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 международно-признанных стандартов на параметры радиооборудования, методов радиоконтроля за работой 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 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 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

Статья опубликована в книге М. Быховского "Круги памяти".
Перепечатывается с разрешения автора.