إدارة الطيف الترددي

إدارة الطيف الترددي هي عملية تنظيم استخدام الترددات الراديوية لتعزيز الاستخدام الأمثل وتحقيق منفعة اجتماعية صافية. ^{[ 1 ]} يشير مصطلح الطيف الراديوي عادةً إلى نطاق التردد الكامل من 1 هرتز إلى 3000 جيجاهرتز (3 تيراهيرتز ) الذي يمكن استخدامه للاتصالات اللاسلكية. وقد استلزم تزايد الطلب على خدمات مثل الهواتف المحمولة وغيرها تغييرات في فلسفة إدارة الطيف الترددي. وقد ارتفع الطلب على النطاق العريض اللاسلكي بشكل كبير نتيجة للابتكارات التكنولوجية، مثل خدمات الجيل الثالث والرابع للهواتف المحمولة، والتوسع السريع لخدمات الإنترنت اللاسلكي. ^{[ 2 ]}  

منذ ثلاثينيات القرن العشرين، كان يتم تخصيص الطيف الترددي عبر التراخيص الإدارية. ونظرًا لمحدودية التكنولوجيا، كان تداخل الإشارات يُعتبر مشكلة رئيسية في استخدام الطيف. لذا، تم وضع نظام التراخيص الحصرية لحماية إشارات المرخص لهم. ويتلاشى هذا النظام السابق، الذي كان يعتمد على ترخيص نطاقات منفصلة لمجموعات من الخدمات المتشابهة، في العديد من البلدان، ليحل محله نموذج " مزاد الطيف " الذي يهدف إلى تسريع الابتكار التكنولوجي وتحسين كفاءة استخدام الطيف. وخلال المرحلة التجريبية لتخصيص الطيف، تم تطبيق مناهج أخرى، منها القرعة ، والوصول غير المرخص، وخصخصة الطيف.

في الآونة الأخيرة، اتجهت الولايات المتحدة نحو سياسة الطيف الترددي المشترك، بينما اتبعت أوروبا نموذج ترخيص الوصول المشترك المُصرَّح به. وقد جعل الرئيس أوباما الطيف الترددي المشترك سياسةً للولايات المتحدة في 14 يونيو 2013، ^{[ 3 ]} بناءً على توصيات مجلس مستشاري الرئيس للعلوم والتكنولوجيا (PCAST) الذي دعا إلى مشاركة الطيف الراديوي الفيدرالي (غير المُصرَّح به) عندما يكون غير مُستخدَم في مكان وزمان مُحدَّدين، شريطة ألا يُشكِّل ذلك مخاطر غير مُبرَّرة. وتماشياً مع هذه التوجيهات، قامت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) في ديسمبر 2014 بتوسيع نطاق نجاح مشاركة طيف نطاق التلفزيون ( المساحة البيضاء للتلفزيون ) ليشمل نطاقات أخرى، ولا سيما  نطاق رادار البحرية الأمريكية 3550-3700 ميجاهرتز، وذلك من خلال نموذج ترخيص ثلاثي المستويات (الجهة المُشغِّلة، والأولوية، والوصول العام).

تعتبر معظم الدول طيف الترددات الراديوية ملكيةً حصريةً للدولة. فهو مورد وطني، كالماء والأرض والغاز والمعادن. إلا أنه، على عكس هذه الموارد، قابل لإعادة الاستخدام . ^{[ 4 ]} يهدف نظام إدارة الطيف إلى الحد من تلوث الطيف الراديوي ، وتعظيم الاستفادة من الطيف الراديوي القابل للاستخدام. ^{[ 5 ]}

تنص الجملة الأولى من دستور الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) بشكل كامل على "الحق السيادي لكل دولة في تنظيم اتصالاتها". ويتطلب الإدارة الفعالة للطيف الترددي تنظيماً على المستويات الوطنية والإقليمية والعالمية.

