Введение

Управление спектром — это процесс регулирования использования радиочастот для обеспечения эффективного использования и получения общественной выгоды. Термин «радиоспектр» обычно относится ко всему диапазону частот от 1 Гц до 3000 ГГц (3 ТГц), который может использоваться для беспроводной связи. Растущий спрос на услуги, такие как мобильная связь и многие другие, потребовал пересмотра философии управления спектром. Спрос на беспроводную широкополосную связь резко возрос благодаря технологическим инновациям, таким как мобильные сервисы 3G и 4G, и быстрому развитию беспроводных интернет-услуг. С 1930-х годов спектр распределялся посредством административного лицензирования. Ограниченные технологические возможности приводили к тому, что помехи в сигналах считались серьезной проблемой при использовании спектра. Поэтому было внедрено исключительное лицензирование для защиты сигналов лицензиатов. Эта прежняя практика выделения дискретных полос частот группам схожих сервисов во многих странах уступает место модели «аукциона спектра», призванной ускорить технологические инновации и повысить эффективность использования спектра. В процессе экспериментального распределения спектра также применялись другие подходы, такие как лотереи, нелицензируемый доступ и приватизация спектра. В последнее время США перешли к политике совместного использования спектра, в то время как Европа реализует лицензионную модель авторизованного совместного доступа (ASA). Президент Обама объявил совместное использование спектра политикой Соединенных Штатов 14 июня 2013 года, следуя рекомендациям Совета советников президента по науке и технологиям (PCAST), который выступал за совместное использование (неосвобожденного) федерального радиочастотного спектра, когда он не используется в определенном месте и времени, при условии, что это не создает неприемлемых рисков. В соответствии с этими рекомендациями, с декабря 2014 года FCC расширяет ограниченный успех совместного использования телевизионных полос частот (телевизионные белые пространства) на другие полосы, в частности, на радиолокационную полосу ВМС США 3550–3700 МГц, используя трехуровневую модель лицензирования (основной пользователь, приоритетный доступ и общий доступ).

Правительство и управление спектром

Большинство стран рассматривают радиочастотный спектр как исключительную собственность государства. Радиочастотный спектр – это национальный ресурс, подобно воде, земле, газу и полезным ископаемым. Однако, в отличие от них, радиочастотный спектр является возобновляемым. Цель управления спектром – снижение радиочастотных помех и максимизация эффективности использования доступного радиочастотного спектра. Первое предложение конституции Международного союза электросвязи (МСЭ) в полной мере признает «суверенное право каждого государства регулировать свою телекоммуникационную деятельность». Эффективное управление спектром требует регулирования на национальном, региональном и глобальном уровнях. Задачи управления спектром включают: рационализацию и оптимизацию использования радиочастотного спектра; предотвращение и устранение помех; планирование распределения частот для ближней и дальней связи; содействие внедрению новых беспроводных технологий; координацию беспроводной связи с соседними странами и другими администрациями. Элементы радиочастотного спектра, требующие национального регулирования: распределение частот для различных радиослужб, выдача лицензий и присвоение радиочастот передающим станциям, сертификация оборудования (для стран, не входящих в Европейский Союз), сбор платы, уведомление МСЭ о Международном главном регистре частот (MIFR), координация с соседними странами (учитывая отсутствие границ для радиоволн), внешние связи с региональными организациями (такими как CEPT в Европе, CITEL в Америке) и с МСЭ.

Использование спектра

Управление спектром становится все более актуальной проблемой из-за растущего числа способов его использования. Эти способы включают в себя: эфирное вещание (начатое в 1920 году); государственные и исследовательские нужды (включая оборону, общественную безопасность – морскую, авиационную, 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 основной проблемой было радио- и телевещание, но сегодня мобильные телефоны и беспроводные компьютерные сети приобретают все большее значение, поскольку менее 15% домохозяйств в США используют эфирное вещание для приема телевизионных сигналов. Управление спектром в США осуществляется либо Федеральной комиссией по связи (FCC) для негосударственных нужд, либо Национальным управлением по телекоммуникациям и информации (NTIA) для государственных нужд. Для совместного использования требуется согласие обеих организаций. Спектр разделен на различные частотные диапазоны, каждый из которых предназначен для конкретного применения. Например, частотный диапазон от 300 кГц до 535 кГц зарезервирован для авиационной и морской связи, а спектр от 520 кГц до 1700 кГц – для радио AM. Этот процесс называется "распределением". Следующим шагом является назначение частот конкретным пользователям или категориям пользователей. Каждая частотная полоса имеет определенное назначение, зависящее от характера применения и количества пользователей. Действительно, некоторым приложениям требуется более широкая полоса, чем другим (радио AM использует блоки по 10 кГц, в то время как радио FM использует блоки по 200 кГц). Кроме того, необходимы "защитные полосы" для минимизации помех между приложениями.

