Это наблюдение привело к появлению второго алгоритма: лотереи (lottery) среди заинтересованных компаний. Но проблема с лотереями состоит в том, что участвовать в них могут даже компании, которые не собираются использовать выделенный им диапазон. Если конкурс выиграет, скажем, ресторан или обувной магазин, то он может просто перепродать спектр оператору связи с большой прибылью и безо всякого риска.

Ситуация, в которой случайные, но проворные компании получали колоссальные прибыли, никого не устраивала. В результате был придуман третий подход: распределение спектра путем торгов (auction), в которых выигрывает тот, кто предложит большую цену. Британское правительство, распродавая частоты для мобильных 3G-систем, ожидало выручить примерно $4 млрд, а получило около $40 млрд — все из-за ажиотажа среди операторов связи, до смерти боявшихся упустить лакомый кусочек. Это пробудило алчность в представителях других правительств, и они запустили свои собственные аукционы. Схема сработала, но некоторые операторы связи залезли в долги настолько, что оказались на грани банкротства. Даже в лучшем случае им понадобятся многие годы, чтобы окупить расходы на лицензию.

Существует и совершенно иной подход к выделению частот: вообще их не распределять, а вместо этого всем разрешить передачу на любой частоте, при этом регулируя мощность станций малой дальности, чтобы они не мешали друг другу. Именно поэтому правительства некоторых стран зарезервировали определенные полосы частот — так называемые ISM («Industrial, Scientific, Medical» — «промышленные, научные, медицинские») — для свободного использования. Дистанционное управление гаражными дверями, радиотелефоны, радиоуправляемые игрушки, беспроводные компьютерные мыши и многие другие беспроводные домашние устройства используют полосы ISM. Для минимизации взаимных помех между этими не согласованными между собой устройствами FCC требует ограничения мощности их передатчиков (например, до 1 Вт) и применения методик распределения сигналов по диапазону частот. Кроме того, эти устройства не должны мешать работе радиолокационных станций.

В разных странах расположение полос ISM в спектре отличается. Например, полосы частот, на которых сетевые устройства могут работать без лицензии в США, показаны на илл. 2.53. Полоса частот 900 МГц использовалась в первых версиях 802.11, но уже переполнена. Полоса частот 2,4 ГГц в большинстве стран доступна и широко используется для 802.11b/g и Bluetooth, хотя и подвержена помехам от микроволновых печей и радиолокационных станций. Часть спектра на частоте 5 ГГц включает диапазон U-NII (Unlicensed National Information Infrastructure — «нелицензируемая национальная информационная инфраструктура»). Полосы 5 ГГц относительно малоразвиты, но благодаря наибольшей полосе пропускания и использованию их в таких спецификациях Wi-Fi, как 802.11ac, обрели немалую популярность и тоже перегружены.

Илл. 2.53. Полосы ISM и U-NII, используемые в США беспроводными устройствами

Не требующие лицензии полосы частот в последние десятилетия имели оглушительный успех. Возможность бесплатного использования части спектра привела к внедрению массы новшеств в беспроводных LAN и PAN. Об этом свидетельствует повсеместное внедрение таких технологий, как 802.11 и Bluetooth. Сегодня некоторые провайдеры даже предлагают технологию LTE-U, которая состоит в развертывании сотовой сети LTE в нелицензируемом диапазоне. Эта технология позволит мобильным устройствам работать на свободных частотах наряду со спектром, специально выделенным для сотовых сетей. Благодаря LTE-U проводные операторы, размещающие точки доступа Wi-Fi в миллионах домов, смогут превратить сеть точек доступа в сеть сотовых базовых станций. Конечно, при использовании сотовыми телефонами нелицензируемой части спектра могут возникнуть сложности. Например, устройства на этих частотах не должны мешать друг другу и по возможности уже существующим устройствам (incumbent devices) крупных операторов. Также возможны проблемы, связанные с надежностью и производительностью, ведь при использовании LTE-U устройствам приходится идти на компромиссы с другими устройствами в нелицензируемом спектре, от устройств Wi-Fi до радионянь.

Различные изменения в сфере регулирования за последние 10 лет открывают дорогу новым инновациям в сфере беспроводных технологий. Одно из таких изменений в США — тенденция к выделению дополнительных нелицензируемых частей спектра. В 2009 году FCC разрешила свободное использование «окон» (white spaces) в районе 700 МГц — выделенных, но не используемых на местном уровне полос частот. К освобождению этих «окон» привел полный переход с аналогового на цифровое телевидение в США в 2010 году. Сложность была в том, что нелицензируемые устройства должны были «видеть» все расположенные поблизости лицензируемые передатчики (включая беспроводные микрофоны), обладающие приоритетом на использование данных частот. Помимо этого, в 2001 году FCC открыла для работы без лицензии диапазон 57–64 ГГц. Это колоссальный кусок спектра, больше, чем все остальные ISM-полосы, вместе взятые. Он вполне способен поддерживать высокоскоростные сети, пригодные для беспроводного потокового телевещания в высоком качестве в пределах гостиной. В районе 60 ГГц радиоволны поглощаются кислородом. Это значит, что сигналы не способны распространяться на большое расстояние, но для сетей малой дальности этот диапазон вполне подходит. Высокие частоты (частота 60 ГГц относится к КВЧ — «миллиметровой» полосе частот, чуть ниже инфракрасного излучения) заставили изготовителей оборудования немало потрудиться, но сегодня соответствующие устройства уже есть на рынке.

В США были перепрофилированы и проданы на торгах и другие полосы спектра, включая 2,5 ГГц и 2,9 ГГц, 3,7–4,2 ГГц (С-диапазон, ранее используемый для спутниковой связи), а также 3,5, 6, 24, 28, 37 и 49 ГГц. FCC рассматривает возможность использования некоторых очень высоких частот для ближней связи, например диапазон 95 ГГц. В конце 2018 года FCC запустила первые торги по 5G и запланировала их продолжение на ближайшие годы. Это откроет для мобильной широкополосной связи значительную часть спектра и позволит получить более высокую пропускную способность, необходимую для приложений потоковой видеопередачи и IoT. На частотах 24 и 28 ГГц выставляется на продажу примерно по 3000 лицензий. При этом FCC предоставляет скидки малому бизнесу и операторам, работающим в сельской местности. Также запланированы торги на частоты 37, 39 и 49 ГГц. В других странах некоторые из этих диапазонов не подлежат лицензированию. Например, автомобильная промышленность в Германии успешно пролоббировала выделение полосы 3,5 ГГц для частных компаний; остальные европейские страны, вероятно, вскоре последуют ее примеру.

2.10.2. Сотовые сети

Любопытно, что политические и незначительные маркетинговые решения оказывают колоссальное влияние на развертывание сотовых сетей в США и Европе. Первую мобильную систему, разработанную в США компанией AT&T, FCC позднее сделало обязательной для всей страны. В результате на всей территории США существовала единая аналоговая система, и приобретенный в Калифорнии телефон успешно работал в Нью-Йорке. И напротив, когда мобильные телефоны появились в Европе, каждая страна разработала свою собственную систему, что привело к полному провалу.

Европа учла допущенную ошибку, и с появлением цифровых систем государственные управления почтово-телеграфной и телефонной