Открытый спектр
Материал из Egg.elrussia.ru.
Открытый спектр (open spectrum, free spectrum, spectrum commons) - подход к регулированию, предполагающий свободное, без необходимости получения лицензий на радиочастотный спектр, использование радиопередающих устройств.
Необходимость отказа от государственного распределения радиочастот обосновывается сторонниками "открытого спектра" на основе как прагматических, так и ценностных соображений.
С прагматической точки зрения, новые технологии радиосвязи позволяют передавать больше информации при "открытом спектре", чем при существующей сегодня административно-команданой системе распределения частот.
С ценностной точки зрения, "открытый спектр" защищается как аналог свободы слова для радиочастотных коммуникаций и как полная реализация прав собственности на радиоизлучающее оборудование.
Технологии, на которых основан "открытый спектр"
Компьютерное радио (Software-Defined Radio, Cognitive Radio)
Особенностью компьютерного радио является способность получать и передавать сигналы на различных частотах, что не требует традиционной модели регулирования («один передатчик – одна частота»). Частными случаями подобных систем являются рассматриваемые ниже технологии распределенного спектра и пространственно-временного мультиплексирования. Использование подобных систем предполагает повышение функциональности отдельных оконечных устройств и их конвергенцию – для приема сигналов телевидения, мобильной связи и радио будет требоваться только одно устройство.
Еще один подкласс этого класса технологий составляет «сообразительное» радио (agile radio), которое проводит анализ электромагнитной среды и находит для передачи временно или постоянно не используемые частоты, что позволяет увеличивать количество передаваемой на каждой данной частоте информации.
Распределенный спектр (Spread Spectrum)
В основанных на этой технологии коммуникациях радиопередающие устройства оцифровывают сигнал и разделяют сообщение на отдельные пакеты, которые передаются одновременно по многим частотам, что повышает скорость передачи. Принимающие устройства узнают эти частоты в ходе процедуры синхронизации работы с передающими устройствами в начале связи одновременно с получением идентификатора передатчика. Передача отдельного пакета в этой системе занимает небольшое время, в течение которого маловероятно помеховое взаимодействие одного пакета с другим. В случае, если помеховое взаимодействие произошло, пакет посылается заново. (Это сходно с работой компьютеров по интернет-протоколу TCP/IP).
Система была изобретена в 40-е годы прошлого века для военных приложений, которые нуждались в системе, которая была бы надежна, не испытывала перебоев в работе и содержала защиту от прослушивания. Данная технология достигает этих целей за счет того, что передатчик одновременно использует широкий набор частот (защита от «пробок»), содержит протоколы повторной отправки потерянной информации и позволяет при «несанкционированном» приеме случайно получить только малую часть от передаваемой информации, которая сама по себе лишена смысла. Достоинством технологии является повышение «пропускной способности» радиочастот, которые при традиционных узкополосных технологиях не используются большую часть времени. При передаче сигналов с идентификаторами по достаточно широкой полосе частот, энергия каждого пакета будет достаточно мала, чтобы пакеты были практически невидимы для других сетей, работающих на той же частоте.
Традиционная модель регулирования содержит существенные препятствия для развития систем связи, основанных на распределенном спектре, предполагая для подобных вещателей необходимость договариваться с каждым владельцем используемой ими частоты. В США с 2002 года у подобных технологий возможность развиваться появилась в специализированном нелицензируемом диапазоне (Ultra-Wide-Band, UWB) .
Пространственное мультиплексирование (Space multiplexing), пространственно-временное кодирование (Space-Time Processing, STP)
Этот класс технологий основан на том, что отдельные сигналы можно идентифицировать не только по частоте, но и по их направленности. Ряд компаний (например, Northpoint Technology) используют технологию одновременной посылки различных сигналов на одной частоте, но из разных точек (с земли и спутника). Достаточно «умное» принимающее устройство в такой ситуации может различить эти два сигнала и получать в единицу времени больше информации. Другие варианты технологии вводят различение сигналов по их мощности – на одной волне и на одном направлении могут излучаться несколько сигналов, «мощность» которых будет зависеть как от начальной «мощность», так и от расстояния до передатчика.
