Расширение используемого диапазона частот

Расширение используемого диапазона частот
Развитие радиосвязи и вещания неразрывно связано с решением сложнейших технических
вопросов использования частотного спектра. Поэтому историю этого развития целесообразно
начать с изложения истории освоения диапазонов частот и расширения областей применения
радиосвязи в различных сферах человеческой деятельности. Сегодня имеются следующие
основные области применения радиосистем:
служба радиовещания (звукового (3В) и телевизионного (ТВ) наземного и спутникового.
Услугами этой службы сегодня пользуются более миллиарда людей, и для нее выделены
значительные участки спектра в разных диапазонах частот;
фиксированная служба, к которой относятся как радиосистемы фиксированной связи,
обеспечивающие передачу многоканальных сообщений между двумя фиксированными
пунктами на земной поверхности средствами наземной и спутниковой связи, так и системы
абонентского радиодоступа, позволяющие подключать отдельных абонентов к сети связи
общего пользования;
системы наземной и спутниковой подвижной связи, которые за последние двадцать лет
приобрели огромное значение. Сегодня количество абонентов сотовых систем связи во
всем мире приближается к 650 миллионам, и ожидается, что в первом десятилетии XXI
века оно превысит один миллиард;
системы радионавигации и радиолокации, обеспечивающие управление движением
воздушного, морского и сухопутного транспортов и их безопасность, а также всемирная
спутниковая служба точного времени и частоты, играющие значительную роль в
современной технике. Возрастающее значение последней обусловлено тем, что общей
тенденцией развития систем связи является объединение отдельных цифровых систем
связи в общую, глобальную цифровую сеть обмена сообщениями. Сигналы единого
времени для всех станций позволяют избежать потерь в пропускной способности такой
сети при асинхронном сопряжении цифровых потоков информации;
весьма важно применение радио для различных научных и прикладных исследований:
поверхности Земли, космического пространства, в области радиоастрономии и т. п.
В XX веке колоссально возросло количество действующих радиостанций. Приведем некоторые
цифры, характеризующие рост количества действующих вещательных радиостанций: к 1927 году в
мире (США и Европа) действовало более 500 вещательных станций, к 1947 году в диапазоне частот
ниже 20 МГц в Международном регистре частот было зарегистрировано уже 45 000 радиостанций
гражданского назначения, а к 1984 году в полосе 87,5 - 108 МГц в диапазоне очень высоких частот
(ОВЧ) работали 53 000 станций с частотной модуляцией (ЧМ).
Интенсивность
использования
радиочастотного
спектра
(РЧС)
постоянно
возрастала
и
сопровождалась перегрузкой частотного спектра и необходимостью решения чрезвычайно острых
проблем устранения взаимных помех между работающими радиостанциями. Это требовало на всем
протяжении
истории
развития
радиосвязи
и
вещания
разработки
процедур
проведения
международной координации наземных и спутниковых систем связи, принятия международнопризнанных стандартов на параметры радиооборудования, методов радиоконтроля за работой
2
действующих радиосистем, методов частотного планирования сетей радиосвязи и вещания, а
также расширения используемого спектра частот.
Первый Регламент радиосвязи (РР) был принят в Международном союзе электросвязи (МСЭ) в 1903
году. Он содержал правила ведения связи и Таблицу распределения полос частот (ТРЧ) для
существовавшей в то время всего одной морской подвижной службы. Этот РР уточнялся в 1906,
1912 и 1920 годах. В 1927 году был принят новый РР, который ввел новые радиослужбы: вещания,
воздушную подвижную (ВПС) и фиксированную (ФС) - к этой службе относились радиосистемы,
обеспечивающие передачу сообщений между двумя фиксированными пунктами на земной
поверхности. В ТРЧ была значительно расширена используемая полоса частот (с 10 до 60 000 кГц).
