無線スペクトル

Radio bands
ITU
1 (ELF) 2 (SLF) 3 (ULF) 4 (VLF)
5 (LF) 6 (MF) 7 (HF) 8 (VHF)
9 (UHF) 10 (SHF) 11 (EHF) 12 (THF)
EU / NATO / US ECM
IEEE
Other TV and radio

無線スペクトルは、 3  KHzから3,000  GHz（3  THz ）の周波数帯域の電磁波を指します。この周波数帯域の電磁波は電波と呼ばれ、現代技術、特に電気通信において広く利用されています。異なるユーザー間の干渉を防ぐため、電波の発生と送信は国際機関である国際電気通信連合（ITU）が調整する各国の法律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によってさまざまな無線伝送技術と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事業者（携帯電話事業者やテレビ放送局など）に販売またはライセンス供与されます。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（携帯電話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、それをより効果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技術革新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における慣習であり、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ーであるため、電波の周波数に下限はありません。[4] ITUは、電波を「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」と定義しています。[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。300GHz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見なすことができます。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資源であるため、その実際的な限界と基本的な物理的考慮点、つまり無線通信に有用な周波数は、克服することが不可能な技術的限界によって決まる。[6]そのため、無線スペクトルはますます混雑しているが、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ことは不可能である。 [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る。[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増加する。約 10 kHz (波長 30 km) 未満では、直径数キロメートルの高架ワイヤ アンテナが必要となるため、この周波数未満の周波数を使用する無線システムは非常に少ない。 2 つ目の制限は、低周波数で使用できる帯域幅の減少で、これによって送信できるデータ レートが制限される。 [6]約 30 kHz 未満では、オーディオ変調は非現実的であり、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80Hz前後で、数カ国の海軍が数百メートルの深海に潜む潜水艦との通信に利用している超低周波潜水艦通信システムで使用されている。このシステムでは、メガワット級の送信電力で励起された長さ20～60kmの巨大な地上ダイポールアンテナが使用され、 毎分約1ビット（毎秒17ミリビット、1文字あたり約5分）という極めて低速でデータを送信している。

無線通信に有用な最高周波数は、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が増加するため、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は減少する。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り、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 小さな周波数帯域（無線スペクトルの範囲における連続した部分）であり、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ます。干渉を防ぎ、無線スペクトルを効率的に使用するために、類似のサービスが複数の帯域に割り当てられます。例えば、放送、携帯無線、ナビゲーション機器などは、重複しない周波数帯域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、帯域計画（または周波数計画）を策定しており、この計画では帯域の使用方法と共有方法、干渉の回避方法、送信機と受信機の互換性に関するプロトコルの設定方法が規定されている。[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典型的な定義は以下のとおりです。

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 のバンドに分割しています。各バンドは10 の累乗 (10 n ) メートルの波長で始まり、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、伝統的な名前が付けられています。たとえば、高周波(HF) という用語は 100 ～ 10 メートルの波長範囲を示し、これは 3 ～ 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、異なる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光の窓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ます。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」と規定しています。[13]

この表は、1937年にブカレストで開催された第4回CCIR会議の勧告に基づいて作成され、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番号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 | 300,000～100,000km（1000Mm）の周波数と波長に対して使用されてきたが[15]、この用語はITUによって定義されていない。[16]

