5. Радиочастотный спектр и его использование

1. Радиочастотный спектр и диапазоны частот

Рекомендация Международного союза электросвязи (МСЭ) V.431-7 [58] разбивает спектр электромагнитных колебаний, частоты которых лежат в пределах от 0,03 Гц до 3000 ТГц, на диапазоны частот. Каждый диапазон соответствует полосе частот от 0,310^N до 310^N Гц (N = –1…15) и включает верхнюю границу. Диапазоны, соответствующие N от –1 до 11, имеют частотное и метрическое наименование. Для диапазонов частот, находящихся выше 300 ГГц (N  11), предложены только метрические наименования. Диапазоны частот, их обозначения и наименования представлены в табл. 5.1.

Электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве без искусственного волновода, частоты которых лежат ниже 3000 ГГц, относятся к радиоволнам.

В Регламенте радиосвязи (РР) к радиочастотному спектру (РЧС) отнесены диапазоны частот с 4 до 12 включительно (3 кГц…3000 ГГц).

Хотя радиочастотный спектр представлен очень широкой полосой частот, которая может быть использована радиоэлектронными средствами различного назначения, технически освоенная полоса частот занимает очень незначительную часть РЧС. В радиолокации, системах космической связи, в радиорелейных линиях наземной связи используемые полосы частот лежат в основном в диапазоне СВЧ, хотя некоторые системы, в частности системы радиолокации, постепенно начинают осваивать диапазон миллиметровых волн (КВЧ). Наиболее интенсивно в настоящее время, особенно в сфере телекоммуникаций, используются диапазоны с 5-го по 9-й. Поскольку потребители РЧС стремятся использовать хорошо освоенную часть РЧС, то именно в этой части возникает противоречие, о котором говорилось при обсуждении причин появления проблемы ЭМС: противоречие между ростом числа потребителей РЧС и ограниченностью РЧС.

Радиочастотный спектр является специфическим природным ресурсом всемирного значения. Одной из его особенностей является его «нерасходуемость» при использовании, причем независимо от того, насколько эффективно он используется. Участок РЧС, который при работе занимает некоторая радиосеть или отдельное радиоэлектронное средство может быть использован другой сетью или РЭС, расположенной в том же самом месте, когда первые прекращают свою работу. На условиях надлежащего территориального (или, в общем случае, пространственного) разноса возможна работа на той же частоте РЭС той же самой или другой радиослужбы, что называется «совместным использованием частот».

Таблица 5.1

Диапазоны частот электромагнитных колебаний

Номер диапазона	Наименование диапазона (частотное)	Условное обозначение (частотное)	Диапазон частот	Наименование диапазона (метрическое)	Условное обозначение (метрическое)
–1	Крайне низкие частоты	КНЧ (ELF)	0.03…0.3 Гц	Гигаметровые волны	Д. Гм (B.Gm)
0			0.3…3 Гц	Гектомегаметровые волны	Д. гМм (В. hMm)
1			3…30 Гц	Декамегаметровые волны	Д. дкМм (B.daMm)
2			30…300 Гц	Мегаметровые волны	Д. Мм (В. Mm)
3	Ультранизкие частоты	УНЧ (ULF)	300…3000 Гц	Гектокилометровые волны	Д. гкм (В. hkm)
4	Очень низкие частоты	ОНЧ (VLF)	3…30 кГц	Мириаметровые волны	Д. мрм (В. Маm)
5	Низкие частоты	НЧ (LF)	30…300 кГц	Километровые волны	Д. км (В. km)
6	Средние частоты	CЧ (MF)	300…3000 кГц	Гектометровые волны	Д. гм (B.hm)
7	Высокие частоты	ВЧ (HF)	3…30 МГц	Декаметровые волны	Д. дкм (В. dam)
8	Очень высокие частоты	ОВЧ (VHF)	30…300 МГц	Метровые волны	Д. м (B.m)
9	Ультравысокие частоты	УВЧ (UHF)	300…3000 МГц	Дециметровые волны	Д. дм (В. dm)
10	Сверхвысокие частоты	СВЧ (SHF)	3…30 ГГц	Сантиметровые волны	Д. см (В. cm)
11	Крайне высокие частоты	КВЧ (EHF)	30…300 ГГц	Миллиметровые волны	Д. мм (В. mm)
12			300…3000 ГГц	Децимиллиметровые волны	Д. дмм (В. dmm)
13			3…30 ТГц	Сантимиллиметровые волны	Д. смм (В. cmm)
14			30…300 ТГц	Микрометровые волны	Д. мкм (B.m)
15		–	300…3000 ТГц	Децимикрометровые волны	Д. дмкм (В. dm)

