Toni Jončić: Upravljanje radiofrekvencijskim spektrom:pravne osnove i sprječavanje interferencija

Toni Jončić, Tonko Kovačević, Tonči Kozina: Regulatorna ograničenja korištenja spektra za SRD u EU

REGULATORNA OGRANIČENJA KORIŠTENJA SPEKTRA ZA SRD UREĐAJE U EUROPSKOJ UNIJI

Toni Jončić, Tonko Kovačević, Tonči Kozina

SAŽETAK: SRD (Short Range Devices) uređaji jedan su od najbrže rastućih segmenata u telekomunikacijskoj industriji. Obzirom da nisu definirani kao „radiokomunikacijska služba“, ITU im nije alocirao zaseban frekvencijski pojas. Uglavnom rade unutar ISM frekvencijskih pojaseva, ali nisu ograničeni striktno na njih. Regulacija SRD uređaja od strane ITU-a spuštena je na regionalnu i nacionalnu razinu što dovodi do određenih razlika. U ovome radu dati ćemo pregled EU regulacije SRD uređaja (tijela, dokumenti i tehnička ograničenja) Ključne riječi: SRD uređaji, radiofrekvencijski spektar, regulacija, interferencija

Regulatory limitations for RF spectrum ocupation by SDR devices in european union

ABSTRACT: Short Range Devices (SRD) are amongst the fastest growing segments in telecom industry. As they are not defined as „radio service“, they cannot get frequency band allocaton by ITU. They are operating mainly within ISM bands, but not limited by it's boundaries. SRD regulation is passed from ITU to regional or national levels which as a consequence caused differences in SRD regulations. This paper explains SRD regulation within European Union (bodies, documents and technical limitations) Keywords: SRD devices, radio spectrum management, regulation, interference

1. UVOD

Današnji život bio bi nam nezamisliv bez brojnih malih RF elektroničkih uređaja poput daljinskih upravljača za otvaranje garažnih vrata, daljinskih upravljača za dječje igračke, WiFi-a, bežičnih mikrofona, tastatura i miševa, raznih bežičnih senzora i sl. Svi oni slobodno su dostupni na policama trgovina, a iako spadaju u uređaje koji emitiraju radiovalove za njih nije potrebno tražiti pojedinačne dozvole od nadležnih telekomunikacijskih regulatornih tijela. Međutim, to nikako ne znači da oni nisu regulirani. Svaki takav uređaj, prije stavljanja na police trgovina, mora zadovoljiti striktna tehnička pravila, te dobiti odgovarajuće certifikate od za to ovlaštenih tijela kako bi se osiguralo da neće stvarati interferencije ostalim RF uređajima i radijskim službama. Ovakvi uređaji u EU nazivaju se „SRD uređaji“ (Short Range Devices) dok se na američkom tržištu najčešće nazivaju „ISM-band uređaji“ (Industrial, Scientific and Medical band). SRD uređaji uglavnom rade u ISM frekvencijskom području jer je tu najmanja mogućnost uzrokovanja interferencije „radijskim službama“, međutim to nije dostatna zaštita, već ih je potrebno i regulatorno ograničiti maksimalno dozvoljenom izlaznom snagom, vrstom modulacije,itd. U ovom radu opisati ćemo koja tijela vrše regulaciju SRD uređaja u EU, definirati najznačajnije regulatorne dokumente, te izvršiti pregled tehničkih ograničenja.

2. UPRAVLJANJE FREKVENCIJSKIM SPEKTROM I ISM BAND

Međunarodna telekomunikacijska unija (International Telecommunication Union - ITU) krovna je međunarodna organizacija za pitanja propisa, standardizacije, raspodjele radiofrekvencijskog spektra za radiokomunikacije, telegrafiju i telefoniju. U svome najznačajnijem i najopsežnijem dokumentu „Radiopropisi“ („Radio regulations“) ITU do detalja definira sve radiomunikacijske službe (radio services) i vrši detaljnu raspodjelu frekvencijskih pojaseva i uvijeta korištenja za te službe. Tehničke detalje, poput maksimalnih snaga odašiljanja, maksimalnih razina emitiranja van pojasa, i sl. specificira se u ITU-R Preporukama (ITU-R Recommendations). Iz povijesnih, geografskih i političkih razloga, ITU vrši podjelu svijeta na 3 Regije (Regions) unutar kojih dozvoljava prvo regionalnim, a nakon toga i nacionalnim administracija određenu samostalnost u upravljanju spektrom, što u konačnici dovodi do donekle drugačijeg pristupa.

Slika 1. Podjela svijeta na regije od strane ITU-a

Za radijske službe (Radiocommunication services), kod kojih je osiguranje neometanosti rada ključan faktor, frekvencijski su pojasevi striktno regulirani i nije dozvoljen rad nikakvih drugih uređaja u tom području. Kako bi se osigurao neometan rad radijskih službi, za korištenje radijske opreme potrebno je ishodovati pojedinačne dozvole od nadležnih administrativnih tijela, korištena oprema mora imati sve potrebne ateste, a provodi se konstantna kontrola RF spektra. Međutim, osim tih strogo reguliranih frekvencijskih pojaseva, ITU je također izvršio alokaciju i frekvencijskih pojaseva u kojima je dozvoljeno malo više slobode rada. To su tzv. ISM frekvencijska područja koja su određena za uporabu u industrijskim, znanstvanim i medicinskim aplikacijama (ISM). Po definiciji, ISM aplikacije su one koje koriste radiofrekvencije za namjene koje nisu telekomunikacijske. Primjeri takvih aplikacija su npr. mikrovalne pećnice, razni indukcijski grijači, medicinska oprema poput MRI (magnetic resonance imaging), razni laboratorijski mjerni uređaji, itd. Detaljna regulacija uporabe ovih frekvencijskih pojaseva, sa globalne razine (ITU) spuštena je na niže razine administracije (regionalne i državne) koja pak tu regulaciju donosi konzultirajući se sa radiokomunikacijskim službama čiji rad može eventualno biti afektiran.