バンド名略語ITUバンド番号周波数と波長使用例
極めて低い周波数エルフ13～30 Hz
100,000～10,000 km (100 Mm)		潜水艦との通信
超低周波SLF230～300 Hz
10,000～1,000 km (10 Mm)		潜水艦との通信
超低周波ウルフ3300～3,000 Hz
1,000～100 km
(1 Mm )		潜水艦との通信、鉱山内通信、固定電話、ファックス、光ファイバー通信
非常に低い周波数VLF43～30 kHz
100～10 km		ナビゲーション、時報、潜水艦との通信、固定電話、無線心拍モニター、地球物理学
低周波LF530～300 kHz
10～1 km		ナビゲーション、時刻信号、AM長波放送 (ヨーロッパおよびアジアの一部)、RFID、アマチュア無線。
中周波数MF6300～3,000 kHz
1,000～100 m		AM（中波）放送、アマチュア無線、雪崩ビーコン、磁気共鳴画像法、陽電子放出断層撮影法、電信、無線電信、無線テレタイプ、ダイヤルアップインターネット。
高周波HF73～30 MHz
100～10 m		短波放送、市民バンド無線、アマチュア無線、超広角航空通信、RFID、超広角レーダー、自動リンク確立（ALE）/近垂直入射スカイウェーブ（NVIS）無線通信、海洋および移動無線電話、 CTスキャン、磁気共鳴画像法、陽電子放出断層撮影法、超音波、コードレス電話。
非常に高い頻度VHF830～300 MHz
10～1 m		FM放送、テレビ放送、ケーブルテレビ放送、レーダー、見通し内地上対航空機通信、航空機対航空機通信、緊急ロケータービーコンホーミング信号、無線テレタイプ、陸上移動体および海上移動体通信、アマチュア無線、警察、消防および救急医療サービス放送、気象ラジオ、CT スキャン、磁気共鳴画像法、陽電子放出断層撮影法、超音波、コードレス電話。
超高周波UHF9300～3,000 MHz
100～10 cm		テレビ放送、ケーブルテレビ放送、電子レンジ、レーダー、マイクロ波装置/通信、電波天文学、レーダー（Lバンド）、携帯電話、無線LAN、Bluetooth、Zigbee、GPSおよび陸上移動体などの双方向無線、緊急ロケータービーコン、FRSおよびGMRS無線、アマチュア無線、衛星無線、警察、消防、救急医療サービス放送、遠隔制御システム、ADSB、コードレス電話、インターネット、ダイヤルアップインターネット、衛星放送、通信衛星、気象衛星、衛星電話（Lバンド）、衛星電話（Sバンド）。
超高周波SHF103～30GHz
10～1cm		電波天文学、マイクロ波機器/通信、無線 LAN、DSRC、最新のレーダー、通信衛星、ケーブルおよび衛星テレビ放送、DBS、アマチュア無線、衛星放送、通信衛星、気象衛星、衛星ラジオ、コードレス電話、インターネット、衛星電話 (S バンド)。
極めて高い頻度EHF1130～300 GHz
10～1 mm		電波天文学、衛星放送、通信衛星、気象衛星、高周波マイクロ波無線中継、マイクロ波リモートセンシング、指向性エネルギー兵器、ミリ波スキャナー、無線 LAN 802.11ad、インターネット。
テラヘルツまたは超高周波THF12300～3,000GHz
1～0.1mm		X線に代わる実験的医用画像、超高速分子動力学、凝縮系物理学、テラヘルツ時間領域分光法、テラヘルツコンピューティング/通信、リモートセンシング

IEEEレーダーバンド

マイクロ波領域の周波数帯域は文字で指定されます。この慣習は、第二次世界大戦頃、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呼称に端を発しています。マイクロ波帯域には互換性のない命名システムが複数存在し、同じシステム内でも、文字で指定される周波数範囲は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規格の一つに、米国電気電子学会（IEEE）が制定したIEEEレーダー帯域があります。

IEEE規格に基づくレーダー周波数帯域[17]
バンド
指定		周波数範囲文字の意味の説明
HF0.003～0.03GHz高頻度[18]
VHF0.03～0.3GHz非常に高い頻度[18]
UHF0.3～1GHz超高周波[18]
L1～2GHz長波
S2～4GHz短波
C4～8GHzSとXの妥協
X8～12GHz第二次世界大戦で射撃管制に使用された。Xは十字（照準器の十字）のX。珍しい。[19]
クー​12～18GHzクルツ・アンダー
K18～27GHzドイツ語：Kurz（短い）
Ka​27～40GHzクルツ- 上
V40～75GHz
W75～110GHzアルファベットではWはVの次にくる[20]
mmまたはG110～300GHz [注1]ミリメートル[17]
  1. ^ mmという表記は30GHzから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