Эта возможность появляется, если между средствами, работающими на одной и той же частоте, уровень непреднамеренных помех не приводит к недопустимому снижению качества работы РЭС.

Возможность многократного использования радиочастот зависит от возможностей разнесения РЭС по расстоянию, условий распространения радиоволн, технических характеристик приемо-передающих и антенных устройств, условий регламентации работы РЭС по времени.

Радиочастотный спектр, геометрическое пространство и время образуют радиочастотное пространство. Область радиочастотного пространства, которая может быть использована для практических применений РЭС, обычно называют радиочастотным ресурсом. Каждое РЭС в процессе своей работы использует некоторый объем радиочастотного ресурса или радиочастотного пространства. По отношению к радиочастотному пространству «использовать» означает быть недоступным для других РЭС.

Объем радиочастотного пространства недоступен для радиоприемных устройств, если он заполнен излучением, не предназначенным для работы с этими устройствами, а уровень мощности излучения достаточен, чтобы создать помеху работе этих устройств, если их разместить в данном объеме радиочастотного пространства. Радиоприемным устройствам будет отказано в работе в данном объеме радиочастотного пространства, и для радиопередатчиков, обслуживающих эти приемники, должна быть выделена другая область радиочастотного пространства, не пересекающаяся с используемой, по крайней мере, по одной координате. В частности, передатчики, одновременно работающие в одной полосе частот, будут работать совместно без помех, если не пересекаются геометрические пространства, занимаемые их излучениями. Это соответствует ситуации повторного использования частот.

Аналогично радиопередатчикам может быть отказана для работы некоторая область радиочастотного пространства, если она уже используется радиоприемным устройством (РПУ), не связанным с приемом сигнала данного передатчика (например, РПУ радиоастрономической службы). Под областью радиочастотного пространства, используемой РПУ, понимают область, при размещении в которой передатчика, он будет создавать помеху для приема приемником полезного сигнала.

Области радиочастотного пространства, отказанные для работы передатчику или приемнику, зависят от параметров и технических характеристик обоих средств: мощности передатчика, чувствительности приемника и др.

Выдвигая задачу оптимального использования радиочастотного ресурса, имеют в виду определенную область радиочастотного пространства. Область обычно имеет географические и частотные ограничения. Ограничения на время работы могут отсутствовать: часто требуется круглосуточная работа. В научном плане задача эффективного использования радиочастотного ресурса чаще всего подразумевает максимизацию объема передаваемой информации, приходящейся на единицу используемого радиочастотного пространства. В практическом плане решение задачи подразумевает максимизацию числа пользователей РЧС в данном объеме радиочастотного пространства.

Спектр является важнейшей составляющей радиочастотного пространства, настолько важной, что, занимаясь работами по эффективному использованию радиочастотного ресурса, часто забывают о других его составляющих и говорят об эффективном использовании РЧС. На самом деле не используя разноса РЭС по расстоянию, а при возможности, и разноса работы РЭС по времени, не удастся эффективно использовать радиочастотный ресурс. В дальнейшем, если речь будет идти об эффективном использовании выделенного РЧС, то это нужно понимать как эффективное использование выделенного радиочастотного ресурса.