Радиочастотный спектр

Радиочастотный спектр — это часть электромагнитного спектра, охватывающая диапазон частот от 3 кГц до 3000 ГГц (3 ТГц), в котором электромагнитные волны используются для передачи информации без использования проводных линий связи. Радиочастотный спектр является ограниченным природным ресурсом, доступ к которому регулируется на национальном и международном уровнях для обеспечения электромагнитной совместимости и предотвращения взаимных помех между различными радиослужбами.

Физические основы

Радиочастотный спектр представляет собой диапазон частот электромагнитных колебаний, способных распространяться в пространстве в виде радиоволн. Радиоволны характеризуются частотой (измеряется в герцах, Гц) и длиной волны (измеряется в метрах), связанными соотношением: λ = c / f, где λ — длина волны, c — скорость света (≈ 3×10⁸ м/с), f — частота.

Диапазоны радиочастот

В соответствии с международным Регламентом радиосвязи (RR) Международного союза электросвязи (МСЭ), радиочастотный спектр подразделяется на диапазоны, обозначаемые номерами и аббревиатурами:

Номер диапазона	Аббревиатура	Наименование	Частотный интервал	Длина волны
4	VLF	Очень низкие частоты	3–30 кГц	100–10 км
5	LF	Низкие частоты	30–300 кГц	10–1 км
6	MF	Средние частоты	300–3000 кГц	1–0,1 км
7	HF	Высокие частоты	3–30 МГц	100–10 м
8	VHF	Очень высокие частоты	30–300 МГц	10–1 м
9	UHF	Ультравысокие частоты	300–3000 МГц	1–0,1 м
10	SHF	Сверхвысокие частоты	3–30 ГГц	10–1 см
11	EHF	Крайне высокие частоты	30–300 ГГц	1–0,1 см
12	—	Гигагерцевый диапазон	300–3000 ГГц	1–0,1 мм

Регулирование и управление

Международное регулирование

Управление использованием радиочастотного спектра осуществляется на международном уровне под эгидой Международного союза электросвязи (МСЭ), специализированного учреждения ООН. Основным документом является Регламент радиосвязи (Radio Regulations), который периодически пересматривается на Всемирных конференциях радиосвязи (ВКР). Регламент устанавливает:

Распределение полос частот между различными радиослужбами (фиксированная, подвижная, радиовещательная, спутниковая, радиолокационная, любительская и др.).
Порядок регистрации частотных присвоений в Международном справочном регистре частот (MIFR).
Технические параметры для обеспечения электромагнитной совместимости.
Правила координации использования частот между странами.

Национальное регулирование в России

В Российской Федерации управление радиочастотным спектром осуществляется в соответствии с Федеральным законом «О связи» (№ 126-ФЗ от 07.07.2003) и постановлениями Правительства РФ. Основные функции возложены на:

Государственную комиссию по радиочастотам (ГКРЧ) — межведомственный орган, принимающий решения о распределении полос частот, выделении полос для конкретных технологий и выдаче разрешений на использование радиочастот.
Федеральную службу по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) — осуществляет контроль за соблюдением правил использования радиочастот, проводит радиочастотные проверки.
Федеральное государственное унитарное предприятие «Главный радиочастотный центр» (ФГУП ГРЧЦ) — выполняет экспертные и технические работы по обеспечению электромагнитной совместимости.

Основным документом национального регулирования является Таблица распределения полос частот между радиослужбами Российской Федерации (утверждается решением ГКРЧ), которая гармонизирована с международной Таблицей МСЭ, но учитывает национальные особенности.

Классификация радиослужб

Регламент радиосвязи МСЭ определяет более 40 радиослужб, каждая из которых имеет приоритет доступа к определённым полосам частот. Основные из них:

Фиксированная служба — радиосвязь между фиксированными пунктами (радиорелейные линии, беспроводной доступ).
Подвижная служба — радиосвязь между подвижными станциями (сотовая связь, транкинг, профессиональная мобильная радиосвязь).
Радиовещательная служба — передача программ звукового и телевизионного вещания для непосредственного приёма населением.
Спутниковая служба — радиосвязь с использованием искусственных спутников Земли (фиксированная спутниковая, подвижная спутниковая, радиовещательная спутниковая).
Радиолокационная служба — радиолокация (обнаружение и определение местоположения объектов).
Любительская служба — радиосвязь для личных целей без извлечения коммерческой выгоды.
Радионавигационная служба — определение местоположения и навигация (GPS, ГЛОНАСС, радиомаяки).

Применение по диапазонам

Низкие и средние частоты (VLF, LF, MF)

VLF (3–30 кГц) — используется для связи с подводными лодками на больших глубинах, для передачи сигналов точного времени (система РБУ в России).
LF (30–300 кГц) — радионавигационные системы (LORAN, радиомаяки), радиовещание на длинных волнах.
MF (300–3000 кГц) — средневолновое радиовещание (AM-радио), радионавигация.

Высокие частоты (HF, 3–30 МГц)

Дальняя радиосвязь за счёт отражения от ионосферы (коротковолновая связь).
Международное и любительское радиовещание.
Авиационная и морская связь.
Радиолюбительские диапазоны.

Очень высокие частоты (VHF, 30–300 МГц)

FM-радиовещание (87,5–108 МГц).
Телевизионное вещание (каналы 1–12 в России).
Авиационная связь (118–137 МГц).
Морская радиосвязь.
Профессиональная мобильная радиосвязь (системы «Алтай», «Транкинг»).

Ультравысокие частоты (UHF, 300–3000 МГц)

Сотовая связь: 2G (GSM), 3G (UMTS), 4G (LTE) — диапазоны 450, 800, 900, 1800, 2100, 2600 МГц.
Цифровое телевизионное вещание (DVB-T2, диапазон 470–862 МГц).
Wi-Fi (2,4 ГГц).
Bluetooth (2,4 ГГц).
Радиолокация (метеорологическая, авиационная).
Спутниковая связь (L-диапазон, 1–2 ГГц).

Сверхвысокие частоты (SHF, 3–30 ГГц)

Спутниковая связь (C-диапазон 4–8 ГГц, Ku-диапазон 12–18 ГГц, Ka-диапазон 26–40 ГГц).
Радиорелейные линии связи.
Wi-Fi (5 ГГц).
Радиолокация (бортовая авиационная, метеорологическая, военная).
Связь 5G (диапазоны 3,4–3,8 ГГц, 24–29 ГГц в России).

Крайне высокие частоты (EHF, 30–300 ГГц)

Перспективные системы связи (5G/6G, миллиметровые волны).
Радиолокация высокой разрешающей способности.
Радиоастрономия.
Медицинская диагностика (терагерцовое излучение).

Проблемы и вызовы

Дефицит спектра

Радиочастотный спектр является ограниченным ресурсом. С ростом числа беспроводных устройств и сервисов (сотовая связь, интернет вещей, беспилотные летательные аппараты) возникает дефицит свободных полос. Для решения этой проблемы применяются:

Технологии динамического доступа к спектру (Cognitive Radio).
Повторное использование частот (частотное планирование).
Переход к более высоким частотам (миллиметровый диапазон).

Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Обеспечение ЭМС — основная задача регулирования. Помехи могут возникать между различными радиослужбами, работающими в соседних полосах, а также от промышленных, научных и медицинских (ПНМ) установок. Для минимизации помех устанавливаются:

Защитные интервалы между полосами.
Ограничения на уровень побочных излучений.
Требования к фильтрации и экранированию.