Возможен и другой вариант (технология Multiple Input Multiple Output, MIMO) - предполагающая одновременную передачу сигнала через массив передающих антенн и прием через массив принимающих антенн. В силу того, что передаваемый из разных передатчиков сигнал в силу рассеяния проходит разный путь, то приходит к приемникам в немного разное время. Сравнивая показания отдельных приемников, достаточно «умное» устройство может найти дублирующиеся элементы и восстановить на их основе исходные данные. Концепция MIMO была использована в разработке BLAST -- Bell Labs Layered Space-Time, а также чипсетах AGN100RF, предлагаемых Airgo Networks. Как и предыдущий класс технологий, эти технологии позволяют уменьшить проблему помехового взаимодействия путем повышения совершенства передающих и принимающих устройств, а также использования дополнительных (кроме частоты) идентификаторов сигнала.
Пиринговые сети (Cooperative Networking, Meshed Networks, Rooftop radio)
Пиринговые беспроводные сети предполагают совмещение функций приемника и передатчика в отдельных устройствах. Каждый узел связи в такой сети используется не только для получения, но и для дальнейшего распространения информации другим пользователям. В рамках данной технологии проблема повышения соотношения сигнал\шум решается за счет менее мощных передатчиков, чем при традиционной технологии. Уменьшение мощности компенсируется уменьшением расстояния между отдельными приемниками и передатчиками – вместо «громкого» вещания по цепочке передается «шепот», что одновременно понижает помеховое взаимодействие для других сигналов. Подобная архитектура сетей уже используется в разработках таких компаний как Nokia (Rooftop system), MeshNetworks и SkyPilot.
Персональные сети (Personal-area network)
Во многих случаев пользователям необходимо передать сигнал на короткое расстояние – в пределах нескольких метров. Чаще всего, такая необходимость возникает тогда, когда необходимо обеспечить связь между несколькими принадлежащими пользователю устройствами. Например, компьютером и мобильным телефоном (синхронизация органайзеров), мобильным телефоном и компьютером (выход в интернет по технологии GPRS), телефоном и КПК (перенос телефонов), компьютером и принтером. Наиболее часто для этих целей сегодня используется технология Bluetooth, которая как и описываемые далее WiFi и Wi-MAX возникла в нелицензируемом диапазоне 2,4 GHz, и позволяет осуществлять коммуникации на расстояние до 10 м.
Local Area Networks (WiFi)
Одной из наиболее известных разработок, возникших в нелицензируемой в США части спектра стала технология WiFi (Wireless Fidelity), позволяющая организовать локальные беспроводные сети передачи данных. Особенностью технологии является не только то, что при характерной для нее передаче на малые расстояния (менее 100 м) пользователь может достичь высокого качества сигнала даже при наличии мощных удаленных передатчиков, но и то, что WiFi сети содержат возможности работы в режиме пиринговых сетей, то есть взаимодействия не только с центральным узлом системы, но и друг с другом.
Metropolitan Area Networks (Wi-Max)
В отличие от WiFi технология Wi-Max предполагает создание не локальных, а городских сетей (metropolitan networks), охват которых достигает размеров крупных поселений, что позволяет пользователю технологии свободно перемещаться на больших территориях. Так, базовая станция Wi-MAX сможет обеспечивать высокоскоростной (до 70 Мбит/с) доступ к различным данным в радиусе до 50 км, что позволит создать коммерческие Wi-MAX сети, которые могли бы конкурировать со становящимися «традиционными» беспроводными операторами мобильной связи. Технологию Wi-MAX уже испытывают операторы связи по всему миру. Среди них British Telecom и UK Broadband (Великобритания), Iberbanda (Испания), MVS Net (Мексика), Neotec (Бразилия), PCCW (Гонконг), Reliance Infocomm (Индия).
Литература
Российская
- Семинар ЦСР "Рыночные подходы к регулированию радиочастотных взаимодействий"
- Cеминар ЦСР "Конверсия радиочастот и новые технологии – вызовы и возможности для управления спектром"
- Доклад "Реформа регулирования частотного спектра как реформа "естественной" монополии"
Зарубежная
Организации
Журналы
Блоги
- Comments from Frankston, Reed, and Friends
- Smart Mobs
- Brough Turner's writings on the technology, economic and social issues of communications at the intersection of telecom, mobility and the Internet