تشمل أهداف إدارة الطيف الترددي ما يلي: ترشيد استخدام طيف الترددات الراديوية وتحسينه؛ تجنب التداخل وحلّه؛ تصميم تخصيصات ترددية قصيرة وطويلة المدى؛ تعزيز إدخال تقنيات لاسلكية جديدة؛ تنسيق الاتصالات اللاسلكية مع الدول المجاورة والإدارات الأخرى. وتشمل بنود الطيف الراديوي التي تحتاج إلى تنظيم وطني ما يلي: تخصيص الترددات لمختلف الخدمات الراديوية، وتخصيص التراخيص والترددات الراديوية لمحطات الإرسال، والموافقة على نوع المعدات (للدول خارج الاتحاد الأوروبي )، وتحصيل الرسوم، وإخطار الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) بشأن السجل الدولي الرئيسي للترددات (MIFR)، والتنسيق مع الدول المجاورة (لأن الموجات الراديوية لا تعرف حدودًا )، والعلاقات الخارجية مع اللجان الإقليمية (مثل CEPT في أوروبا، و CITEL في أمريكا) ومع الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU).

تُعدّ إدارة الطيف مشكلة متنامية بسبب تزايد عدد استخدامات الطيف. ^{[ 6 ]} تشمل هذه الاستخدامات: البث الإذاعي عبر الأثير (الذي بدأ في عام 1920)؛ والاستخدامات الحكومية والبحثية (التي تشمل الدفاع، والسلامة العامة - البحرية والجوية والشرطة - وإدارة الموارد والنقل وعلم الفلك الراديوي )؛ والخدمات التجارية المقدمة للجمهور (بما في ذلك الصوت والبيانات والشبكات المنزلية )؛ والخدمات الصناعية والعلمية والطبية (التي تشمل التطبيب عن بعد والتحكم عن بعد ).

في ثمانينيات القرن الماضي، كان الاهتمام الوحيد ينصب على البث الإذاعي والتلفزيوني؛ ولكن اليوم أصبحت الهواتف المحمولة وشبكات الكمبيوتر اللاسلكية أكثر أهمية حيث أن أقل من 15٪ من الأسر الأمريكية تعتمد على البث عبر الهواء لاستقبال إشارات التلفزيون الخاصة بها . ^{[ 7 ]}

تُدار طيف الترددات في الولايات المتحدة إما من قبل لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) للتطبيقات غير الحكومية، أو من قبل الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات (NTIA) للتطبيقات الحكومية. وفي حالة التطبيقات المشتركة، يجب أن تتفق الجهتان.

ينقسم الطيف الترددي إلى نطاقات ترددية مختلفة، لكل منها استخدام محدد. على سبيل المثال، يُخصص النطاق الترددي الذي يغطي من 300  كيلوهرتز إلى 535 كيلوهرتز للاتصالات الجوية والبحرية، بينما يُخصص الطيف الترددي من 520 كيلوهرتز إلى 1700 كيلوهرتز لراديو AM . تُسمى هذه العملية " التخصيص ".   

تتمثل الخطوة التالية في تخصيص الترددات لمستخدمين محددين أو فئات معينة منهم. لكل نطاق ترددي تخصيص محدد يعتمد على طبيعة التطبيق وعدد المستخدمين. فبعض التطبيقات تتطلب نطاقًا أوسع من غيرها (يستخدم راديو AM نطاقات ترددية بعرض 10  كيلوهرتز، بينما يستخدم راديو FM نطاقات ترددية بعرض 200  كيلوهرتز). إضافةً إلى ذلك، تُعدّ " نطاقات الحماية " ضرورية للحد من التداخل بين التطبيقات إلى أدنى حد. ^{[ 8 ]}

يُعدّ نهج إدارة القيادة والسيطرة النهج المُعتمد حاليًا لدى معظم الهيئات التنظيمية حول العالم. يدعو هذا النهج إلى أن تكون الهيئات التنظيمية هي السلطات المركزية المسؤولة عن تخصيص الطيف الترددي واتخاذ قرارات استخدامه. ففي الولايات المتحدة، على سبيل المثال، تحدد هيئة الاتصالات الفيدرالية (FCC) حالات استخدام أجزاء محددة من الطيف الترددي، بالإضافة إلى الجهات التي ستتمكن من الوصول إليها. كما تُنظّم هيئة الاتصالات الفيدرالية (FCC) أيضًا تقنيات الطبقة الفيزيائية المُستخدمة. ^{[ 9 ]}

غالبًا ما تكون قرارات تخصيص النطاق الترددي ثابتة زمنيًا ومكانيًا، ما يعني أنها صالحة لفترات طويلة (عادةً عقودًا) ولمساحات جغرافية واسعة (على مستوى الدولة). ويُخصص استخدام النطاق الترددي عادةً لمزود واحد فقط، ما يضمن اتصالًا خاليًا من التداخل. يعود نموذج إدارة التحكم والسيطرة إلى بدايات الاتصالات اللاسلكية، حين كانت التقنيات المستخدمة تتطلب وسائط خالية من التداخل لتحقيق جودة مقبولة. لذا، يُقال غالبًا إن الطبيعة الحصرية لنهج التحكم والسيطرة هي نتاج تقنيات قديمة.

