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スペクトル管理とは、無線周波数の使用を規制して効率的な利用を促進し、社会全体の利益を得るプロセスです。[ 1 ]無線スペクトルという用語は通常、無線通信に使用できる 1 Hzから3000 GHz (3 THz ) までの全周波数範囲を指します。携帯電話などのサービスに対する需要の増加により、スペクトル管理の理念に変化が必要となっています。3Gや 4G モバイル サービスなどの技術革新や無線インターネット サービスの急速な拡大により、無線ブロードバンドの需要が急増しています。 [ 2 ]
1930年代以降、周波数帯域は行政免許によって割り当てられてきました。技術的な制約により、信号干渉はかつて周波数帯域利用における大きな問題と考えられていました。そのため、免許取得者の信号を保護するために排他的免許制度が確立されました。類似のサービスを提供するグループに個別の帯域を免許するという従来の慣行は、多くの国で、技術革新を加速させ、周波数帯域利用の効率性を向上させることを目的とした「周波数オークション」モデルに取って代わられつつあります。周波数帯域割り当ての実験的プロセスにおいては、抽選、免許不要アクセス、周波数帯域の民営化といった他のアプローチも実施されてきました。
最近では、アメリカは共有スペクトル政策へと移行しつつあり、ヨーロッパは認可共有アクセス（ASA）ライセンスモデルを追求している。オバマ大統領は、2013年6月14日に共有スペクトルを米国の政策とした[ 3 ]。 これは、過度のリスクをもたらさない限り、場所と時間に未使用の（未承認の）連邦無線スペクトルを共有することを提唱した大統領科学技術諮問委員会（PCAST）の勧告に基づくものである。この指針に沿って、2014年12月現在、FCCはテレビ帯域スペクトル共有（TVホワイトスペース）の限定的な成功を他の帯域、特に3550～3700MHzの米海軍レーダー帯域にまで拡大し 、3段階のライセンスモデル（既存、優先、一般アクセス）を採用している。
ほとんどの国では、RFスペクトルは国家の専有財産であると考えている。RFスペクトルは、水、土地、ガス、鉱物と同様に国家資源である。ただし、これらとは異なり、RFは再利用可能である。[ 4 ]スペクトル管理の目的は、無線スペクトルの汚染を軽減し、使用可能な無線スペクトルの利益を最大化することである。[ 5 ]
国際電気通信連合（ITU）憲章の冒頭の一文は、「各国が自国の電気通信を規制する主権的権利」を完全に認めている。効果的な周波数管理には、国レベル、地域レベル、そして世界レベルでの規制が必要である。
スペクトル管理の目標には、RF スペクトルの使用の合理化と最適化、干渉の回避と解決、短距離および長距離周波数割り当ての設計、新しい無線技術の導入の促進、近隣諸国や他の行政機関との無線通信の調整が含まれます。国内で規制する必要のある無線スペクトル項目には、さまざまな無線サービスの周波数割り当て、送信局へのライセンスと RF の割り当て、機器の型式承認(欧州連合外の国向け)、料金の徴収、マスター国際周波数登録 (MIFR) のための ITU への通知、近隣諸国との調整 (電波には国境がないため)、地域委員会 (ヨーロッパのCEPT 、アメリカのCITELなど) および ITU との外部関係が含まれます。
スペクトル管理は、スペクトル利用の増加に伴い、ますます深刻な問題となっています。[ 6 ]利用には、無線放送（1920年に開始）、政府および研究利用（防衛、公共安全（海上、航空、警察）、資源管理、輸送、電波天文学を含む）、一般向け商用サービス（音声、データ、ホームネットワークを含む）、産業、科学、医療サービス（遠隔医療、リモートコントロールを含む）などがあります。
1980年代には、ラジオやテレビの放送だけが懸念事項でしたが、今日では携帯電話や無線コンピュータネットワークの重要性がますます高まっており、米国の世帯の15%未満しか地上波放送でテレビ信号を受信していません。[ 7 ]
米国の周波数帯域は、非政府機関による利用の場合は連邦通信委員会（FCC）が、政府機関による利用の場合は国家電気通信情報局（NTIA）が管理しています。両者が共同で利用する場合は、両者の合意が必要です。
周波数スペクトルは、それぞれ特定の用途を持つ複数の周波数帯域に分割されます。例えば、300kHz から535kHzまでの周波数帯域は航空通信および海上通信用に確保され、 520kHzから1700kHzまで のスペクトルはAMラジオ用に確保されています。このプロセスは「割り当て」と呼ばれます。