Tablica 1. Trenutno alocirana ISM frekvencijska područja od strane ITU-a

Frekvencijski pojas

Tip

Centralna frekvencija

Dostupnost

Licencirani korisnici

6.765 MHz

6.795 MHz

A

6.78 MHz

Ovisno o lokalnom prihvaćanju

FIXED SERVICE & Mobile service

13.553 MHz

13.567 MHz

B

13.56 MHz

Cijeli svijet

FIXED & Mobile services except Aeronautical mobile (R) service

26.957 MHz

27.283 MHz

B

27.12 MHz

Cijeli svijet

FIXED & MOBILE SERVICE except Aeronautical mobile service, CB Radio

40.66 MHz

40.7 MHz

B

40.68 MHz

Cijeli svijet

Fixed, Mobile services & Earth exploration-satellite service

433.05 MHz

434.79 MHz

A

433.92 MHz

Regija 1, ovisno o lokalnom prihvaćanju

AMATEUR SERVICE & RADIOLOCATION SERVICE, additional apply the provisions of footnote 5.280. For Australia see footnote AU

902 MHz

928 MHz

A

915 MHz

Regija 2 sa nekim izuzetcima

FIXED, Mobile except aeronautical mobile & Radiolocation service; in Region 2 additional Amateur service

2.4 GHz

2.5 GHz

B

2.45 GHz

Cijeli svijet

FIXED,MOBILE, RADIOLOCATION, Amateur & Amateur-satellite service

5.725 GHz

5.875 GHz

B

5.8 GHz

Cijeli svijet

FIXED-SATELLITE, RADIOLOCATION, MOBILE, Amateur & Amateur-satellite service

24 GHz

24.25 GHz

B

24.125 GHz

Cijeli svijet

AMATEUR, AMATEUR-SATELLITE, RADIOLOCATION & Earth exploration-satellite service (active)

61 GHz

61.5 GHz

A

61.25 GHz

Ovisno o lokalnom prihvaćanju

FIXED, INTER-SATELLITE, MOBILE & RADIOLOCATION SERVICE

122 GHz

123 GHz

A

122.5 GHz

Ovisno o lokalnom prihvaćanju

EARTH EXPLORATION-SATELLITE (passive), FIXED, INTER-SATELLITE, MOBILE, SPACE RESEARCH (passive) & Amateur service

244 GHz

246 GHz

A

245 GHz

Ovisno o lokalnom prihvaćanju

RADIOLOCATION, RADIO ASTRONOMY, Amateur & Amateur-satellite service

Tip A = frekvencijski pojas namjenjen za ISM aplikacije. Uporaba pojasa ovisi o nadležnoj administraciji i usuglašavanju sa drugim administracijama čije radijske službe mogu biti afektirane. Kod izdavanja uvijeta korištenja, nadležna administracija se treba uskladiti sa trenutno važećim ITU-R Preporukama.

Tip B = Radijske službe u tim pojasevima moraju prihvatiti određenu neopasnu dozu interferencije koja će eventualno biti unesena u njihov rad od strane ISM aplikacija. ISM oprema koja radi u tome pojasu obvezna je slijediti stroge administrativne propise kako bi se što je više moguće smanjila interferencija koju ona može unijeti u rad radijskih službi.

ISM aplikacije često zahtjevaju rad sa velikim izlaznim snagama generirane RF energije (razni indukcijski grijači, mikrovalne pećnice, MRI uređaji, itd.) pa bi gotovo sigurno značajno degradirale pouzdanost rada radiokomunikacijskih službi u njihovoj blizini. Iz tih razloga bilo je potrebno što bolje odvojiti spektar korišten za ISM aplikacije od radiokomunikacijskih službi. Kako bi zaštita bila to učinkovitija, prilikom alokacije ISM frekvencijskih pojaseva pazilo se da dodijeljeni pojasevi međusobno budu višekratnici.

6.780MHz x 2 = 13.560MHz; 61.25GHz x 2 = 122.5GHz;

6.780MHz x 4 = 27.120MHz; 61.25GHz x 4 = 234GHz

6.780MHz x 6 = 40.680MHz;

6.780MHz x 32 = 433,920MHz

3. SRD UREĐAJI (SHORT RANGE DEVICES)

SRD uređaji su radio odašiljači za jednosmjernu ili dvosmjernu komunikaciju (za razliku od ISM aplikacija koje po definiciji NISU telekomunikacijski uređaji), sa malom vjerojatnošću izazivanja smetnji ostalim radio uređajima i radio servisima.

Ako pogledamo ITU-ov dokument „Radiopropisi“, koji je krovni međunarodni dokument za definiciju radiokomunikacijskih službi, vidimo da pojedinačni SRD uređaji nisu definirani kao „Radiokomunikacijska služba“ (Radiocommunication service), pa samim time ne mogu dobiti primarnu ili sekundarnu alokaciju frekvencijskog pojasa već se za njih ostavljaju slobodni određeni frekvencijski pojasevi. ITU kao krovna međunarodna regulatorna organizacija prepušta regulaciju unutar tih pojaseva regionalnim i nacionalnim regulatorima da ih reguliraju na način kako oni smatraju da je najbolji za razvoj telekomunikacija na njihovom području nadležnosti. Kao što ćemo kasnije vidjeti ovdje leže glavne razlike u američkom i europskom pristupu regulaciji SRD frekvencijskih pojaseva.

Tipični primjeri SRD uređaja:

1. Širokopojasni prijenos podataka: RLAN/Wi-Fi, UWB, Video kratkog dometa (short range video).

2. RF IDentifikacija (RFID), aktivni medicinski implantati, zdravstveni monitori, sustavi osobne identifikacije

3. Automobilski ključevi, transportna i prometna telematika (TTT), naplata cestarine, inteligentni transportni sustavi (ITS), sustavi za automatsko očitanje (Automatic Meter Reading - AMR)

4. Logistika, „čipiranje“ životinja, sustavi zaštite proizvoda od krađa (Electronic Article Surveillance - EAS)

5. Radiodeterminacija: Automobilski radari kratkog dometa (Short Range Radar - SRR), mjerači bazirani na mjerenju RF razina, radarski sensori, radari za mjerenje nivoa (Level Probing Radar - LPR)

6. Komunikacija u bliskom polju (Near Field Communication - NFC) za beskontaktno plaćanje, otvaranje vrata,... i glasovne komunikacije poput: walkie-talkie, baby monitoring, radio mikrofoni, bežične slušalice i telefoni, slušni uređaji,itd.