Статус-кво: подход командования и управления

Подход управления на основе команд и контроля в настоящее время используется большинством регуляторов по всему миру. Этот подход предполагает, что регуляторы должны быть централизованными органами, принимающими решения о выделении и использовании спектра. В примере США регулятор (FCC) определяет варианты использования для определенных участков спектра, а также стороны, которые получат к ним доступ. Федеральная комиссия по связи (FCC) также регулирует технологии физического уровня, которые должны применяться. Решения о выделении часто являются статичными во временном и пространственном измерениях, то есть они остаются в силе в течение длительного периода времени (обычно десятилетий) и на больших географических территориях (по всей стране). Использование часто устанавливается как исключительное; каждая полоса выделяется одному провайдеру, что обеспечивает бесперебойную связь. Модель управления на основе команд и контроля восходит к начальным этапам развития беспроводной связи, когда используемые технологии требовали среды, свободной от помех, для достижения приемлемого качества. Таким образом, часто утверждается, что исключительный характер подхода на основе команд и контроля является следствием устаревших технологий. Очевидным преимуществом этой модели является возможность поддержки услуг, представляющих общественный интерес. С точки зрения прибыльности, программы, представляющие общественный интерес, например, эфирное телевидение, могут быть менее привлекательными для провайдеров, чем коммерческие, но они, тем не менее, приносят пользу обществу. Поэтому эти услуги часто обеспечиваются регулятором косвенно, через лицензионные соглашения. Другим преимуществом является стандартизация, которая является результатом такого централизованного подхода. Такая стандартизация критически важна для сетевых отраслей, и телекоммуникационная отрасль является классическим примером. Один исследователь опубликовал статью, показывающую, что развитие новых технологий обещает значительно расширить доступный спектр для общества, но потребует от общества принятия новой парадигмы использования спектра.

Альтернативные режимы управления спектром и дискуссия о спектре

С цифровым переходом управление спектром вошло в новую эпоху. Полный переход на цифровое телевидение к 17 февраля 2009 года (Закон о цифровом переходе и общественной безопасности от 2005 года) позволяет вещателям более эффективно использовать спектр и освобождать место для возможности совместного использования спектра. Совместное использование спектра – предмет оживленных дискуссий. Экспоненциальный рост коммерческой беспроводной связи требует дополнительного спектра для обеспечения растущего трафика. Как регулятор, FCC отреагировала на эти потребности, увеличив объем доступного спектра. Разрешено создание вторичного рынка, и лицензиатам предлагается временно сдавать в аренду право использования спектра третьим сторонам. Возможность передачи лицензий – важная попытка FCC стимулировать вещателей к обмену неиспользуемым спектром. Другим предлагаемым решением проблемы дефицита спектра является разрешение системам связи использовать спектр, ранее выделенный для радиолокации, и осуществлять совместное использование спектра. Этот подход привлек повышенное внимание в последнее время, и ряд исследовательских программ, включая проекты DARPA, изучают различные методы совместного использования спектра для радиолокационных и коммуникационных систем. Разрабатываются и другие альтернативы, такие как совместное использование спектра в сотовых сетях. Дефицит спектра стал ключевой проблемой при запуске новых беспроводных услуг. Последствия этого дефицита наиболее заметны на аукционах спектра, где операторам часто приходится инвестировать миллиарды долларов для получения доступа к определенным диапазонам доступного спектра. Несмотря на этот дефицит, недавние измерения использования спектра показали, что имеющиеся возможности спектра значительно не используются, то есть остаются незадействованными. Этот искусственный дефицит, обусловленный "ограничением доступа", часто рассматривается как результат статической и жесткой системы управления, основанной на принципах командования и контроля. Заинтересованные стороны начали рассматривать возможности улучшения системы управления путем смягчения ограничений на доступ к спектру. Две основные модели – подходы "спектр как общественное достояние" и "права собственности на спектр".

