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無線スペクトルは、 3 Hzから3,000 GHz（3 THz ）の周波数の電磁スペクトルの一部です。この周波数範囲の電磁波は電波と呼ばれ、現代の技術、特に電気通信で広く使用されています。異なるユーザー間の干渉を防ぐため、電波の生成と送信は国際機関である国際電気通信連合（ITU）によって調整された国内法によって厳しく規制されています。[1]
無線スペクトルの異なる部分は、ITUによって異なる無線伝送技術およびアプリケーションに割り当てられています。約40の無線通信サービスがITUの無線通信規則（RR）で定義されています。[2]場合によっては、無線スペクトルの一部が民間の無線伝送サービスのオペレーター（携帯電話オペレーターやテレビ放送局など）に販売またはライセンスされます。割り当てられた周波数の範囲は、プロビジョニングされた用途（セルラースペクトルやテレビスペクトルなど）によって参照されることがよくあります。[3]無線スペクトルは、ますます多くのユーザーからの需要がある固定リソースであるため、ここ数十年でますます混雑しており、より効率的に使用する必要性から、トランク無線システム、スペクトル拡散、超広帯域、周波数再利用、動的スペクトル管理、周波数プーリング、コグニティブ無線などの現代の電気通信イノベーションが推進されています。
制限
無線スペクトルの周波数境界は物理学の慣習であり、ある程度恣意的です。電波は電磁波の中で最も低い周波数のカテゴリであるため、電波の周波数に下限はありません。[4]電波は、ITUによって次のように定義されています。「人工的なガイドなしに空間を伝播する、3000GHzよりも任意に低い周波数の電磁波」。[5]高周波端では、無線スペクトルは赤外線帯域によって境界が定められています。電波と赤外線の境界は、科学分野によって異なる周波数で定義されています。300ギガヘルツから3テラヘルツまでのテラヘルツ帯域は、マイクロ波または赤外線のいずれかとして考えることができます。これは、国際電気通信連合によって電波として分類される最も高い帯域です。[4]しかし、分光学の科学者は、これらの周波数を遠赤外線および中赤外線帯域の一部と見なしています。
無線スペクトルは固定されたリソースであるため、無線通信に有効な周波数である無線スペクトルの実際的な制限と基本的な物理的考慮事項は、克服することが不可能な技術的制限によって決定されます。[6]そのため、無線スペクトルはますます混雑していますが、現在使用されているもの以外に周波数帯域幅を追加する方法はありません。 [6]無線通信に使用される最低周波数は、必要な送信アンテナのサイズの増大によって制限されます。[6]無線電力を効率的に放射するために必要なアンテナのサイズは、波長に比例して、または周波数に反比例して大きくなります。約 10 kHz (波長 30 km) 未満では、直径が数キロメートルの高架ワイヤアンテナが必要になるため、この周波数未満の周波数を使用する無線システムはほとんどありません。 2 つ目の制限は、低周波数で使用できる帯域幅が減少することで、これにより送信できるデータ速度が制限されます。 [6]約 30 kHz 未満では、オーディオ変調は非実用的であり、低速ボーレートのデータ通信のみが使用されます。無線通信に使用されている最低周波数は、数百メートルの深さに潜っている潜水艦と通信するために数カ国の海軍が構築した超低周波潜水艦通信システムで使用されている約 80 Hz です。このシステムでは、メガワットの送信電力で励起された 20 ～ 60 km の長さの巨大な地上ダイポール アンテナが使用され、1分あたり約 1 ビット ( 1 秒あたり 17 ミリビット、つまり 1 文字あたり約 5 分) という非常に遅い速度でデータが送信されます。