7. Telemetrija, uređaji za praćenje, uređaji za traženje i prikupljanje podataka, machine-to-machine (m2m) komunikacija, upravljanje modelima, kućna automatizacija, nadzor senzora

8. Alarmni sustavi, protuprovalna zaštita, …

Od svih SRD uređaja najveći utjecaj na telekomunikacijsko tržište i na svijest o „pokretnom internetu“ zasigurno je ostvario RLAN tj. Wi-Fi. Njegovom pojavom, po prvi put su anticipirani benefiti potpuno bežičnog širokopojasnog pristupa, te je dao snažan zamah cijeloj industriji. Redefinirao je uporabu prijenosnih računala (laptop), te omogućio razvoj potpuno novih uređaja – tableta. Revolucija u bežičnom pristupu internetom koja je stigla njegovom pojavom može se jedino uspoređivati sa revolucijom koju je GSM sustav uveo u mobilnoj telefoniji. Bežični pristup širokopojasnim mrežama, tj. „bežični internet“ konačno je postao sastavni dio naših života i definitivno je označio daljnje pravce razvoja telekomunikacija – širokopojasni pristup mora biti bežičan i sa velikim brzinama prijenosa podataka. Djelomična deregulacija frekvencijskog spektra od strane ITU-a, tj. ostavljanje slobodnih frekvencijskih pojaseva za SRD uređaje, smatra se ključnim faktorom koji je industriju potaknuo na razvoj cijelog niza novih tehnologija (uključujući i Wi-Fi) koje su danas sastavni dio naših života. Kao što iz gore navedenog popisa vidimo, gotovo svi SRD uređaji spadaju u tzv. „konzumnu elektroniku“ i trebaju biti široko dostupni. Za njihovo korištenje nije potrebno tražiti „pojedinačne dozvole“ od nacionalnog regulatora već je njihovo korištenje odobreno „općim dozvolama“. Samim time nacionalni regulator nije obvezan niti štititi rad SRD uređaja od eventualnih radijskih smetnji koje mogu utjecati na njihov rad (npr. sličan SRD uređaj koji radi u istom frekvencijskom pojasu, neka ISM aplikacija ili pak neželjeno zračenje nekog RF uređaja). Obzirom na primaran zahtjev da radiokomunikacijske službe budu zaštićene od neželjenih interferencija, prilikom određivanja frekvencijskog pojasa za rad SRD uređaja, bilo je najjednostavnije smjestiti ih u IMS frekvencijske pojaseve. Međutim, skup SDR frekvencijskih pojaseva različit je od ISM skupa, tj. da budemo precizniji, SRD skup obuhvaća cijeli skup ISM frekvencijskih pojaseva, ali i još neke druge.

Slika 2. Primjer skupa SRD frekvencijskih pojaseva (nisu navedeni svi pojasevi)

Ukoliko SRD uređaji rade unutar ISM banda i zadovoljavaju ostale tehničke kriterije, oni su automatski zadovoljili uvjet da budu obuhvaćeni „općim dozvolama“. Međutim, u određenim slučajevima SRD uređaji mogu raditi i van ISM bandova u frekvencijskim pojasevima koji su ostavljeni slobodni baš za tu namjenu. Kako bi se osiguralo da SDR uređaji ne ometaju radijske službe ali također i da rade na efikasan način sa što manje izazivanja interferencija (kako bi se omogućio rad velikom broju SRD uređaja), svi regulatori im propisuju ograničenja izlazne snage, maksimalno dozvoljeno zračenje van deklariranog radnog frekvencijskog pojasa (spurious emissions), tip modulacije, širinu kanala, trajanje vremena odašiljanja (dutty cycles), itd.

4. ZAKONODAVNA TIJELA I DOKUMENTI KOJI REGULIRAJU UPORABU SRD UREĐAJA U EU

Globalizacija i harmonizacija stvaraju „povezani svijet“ koji nam omogućava slobodno kruženje SRD uređaja i njihovog korištenja diljem svijeta. Harmonizacija uporabe frekvencija čini SRD uređaje jeftinijima jer se RF komponente i sami uređaji mogu izrađivati u znatno većim količinama. Trenutne procjene iskazuju da se godišnje proda nekoliko miliona SRD uređaja na tržištu EU. Uslijed vrlo brzih promjena koje se događaju na tehnološkom planu, društvenih zahtjeva i pojave novih aplikacija koje koriste SRD, neophodni su brzi i efikasni regulatorni mehanizmi sa kontinuiranom harmonizacijom radiofrekvencijskog spektra. Kako bi osigurala da proboj novih SRD aplikacija na tržište EU neće biti kočen uslijed nedostatka harmoniziranog spektra, Europska Komisija je izdala trajni mandat CEPT-u da nadzire stanje na SRD tržištu i predlaže izmjene i dopune regulative kako bi se pravovremeno odgovorilo na sve tržišne izazove. U Europskoj Uniji, regulacija uporabe SRD uređaja provodi se iz dva odvojena pravca. Jedan pravac definira vrste SRD aplikacija, dodjelu frekvencijskih pojaseva i tehnička ograničenja za njihovu uporabu (maksimalne izlazne snage, broj kanala, modulacije, itd.), a drugi pravac definira pravila za provjeru sukladnosti uređaja sa traženim tehničkim zahtjevima kao i pravila za njihovo označavanje prije puštanja na tržište.

4.1 Dodjela frekvencijskih pojaseva i definiranje tehničkih ograničenja

Dodjelu frekvencijskih pojaseva za rad SRD uređaja, kao i definiciju namjene svakog od tih pojaseva provodi Europska konferencija poštanskih i telekomunikacijskih uprava – CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations), odnosno njeno tijelo Electronic Communications Committee (ECC). Sam tehnički dio posla izrade harmoniziranih generičkih ili specifičnih standarda provodi ETSI (European Telecommunications Standards Institute) koji je osnovan od strane CEPT-a. Ovi standardi koji se kasnije koriste u regulatornim primjenama nazivaju se Europske Norme (EN). Povezano sa SRD uređajima, ETSI je izradio četri generička standarda (EN 300 220; EN 300 330, EN 300 440 i EN 305 550) i brojne standarde koji pokrivaju specifične aplikacije. Zemlje članice CEPT-a zatim trebaju u svoje nacionalno zakonodavstvo inkorporirati preporuke ECC-a, međutim tu ipak može doći do manjih odstupanja uslijed nekih nacionalnih specifičnosti. Najvažniji ECC dokument za regulaciju SRD uređaja je ERC/REC 70-03. Ovaj dokument prvo se hvata u koštac sa definicijama SRD aplikacija (što ITU ne radi), i definira 13 grupa aplikacija. Za svaku od navedenih grupa aplikacija, dokument ima posebni Dodatak (Annex). Tih 13 Dodataka do detalja opisuju svaku pojedinu grupu aplikacija, definiraju sve frekvencijske pojaseve rezervirane za tu aplikaciju, a za svaki pojedini frekvencijski pojas dodjeljen toj aplikaciji definiraju:

· maksimalu dozvoljenu izlaznu snagu SRD uređaja,

· određuju način korištenja spektra i tehnike izbjegavanja interferencije

· raspodjelu kanala ili modulaciju/maksimalnu zauzetu pojasnu širinu

· upućuju na neki eventualno postojeći specifični ECC/ERC Decision dokument koji određuje pravila – harmonizirani standard

· daju kratka objašnjenja

Tablica 2. Popis SRD aplikacija definiranih u ERC/REC 70-03

Annex #

SRD Aplikacija

1

Ne-specifični SRD uređaji

2

Oprema za traganje, praćenje i prikupljanje podataka

3

Sustavi za širokopojasni prijenos podataka

4

Željezničke aplikacije

5

Transportna i prometna telematika (Transport & Traffic Telematics) - TTT

6

Radiodeterminacijske aplikacije

7

Alarmi

8

Daljinsko upravljanje modelima

9

Induktivne aplikacije

10

Radio mikrofonske aplikacije uključujući pomoć za nagluhe osobe, bežićne audio i multimedijske projenosne sustave

11

RFID

12

Aktivni medicinski implantati i njihovi periferni uređaji

13

Aplikacije koje su obuhvaćene generalnom autorizacijom (općim dozvolama), a nisu obuhvaćene anenexima od 1-12

Ideja koja stoji iza ovakvog grupiranja aplikacija je očuvanje određenih frekvencijskih pojaseva baš za uporabu od strane neke pojedine aplikacije. Alternativno, svaka aplikacija može se svrstati i u grupu ne-specifičnih SRD aplikacija. Ovo je možda najlakše objasniti na primjeru: alarmni sustav možemo projektirati i izraditi na način da koristi određeni frekvencijski pojas namjenjen baš za aplikaciju alarma ili pak da radi u nekom frekvencijskom pojasu namjenjenom za ne-specifične SRD uređaje. Korištenje nekog frekvencijskog pojasa koji je baš dodjeljen za alarme donosi prednost što niti jedna druga SRD aplikacija ne smije koristiti taj pojas, pa osim eventualno nekog drugog bliskog alarmnog uređaja, ništa ne bi smjelo ometati rad, tj. znatno je smanjena vjerojatnost interferencije. Sa druge strane, smještanjem radnog područja alarmnog sustava u ne-specifično područje (general purpose band), znatno ćemo lakše na tržištu pronaći već gotove komponente, vjerojano će im cijena biti niža, ali u konačnici postoji i veća šansa da nam rad bude ometan interferencijama od nekog drugog SRD uređaja koji nije alarmni uređaj.

Slika 3. Primjer formata Annex-a iz dokumenta ERC/REC 70-03 [2]

4.1.1 Ograničenja snage odašiljanja

Ograničenje snage odašiljanja, prvo je i najznačajnije ograničenje kojim se spriječava da SRD uređaji ometaju rad radijskih servisa, a također se i smanjuje utjecaj na međusobno ometanje SRD uređaja. Energija koju emitira odašiljač može biti izražena preko snage električnog polja (E) mjerene na nekoj udaljenosti od odašiljača (tj. antene), može biti izražena veličinom „efektivne izotropne izračene snage (EIRP)“ ili preko „efektivne izračene snage“ (ERP). Snaga (jakost) električnog polja, vjerojatno je najprecizniji način kojim se može iskazati stvarna RF energija u nekoj točki prostora koju bi prijamna antena mogla koristiti. Obzirom da RF energija opada povećanjem udaljenosti od odašiljačke antene, regulatorna ograničenja specificirana preko snage električnog polja su uvijek vezana na definiranu udaljenost od odašiljačke antene. Iako je određivanje limita preko jakosti električnog polja najprecizniji način, ovakav način izražavanja limita vrlo je nepraktičan za primjenu kod projektiranja samih uređaja. Pri projektiranju znatno je jednostavnije koristiti limite izražene u EIRP ili ERP jedinicama. EIRP je snaga koja mora biti privedena idealnom izotropnom radijatoru kako bi se postigla na nekoj udaljenosti ista jakost električnog polja kao što je postiže naš testni uređaj. Ako nam je udaljenost od odašiljačke antene do točke mjerenja „r“, vrijednost EIRP-a može se izračunati iz jakosti električnog polja E pomoću formule:

.

EIRP će biti izražen u dBm, a V je jedinica u kojuj se vrši mjerenje.

Efektivna izračena snaga (effective radiated power), ERP, vrlo je slična EIRP-u. To je snaga koju bi bilo potrebno dovesti poluvalnome dipolu da dobijemo istu jakost električnog polja na određenoj udaljenosti, kao što bismo je dobili od našeg testnog uređaja. Poluvalni dipol je realističniji prikaz jednostavne antene od idealnog izotropnog radijatora. Obzirom da poluvalni dipol u nekim smjerovima zrači više, a u nekima manje energije, kažemo da ima dobitak antene u smjeru maksimalnog zračenja. Dobitak antene obično se izražava u dB i to u relativnom odnosu na izotropni radijator, tj. u dBi. Maksimalni dobitak poluvalnog dipola je 2,15dBi. Iz tog razloga, u smjeru maksimalnog zračenja, snaga potrebna za postizanje iste razine jakosti električnog polja na nekoj udaljenosti će biti manja kod poluvalnog dipola u odnosu na izotropni radijator. Ukoliko obje veličine prikazujemo u logaritamskoj skali, poput dBm-a, njihovu relaciju možemo opisati jednostavnom formulom:

ERP = EIRP – 2.15 dB

Ukoliko je bilo koja od ove tri vrijednosti EIRP, ERP, ili E na određenoj udaljenosti, zadana, ostale dvije se mogu matematički izračunati.