NATO文字バンドの指定[21] [19] [22]放送
バンド
指定
1978年[23] -現在の命名法1978年以前の命名法
バンド周波数（MHz）バンド周波数（MHz）
あ0～250私100～150バンドI
47 – 68 MHz（テレビ）
バンドII
87.5 – 108 MHz（FM）
G150～225バンドIII
174 – 230 MHz（テレビ）
B250～500P225～390
C500～1000L390 – 1 550バンドIV
470 – 582 MHz（テレビ）
バンドV
582 – 862 MHz（テレビ）
D1000～2000S1550～3900
E2000～3000
F3000～4000
G4000～6000C3900～6200
H6000～8000X6,200～10,900
私8000～10000
J10,000～20,000ク10900～20000
K2万～4万カ20,000～36,000
L4万～6万質問36,000～46,000
V46,000～56,000
M6万～10万W56,000～100,000
米軍/サクラント
北10万～20万
お10万～20万

導波管周波数帯域

バンド周波数範囲[24]
Rバンド1.70～2.60GHz
Dバンド2.20～3.30GHz
Sバンド2.60～3.95GHz
Eバンド3.30～4.90GHz
Gバンド3.95～5.85GHz
Fバンド4.90～7.05GHz
Cバンド5.85～8.20GHz
Hバンド7.05～10.10GHz
Xバンド8.2～12.4GHz
Kuバンド​12.4～18.0GHz
Kバンド18.0～26.5GHz
Kバンド​26.5～40.0GHz
Qバンド33～50GHz
Uバンド40～60GHz
Vバンド50～75GHz
Eバンド60～90GHz
Wバンド75～110GHz
Fバンド90～140GHz
Dバンド110～170GHz
Yバンド325～500GHz

無線帯域指定規格の比較

周波数帯域の指定の比較

1～3Hzの周波数[15]はTLFと呼ばれていますが、この用語はITUによって定義されていません。[25]

頻度IEEE [17]EU、
NATO、
米国のECM		国際電気通信連合
いいえ。略語
あ 
3 Hz1エルフ
30 Hz2SLF
300 Hz3ウルフ
3kHz4VLF
30kHz5LF
300kHz6MF
3MHzHF7HF
30MHzVHF8VHF
250MHzB
300MHzUHF9UHF
500MHzC
1GHzLD
2GHzSE
3GHzF10SHF
4GHz帯CG
6GHzH
8GHz帯X私
10GHzJ
12GHzクー​
18GHzK
20GHzK
27GHzKa​
30GHz11EHF
40GHzVL
60GHzM
75GHzW
100GHz
110GHzんん
300GHz12THF
3テラヘルツ 