Теория общих ресурсов

Согласно законодательству США, спектр не рассматривается как собственность частного сектора или правительства, за исключением того, что термин "правительство" используется как синоним "народа". Изначальное использование термина "общественное достояние" отражало практику, при которой широкая общественность обладала ограниченными правами на использование общего достояния; каждый человек имел заинтересованность в своих собственных правах пользования, однако само общественное достояние не являлось собственностью, равно как и эти права не были "собственностью", поскольку не подлежали передаче. Термин "трагедия общественного достояния" был популяризирован Гарретом Хардином в статье 1968 года, опубликованной в журнале Science. "Трагедия общественного достояния" иллюстрирует идею о том, что разрушительное использование общественных ресурсов ("общественного достояния") частными интересами может произойти, когда оптимальная стратегия для отдельных лиц противоречит "общему благу". В таком сценарии утверждается, что даже если вклад каждого "нарушителя" может быть незначительным, совокупный эффект этих действий может привести к деградации ресурса до состояния полной непригодности. Эта обеспокоенность послужила основанием для регулирования использования спектра.

Модель прав собственности на спектр

Модель права собственности на спектр предполагает рассмотрение спектральных ресурсов как земли, то есть допускается частная собственность на части спектра. Распределение этих частей должно осуществляться посредством рыночных механизмов. Владельцы спектра должны иметь возможность торговать этими частями на вторичных рынках. В качестве альтернативы, владельцы спектра могли бы использовать свои полосы любым удобным для них способом, с применением любой предпочитаемой технологии (нейтральность услуг и технологий). Хотя модель права собственности на спектр предполагает исключительное распределение прав на передачу, она отличается от лицензионной системы. Основное различие заключается в нейтральности услуг и технологий, продвигаемой в подходе к правам собственности на спектр, в отличие от строгих требований к услугам и технологиям связи, характерных для лицензируемых режимов управления. Идея прав собственности на спектр была впервые предложена Лео Герцелем в 1951 году, когда он был студентом юридического факультета и готовился к критике политики FCC США в области управления спектром. В 1959 году экономист Рональд Коуз, лауреат Нобелевской премии, выступил за аукцион спектральных прав как за превосходящую альтернативу существующему положению дел. Коуз утверждал, что, хотя первоначальное распределение может иметь значение, права собственности на частоту приведут к наиболее эффективному ее использованию. Когда он впервые представил свое видение FCC, его спросили, не шутит ли он. Сторонники модели прав собственности на спектр утверждают, что такая схема управления потенциально может стимулировать инновации и более эффективное использование спектральных ресурсов, поскольку владельцы спектра могут быть заинтересованы в экономии своих ресурсов. Модель права собственности на спектр часто подвергается критике за потенциальное создание искусственного дефицита и проблему блокировки. Проблема блокировки связана с трудностями агрегации спектральных ресурсов (необходимых для приложений с высокой пропускной способностью), поскольку отдельные владельцы спектра могут требовать очень высокую компенсацию за свой вклад. Поскольку спектр – это дефицитный и ограниченный ресурс, существует извращенный стимул не использовать его вовсе. Участники рынка и существующие владельцы спектра могут заранее приобретать спектр, а затем складировать его, чтобы предотвратить использование его существующими или новыми конкурентами. Официальные планы владельца складированного спектра – сохранить его для неопределенного будущего использования и, следовательно, не использовать его в обозримом будущем. В частичном или неполном регулирующем режиме "спектр как собственность", действующие и "устаревшие" владельцы, получившие спектр по принципу "заслуг и причин", могут получить непредвиденную выгоду от продажи спектра, полученного бесплатно в рамках предыдущего регулирующего режима. При переходе к модели собственности первоначальные критерии "заслуг и причин" для действующих и "устаревших" пользователей часто отменяются. Отсутствует механизм регулятивного контроля для проверки соблюдения критериев "заслуг", и в случае их несоблюдения – для отзыва лицензии на спектр у действующего владельца и перевыпуска спектра новому пользователю по старым критериям "заслуг" или продажи спектра в соответствии с новой политикой "спектр как собственность".

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах основными полномочиями по распределению частот обладают Национальное управление связи и информации (NTIA) для федеральных государственных органов и Федеральная комиссия по связи (FCC) для негосударственных организаций.