次のステップは、特定のユーザーまたはユーザーグループに周波数を割り当てることです。各周波数帯域には、アプリケーションの性質とユーザー数に応じて特定の割り当てがあります。実際、一部のアプリケーションは他のアプリケーションよりも広い帯域を必要とします（AMラジオは10kHzのブロックを使用する のに対し、FMラジオは200kHzのブロックを使用します ）。さらに、アプリケーション間の干渉を最小限に抑えるために「ガードバンド」が必要です。 [ 8 ]
コマンド・アンド・コントロール方式は、現在世界中のほとんどの規制当局が採用している方式です。この方式では、規制当局が周波数割り当てと使用に関する決定の中央集権的な権限を持つことを提唱しています。米国の例では、規制当局（FCC）が特定の周波数帯域の使用事例と、それらにアクセスできる当事者を決定します。連邦通信委員会（FCC）は、使用される物理層技術も規制しています。[ 9 ]
割り当て決定は時間的にも空間的にも静的であることが多く、つまり長期間（通常は数十年）にわたり、広範囲（国全体）にわたって有効である。使用は排他的に設定されることが多く、各バンドは単一のプロバイダに割り当てられるため、干渉のない通信が維持される。コマンド・アンド・コントロール管理モデルは、無線通信の黎明期にまで遡る。当時は、許容できる品質を実現するために、干渉のない媒体が必要だった。そのため、コマンド・アンド・コントロール方式の排他性は、時代遅れの技術の産物であるとよく言われる。
このモデルの明らかな利点は、公共の利益に関連するサービスが持続可能であることです。収益性の観点から、例えば地上波テレビなどの公共の利益プログラムが、プロバイダーの視点からすると商業的なものほど魅力的ではないかもしれませんが、それでも社会にとって有益です。したがって、これらのサービスは、ライセンス契約を通じて規制当局によって暗黙のうちに強制されることがよくあります。もう1つの利点は、このような中央集権的なアプローチから生じる標準化です。このような標準化は、ネットワーク化された産業において重要であり、電気通信産業はその典型的な例です。[ 10 ]ある研究者は、新しい技術の開発が、より多くのスペクトルを一般に提供することを約束するものの、社会がスペクトル使用の新しいパラダイムを受け入れる必要があることを示す論文を発表しました。[ 11 ]
抜粋：
米国における現在の周波数利用の構造と管理は、一部の周波数効率の高い技術の開発と利用を促進していません。周波数割り当ての枠組みは、サービスの種類（航空無線航法など）とユーザー（連邦政府、非連邦政府、共有）によって周波数を大部分が区分しているため、周波数をさまざまな方法で利用するように設計された新興技術の能力はしばしば制限されます。たとえば、ソフトウェア定義の認知無線機（動作環境のリアルタイムの状況に合わせて周波数の使用を適応させる無線機）は、未使用の周波数、つまり「ホワイトスペース」を検知し、それらの周波数を自動的に利用するために使用できます。また、ソフトウェア定義の認知無線機を使用して、周波数の「グレースペース」（放射は存在するものの、既存のユーザーにとって許容できないレベルの干渉を引き起こすことなく、追加のユーザーを受け入れることができる領域）を活用し、周波数効率を高めることも可能です。しかし、現在の周波数割り当てシステムは、これらの技術が既存の周波数指定を超えて動作するために必要な自由度を提供していない可能性があり、新しいルールを定義するには、周波数管理責任者が持ち合わせていない周波数に関する知識が必要です。同時に、周波数をより効率的に使用するための連邦政府の規制要件やインセンティブはほとんどありません。国家電気通信情報局（NTIA）は連邦政府の周波数使用を管理し、周波数効率を確保する責任を負っていますが、NTIAは主に各機関が開発するシステムが可能な限り周波数効率が高いことを保証することに依存しています。しかし、各機関のガイダンスやポリシーでは、調達において周波数効率を体系的に考慮することを義務付けていません。周波数の使用方法に関連する経済的影響がほとんどないことも、政府全体で周波数効率を向上させる技術を積極的に開発および使用する機会を追求するインセンティブを各機関にほとんど与えていません。[ 12 ]
デジタル化への移行に伴い、周波数管理は新たな時代を迎えた。2009年2月17日までにデジタルテレビへの完全移行（2005年デジタル移行・公共安全法）を行うことで、放送事業者は周波数をより効率的に利用し、将来的に周波数を共有する可能性のための余裕を確保することができる。