アプリケーション

無線には、放送、音声通信、データ通信、レーダー、無線測位、医療、遠隔制御など、多くの実用的な用途があります。

参照

注記

  1. ^ ITU無線通信規則 – 第1条、無線サービスの定義、第1.2条 行政: 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機関またはサービス
  2. ^ 国際電気通信連合の無線通信規則、2020年版。
  3. ^ 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。
  4. ^ ab 国際電気通信連合（ITU）は、電波を「人工的な誘導なしに空間を伝播する、3000GHz未満の周波数の電磁波」と定義しています。2020年版無線規則。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。
  5. ^ 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。
  6. ^ abcde ゴスリング、ウィリアム (2000). 無線スペクトルの保全：無線工学の基礎. ニューネス. pp.  11– 14. ISBN 9780750637404. 2022年4月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年11月25日閲覧。
  7. ^ Coutaz, Jean-Louis; Garet, Frederic; Wallace, Vincent P. (2018). 『テラヘルツ時間領域分光法の原理：入門教科書』CRC Press. p. 18. ISBN 9781351356367. 2023年2月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年5月20日閲覧。
  8. ^ Siegel, Peter (2002). 「宇宙のエネルギーの研究」.教育用資料. NASAウェブサイト. 2021年6月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年5月19日閲覧。
  9. ^ バンドの詳細を見る: [1] 2014年7月3日アーカイブ、Wayback Machine
  10. ^ 周波数プラン
  11. ^ アマチュア無線の使用が認可されている周波数帯については、「認可されている周波数帯」を参照してください。
  12. ^ 米国ARRLアマチュア無線バンドと電力制限の周波数割り当て図
  13. ^ ITU無線規則、第1巻、第2条、2020年版。「第2.1条：周波数および波長帯域」（PDF）でオンラインで入手可能。無線規則2016年版。国際電気通信連合。2017年1月1日。2022年2月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年2月18日閲覧。
  14. ^ ブース, CF (1949). 「周波数の命名法」.郵便局電気技術者ジャーナル. 42 (1): 47–48 .
  15. ^ ab Duncan, Christopher; Gkountouna, Olga; Mahabir, Ron (2021). 「リモートセンシングと電子活動分類における超低周波磁場の理論的応用」In Arabnia, Hamid R.; Deligiannidis, Leonidas; Shouno, Hayaru; Tinetti, Fernando G.; Tran, Quoc-Nam (eds.).コンピュータビジョンと計算生物学の進歩. 計算科学と計算知能に関するトランザクション. シュプリンガー・インターナショナル・パブリッシング. pp.  235– 247. doi :10.1007/978-3-030-71051-4_18. ISBN 978-3-030-71050-7。
  16. ^ 「電気通信で使用される周波数帯域と波長帯域の命名法」（PDF）国際電気通信連合（ITU）ジュネーブ（スイス）2015年。 2023年4月7日閲覧。
  17. ^ abcde IEEE Std 521-2002 レーダー周波数帯域の標準文字指定。
  18. ^ abc [17]の表2
  19. ^ ノーマン・フリードマン (2006). 『海軍研究所の世界海軍兵器システムガイド』海軍研究所出版. pp. xiii. ISBN 978-1-55750-262-9. 2023年2月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年10月13日閲覧。
  20. ^ Banday, Yusra; Mohammad Rather, Ghulam; Begh, Gh. Rasool (2019年2月). 「5Gセルラーネットワークにおけるミリ波周波数に対する大気吸収の影響」 . IET Communications . 13 (3): 265– 270. doi :10.1049/iet-com.2018.5044. ISSN  1751-8636.
  21. ^ Leonid A. Belov、Sergey M. Smolskiy、Victor N. Kochemasov (2012). RF、マイクロ波、ミリ波コンポーネントハンドブック. Artech House. pp.  27– 28. ISBN 978-1-60807-209-5。
  22. ^ NATO 同盟無線周波数機関 (ARFA) ハンドブック – 第 1 巻、第 4 部 – 付録、... G-2、... 無線通信で使用される周波数帯と波長帯の命名法。
  23. ^ AFR 55-44/AR 105-86/OPNAVINST 3430.9A/MCO 3430.1、1964年10月27日、AFR 55-44/AR 105-86/OPNAVINST 3430.1A/MCO 3430.1A、1978年12月6日に置き換えられた：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周波数の承認。PDF[2]
  24. ^ 「www.microwaves101.com 「導波管の周波数帯域と内部寸法」」。2008年2月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年11月16日閲覧。
  25. ^ 「電気通信で使用される周波数帯域と波長帯域の命名法」（PDF）国際電気通信連合（ITU）ジュネーブ（スイス）2015年。 2023年4月7日閲覧。

参考文献

  • ITU-R勧告V.431：電気通信に使用される周波数帯域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、AFR 55-44/AR 105-86/OPNAVINST 3430.1A/MCO 3430.1A、1978 年 12 月 6 日に置き換えられました: 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 周波数承認。
  • UnwantedEmissions.com 無線スペクトルの割り当てに関するリファレンス。
  • 「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。
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