マイクロ波のデータ通信と様々な無線システムとの混信・干渉問題
５GHz帯無線LANと人工衛星や気象・軍用レーダーへの干渉、混信の可能性問題
6GHz帯Wi-Fiと全米マイクロ波通信網の干渉の可能性問題
5G モバイルデータと航空機の自動着陸システムのレーダー高度計 への干渉の可能性問題
モバイルデータ通信などのニーズの高まりなどから、通信電波の周波数の再編などが進んできている。高速大容量のモバイル通信が可能になる反面、周波数の縄張り争いが起こっている。
無線LANの周波数と利用可能場所
無線LANが使用する電波の周波数は大きく分けて2.4GHz帯と5GHz帯があり、5GHz帯は5.2GHz帯、5.3GHz帯、5.6GHz帯の三つに分けられる。これまで屋外利用可能な周波数帯は2.4GHz帯と5.6GHz帯でしたが、情報通信審議会からの一部答申を受け、平成30年６月から条件付で5.2GHz帯の屋外利用が可能になった。5.2GHz帯の屋外利用
5.2GHz帯は、衛星通信システムのフィーダリンクと周波数を共用している。また、隣接周波数帯を気象レーダーが使用している。このため、これらのシステムと共用を図りながら屋外利用を可能とするため、5.2GHz帯の屋外利用には下記のような条件が設けられています。
5.2GHz帯の屋外利用の条件
人工衛星に影響を与えない（上空側へ強い電波を出さない）工夫が施された専用機器を利用する。（「5.2GHz帯高出力データ通信システム」の技術基準適合証明等を取得した機器）
アクセスポイント及び中継器については、事前に総合通信局に「登録局」の手続が必要。
気象レーダーに影響を与えない場所（告示＊に示す「開設区域」内）でのみ利用可能。
無線LANの５GHz帯の周波数とレーダー波の周波数
公共機関等の気象レーダー 5250MHz-5372.5MHz
各種レーダー 5350MHz-5850MHz
詳しくは
5170MHz–5250MHz
各種レーダー 5350MHz-5850MHz
詳しくは
５GHｚ帯無線ＬＡＮのチャンネルと周波数、日本での重複割当の無線局
https://www.memex9000.com/2022/06/5GHz.html無線LANのチャンネル区分と周波数
区分１：W525170MHz–5250MHz
４つのチャンネルが割り当てられており、36ch,40ch,44ch,48ch,が該当する。
ここの区分は、レーダーの割り当てがないため影響を受けることはない。
区分2：W53
5250MHz–5330MHz
5250MHz–5330MHz
４つのチャンネルが割り当てられています。52ch,56ch,60ch,64ch,が該当する。この区分では、気象のレーダーから影響を受ける可能性がある。
区分３：W56
5490MHz–5710MHz
5490MHz–5710MHz
ほかより多くのチャンネルが割り当てられており、100ch,104ch,108ch,112ch,116ch,120ch,124ch,128ch,132ch,136ch,140chが該当する。この区分も、気象のレーダーから影響を受ける可能性がある。
| 周波数帯 | 5.2GHz帯 | 5.3GHz帯 | 5.6GHz帯 |
| 周波数 | （5150-5250MHz） | （5250-5350MHz） | （5470-5730MHz） |
| 屋外利用 | 可（条件付き） | 不 可 | 可（上空を除く。） |
総務省 電波利用ホームページ 無線LANの屋外利用について
https://www.tele.soumu.go.jp/j/sys/others/wlan_outdoor/index.htm
総務省 電波利用ホームページ｜周波数割当て｜我が国の電波の使用状況
https://www.tele.soumu.go.jp/j/adm/freq/search/myuse/index.htm
総務省 周波数割当て表
https://www.tele.soumu.go.jp/j/adm/freq/search/myuse/index.htm
https://www.tele.soumu.go.jp/j/sys/others/wlan_outdoor/index.htm
総務省 電波利用ホームページ｜周波数割当て｜我が国の電波の使用状況
https://www.tele.soumu.go.jp/j/adm/freq/search/myuse/index.htm
総務省 周波数割当て表
https://www.tele.soumu.go.jp/j/adm/freq/search/myuse/index.htm
DFS（dynamic frequency selection）動的周波数選択とは
Wi-Fiと気象観測・軍事レーダーが共用する５GHzのチャンネルを「DFSチャンネル」と言って一般のチャンネルと区別する場合がある。5GHz帯は多くの国で気象観測・軍用レーダーとして利用されていることから、一部のチャンネルがWi-Fiで利用するチャンネルと重複して割り当てられている。混信などの障害を防止し、安全性を確保するため、重複チャンネルを利用するWi-Fi製品に対し、DFS認証を実施する必要がある。このDFSは動的周波数選択（dynamic frequency selection，DFS）といい、5 GHz帯を利用するWi-Fi製品が同じ帯域でレーダー波を検知した場合、自動的に他のチャンネルに変更しレーダーへの影響をなくさなければならない。利用できる5GHzチャンネルは国によって異なるが、多くのチャンネルが開放される国もあるが、チャンネルが少ない、あるいは開放されていない国もある。