U dokumentu ERC/REC 70-03 za frekvencije manje od 30 MHz, ograničenja snage obično su pretvorena u veličinu za opis snage magnetskog polja na 10m udaljenosti. Jedinica koja opisuje snagu magnetskog polja (h) je A/m. Snaga magnetskog polja može biti izražena u μA/m ili dB(μA/m). U dokumentu 70-03 koriste se logaritamska veličina dB µA/m magnetskog polja na 10m.

Za frekvencijska područja od 30MHz do 1GHz, maksimalna snaga odašiljanja definira se preko efektivne izračene snage (effective radiated power - ERP).

Za frekvencijska područja iznad 1GHz, maksimalna snaga odašiljanja u ERC/REC 70-03 definira se u EIRP umjesto u ERP.

4.1.2 Ograničenja u načinu korištenja spektra i tehnike izbjegavanja interferencije

Osim ograničenja same izlazne snage, SRD uređaji trebaju koristiti sve dostupne tehnike kako bi smanjili „onečišćenje“ RF spektra u kojem rade. Treba imati na umu da unutar jednog frekvencijskog pojasa imate brojne SRD uređaje iste vrste, te da je potrebno maksimalno smaniti njihovo međusobno ometanje. Neke od tehnika za smanjenje interferencije koje se primjenjuju su: ograničenje rada samo na unutarnje prostore (Indoor), dozvoljavanje korištenja samo unutarnjih antena, ograničenje vremena odašiljanja, Dynamic Frequency Selection (DFS), Adaptive Frequency Agility (AFA), Listen Before Talk (LBT), Carrier Sensing (CS), Collision Detection (CD), Transmitter Power Control (TPC), tehnike proširenog spektra poput Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) ili Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), itd.

4.1.2.1 Ograničenja ukupnog vremena odašiljanja (dutty cycles)

Većina SRD aplikacija za svoj rad ne treba kontinuirani već povremeni rad odašiljača (npr. daljinski upravljači, mjerači nivoa,..). Postavljanjem limita na vrijeme rada odašiljača, statistički znatno smanjujemo mogućnost interferencije, te omogućujemo rad višestrukih SRD uređaja na istom području. Vrijeme odašiljanja (dutty cycles) definirano je kao maksimalno dozvoljeno vrijeme rada odašiljača unutar nekog vremenskog perioda, a izražava se u postocima (Ton)/(Tobs) gdje je Ton vrijeme odašiljanja pojedinog odašiljača, a Tobs je period promatranja (observacije). Ton se mjeri unutar promatranog frekvencijskog pojasa (Fobs). Ukoliko u promatranom Dodatku (Annex) nije specificirano drugačije, smatra se da je Tobs period od jednog sata. Za pre-programirane uređaje, limiti vremenskog rada odašiljača dati su u tablici ispod. Limiti izražavaju preporučene vrijednosti kako bi se omogućio rad više sustava unutar istog frekvencijskog pojasa.

Tablica 3. Ograničenja vremena odašiljanja u dokumentu ERC/REC 70-03 [2]

Name

Transmitting time/Full cycle

Maximum transmitter „on“ time (seconds)

Explanation

Very Low

# 0,.%

0.72

For example, 5 transmissions of 0.72 seconds within one hour

Low

# 1.0%

3.6

For example, 100 transmission of 360 miliseconds within one hour

High

# 10%

36

For example, 100 transmissions of 3.6 seconds within one hour

Very high

Up to 100%

-

Typical continuous transmission but also those with dutty cycle greater than 10%

4.1.2.2 Dinamički odabir frekvencije (Dynamic Frequency Selection - DFS)

Tehnika izbjegavanja interferencija zvana Dynamic Frequency Selection (DFS) bazira se na principu da bežični uređaj prilikom uključenja vrši pasivno skeniranje svih frekvencija koje su mu dodjeljene za rad, a zatim odabire onu u kojoj je detektiran najmanji nivo ometajućeg signala. Kao primjer možemo navesti WiFi uređaje koji rade u 5.0 GHz području (802.11a/h), a u kojem rade i radari. Obzirom da se želi izbjeći ometanje radara od strane WiFi uređaja, u ovom području nije dozvoljen manualni odabir frekvencijskog kanala od strane korisnika već uređaj mora koristiti DFS tehniku. Svi proizvođači WiFi opreme koji žele staviti svoje uređaje na EU tržište moraju u njihov tvornički software ugraditi tzv. “ETSI image“ koji osigurava da će se prilikom podizanja operativnog sustava uređaja on automatski postaviti na onaj kanal u kojemu nije detektiran rad radara. Nakon inicialnog postavljanja kanala, DFS uređaj nastavlja sa monitoriranjem. Ukoliko se na radnom kanalu zamjeti pojava radarskog signala uređaj odmah zaustavlja bilo kakvo dalje odašiljanje na tom kanalu, otpuštaju se svi klijenti koji su u power-safe redovima čekanja, odašilje se svim klijentima poruka za promjenom kanala i prelazi se u rad na kanalu unutar kojeg nije zabilježen radarski signal.

4.1.2.3 Kontrola snage odašiljanja (Transmitter Power Control -TPC)

Tehnika za izbjegavanje interferencije zvana Transmitter Power Control radi na principu da se nakon inicialne uspostave veze (pri kojoj se koristi maksimalna dozvoljena snaga) vrši smanjenje odaslane snage na minimalnu koja je dovoljna da kvaliteta veze bude još uvijek zadovoljavajuća. Postoje različiti algoritmi kako se primjenjuje smanjenje snage ali obično se snaga smanjuje u odabranim koracima sve do trenutka dok se ne detektira narušavanje kvalitete veze. Rad se nastavlja na minimalnoj snazi kod koje je kvaliteta veze još bila zadovoljavajuća. Sam proces je dinamički, tj. cijelo vrijeme se ponavlja dok je uređaj u radu.