無線通信に有効な最高周波数は、大気によるマイクロ波エネルギーの吸収によって制限される。[6]周波数が30GHz（ミリ波帯の始まり）を超えると、大気中のガスが吸収する電力量が増えるため、電波ビームの電力は送信アンテナからの距離とともに指数関数的に減少する。30GHzでは、有効な通信は約1kmに制限されるが、周波数が増加すると電波を受信できる範囲が狭くなる。300GHzを超えるテラヘルツ帯では、大気による電磁放射の吸収（主にオゾン、水蒸気、二酸化炭素による）により、電波は数メートル以内でゼロに減衰する。この吸収は非常に大きいため、大気は電磁放射に対して本質的に不透明であるが、近赤外線および光学窓周波数範囲付近で再び透明になる。 [7] [8]
バンド
ラジオバンド 通常は同じ目的のためにチャネルが使用または確保される小さな周波数帯域(無線スペクトルの範囲の連続したセクション)です。干渉を防ぎ、無線スペクトルを効率的に使用できるようにするため、類似のサービスが帯域に割り当てられます。たとえば、放送、モバイル ラジオ、ナビゲーション デバイスは、重複しない周波数範囲に割り当てられます。
バンドプラン
ITUは各無線帯域について、干渉を回避し、送信機と受信機の互換性のためのプロトコルを設定するために、どのように使用および共有するかを規定する帯域計画（または周波数計画）を持っています。[9]
各周波数計画では、含まれる周波数範囲、チャネルの定義方法、およびそれらのチャネルで伝送される内容が定義されます。周波数計画で規定される一般的な定義は次のとおりです。
- 番号付け方式– どのチャンネル番号または文字（ある場合）が割り当てられるか
- 中心周波数–各チャンネルの搬送波がどれだけ離れているか
- 帯域幅および/または偏差– 各チャネルの幅
- スペクトルマスク–周波数によって外部信号がどの程度減衰されるか
- 変調– どのようなタイプが使用されるか、または許容されるか
- コンテンツ –音声やビデオ、アナログやデジタルなど、どのような種類の情報が許可されるか
- ライセンス–放送ライセンスを取得するための手続きはどのようなものか
国際電気通信連合
実際に認可されている周波数帯域はITU [10]と米国連邦通信委員会（FCC）[11]などの地方規制機関によって定義されており、自主的なベストプラクティスが干渉の回避に役立ちます。[12]
慣例により、ITU は無線スペクトルを 12 のバンドに分割します。各バンドは10 の累乗 (10 n ) メートルの波長から始まり、対応する周波数は 3×10 8− nヘルツで、それぞれ 10 の周波数または波長をカバーします。これらのバンドにはそれぞれ伝統的な名前があります。たとえば、高周波(HF) という用語は、100 から 10 メートルの波長範囲を示し、3 から 30 MHz の周波数範囲に相当します。これは単なる記号であり、割り当てとは関係ありません。ITU は各バンドをさらにサブバンドに分割し、さまざまなサービスに割り当てています。300 GHz を超えると、地球の大気による電磁放射の吸収が非常に大きいため、近赤外線および可視ウィンドウの周波数範囲で再び透明になるまで、大気は事実上不透明になります。
これらのITU無線帯域は、 ITU 無線規則で定義されている。第2条第2.1項は、「無線スペクトルは9つの周波数帯域に分割され、次の表に従って累進的な整数で指定されるものとする」と規定している。[13]
この表は、1937年にブカレストで開催された第4回CCIR会議の勧告に端を発し、1947年にニュージャージー州アトランティックシティで開催された国際無線会議で承認されました。各バンドに、Hz単位のバンド上限と下限のおおよその幾何平均の対数を取った数字を付けるというアイデアは、B. C. フレミング=ウィリアムズが1942年にワイヤレスエンジニア誌の編集者に宛てた手紙で提案したもので、たとえばバンド7のおおよその幾何平均は10 MHz、つまり10 7 Hzです。[14]
「極めて低い周波数」（TLF）というバンド名は、1～3Hz（波長300,000～100,000km）の周波数に使用されてきたが、[15]この用語はITUによって定義されていない。[16]
IEEE レーダーバンド
マイクロ波範囲の周波数帯域は文字で指定されます。この慣習は、マイクロ波の最初の応用であるレーダーで使用される周波数の軍事的指定から、第二次世界大戦頃に始まりました。マイクロ波帯域には互換性のない命名システムがいくつかあり、特定のシステム内でも、文字で指定される正確な周波数範囲は、異なる応用分野によって多少異なる場合があります。広く使用されている標準の 1 つは、米国電気電子技術者協会によって確立されたIEEE レーダー帯域です。
