Радиочастотный спектр - важнейший ресурс для связи и телекоммуникаций

Радиочастотный спектр - уникальный природный ресурс, без которого невозможно развитие современных телекоммуникаций. Как же распределяется и регулируется этот ресурс и почему он так важен для нашей повседневной жизни? Давайте разберемся.

Понятие радиочастотного спектра

Радиочастотный спектр - это совокупность радиочастот в установленных пределах, которые могут быть использованы для передачи и приема радиоволн. Согласно определению Международного союза электросвязи (МСЭ), к радиочастотному спектру относятся частоты от 9 кГц до 3000 ГГц, что соответствует длинам волн от 100 000 км до 0,1 мм.

Радиочастотный спектр условно делится на следующие диапазоны:

• Длинные волны (ДВ) - 30-300 кГц
• Средние волны (СВ) - 300 кГц - 3 МГц
• Короткие волны (КВ) - 3-30 МГц
• Ультракороткие волны (УКВ) - 30-300 МГц
• Дециметровые волны - 300 МГц - 1 ГГц
• Сантиметровые волны - 1-30 ГГц
• Миллиметровые волны - 30-300 ГГц

Радиоволны каждого диапазона имеют свои особенности распространения и применения в телекоммуникациях. Например, длинные и средние волны могут огибать поверхность Земли, поэтому используются для связи на большие расстояния. Короткие волны отражаются ионосферой, что позволяет организовывать связь по всему земному шару. Ультракороткие и дециметровые волны имеют прямолинейное распространение и широко применяются для сотовой связи, Wi-Fi, радио- и телевещания.

Регулирование использования радиочастотного спектра

Использование радиочастот в каждой стране жестко регулируется государством. В России эти полномочия возложены на Государственную комиссию по радиочастотам (ГКРЧ), которая разрабатывает таблицу распределения полос частот между различными радиослужбами.

Распределение радиочастотного спектра осуществляется в соответствии с Таблицей распределения полос частот между радиослужбами Российской Федерации и планом перспективного использования радиочастотного спектра радиоэлектронными средствами, которые разрабатываются государственной комиссией по радиочастотам и утверждаются Правительством Российской Федерации.

Выделение конкретных полос частот или радиочастотных каналов осуществляется Роскомнадзором на основании заявок операторов связи с учетом электромагнитной совместимости различных радиоэлектронных средств. За использование выделенного радиочастотного ресурса взимается разовая и ежегодная плата.

Такой порядок распределения и регулирования радиочастот призван обеспечить рациональное использование этого ограниченного природного ресурса в интересах всего общества.

Радиочастотный спектр для сотовой связи

Сотовая связь является одним из основных потребителей радиочастотного спектра. В России операторы используют следующие частотные диапазоны:

• 450 МГц, 800 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 2100 МГц, 2300 МГц - для 2G, 3G и 4G сетей
• 700 МГц, 2500-2690 МГц - для развертывания сетей 5G

Разные поколения мобильной связи требуют выделения новых полос частот и увеличения ширины спектра. Например, для запуска сетей 5G необходимы полосы шириной до 100 МГц, тогда как для 4G достаточно 20 МГц.

Высвобождение новых частот идет медленно из-за занятости спектра другими службами. Поэтому операторы активно лоббируют выделение им дополнительных частотных ресурсов, чтобы ускорить развитие сетей 5G в России.

Радиовещание и телевидение

Радиовещание в России берет свое начало еще в 1920-х годах. Первые радиостанции работали в длинноволновом и средневолновом диапазонах. В 1960-1970-х началось внедрение УКВ-ЧМ вещания, обеспечивающего более высокое качество звука.

Эфирное телевидение в СССР началось в 1930-х на ультракоротких волнах, а в 1960-х перешло в дециметровый диапазон. В настоящее время в России идет переход к цифровому эфирному ТВ стандарта DVB-T2. Это позволит расширить число телеканалов, но требует выделения новых радиочастот.

Радиолокация и радионавигация

Радиолокация использует радиоволны сантиметрового, миллиметрового и дециметрового диапазонов. Чем короче волна, тем выше разрешение радиолокатора. Гражданские радиолокаторы работают в диапазоне 1-10 ГГц, военные - до 100 ГГц.

Спутниковые радионавигационные системы GPS и ГЛОНАСС используют несколько частот L1, L2, L5 в диапазоне 1-2 ГГц. Передача навигационных сигналов ведется в узких полосах частот от заданных спутников.

Беспроводная связь и Wi-Fi

Для организации беспроводной связи между устройствами обычно выделяют нелицензируемые диапазоны ISM: 2,4 ГГц, 5 ГГц, 60 ГГц. Наиболее распространен стандарт Wi-Fi, работающий на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц.

При развертывании беспроводной сети точки доступа настраиваются на разные радиоканалы внутри выделенного частотного диапазона, чтобы избежать помех. Количество доступных каналов ограничено, что создает сложности при большой плотности точек доступа.

Помехи и электромагнитная совместимость

При использовании радиочастотного спектра возникает проблема электромагнитной совместимости различных радиоэлектронных средств. Излучения одних устройств могут создавать помехи для других, работающих на близких частотах.

Чтобы избежать взаимных помех, устанавливаются жесткие требования к излучениям, выделяются защитные полосы частот между соседними каналами. Но полностью исключить помехи при плотной загрузке спектра невозможно.

Конверсия и рефарминг радиочастот

По мере развития технологий и появления новых радиослужб требуется проводить конверсию радиочастот - перераспределение полос частот между разными службами. Также применяется рефарминг - изменение назначения уже выделенных частот.

Это позволяет более эффективно использовать радиочастотный спектр, но требует значительных затрат на модернизацию оборудования операторов связи.

Технологии экономии спектра

Чтобы увеличить емкость радиочастотного спектра, применяются различные технологии:

• Цифровая модуляция сигналов
• Помехоустойчивое кодирование
• Адаптивные антенные решетки
• Динамический доступ к спектру

Эти методы позволяют нарастить объем передаваемой информации в рамках выделенной полосы частот.

Мониторинг использования спектра

Для контроля за использованием радиочастот в России создана система радиомониторинга. Она позволяет выявлять несанкционированные передатчики, предотвращать помехи и оптимизировать распределение частот.