Первые двадцать лет развития радио ученые и инженеры полагали, что радиоволны с частотой
выше 200 кГц практически не пригодны для радиосвязи, и до 1922 года их было разрешено
использовать для любительской связи. Однако после того, как радиолюбители установили, что с
помощью маломощных радиостанций, работающих в диапазоне высоких частот (ВЧ), можно
поддерживать связь на тысячи километров, начались интенсивные исследования возможностей
использования высокочастотных диапазонов для создания радиосистем разного назначения. В
результате выполненных исследований, в которых приняли участие десятки тысяч ученых и
инженеров многих стран мира, совершенствовалась передающая, приемная и антенная техника,
расширялись знания в области распространения радиоволн.
С начала 20-х годов одной из основных областей применения радио становится вещание. Почти на
всех
Всемирных
радиоконференциях
(ВРК),
проводимых
МСЭ,
рассматривались
вопросы
расширения полос частот для службы вещания, частотного планирования сетей вещания и
стандартизации их параметров. В 1925 году был организован Европейский союз вещания (EBU).
Эта организация и в настоящее время играет значительную роль в развитии современных систем
вещания.
К
середине
30-х
годов
была
установлена
возможность
вещания
с
помощью
широкополосной частотной модуляции. В эти же годы радиосвязь начала широко применяться в
авиации. В 1938 году для развития служб вещания, ВПС, ФС и любительской службы ТРЧ была
расширена до 200 МГц.
В течение предвоенных и военных лет (до 1945 г.) существенное развитие получила техника
сверхвысоких частот (СВЧ) и были освоены диапазоны частот до 10 ГГц и даже до 30 ГГц.
Во время войны работы в области международного регулирования использования радиочастотного
спектра были приостановлены. Однако сразу после окончания Второй мировой войны, в 1947 году,
на ВРК была принята новая ТРЧ, регламентирующая использование полос частот различными
службами вплоть до 10,5 ГГц.
Новый этап развития радиосистем начался в 1957 году после запуска в СССР первого
искусственного спутника Земли. Появляются спутниковые службы: вещания (ССВ), фиксированная
(ФСС), космических исследований (КИ) и т. п. На ВКР в 1959 году выделяются полосы частот для
3
развития спутниковых служб, и ТРЧ расширяется до 40 ГГц. Совершенствование и весьма высокие
темпы развития радиотехники, радиосвязи и вещания, расширение областей их применения
постоянно требуют увеличения используемой полосы частот, и на ВРК в 1971 и 1979 годах
принимаются решения о расширении ТРЧ вначале до 275 ГГц, а затем до 400 ГГц.
В последние десятилетия XX века появляется значительное количество новых радиотехнологий,
которые обеспечат беспрецедентно высокий уровень развития радиосвязи и вещания в XXI веке.
На ВРК регулярно ведется работа по выделению для этих технологий полос частот, и в связи с
этим международным сообществом принимаются решения о перераспределении в пользу новых
технологий имеющегося частотного ресурса, в котором сегодня работают морально устаревшие
системы.
Только в течение последнего десятилетия XX века были выделены полосы частот для развития
следующих радиотехнологий:
телевидения высокой четкости (ТВЧ),
цифрового звукового и телевизионного вещания,
систем наземной и спутниковой подвижной связи 3-го поколения в диапазоне 2ГГц,
воздушной подвижной системы связи общего пользования,
глобальных спутниковых систем связи "Teledesic", "Sky Bridge" и др.,
систем фиксированной связи высокой плотности и др.
Об исторических этапах создания всех этих технологий будет кратко рассказано в этой книге.
Развитие радиосистем и расширение областей их применения происходит так быстро, что
диапазоны частот ниже 20 ГГц в развитых странах сегодня оказались перегруженными
действующими системами. В настоящее время создаются и внедряются системы радиосвязи,
работающие в диапазоне частот вплоть до 60 ГГц. Высокочастотные диапазоны предполагается
использовать для создания глобальных спутниковых систем фиксированной связи, а также для так
называемых систем наземной фиксированной связи высокой плотности, в которых за счет высокой
направленности приемных и передающих антенн на ограниченной территории в общей полосе
частот может развертываться большое количество линий фиксированной связи.