- ^ mmという表記は30～300GHzの範囲を指す場合にも使用される。[17]
欧州連合、NATO、米国ECM周波数指定
導波管周波数帯域
無線帯域指定規格の比較
「極めて低い周波数」（TLF）というバンド名は、1～3Hz（波長300,000～100,000km）の周波数に使用されてきたが[15] 、この用語はITUによって定義されていない。[24]
アプリケーション
放送
放送周波数:
- 長波 AM ラジオ= 148.5 kHz – 283.5 kHz (LF)
- 中波 AM ラジオ= 520 kHz – 1700 kHz (MF)
- 短波 AM ラジオ= 3 MHz – 30 MHz (HF)
テレビおよび FM ラジオ放送周波数の指定は国によって異なります。テレビ チャンネル周波数とFM 放送バンドを参照してください。VHF および UHF 周波数は都市部での多くの用途に適しているため、北米では以前のテレビ放送バンドの一部が携帯電話やさまざまな陸上移動通信システムに再割り当てされています。テレビ専用の割り当て内でも、テレビ バンド デバイスはローカル放送局のないチャンネルを使用します。
米国の Apex バンドは、第二次世界大戦前に VHF 音声放送用に割り当てられたものですが、FM 放送の導入後に廃止されまし た。
エアバンド
エアバンドとは、航空機のナビゲーションや音声通信に使用される 108 ～ 137 MHz の VHF 周波数を指します。大洋を横断する航空機には、HF無線および衛星トランシーバーも搭載されています。
海兵隊バンド
無線開発の最大の動機は、海岸から目視できない範囲の船舶と通信する必要があったことです。無線のごく初期の頃から、大型外洋船は強力な長波および中波送信機を搭載していました。以前は500 kHzやその他の周波数で提供されていた安全アプリケーションの一部は衛星システムによって引き継がれていますが、高周波の割り当ては今でも船舶に指定されています。2182 kHzは、今でも海洋緊急通信に使用されている中波周波数です。
船舶用 VHF 無線は沿岸水域で使用され、船舶間および陸上局との比較的短距離の通信に使用されます。無線はチャネル化されており、異なるチャネルがさまざまな目的に使用されます。船舶用チャネル 16 は通話および緊急時に使用されます。
アマチュア無線周波数
アマチュア無線の周波数割り当ては、世界各地で異なります。アマチュア無線では、通常、HF帯域で、いくつかの帯域が世界中で共通です。その他の帯域は、特に無線帯域の VHFおよびUHF帯域で、他のサービスへの割り当てが異なるため、国または地域のみで割り当てられています。
市民バンドと個人ラジオサービス
市民バンド無線は多くの国で割り当てられており、スペクトルのHF上部（約27MHz）のチャネライズド無線を使用しています。これは個人、中小企業、趣味の目的で使用されています。他の周波数割り当ては、異なる管轄区域で同様のサービスに使用されています。たとえば、オーストラリアではUHF CBが割り当てられています。世界中にさまざまな個人無線サービスがあり、通常は個人間または中小企業向けの短距離通信を重視しており、ライセンス要件が簡素化されているか、一部の国ではクラスライセンスでカバーされており、通常は約1ワット以下のFMトランシーバーを使用しています。
産業、科学、医療
ISMバンドは当初、電子レンジ、高周波加熱などの通信以外の RF エネルギー用途に予約されていました。しかし、近年では、ユーザーが無線オペレーターのライセンスを取得する必要がないため、これらのバンドは短距離低電力通信システムで最も多く使用されています。コードレス電話、ワイヤレス コンピュータ ネットワーク、Bluetoothデバイス、ガレージ ドア オープナーはすべて ISM バンドを使用しています。ISM デバイスには、バンドの他のユーザーからの干渉に対する規制上の保護がありません。
陸上移動バンド
