne wykorzystanie publicznych zastrzeżeń („wspólnoty”) przez prywatne interesy może skutkować, gdy najlepsza strategia dla jednostek jest sprzeczna z „dobrem wspólnym”. W takim scenariuszu zakłada, że ​​chociaż wkład każdego „złego aktora” może być znikomy, to po połączeniu wyników tych działań zasób może zostać zdegradowany do punktu bezużytecznego. Ta troska doprowadziła do regulacji widma.

Model praw własności do widma

Model praw własności do widma opowiada się za traktowaniem zasobów widma jak ziemi, tj. należy zezwolić na prywatną własność części widma. Alokacja tych części powinna być realizowana za pomocą sił rynkowych. Właściciele widma powinni mieć możliwość handlu tymi porcjami na rynkach wtórnych. Alternatywnie właściciele widma mogliby korzystać ze swoich pasm w dowolny sposób dzięki dowolnej preferowanej technologii (neutralność usług i technologii). Chociaż model praw własności do widma opowiada się za wyłącznym przydzielaniem praw do transmisji, to nie jest to samo, co system licencjonowany. Główną różnicą jest neutralność usług i technologii zalecana w podejściu dotyczącym praw własności do widma, w przeciwieństwie do surowych wymogów dotyczących usług i technologii komunikacyjnych nieodłącznie związanych z licencjonowanymi systemami zarządzania.

Podstawowa idea praw własności do widma została po raz pierwszy zaproponowana przez Leo Herzela w 1951 roku, który był wówczas studentem prawa, przygotowując krytykę polityki amerykańskiej FCC w zakresie zarządzania widmem. Ronald Coase , ekonomista zdobywca Nagrody Nobla, w 1959 r. bronił idei licytacji praw do częstotliwości jako lepszej alternatywy dla status quo. efektywne ich wykorzystanie. Kiedy po raz pierwszy przedstawił swoją wizję FCC, zapytano go, czy żartuje.

Zwolennicy modelu praw własności do widma twierdzą, że taki system zarządzania potencjalnie promowałby innowacyjność i bardziej efektywne wykorzystanie zasobów widma, ponieważ właściciele widma potencjalnie chcieliby oszczędzać na swoich zasobach.

Model prawa własności widmo jest często krytyce za potencjalnie prowadząc do sztucznego niedoboru i hold-up problemu. Problem zatoru odnosi się do trudności w agregacji zasobów widma (która byłaby wymagana w zastosowaniach szerokopasmowych), ponieważ poszczególni właściciele widma mogliby zażądać bardzo wysokiej rekompensaty w zamian za swój wkład. Ponieważ widmo jest rzadkim dobrem skończonym, istnieje przewrotna zachęta, by w ogóle z niego nie korzystać. Uczestnicy i obecni właściciele widma na rynku widma mogą z wyprzedzeniem kupować widmo, a następnie magazynować je, aby uniemożliwić obecnym lub nowym konkurentom korzystanie z niego. Oficjalne plany obecnego właściciela widma dotyczące tego przechowywanego widma zakładałyby zapisanie go do nieznanego wykorzystania w przyszłości, a zatem nie wykorzystanie go w ogóle w dającej się przewidzieć przyszłości.

W częściowym lub niepełnym systemie regulacyjnym „widmo jako własność” właściciele zasiedziali i dziadkowie, którzy uzyskali widmo w ramach starej polityki przyczyn i zasług, mogą uzyskać nieoczekiwane korzyści ze sprzedaży widma, które uzyskali bez ponoszenia kosztów w ramach wcześniejszego systemu regulacyjnego. Kiedy system regulacyjny zmienia model nieruchomości, pierwotne wytyczne dotyczące zalet i przyczyn dla dotychczasowych i starych użytkowników są często usuwane. Nie istnieje żaden mechanizm przeglądu regulacyjnego, aby sprawdzić, czy wytyczne merytoryczne są nadal przestrzegane, a jeśli nie, to cofnąć licencję na widmo od zasiedziałego właściciela widma i ponownie wydać widmo nowemu użytkownikowi zgodnie ze starymi wytycznymi merytorycznymi lub sprzedać widmo zgodnie z nowa polityka „widmo jako własność”.

Amerykańskie agencje regulacyjne

Ustawa Komunikacja z 1934 udziela organowi do zarządzania widmem Prezydentowi do wszystkich federalnych użytku (47 USC 305). Narodowy Telekomunikacja i Administracji Informacji (NTIA) zarządza widma dla rządu federalnego. Jego zasady można znaleźć w podręczniku NTIA dotyczącym przepisów i procedur dotyczących federalnego zarządzania częstotliwościami radiowymi ”.

Federal Communications Commission (FCC) zarządza i reguluje wszystkie krajowy zakaz federalnego wykorzystania widma (47 USC 301).