Радиоволны распространяются, не зная границ между странами, и поэтому эффективное
использование РЧС - этого важнейшего природного ресурса - возможно только при проведении
всеми странами мира согласованной технической политики. Поэтому характерной чертой XX
столетия является постоянное расширение и укрепление международного сотрудничества в
решении всех важнейших вопросов развития радиосвязи и вещания как на мировом, так и на
региональном уровнях. Это сотрудничество в области радио, начавшееся в МСЭ в 1903 году, а
позже и в других международных организациях, постоянно расширяется. Сегодня все страны мира
определяют свою национальную техническую политику развития связи с учетом интересов всего
4
мирового сообщества. Мир идет к созданию единых для всех стран стандартов на системы связи и
вещания различных назначений, по которым любая фирма может начать производство
соответствующего оборудования. Это позволяет организовать его массовое производство, сделав
его стоимость и стоимость услуг связи весьма низкой и доступной для широких слоев населения.
Для объединения интеллектуальных и технических ресурсов разных стран, помимо МСЭ, в Азии,
Америке и Европе создан ряд международных технических организаций, занимающихся вопросами
стандартизации радиосистем различного назначения. Весьма важную роль в разработке
стандартов
на
системы
радиосвязи
и
вещания
играет
Европейский
институт
телекоммуникационных стандартов (ETSI), основанный в 1988 году. В ETSI разработан ряд
стандартов на цифровые системы подвижной и фиксированной связи и вещания, по которым
крупнейшими фирмами выпускается оборудование, находящее широчайшее применение во многих
странах мира.
Хронология
1903
год
В Берлине состоялась подготовительная Международная радиоконференция, в которой
участвовало девять стран; была принята Радиоконвенция, подобная подписанной в 1875
году в Санкт-Петербурге Конвенции Международного телеграфного союза (основанного в
1865 г.), также был принят первый Регламент радиосвязи. В этой конференции в составе
российской делегации участвовал один из признанных основоположников радиосвязи А.
С. Попов.
1906
год
Состоялась Первая Всемирная радиоконференция, на которой частотные каналы 1000 и
500 кГц в диапазоне низких частот (НЧ) были выделены для морской подвижной службы
общего пользования, для связи с береговыми станциями (188 кГц) и для военных станций
(188 и 500 кГц). Кроме того, определен сигнал бедствия (SOS). В конференции
участвовало 30 стран.
1912 и В Лондоне и Вашингтоне состоялись ВРК, на которых был пересмотрен первый РР и
1920
велась подготовка к ВРК 1927 года.
годы
1927
год
Состоялась ВРК, на которой был пересмотрен РР, учрежден Международный
консультативный комитет по радио (МККР) и составлена Таблица распределения частот
от 10 до 60 000 кГц между службами вещания, воздушной подвижной и фиксированной.
На ВРК установлены ограничения на параметры излучения передающих устройств,
введены ограничения на использование искровых передатчиков.
1932
год
В Мадриде состоялась ВРК; на ней рассматривалась весьма актуальная проблема защита радиосистем от радиопомех. Для развития вещания были выделены
дополнительные полосы частот в диапазоне средних частот (СЧ), для европейского
региона составлен частотный план для НЧ и СЧ диапазонов, разработаны Рекомендации
МСЭ по стабильности частоты и ширине полосы частот передатчиков; установлены
правила регистрации частот в Международном радиобюро в Берне (решения данной ВРК
игнорировались рядом стран).
1933
год
В городе Люцерна (Швейцария) состоялась Европейская радиовещательная
конференция, на которой был составлен региональный план для службы вещания (в ее
работе приняли участие 35 стран, разработанный план не был принят 19 странами,
5
зарезервировавшими свою позицию).
1937
год
В Гаване состоялась Американская радиовещательная конференция, на которой был
составлен региональный план для службы вещания (в ее работе участвовали 16 стран).
1938
год
В Каире состоялась Первая Всемирная административная радиоконференция; на ней ТРЧ
была расширена до 200 МГц; выделена полоса частот шириной 500 кГц для вещания на
высоких частотах, а также полосы 40.5-200 МГц для радиовещательной (звуковое и
телевизионное вещание) и 7.2-7.3 МГц для радиолюбительской служб, пересмотрены
Рекомендации на стабильность частоты и необходимую полосу излучения передатчиков.