スペクトル共有は、激しい議論の対象となっている。商用無線の爆発的な成長により、より多くのトラフィックに対応するために追加のスペクトルが必要となっている。規制当局として、FCC はより多くのスペクトルを利用可能にすることでこれらのニーズに対応した。二次市場の出現が認められ、免許取得者はスペクトルの使用を一時的に第三者にリースすることが奨励されている。免許を譲渡可能にすることは、放送事業者が未使用のスペクトルを共有するインセンティブを生み出すための FCC の重要な試みである。スペクトル不足問題に対するもう 1 つの提案された解決策は、通信システムが以前はレーダー用に割り当てられたスペクトルを占有し、スペクトルを協調的に共有できるようにすることである。このアプローチは、 DARPAプロジェクト[ 13 ]を含むいくつかの研究プログラムによって最近注目度が高まっており、協調的なレーダー通信スペクトル共有のさまざまな方法が調査されている。セルラー ネットワークでのスペクトル共有など、さらに多くの代替案が進行中である。[ 14 ]
周波数帯域の不足は、新しい無線サービスを開始しようとする際に直面する主要な問題として浮上しています。この不足の影響は、周波数帯域オークションにおいて最も顕著に現れます。事業者は、利用可能な周波数帯域のうち特定の帯域へのアクセスを確保するために、しばしば数十億ドルもの投資を必要とします。このような不足にもかかわらず、最近の周波数帯域利用状況の測定結果によると、利用可能な周波数帯域は著しく活用されていない、つまり未使用のままになっています。この人為的な「アクセス制限」に基づく不足は、コマンド・アンド・コントロール型のガバナンス体制の静的かつ硬直的な性質に起因すると考えられることが多いです。関係者は、周波数帯域へのアクセスに関する制約を緩和することで、ガバナンス体制の改善策を検討し始めています。現在主流となっているモデルは、「周波数帯域共有」と「周波数帯域所有権」の2つです。
米国法の下では、周波数帯域は民間部門の所有物でも政府の所有物でもないとみなされる。ただし、「政府」という用語が「国民」と同義語として用いられる場合はこの限りではない。
「コモンズ」という言葉の本来の意味は、一般市民がコモンズを限定的に利用する権利を持つという慣習を指していました。当時、各人は自身の利用権に関心を持っていましたが、コモンズ自体は財産ではなく、権利も売買できないため「財産」ではありませんでした。「コモンズの悲劇」という言葉は、ギャレット・ハーディンが1968年に『サイエンス』誌に発表した論文で広く知られるようになりました。コモンズの悲劇は、個人の最善の戦略が「公共の利益」と衝突する場合、私的利益による公共の保護区（「コモンズ」）の破壊的な利用が起こりうるという哲学を示しています。このような状況では、個々の「悪質な行為者」の貢献はごくわずかであっても、それらの行為の結果が合わさると、資源は使い物にならないほど劣化する可能性があるとされています。この懸念から、スペクトルの規制が行われるようになりました。
スペクトル所有権モデルは、スペクトル資源を土地と同様に扱うべきであり、すなわちスペクトルの一部を私有することが認められるべきだと主張している。これらの部分の割り当ては市場原理によって行われるべきであり、スペクトル所有者は二次市場でこれらの部分を取引できるべきである。あるいは、スペクトル所有者は、好みの技術を用いて、自分の周波数帯域を自由に利用できる（サービスおよび技術中立性）。スペクトル所有権モデルは送信権の排他的割り当てを提唱しているが、免許制度とは異なる。主な違いは、スペクトル所有権アプローチではサービスおよび技術中立性が提唱されているのに対し、免許制度ではサービスおよび通信技術に厳格な要件が課される点である。
スペクトルの所有権という基本的な考え方は、1951年にレオ・ヘルツェルによって初めて提唱されました。[ 15 ]当時法学生だったヘルツェルは、米国FCCのスペクトル管理政策に対する批判を準備していました。ノーベル経済学賞受賞者のロナルド・コースは、1959年に現状よりも優れた代替案としてスペクトル権のオークションを提唱しました。[ 16 ]コースは、初期配分が問題に影響を与える可能性はあるものの、周波数の所有権によってその周波数の最も効率的な利用につながると主張しました。彼が初めてFCCにこの構想を提示したとき、冗談を言っているのかと尋ねられました。
スペクトル所有権モデルの支持者は、スペクトル所有者が資源を節約したいと考える可能性があるため、このような管理スキームはイノベーションとスペクトル資源のより効率的な利用を促進する可能性があると主張している。[ 17 ] [ 18 ]