Wi-FiはDFS帯域を利用する理由
2003年の世界無線通信会議（WRC: World Radiocommunication Conference, 国際規定である「無線通信規則」の改定を行うための世界無線通信会議）では、無線LANの利用と帯域幅の需要が拡大することを踏まえ（この時点では802.11n規格はまだ準備中）、5250から5350 MHz（100 MHz幅）及び5470から5725 MHz（255 MHz幅）の帯域を世界共通で使えるように拡大された。
アメリカでは2007年の時点で、無線LAN帯域共用のセキュリティ問題が発覚していた。そのため、連邦通信委員会（FCC）は5.250 GHz – 5.350 GHz 及び 5.470 GHz – 5.725 GHz 帯の設備を使い、動的周波数選択と電波強度制御を導入し、気象観測・軍用レーダーへの干渉を避けようと呼びかけてきた。
2010年になると、連邦通信委員会は空港の気象観測ドップラー・レーダーシステムへの干渉を回避するため、さらに5.470 GHz – 5.725 GHz 帯の使用方法を策定した。今のところ、世界中の国々でこれに似たチャンネル規制と電波強度制限が策定されている。
DFSに必須な機能
DFSチャンネルの使用は室内に限られ、屋外での使用は禁止されている。また、使用する前に起動時1分間はレーダーがないか確認するため信号送信を停止する必要がある。さらに、軍用・気象観測レーダーを妨害しないよう、動作中に軍用・気象観測レーダー波を検知した場合には自動的に他のチャネルに移動しなければならない。802.11a規格は5GHz帯を利用しているが、この規格はアメリカでは問題にならないが、ヨーロッパでは強く反対された。ヨーロッパでは、この帯域は軍用レーダーで広く使用されているため、このセキュリティ問題を解消するため、ヨーロッパで発売される無線LAN製品には、動的周波数選択（DFS:dynamic frequency selection）と送信出力制御(TPC:Transmit Power Control)機能の搭載が義務付けられている。これらの機能は「レーダーの影響を受けないように動作する機能」ではなく「レーダー通信に影響を与えないためレーダーを回避する機能実装が義務づけられている」といったとらえ方をする。
FCCが無線周波数の縄張り争いを解決する方法 - IEEE Spectrum
https://spectrum.ieee.org/spectrum-management6GHz帯Wi-Fiと全米マイクロ波通信網の干渉の可能性問題
FCCがWi-Fiを6GHz帯に追加することを提案したとき、すべての当事者は、大多数のWi-Fiデバイスが問題を引き起こさないことに同意しました。統計的には、そのほとんどはマイクロ波アンテナの指向性の高いメインビームの外側にあるか、異なった周波数にあるか、建物、地形、地面の擾乱によって遮蔽されている。
この論争は、マイクロ波アンテナの見通し線にいる間に使用中の周波数で送信する可能性のあるデバイスのわずかな割合に焦点があたった。Wi-Fiの支持者は、100,000台のマイクロ波受信機で動作する10億台弱のデバイスを予測しました。反対派は、多くの新しい送信機のごく一部でさえ、厄介な数の干渉イベントを引き起こす可能性があると指摘しました。
この問題を軽減するために、FCC は自動周波数制御 (AFC) システムの規則を採用しました。Wi-Fi デバイスは、その場所を中央の AFC データベースに報告し、中央の AFC データベースによってその場所に非干渉周波数が割り当てられるか、AFC ガイド デバイスの近くで、その制御下で動作する必要があります。AFCシステムは今後1、2年はフル稼働しておらず、最終的な運用の詳細については意見の相違が続いている。
さらに物議を醸すのは、FCC が AFC を使用しない Wi-Fi デバイスも許可し、任意の場所から任意の 6 GHz 周波数で任意に送信することができてしまうが、屋内でのみ使用され、AFC が制御する最大電力の 4 分の 1 以下で送信する為、Wi-Fi支持者の技術研究は、建物の壁からの減衰が干渉を防ぐことを示した。マイクロ波通信網のオペレーターの研究は、その反対を示しました:制御されていない屋内機器からの干渉は事実上確実でした。
このように異なる立場のエンジニアは、同じ方程式を使っても、前提としている条件が異なると、まったく異なる結論にたどりついてしまう。平行線をたどってしまう。
Wi-Fi機器の電力は、短い間隔でで送信し、平均して約 1/250 の時間の断続を繰り返している。Wi-Fiの支持者は、電力を同程度に縮小し、例えば250ミリワットで断続的に送信するデバイスを、あたかも1mWで連続して送信するかのように扱った。マイクロ波オペレータは、干渉はデバイスが実際に送信している間にのみ発生する可能性があると主張したため、フルパワーを使用して計算した。