4.1.2.4 Adaptive Frequency Agility (AFA) i Listen Before Talk (LBT)

Adaptive Frequency Agility (AFA) je tehnika koju koriste odašiljači da bi izbjegli odašiljanje na kanalima koji su već u uporabi od drugih uređaja. Svaki odašiljač periodički osmatra aktivnost na kanalima i pamti koji su zauzeti. Pomoću tih informacija za svaj rad odabire neki slobodni kako bi izbjegao interferenciju. AFA je vrlo korisna ukoliko je neki frekvencijski pojas dijeljen između velikog broja korisnika ili ukoliko se pojas dijeli sa nekim drugim servisom višeg prioriteta. AFA tehnika je obično kombinirana Listen Before Talk (LBT), koja označava da odašiljač osluškuje svoje radijsko okruženje prije početka odašiljanja kako bi bio siguran da odašilje na slobodnom kanalu. Ukoliko uređaji koriste samo LBT tehniku bez Adaptive Frequency Agility (AFA) ili sličnih tehnika, tada se primjenjuju ograničenja ukupnog vremena odašiljanja (dutty cycles).

4.1.2.5 Tehnike proširenja spektra FHSS i DSSS

Ove tehnike koriste se kod prijenosa podataka velikim brzinama (WLAN). FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) dijeli cjelokupni dostupni spektar u manje pojaseve tj. kanale. Odašiljač i prijamnik prilikom rada nakon svakog ciklusa „skaču“ sa jedne frekvencije na drugu po istoj pseudoslučajnoj shemi, odašiljajući dio informacije na svakom skoku. Ukoliko interferencija uništi informaciju na jednom kanalu, uređaj će nastaviti odašiljanje nakon skoka na slijedećem koji vjerojatno nije interferiran. Brzina prijenosa podataka opada sa svakim kanalom gdje smo se suočili sa interferencijom, ali sama veza nije raskinuta. Povećanje brzine prijenosa može se postići uporabom Intelligent hopping tehnike tj. izbjegavanje skakanja po frekvencijama za koje znamo da će biti interferirane. DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), za razliku od FSSS, „rasteže“ signal preko cijelog dostupnog spektra. DSSS kodira svaki encodes svaki bit informacije sa 11-chipnom sekvencom koja osigurava sigurnost i otpornost na šum. Prijenos proširenim spektrom (FHSS ili DSSS) omogućava da više korisnika koristi isti frekvencijski prostor, a pritom je frekvencijska širina pojasa veća nego kod drugih modulacijskih tehnika ali je potrebna manja snaga za prijenos signala i manja je osjetljivost na različite smetnje.

4.2 Provjera usklađenosti i označavanje uređaja

Kao što smo vidjeli, prvi pravac djelovanja u regulaciji SRD uređaja u EU u potpunosti je određen ECC dokumentom ERC/REC 70-03. Za razliku od tog prvog pravca djelovanja, koji je isključivo tehničke prirode, drugi pravac djelovanja regulacije za SRD uređaje je određivanje pravila i procedura koje je potrebno provesti kako bi se neka radijska oprema stavila na EU tržište, a sve u svrhu osiguranja sukladnosti određenog SRD uređaja sa tehničkim dokumentom ERC/REC 70-30. Ovaj drugi pravac djelovanja pruža pravni okvir koje bi zemlje članice trebale inkorporirati u svoje zakonodavstvo i opisan je direktivom Europskog parlamenta The Radio Equipment Directive 2014/53/EU (RED). RED je ušao u oporabu 2016. i zamjenjuje predhodnu direktivu koja je regulirala ovo područje, 1999/5/EC (R&TTED). U Republici Hrvatskoj Direktiva 2014/53/EU (RED), inkorporirana je u „Pravilnik o radijskoj opremi“. RED odmah na svom početku precizno definira što su to „proizvođači opreme“, „ovlašteni zastupnici“, „uvoznici“ i „distributeri“, te definira njihove obveze prilikom stavljanje radijske opreme na tržište. Glavnina regulatornog posla kojeg je potrebno obaviti prije stavljanja radijske opreme na EU tržište prebačena je na samog proizvođača opreme jer se smatra da on najbolje „poznaje“ proizvod, te da ima potrebnu laboratorijsku opremu za ispitivanje samog proizvoda. Međutim, RED ne oslobađa od odgovornosti ni ovlaštenog zastupnika, uvoznika ili pak distributera, koji su također dužni nadzirati uređaje koje distribuiraju, te moraju obaviještavati nadležna tijela u slučaju uočenih problema i moraju voditi dokumentaciju kojom se utvrđuje sljednost svakog uređaja (proizvođač, serija proizvodnje, serijski broj uređaja, itd.). RED u svome Članku 3 uvodi listu „Bitnih zahtjeva“ koje uređaji moraju zadovoljiti da mogli biti stavljeni na EU tržište, a koji uz zahtjev da je „“Radijska oprema izrađena tako da učinkovito upotrebljava i podržava učinkovitu uporabu radiofrekvencijskog spektra radi izbjegavanja štetnih smetnji” čime implicira primjenu tehničkih ograničenja za SRD uređaje koji su definirani u ERC/REC 70-30 , uvodi i dodatne zahtjeve poput neškodljivost zdravlju, zaštitu osobnih podataka, jedinstvenih punjača, itd, koji također moraju biti zadovoljeni. RED definira i kako se provodi akreditacija nacionalnih tijela koja su nadležna za tehničko ispitivanje radijske opreme i utvrđivanje sukladnosti rada sa traženim uvjetima.

Nužni preduvjeti za stavljanje SRD uređaja na tržište

Da bi se neki SRD uređaj stavio na EU tržište mora ispuniti dva uvjeta:

· Imati sastavljenu EU izjavu o sukladnosti

· Moraju imati postavljenu oznaku CE

Slika 4. CE oznaka

EU izjavu o sukladnosti sastavlja sam proizvođač SRD uređaja i to može napraviti na 3 načina:

1. Unutarnja kontrola proizvodnje,(postupak ocjenjivanja sukladnosti u kojem proizvođač na vlastitu odgovornost izjavljuje da radijska oprema udovoljava bitnim zahtjevima – izrađuje tehničku dokumentaciju, vrši kontrolu kvalitete proizvodnje, postavlja CE oznaku na proizvod, sastavlja pisanu EU izjavu o sukladnosti)

2. EU ispitivanje tipa i sukladnost s tipom na temelju unutarnje kontrole proizvodnje (Proizvođač podnosi zahtjev za EU ispitivanje tipa jednom prijavljenom tijelu po svojem izboru, a prijavljeno tijelo ispituje tehničku dokumentaciju i popratne dokaze kako bi se ocijenila prikladnost tehničkog rješenja radijske opreme. Ako tip odgovara zahtjevima koji se primjenjuju na dotičnu radijsku opremu, prijavljeno tijelo proizvođaču izdaje potvrdu o EU ispitivanju tipa. Proizvođač poduzima sve potrebne mjere kako bi se postupkom proizvodnje i njegovim praćenjem zajamčila sukladnost proizvedene radijske opreme s odobrenim tipom opisanim u potvrdi o EU ispitivanju tipa i sa zahtjevima koji se na nju odnose.)