1946
год
В Москве состоялась подготовительная Конференция к ВРК, в работе которой
участвовали страны-победители во Второй мировой войне -СССР, США, Великобритания,
Франция и Китай.
1947
год
В городе Атлантик-Сити (США) состоялась ВРК, на которой ТРЧ была расширена до 10.5
ГГц; на этой же конференции были выделены полосы частот для ОВЧ-ЧМ вещания;
дополнительно расширены полосы частот для службы ВЧ вещания и ВПС; рассмотрены
проблемы частотного планирования для ВЧ вещания; выделена полоса частот (10-2850
кГц) для международной радионавигационной системы Лоран.
1951
год
В Женеве состоялась ВРК по подготовке плана ВЧ вещания в тропических районах.
1959
год
В городе Атлантик-Сити (США) состоялась ВРК, на которой пересмотрен РР и ТРЧ
расширена с 10.5 ГГц до 40 ГГц, выделены полосы частот для новых спутниковых служб.
1960
год
В Женеве состоялась специальная Европейская конференция, на которой были
рассмотрены вопросы выделения полос частот для следующих служб: подвижной,
фиксированной и вещания.
1961
год
В Стокгольме состоялась конференция, на которой разработан европейский частотный
план для ОВЧ-ЧМ вещания.
1971
год
В городе Киото (Япония) состоялась ВКР, на которой ТРЧ была расширена с 40 до 275
ГГц.
1976
год
В Женеве состоялась региональная конференция по планированию НЧ и СЧ вещания в
Европе.
1977
год
В Женеве состоялась ВРК, на которой был пересмотрен РР и составлен План для
спутникового вещания в 1-м регионе в диапазоне частот 11.7-12.5 ГГц.
1979
год
В Женеве состоялась ВРК, на которой был пересмотрен РР и до 400 ГГц расширена ТРЧ.
1982
год
Состоялась региональная конференция, на которой были подготовлены технические
основы планирования сетей ОВЧ-ЧМ вещания в 1-м регионе.
1984
год
Состоялась ВРК, на которой были разработаны основы частотного планирования сетей
ВЧ вещания.
1985
год
В Женеве состоялась региональная конференция, на которой пересмотрен частотный
план развития ОВЧ-ЧМ вещания в Европе.
1986
год
В Женеве разработаны технические основы планирования НЧ вещания в диапазоне 16051705 МГц.
1986
год
В городе Найроби (Кения) состоялась ВРК, на которой были разработаны технические
критерии планирования сетей ТВ вещания.
6
1992
год
В городе Малага-Торемолис (Испания) на ВРК частично пересмотрена ТРЧ; выделены
полосы частот: для телевидения высокой четкости (ТВЧ), для цифрового звукового
вещания, для системы наземной и спутниковой подвижной связи третьего поколения в
диапазоне 2 ГГц, для воздушной подвижной службы общего пользования; выделены
дополнительные полосы частот для ВЧ вещания и др.
1997
год
В Женеве на ВРК выделены полосы частот 18.8-19.3 ГГц (линия вниз) и 28.6-29.1 ГГц
(линия вверх) для развития в XXI веке глобальной цифровой спутниковой системы
"Teledesic", которая сделает общедоступной организацию связи с возможностью
передачи сигналов телефонии, данных, изображений и подключение к всемирной сети
Интернет в любом месте мира.
1997
год
В Женеве состоялась ВРК, на которой были выделены полосы частот 47.2-47.5 и 47.948.2 ГГц для стратосферных систем фиксированной связи высокой плотности; на этой
ВРК было решено выделить для фиксированных служб высокой плотности ряд полос
частот выше 30 ГГц.
2000
год
В Стамбуле состоялась ВРК, на которой решались вопросы расширения полос частот для
систем подвижной связи третьего поколения, а также распределения частотных каналов
для непосредственного спутникового вещания в диапазоне 12 ГГц между разными
странами.