建物による減衰を考えたとき、 6 GHz の信号では、コンクリートの建物の壁や熱窓からかなりの減衰が発生し、木の壁からの減衰は少なく、無地のガラス窓からの減衰は実質的にほとんど発生しない。Wi-Fiの支持者は、典型的な壁の減衰を計算するために、いくつかの建築材料の加重平均を取った。マイクロ波のオペレータは、干渉が無地のガラスの後ろの非定型Wi-Fiデバイスからのものである可能性が最も高いと推論し、最小限の減衰量を仮定してそれに応じて計算した。
パス損失（経路損失）Wi-Fiデバイスを収容する建物からマイクロ波受信アンテナまでの信号損失を推定する際に、Wi-Fiの支持者は、他の建物、グランド擾乱などによる減衰を組み込んだ標準伝搬モデルを使用した。マイクロ波のオペレータは、建物とアンテナの間に屋外に配置されたデバイスを最も懸念していたため、計算に自由空間伝搬を使用した。
Wi-Fiの支持者は、好ましい開始前提を使用して、幅広い典型的な状況でWi-Fiデバイスが干渉のリスクがないことを証明し、マイクロ波事業者は、異なる一連の仮定を用いて、非定型的な場所にある少数のWi-Fi機器からの干渉の大きなリスクがあることを証明し、その小さな割合に約10億のWi-Fi機器（世の中に出回っているであろうWi-Fi機器の数）を掛けると、干渉が事実上確実になると主張した。
スマートフォンやタブレットがどこでも高速インターネットにアクセスのニーズが高まっている。それには多くの周波数が必要になる。議会はアメリカ議会は2018年に、FCC（連邦通信委員会）にもっと多くの使用できる周波数を見つけるように、特に1960年代から衛星信号を受信するために使用されていたCバンドの一部である3.7〜4.2GHzを検討するよう指示する法律を可決した。FCC は 2020 年に帯域を分割し、5G モバイル データに 3.7 ~ 3.98 GHz を割り当てた。2021年初頭、新しい5G周波数を810億米ドルでオークションにかけた。オークションの勝者はまた、他の周波数に移動する費用を補うために、衛星プロバイダーに約130億ドルを支払うことが期待されていた。
4.2 ~ 4.4 GHz の近くの帯域は、レーダー高度計 (無線高度計とも呼ばれる)、パイロットまたは自動着陸システムに航空機が地上からどれだけ高いかを通知する計器として機能する。高度計は、地上から反射し、デバイス内の受信機にバックアップする下向きの電波を放射することによって機能する。地面への電波の往復時間が高度を示す。大型飛行機は、冗長性のために2つまたは3つの高度計を同時に動作させる。
高度計は5G帯域から異なる周波数を使用するが、5Gからの干渉を受ける可能性がある。これは、5Gに使用されるものを含むすべての送信機が、割り当てられた周波数外で不要な信号（スプリアス）を放射するためです。すべての受信機も同様に、意図した範囲外の信号に敏感で、干渉を受ける場合がある、5Gトランスミッタからのエネルギーが高度計のレシーバの感度範囲内に収まる場合に発生する可能性がある。
2007年、FCC（連邦通信委員会）は、5.250～5.350GHzおよび5.470～5.725GHzの帯域で動作する機器に、動的周波数選択（DFS）と送信電力制御（TPC）機能を採用することを義務付けるようになりました。これは気象レーダーや軍事アプリケーションとの干渉を避けるためである。 2010年、FCCは気象レーダーシステムの一種であるTDWR（Terminal Doppler Weather Radar）との干渉を避けるため、5.470～5.725GHz帯のチャンネルの使用についてさらに明確にした FCC用語では、これらの制限をまとめて「旧規則」と称するようになった。2015年6月10日、FCCは、160MHzと80MHzのチャネル識別子を追加し、以前禁止されていたDFSチャネルを再び有効にする、5GHzデバイスの動作に関する「新しい」ルールセット（「新規則」と呼ぶ）を公開番号905462で承認した。 このFCC公開により、メーカーは旧規則で承認または修正したデバイスを段階的に持つ能力がなくなり、新規則がすべての状況において2016年6月2日から適用されます。
Wi-Fiやその他の免許不要サービスに対する需要の増加に対応するため、FCCの新規則では5.9GHz帯の45メガヘルツを許可免許なしで使用できるようにする。この周波数帯は、既存のWi-Fi帯に隣接しているため、今日利用可能となった45メガヘルツと組み合わせると、最先端のブロードバンドアプリケーションをサポートすることができ、その影響はさらに大きくなります。これらの高スループット・チャネル（最大160メガヘルツ幅）は、学校、病院、中小企業、その他の消費者のためのギガビットWi-Fi接続を可能にする。帯域の下位45メガヘルツ部分においてフルパワーでの屋内免許不要の運用を直ちに可能にする技術規則を採択し、また、特定の状況下で協調的に屋外免許不要の運用を可能にするもので新規則の下では、ITSサービスは1年以内に帯域の下位45メガヘルツを明け渡すことが要求されている。
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