3. Potpuno osiguranje kakvoće (Proizvođač upravlja odobrenim sustavom kakvoće za projektiranje, izradu i pregled konačne radijske opreme, kao i ispitivanjem dotične radijske opreme, te podliježe nadzoru. Proizvođač podnosi zahtjev za ocjenjivanje svojeg sustava kakvoće za dotičnu radijsku opremu prijavljenom tijelu prema svojem izboru.)

4. RAZLIKE IZMEĐU EUROPSKE I AMERIČKE REGULACIJE SRD UREĐAJA

Regulaciju radiofrekvencijskog spektra u SAD-u provodi tijelo Federal Communication Commission – FCC. Sva pravila za uporabu radiofrekvencijskog spektra u telekomunikacijama sadržana su u Code of Federal Regulations (CFR) i to u dijelu zvanom „Title 47“. Unutar „Title 47“ nalazi se tzv. „Part 15“ kojim su regulirani SRD uređaji, međutim „Part 15“ ne dodjeljuje ime ovim uređaima (SRD je isključivo EU naziv) već ih jednostavno naziva uređaji (devices) koji emitiraju radio valove. Dijeli ih u 3 skupine:

· Namjerni (intentional radiator) – uređaji koji su dizajnirani da u svome radu vrše odašiljanje radio valova

· Nenamjerni (unintentional radiator) – uređaji koji u svome radu koriste izvore RF energije ali nisu predviđeni za odašiljanje radio valova, poput raznih komunikacijskih krugova unutar računala. RF energija trebala bi se prenositi između komponenti isključivo vodičima ali ipak dolazi do emitiranja radio valova u prostor i to kontinuirano tijekom rada,

· Incidentni (incidental radiator) – uređaji koji nisu predviđeni za odašiljanje radio valova, ali ih ipak ponekad (incidentno) odašiljaju. Primjeri takvih uređaja su el. sklopke, DC motori, itd.

Sam dokument „Part 15“ sastoji se od 8 poglavlja:

· Subpart A—General (opća pravila i definicije, mjerne metode, označavanje uređaja, inspekcija)

· Subpart B—Unintentional Radiators (skup pravila za ovu vrstu odašiljača)

· Subpart C—Intentional Radiators (skup pravila za ovu vrstu odašiljača, ali i detaljan popis frekvencijskih pojaseva sa pravilima koja se trebaju poštovati unutar svakog od njih)

· Subpart D—Unlicensed Personal Communications Service Devices (skup pravila za ovu vrstu odašiljača)

· Subpart E—Unlicensed National Information Infrastructure Devices (skup pravila za ovu vrstu odašiljača)

· Subpart F—Ultra-Wideband Operation (skup pravila za ovu vrstu odašiljača, ali sa podjelom za specifične namjene)

· Radari za istraživanje tla

· sustavi nadgledanja kroz zidove

· sustavi nadgledanja

· sustavi za medicinsko snimanje

· radarski sustavi u vozilima

· unutarnji (indoor) UWB sustavi.

· ručni UWB sustavi.

· Tehnički zahtjevi primjenjivi za sve UWB uređaje.

· Subpart G—Access Broadband Over Power Line (Access BPL)

· Subpart H—White Space Devices

„Part 15“ odmah na početku postavlja osnovne definicije koje bi se mogle sumirati slijedećim rečenicama:

Svaki izvor radio valova mora biti licenciran (ishodovati dozvolu) osim ukoliko ne udovoljava zahtjevima koje postavlja „Part 15“ ili ukoliko nije oslobođen ishodovanja dozvole od strane FCC-a nekim drugim aktom.

Rad namjernih nenamjernih ili incidentnih odašiljača podliježe pravilu da ne smiju uzrokovati štetnu interferenciju radijskim službama, ali da moraju prihvatiti štetnu interferenciju izazvanu od strane radijskih službi, ili pak od strane nekog drugog namjernog, nenamjernog ili incidentnog odašiljača ili pak od ISM uređaja.

Osim manjih razlika u samome skupu frekvencijskih pojaseva za SRD uređaje uzrokovanih drugim geografskim regijama, javljaju se i druge razlike. Prva i osnovna razlika u regulaciji je ta što FCC ne uvodi definiranje SRD aplikacija i dodjelu određenog dijela frekvencijskog spektra svakoj od aplikacija. To može dovesti do toga da neki uređaj (npr. alarmni sustav koje smo prije spominjali) razvijen za američko tržište radi u frekvencijskom području koje u EU nije određeno niti za aplikacije alarmnih sustava, niti za ne-specifične SRD uređaje, pa samim time neće moći biti stavljen na EU tržište.

4.1 Razlike u ograničenjima korištenja spektra

Razlike u limitima dozvoljenih izlaznih snaga između američke i europske regulacije proizlaze iz opće filozofije regulacije RF spektra. Te razlike najlakše ćemo opisati na primjeru ograničenja neželjenog zračenja tzv. spurious emissions. Ta neželjena zračenja mogu se smanjiti bez da se umanji snaga signala u radnom frekvencijskom području. Postavljanje ograničenja za maksimalno dozvoljene razine tog neželjenog zračenja van radnog frekvencijskog pojasa nekog uređaja predstavlja osnovu refgulacije RF spektra obzirom da te neželjene emisije unose interferenciju u područje rada neke druge radijske službe ili pak onemogućavaju uvođenje drugih službi uslijed „zagađenosti“ spektra u nekom području. Međutim, ograničavanje tih neželjenih emisija dolazi sa cijenom. Potrebni su bolji i skuplji elementi što u konačnici dovodi do više cijene samih uređaja. Dozvoljene razine tih neželjenih emisija u sjevernoj americi uglavnom su više od europskih. Na američku regulaciju znatno više utječu proizvođači i tržišna očekivanja za nižom cijenom uređaja i brzim uvođenjem usluga, dok sa druge strane EU ima znatno strože kriterije u zaštiti svojih prirodnih RF resursa. Primjer takvih razlika možemo vidjeti kod primjena maski zračenja za UWB (Ultra Wide Band) komunikaciju.