تتمثل المزايا الواضحة لهذا النموذج في إمكانية استدامة الخدمات المتعلقة بالمصلحة العامة . من حيث الربحية، قد لا تكون برامج المصلحة العامة، مثل البث التلفزيوني الأرضي ، جذابةً للمزودين مقارنةً بالبرامج التجارية، إلا أنها مع ذلك مفيدة للمجتمع. ولذلك، غالبًا ما تُفرض هذه الخدمات ضمنيًا من قِبل الجهة التنظيمية من خلال اتفاقيات الترخيص. ومن المزايا الأخرى التوحيد القياسي الناتج عن هذا النهج المركزي. يُعد هذا التوحيد القياسي بالغ الأهمية في الصناعات الشبكية، التي تُعد صناعة الاتصالات مثالًا نموذجيًا عليها. ^{[ 10 ]} وقد نشر أحد الباحثين ورقة بحثية تُبين كيف أن تطوير التقنيات الجديدة يُبشر بتوفير نطاق ترددي أوسع بكثير للجمهور، ولكنه يتطلب من المجتمع تبني نموذج جديد لاستخدام الطيف الترددي. ^{[ 11 ]}

مع التحول الرقمي، دخلت إدارة الطيف الترددي عصراً جديداً. يسمح التحول الكامل إلى البث التلفزيوني الرقمي بحلول 17 فبراير 2009 ( قانون التحول الرقمي والسلامة العامة لعام 2005 ) للمذيعين باستخدام الطيف الترددي بكفاءة أكبر وتوفير مساحة لإمكانية مشاركة الطيف.

يُعدّ تقاسم الطيف الترددي موضوعًا مثيرًا للجدل. فالنمو المتسارع للاتصالات اللاسلكية التجارية يستدعي توفير طيف ترددي إضافي لاستيعاب حجم البيانات المتزايد. وقد استجابت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، بصفتها جهة تنظيمية، لهذه الاحتياجات بتوفير المزيد من الطيف الترددي. كما سُمح بظهور سوق ثانوية، ويُشجَّع المرخص لهم على تأجير استخدام الطيف الترددي لأطراف ثالثة مؤقتًا. ويُعدّ جعل التراخيص قابلة للتحويل محاولةً مهمةً من جانب لجنة الاتصالات الفيدرالية لخلق حوافز للمذيعين لتقاسم الطيف الترددي غير المستخدم. ومن الحلول المقترحة الأخرى لمشكلة ندرة الطيف الترددي تمكين أنظمة الاتصالات من شغل الطيف الترددي الذي كان مخصصًا سابقًا لاستخدام الرادار، وتقاسم الطيف الترددي بشكل تعاوني . وقد حظي هذا النهج باهتمام متزايد مؤخرًا، حيث قامت العديد من البرامج البحثية، بما في ذلك مشاريع وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) ^{[ 13 ]} ، بدراسة عدة طرق لتقاسم الطيف الترددي بين الرادار والاتصالات بشكل تعاوني. وهناك بدائل أخرى قيد الدراسة، مثل تقاسم الطيف الترددي في الشبكات الخلوية ^{[ 14 ] .}

برزت ندرة الطيف الترددي كمشكلة رئيسية تواجه إطلاق خدمات لاسلكية جديدة. وتتجلى آثار هذه الندرة بوضوح في مزادات الطيف، حيث يضطر المشغلون غالبًا إلى استثمار مليارات الدولارات لتأمين الوصول إلى نطاقات محددة من الطيف المتاح. وعلى الرغم من هذه الندرة، أظهرت قياسات استخدام الطيف الحديثة أن فرص الطيف المتاحة غير مستغلة بشكل كافٍ، أي أنها تُترك دون استخدام. غالبًا ما يُعزى هذا النقص المصطنع في الطيف، والناجم عن "تقييد الوصول"، إلى الطبيعة الجامدة والثابتة لنظام إدارة التحكم والسيطرة. وقد بدأت الجهات المعنية في دراسة إمكانية تحسين نظام الإدارة من خلال تخفيف القيود المفروضة على الوصول إلى الطيف. ومن أبرز النماذج السائدة نموذج "المشاعات الطيفية" ونموذج "حقوق ملكية الطيف".