スペクトル所有権モデルは、人為的な希少性とホールドアップ問題を引き起こす可能性があるとして批判されることが多い。ホールドアップ問題とは、個々のスペクトル所有者が貢献の見返りに非常に高い報酬を要求する可能性があるため、スペクトル資源の集約（高帯域幅アプリケーションに必要な）が困難になることを指す。[ 19 ]スペクトルは希少な有限財であるため、全く使用しないという逆効果のインセンティブが存在する。スペクトル市場の参加者や既存のスペクトル所有者は、スペクトルを先取りして購入し、保管しておくことで、既存または新規参入の競合者がそれを利用できないようにすることができる。保管されているスペクトルに対する既存のスペクトル所有者の公式な計画は、未知の将来の使用のためにそれを保存しておくことであり、したがって、予見可能な将来には全く使用しないことになる。
部分的または不完全な「スペクトルを財産として扱う」規制体制では、旧来の理由と功績に基づく政策の下でスペクトルを取得した既存所有者や既得権所有者は、以前の規制体制の下で無償で取得したスペクトルを売却することで、予期せぬ利益を得ることができる。規制体制が財産モデルに変更されると、既存ユーザーや既得権所有者に対する当初の功績と理由に基づくガイドラインはしばしば削除される。功績ガイドラインが依然として遵守されているかどうか、遵守されていない場合は既存スペクトル所有者からスペクトルライセンスを取り消し、旧来の功績ガイドラインに基づいて新しいユーザーにスペクトルを再発行するか、新しい「スペクトルを財産として扱う」政策に沿ってスペクトルを売却するかを確認する規制審査メカニズムは存在しない。
1934年通信法は、連邦政府によるすべての利用に関して、大統領に周波数管理の権限を与えている（47 USC 305）。国家電気通信情報局（NTIA）は、連邦政府のために周波数を管理している。その規則は、NTIA連邦無線周波数管理規則および手順マニュアルに記載されている。
連邦通信委員会（FCC）は、国内の非連邦周波数帯域の使用を管理および規制しています（47 USC 301）。[ 20 ]
背景：
国際電気通信連合（ITU）は、国連（UN）の一部であり、各国間での無線周波数スペクトルと宇宙衛星の使用を管理しています。全権代表会議はITUの最高政策決定機関であり、連合の一般政策を定めるために4年ごとに開催されます。ITUは3つのセクターに分かれています。無線通信セクター（ITU-R）[ 21 ]は無線サービスの技術的特性と運用手順を決定し、無線周波数のスペクトル管理において重要な役割を果たします。ITU-R研究グループ1 [ 22 ]はスペクトル管理の研究グループです。電気通信標準化セクター（ITU-T）は国際的に合意された技術および運用標準を開発します。電気通信開発セクター（ITU-D）は、ITUの191の加盟国の3分の2を占める世界中の発展途上国における電気通信インフラの拡大を促進します。 ITU無線通信規則は、約40種類の異なるサービスによる無線周波数帯域の使用を規定する拘束力のある国際条約を定めている。
電気通信において、周波数割り当て権限とは、無線通信サービス、無線局、またはISMアプリケーションで使用するために電磁スペクトル内の周波数、周波数チャネル、または周波数帯域を指定する権限を、条約または法律を通じて行政機関または管理者に付与、指定、または委任する権限のことです。
周波数管理は、国際電気通信連合（ITU）の無線通信規則（RR）[ 23 ]第1.2条によれば、「国際電気通信連合憲章、国際電気通信連合条約、および管理規則（CS 1002）に定められた義務を履行する責任を負う政府部門またはサービス」と定義されています。国際電気通信連合憲章附属書または国際電気通信連合条約附属書（ジュネーブ、1992年）に含まれる定義と同一の定義には、それぞれ「（CS）」または「（CV）」のマークが付けられています。
国際的な周波数割り当て権限は、国際電気通信連合（ITU）の無線通信局に帰属する。
2002年7月、欧州委員会は電子通信ネットワークおよびサービスに関する欧州規制当局グループを設立しました。これにより、欧州委員会とEU加盟国すべての規制当局との間の連携と調整のための正式な枠組みが初めて構築され、欧州法の一貫した適用が確保されました。
米国では、連邦政府機関については国家電気通信情報局（NTIA）が、連邦政府以外の組織については連邦通信委員会（FCC）が、周波数割り当てに関する主要な権限を行使する。