Slika 5. Usporedba UWB maski zračenja u EU i SAD [11]

Razlike u dozvoljenim nivoima izračenih snaga iznose i do 49dB u području od 900-960MHz. SAD je bio i znatno brži u uvođenju UWB-a. Europa je dozvolila uporabu UWB uređaja 2005., a na američkom tržištu su bili prisutni od 2001. Europa generalno dozvoljava niže razine emisija npr. 0.1W naprema 4W u međunarodnom ISM bandu od 2.4 GHz. Europa takođe dodjeljuje manje RF pojasa za aplikacije poput Wi-Fi ili pak RFID. Nadalje, Europa ograničava uporabu širokopojasnih podatkovnih prijenosnih sustava (Wideband Data Transmission systems) u području 5150–5350 MHz samo na uporabu u zatvorenim prostorima (indoor use only).

4.2 Stavljanje uređaja na tržište

Europska regulativa znatno je rigoroznija kod određivanja tehničkih limita ali je zato znatno fleksibilnija kod procesa uvođenja uređaja na tržište. Obzirom na detaljno regulirane i harmonizirane frekvencijske pojaseve, EU zahtjeva od proizvođača SRD uređaja da sami izvrše sve provjere usklađenosti sa EU propisima, te sastave Izjavu o sukladnosti nakon čega se oprema stavlja na tržište. Testiranja se provode samo u slučaju pritužbi i tada se mogu primjeniti sankcije za proizvođača. Za razliku od EU prakse, FCC zahtjeva da se za svaki SRD uređaj izvrši certifikacija od strane ovlaštenog laboratorija prije stavljanja uređaja na tržište, te je nužno da svaki certificirani uređaj bude označen sa FCC identifikacijskim brojem. (ova praksa napuštena u EU i sada se postavlja samo CE oznaka)

5. ZAKLJUČAK

Najveći utjecaj u svijetu regulacije i standardizacije uporabe bežičnih komunikacija, pa samim time i SRD uređaja imaju EU i SAD. Sve ostale zemlje uglavnom slijede jedan od tih pravaca regulacije. Europa je gušće naseljena i sastoji se od velikog broja zasebnih država što je u prošlosti predstavljalo znatan problem u izbjegavanju prekogranične interferencije. Uslijed toga snažno se razvio nagon za harmonizacijom frekvencijskih pojasa i zaštitom resursa koji se očituje u današnjoj EU regulativi. Sa druge strane, SAD je relativno mlada država koja je od svojih početaka bila vrlo liberalna i tržišni zahtjevi su bili glavni pokretač ekonomije što se pak očituje u njihovom pogledu na regulaciju. Možemo reći da SAD regulacija prihvaća više rizika od mogućih interferencija, ali takva pozicija im omogućava da budu predvodnici u raznim tehnološkim inovacijama (današnji razvoj UWB komunikacija, Cognitive Radio System,..). Sa druge strane Europa, uslijed svoje regulacije ponekad kasni u uvođenju novih tehnologija, ali kada ih uvodi, uvodi ih u znatno uređenije okruženje. SRD uređaji će bez sumnje biti sve prisutniji u našim životima. Neki od pravaca razvoja SRD uređaja već danas se mogu predvidjeti. Potražnja za sve bržim prijenosom podataka iz dana u dan pomiče granice tehnologije. Wi-Fi sutavi na znatno višim frekvencijama rada integrirati će se sa mobilnim mrežama što će nam omogućiti ispunjavanje zahtjeva za propusnost 5G mreža. Visoke frekvencije rada Wi-Fi-a osigurati će također i mnogo bolji frekvencijski re-use faktor obzirom da RF signal tako visokih frekvencija neće prolaziti kroz zidove. Sa druge strane, uslijed sve veće uporabe IoT uređaja razvijati će se brojne druge tehnologije nižih brzina prijenosa podataka, ali nekih drugih karakteristika. U svakom slučaju možemo reći da nas očekuje vrlo uzbudljiva budućnost u SRD okruženju.

Literatura:

[1] Texas Instruments, „ISM-Band and Short Range Device Regulatory Compliance Overview “, Application Report SWRA048 – May 2005.

[2] http://www.erodocdb.dk/docs/doc98/official/pdf/rec7003e.pdf [Online; accessed 20-September-2018]

[3] http://cept.org/cept/ [Online; accessed 20-September-2018]

[4]https://www.hakom.hr/UserDocsImages/2016/propisi/Pravilnik%20o%20radijskoj%20opremi%20NN%2049_16.pdf [Online; accessed 11-August-2018]

[5] Recommendation ITU-R SM.1896, “Frequency ranges for global or regional harmonization of short-range devices” – November 2011.

[6] ITU, “Radio Regulations Articles” - Edition of 2012

[7] ERC Recommendation 70-03 - 22 May 2018

[8] Report ITU-R SM.2153-6, “Technical and operating parameters and spectrum use for short-range radiocommunication devices” – June 2017

[9] Službeni list Europske unije, “DIREKTIVA 2014/53/EU EUROPSKOG PARLAMENTA I VIJEĆA” - 16. April 2014.

[10] https://www.ecfr.gov [Online; accessed 01-October-2018]

[11]https://www.researchgate.net/publication/261384492_A_comparison_between_European_and_North_American_wireless_regulations [Online;accessed Oct 26 2018].

Podaci o autorima:

Tonko Kovačević

Toni Jončić

Sveučilišni odjel za stručne studije,

Sveučilište u Splitu

Sveučilišni odjel za stručne studije,

Sveučilište u Splitu

Kopilica 5, 21000 Split

Kopilica 5, 21000 Split

Mob. 091 33 44 199

Mob. 098 962 75 98

e-mail: tkovacev@oss.unist.hr

e-mail: tjoncic@oss.unist.hr

Tonči Kozina

xxxxxx 121

21000 Split

Mob. 09x xxxx

e-mail: xxxxxx@gmail.com

(16)KOM 2016 |