يمنح قانون الاتصالات لعام 1934 الرئيس سلطة إدارة الطيف الترددي لجميع الاستخدامات الفيدرالية (47 USC 305). وتتولى الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات (NTIA) إدارة الطيف الترددي للحكومة الفيدرالية. وتُوجد قواعدها في دليل اللوائح والإجراءات الخاص بإدارة الترددات الراديوية الفيدرالية الصادر عن الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات .

تتولى لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) إدارة وتنظيم جميع استخدامات الطيف غير الفيدرالية المحلية (47 USC 301). ^{[ 20 ]}

خلفية:

• قانون الراديو لعام 1927
• قانون الاتصالات لعام 1934
• قانون الإجراءات الإدارية لعام 1947
• قانون الاتصالات عبر الأقمار الصناعية لعام 1962
• الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات
• قانون وضع القواعد التفاوضية لعام 1990
• قانون حماية المستهلك والمنافسة في مجال التلفزيون الكبلي لعام 1992
• قانون التوفيق الشامل للميزانية لعام 1993
• قانون الاتصالات لعام 1996

الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) هو أحد فروع الأمم المتحدة ، ويتولى إدارة استخدام طيف الترددات الراديوية والأقمار الصناعية بين الدول . ويُعدّ مؤتمر المفوضين أعلى هيئة لصنع السياسات في الاتحاد، حيث يجتمع كل أربع سنوات لوضع سياساته العامة. وينقسم الاتحاد إلى ثلاثة قطاعات: قطاع الاتصالات الراديوية (ITU-R) ^{[ 21 ]،} الذي يُحدد الخصائص التقنية والإجراءات التشغيلية للخدمات اللاسلكية، ويضطلع بدور حيوي في إدارة طيف الترددات الراديوية؛ ومجموعة الدراسة الأولى التابعة لقطاع الاتصالات الراديوية ^{[ 22 ]} ، وهي مجموعة دراسة إدارة الطيف؛ وقطاع تقييس الاتصالات (ITU-T)، الذي يُطوّر المعايير التقنية والتشغيلية المتفق عليها دوليًا؛ وقطاع تنمية الاتصالات (ITU-D)، الذي يُعزز توسيع البنية التحتية للاتصالات في الدول النامية حول العالم، والتي تُمثل ثلثي الدول الأعضاء في الاتحاد البالغ عددها 191 دولة. تحدد لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات بشأن الراديو معاهدة دولية ملزمة تحكم استخدام الطيف الراديوي من قبل حوالي 40 خدمة مختلفة.

في مجال الاتصالات ، تعتبر سلطة تخصيص التردد هي السلطة الممنوحة للإدارة أو التعيين أو التفويض لوكالة أو مسؤول عبر معاهدة أو قانون، لتحديد الترددات أو قنوات التردد أو نطاقات التردد في الطيف الكهرومغناطيسي لاستخدامها في خدمات الاتصالات اللاسلكية أو محطات الراديو أو تطبيقات ISM .

تُعرَّف إدارة الترددات – وفقًا للمادة 1.2 من لوائح الراديو (RR ) الصادرة عن الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU ) ^{[ 23 ]} – بأنها «أي إدارة أو خدمة حكومية مسؤولة عن الوفاء بالالتزامات المنصوص عليها في دستور الاتحاد الدولي للاتصالات، واتفاقية الاتحاد الدولي للاتصالات، واللوائح الإدارية (CS 1002) ». وتُشار إلى التعريفات المطابقة لتلك الواردة في ملحق الدستور أو ملحق اتفاقية الاتحاد الدولي للاتصالات (جنيف، 1992) بالرمز "(CS)" أو "(CV)" على التوالي.

تُمنح سلطة تخصيص الترددات الدولية إلى مكتب الاتصالات الراديوية التابع للاتحاد الدولي للاتصالات (ITU).

• تحديد التردد
• إدارة الطيف العسكري
• رخصة البث
• LTE في الطيف غير المرخص
• التحديات والاستراتيجيات لإدارة الطيف الترددي بفعالية