周波数帯域、特にスペクトルの VHF および UHF 部分は、固定基地局と陸上移動車両搭載型またはポータブルトランシーバー間の通信用に割り当てられます。米国では、これらのサービスは非公式にビジネス バンドラジオと呼ばれています。「プロフェッショナル モバイル ラジオ」も参照してください。
警察無線や消防署、救急車などの公共安全サービスは、通常、スペクトルの VHF および UHF 部分で使用されます。利用可能な周波数の数が限られているため、トランキングシステムが最も効率的に使用されることがよくあります。
携帯電話サービスの需要により、携帯電話周波数に大量の無線スペクトルが割り当てられるようになりました。
ラジオコントロール
信頼性の高い無線制御では、その目的専用の帯域を使用します。無線制御玩具は、27 MHz または 49 MHz 帯域の無認可スペクトルの一部を使用することがありますが、より高価な航空機、ボート、または陸上車両モデルでは、無認可の使用による干渉を避けるために、72 MHz 付近の専用無線制御周波数を使用します。21 世紀には、2.4 GHz 拡散スペクトル RC 制御システムへの移行が見られました。
北米では、 免許を持ったアマチュア無線家が6 メートル帯域の一部を使用しています。クレーンや鉄道機関車の産業用遠隔制御では、地域によって異なる割り当て周波数が使用されます。
レーダー
レーダーアプリケーションでは、比較的高出力のパルス送信機と高感度受信機が使用されるため、レーダーは他の目的に使用されていない帯域で動作します。ほとんどのレーダー帯域はスペクトルのマイクロ波部分にありますが、気象学の重要なアプリケーションでは、UHF 帯域の強力な送信機が使用されます。
参照
注記
- ^ ITU無線通信規則 – 第1条、無線サービスの定義、第1.2条 管理: 国際電気通信連合憲章、国際電気通信連合条約、および行政規則(CS 1002)で負う義務を履行する責任を負う政府部門またはサービス
- ^ 国際電気通信連合の無線通信規則、2020年版。
- ^ コリン・ロビンソン (2003)。公益事業市場における競争と規制。エドワード・エルガー出版。p. 175。ISBN 978-1-84376-230-0. 2022年4月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年11月2日閲覧。
- ^ ab 電波はITUによって次のように定義されています: 「人工的なガイドなしに空間を伝播する、3000GHz未満の周波数の電磁波」、2020年版の無線規則。国際電気通信連合。2022年2月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2022年2月18日閲覧。
- ^ 2020年版無線通信規則。国際電気通信連合。2022年2月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年2月18日閲覧。
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- ^ アマチュア無線で使用できる周波数帯については、こちらを参照してください: 使用できる周波数帯
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参考文献
- ITU-R 勧告 V.431: 電気通信で使用される周波数および波長帯域の命名法。国際電気通信連合、ジュネーブ。
- IEEE 規格 521-2002: レーダー周波数帯域の標準文字指定
- AFR 55-44/AR 105-86/OPNAVINST 3430.9A/MCO 3430.1、1964 年 10 月 27 日は、AFR 55-44/AR 105-86/OPNAVINST 3430.1A/MCO 3430.1A、1978 年 12 月 6 日: 米国およびカナダにおける電子対抗手段の実施、添付資料 1、ECM 周波数認可に置き換えられました。
外部リンク
- UnwantedEmissions.com 無線スペクトルの割り当てに関する参考資料。
- 「無線スペクトル: ワイヤレスの世界における重要なリソース」欧州委員会の政策。