Tło:

• Ustawa radiowa z 1927 r.
• Ustawa o komunikacji z 1934 r
• Ustawa o postępowaniu administracyjnym z 1947 r.
• Ustawa o łączności satelitarnej z 1962 r
• Krajowa Administracja Telekomunikacji i Informacji
• Ustawa negocjacyjna z 1990 r.
• Ustawa o ochronie konsumentów i konkurencji w telewizji kablowej z 1992 r.
• Ustawa zbiorcza o uzgodnieniu budżetu z 1993 r.
• Ustawa o telekomunikacji z 1996 r.

Międzynarodowe zarządzanie widmem

Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) jest częścią Organizacji Narodów Zjednoczonych (ONZ), która zarządza zastosowanie zarówno RF Spectrum i satelitów kosmicznych wśród państw narodowych . Konferencja Pełnomocników jest najwyższym organem politycznym ITU, zbierającym się co cztery lata w celu ustalenia ogólnych polityk Unii. ITU jest podzielony na trzy Sektory: Sektor Radiokomunikacji (ITU-R) określa parametry techniczne i procedury operacyjne dla usług bezprzewodowych i odgrywa istotną rolę w zarządzaniu widmem częstotliwości radiowych; ITU-R Study Group 1 to grupa analityczna zarządzania widmem; Sektor Normalizacji Telekomunikacji (ITU-T) opracowuje uzgodnione na szczeblu międzynarodowym standardy techniczne i operacyjne; a sektor rozwoju telekomunikacji (ITU-D) sprzyja rozbudowie infrastruktury telekomunikacyjnej w krajach rozwijających się na całym świecie, które stanowią dwie trzecie z 191 państw członkowskich ITU. Przepisy radiowe ITU ustanawiają wiążący traktat międzynarodowy regulujący wykorzystanie widma radiowego przez około 40 różnych służb.

Administracja częstotliwości

W telekomunikacji , organ przydział częstotliwości jest moc udzielona na administracji , wyznaczenia lub delegacji do agencji lub administratora poprzez traktat lub prawo, aby określić częstotliwości, kanały częstotliwości lub częstotliwości pasma w widmie elektromagnetycznym do wykorzystania w usługach radiokomunikacyjnych , stacji radiowych lub Aplikacje ISM .

Administracja częstotliwość jest - zgodnie z art 1.2 z Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny użytkownika (ITU) Przepisy radiowe (RR) - zdefiniowane jako «jakikolwiek dział administracji rządowej lub służby odpowiedzialne za wykonanie zobowiązań przewidzianych w Konstytucji Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego, w Konwencji, Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny oraz w Regulaminie Administracyjnym (CS 1002) .» Definicje identyczne z zawartymi w Aneksie do Konstytucji lub Aneksie do Konwencji Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (Genewa, 1992) są oznaczone odpowiednio „(CS)” lub „(CV)”.

Międzynarodowy przydział częstotliwości organ sprawuje Biuro Radiokomunikacji w Międzynarodowej Unii Telekomunikacyjnej (ITU).

Europa

• W Europie każdy kraj ma wkład regulacyjny w postęp europejskiej i międzynarodowej polityki, standardów i ustawodawstwa regulującego te sektory poprzez odpowiednią administrację częstotliwości .
• Europejskie administracje częstotliwości mogą otrzymywać porady wojskowe od odpowiedniej Narodowej Agencji Częstotliwości Radiowych (NRFA). W odniesieniu do NATO-Europa, ekspertyza ta znajduje się w Wydziale ds. Dowództwa i Kontroli oraz Infrastruktury ds. Konsultacji Spectrum (SC3IB). Jednak organem decyzyjnym w zakresie dostępu wojskowego do widma częstotliwości radiowej jest NATO Civ/Mil Spectrum Capability Panel 3 (CaP3), działające w imieniu Rady Konsultacji, Dowodzenia i Kontroli NATO (C3B), z udziałem kompetentnych , upoważnieni i upoważnieni przedstawiciele krajowych administracji częstotliwości .
• Zarządzanie częstotliwościami cywilnymi w Europie jest prowadzone przez szereg organizacji. Należą do nich:
  • Unia Europejska (UE)
  • Grupa Niezależnego Regulatora (IRG)
  • Europejska Konferencja Administracji Pocztowych i Telekomunikacyjnych (CEPT)
  • Europejskie Biuro Radiokomunikacji (ERO)

W lipcu 2002 r. Komisja Europejska powołała również Europejską Grupę Regulatorów ds. Sieci i Usług Komunikacji Elektronicznej ; stworzenie po raz pierwszy formalnej struktury interakcji i koordynacji między Komisją Europejską a organami regulacyjnymi we wszystkich państwach członkowskich UE w celu zapewnienia spójnego stosowania prawodawstwa europejskiego.

Stany Zjednoczone

W Stanach Zjednoczonych podstawowe uprawnienia do przydzielania częstotliwości są wykonywane przez Narodową Administrację Telekomunikacji i Informacji (NTIA) w przypadku rządu federalnego oraz przez Federalną Komisję Łączności (FCC) w przypadku organizacji pozarządowych.

Zobacz też

• Przypisanie częstotliwości
• Zarządzanie widmem wojskowym
• Licencja na transmisję
• LTE w nielicencjonowanym spektrum

Bibliografia