Если рассматривать новости и аналитические обзоры телекоммуникационной отрасли за последние две недели, можно выделить одну основную тему. Это развитие и внедрение новых технологий связи. Сравнивают стандарты связи третьего и четвертого поколений, радуются, что в Москве наконец-то будет 3G, обсуждают условия конкурса на WiMax-лицензии, и т.д. Будет в России развиваться LTE или WiMax – важный вопрос. С ним связано вложение средств на строительство сетей, развитие новых технологий и т.д. Но, в конечном итоге, спектр ведь все-равно ограничен, и при любом выборе лидирующей технологии связи следующего поколения будут возникать конфликты между военными и гражданскими ведомствами по поводу его деления, и недостаток ширины выделяемых полос приведет либо к перераспределению рынка между операторами, либо сведет на нет все преимущества выбранной технологии. В соответствии с российской нормативной базой гражданами может свободно использоваться излучение на полосах частот, составляющих 5% радиочастотного спектра. Оставшиеся 95% полос относятся к категориям «преимущественного пользования радиоэлектронными средствами, используемыми для нужд государственного управления, в том числе президентской связи, правительственной связи, нужд обороны страны, безопасности государства и обеспечения правопорядка» и «совместного {гражданского и государственного} пользования радиоэлектронными средствами любого назначения».
В связи с этим хочется обратить внимание на один момент, который в нашей прессе по телекоммуникационной отрасли практически не освещается. Речь идет о возможностях так называемого «открытого» спектра и «программируемого» радио.
Стремительное развитие беспроводных телекоммуникационных систем, таких как системы сотовой и спутниковой радиосвязи, локальные беспроводные сети и Интернет по технологии Wi-Fi и WiMAX, обнаружило серьезную проблему. Практически весь частотный диапазон к настоящему времени распределен и лицензирован, однако при этом, спектр используется недостаточно эффективно. В результате, внедрение и использование новых сервисов, для работы которых необходимо наличие свободных частотных диапазонов, становится затруднительным, а в некоторых случаях вовсе невозможным. Существенным образом повысить эффективность использования спектра позволяет механизм динамического управления спектром, согласно которому вторичным пользователям (не закрепленным за данным частотным диапазоном) предоставляется возможность использовать диапазоны первичных пользователей (закрепленных за данным диапазоном) на время, пока этот диапазон не используется первичным пользователем. Механизм динамического управления спектром весьма сложен технически, и может применяться только в так называемых интеллектуальных радиосистемах. Отличительной особенностью таких систем, выделяющей их в отдельную группу, является способность извлекать и анализировать информацию из окружающего радио пространства, предсказывать изменения канала связи и оптимальным образом подстраивать свои внутренние параметры  состояния, адаптируясь к изменениям радио среды. Для описания таких интеллектуальных радиосистем Д. Митоллой был предложен термин «когнитивное» радио. Свойство когнитивности (дословно способность к познаванию и самообучению) подразумевает способность радиосистемы решать следующие задачи:
e)оценка так называемой шумовой температуры радио среды, обнаружение неиспользуемых в данный момент времени спектральных диапазонов (спектральных дыр);
f)анализ параметров радиоканала, оценка канальной информации, предсказания состояния радиоканала;
g)контроль излучаемой мощности и динамическое управление спектром.
Анализируя зарубежные новости, в частности новости, помещенные на сайте Министерства транспорта и связи Финляндии, можно сделать вывод, что наши европейские соседи давно уже изучают вопрос рационального использования частотного ресурса с применением возможностей «когнитивного» радио.
Наверное, данное понятие в России может объяснить только узкий специалист в IT-отрасли. Но в Европе технология «когнитивного» (или программируемого) радио активно изучается уже лет пять. Когнитивное радио - это следующий этап версии программируемого радио. Это интеллектуальная система, которая может обнаружить доступные радиочастоты и определить идеальное решение, которые будет использоваться для связи. Наибольшим преимуществом когнитивного радио является его способность использовать дефицитные ресурсы спектра более эффективно, чем у обычного радио.
В Финляндии, например, этот вопрос стоит на уровне первоочередных задач Министерства связи. В частности в новостях на сайте местного Министерства за 7 октября 2009 года говорится «Финляндия стремится к тому, что ее законодательство не создает трудностей для развития познавательного радио и, следовательно, эффективность использования спектра. соответствующие изменения в отношении радиочастотного спектра будут внесены в финское законодательство этой осенью. Тестирование когнитивного радио начнется в начале следующего года. Финляндия известна своей передовой частотной политикой : это была первая страна в мире, которая разрешила строить сетей 3G в диапазоне 900 МГц и использовать частоты 1800 МГц для развития технологии Long Term Evolution, а также выделили частоты ⨨-860 МГц, для перехода от аналогового телевещания к их мобильному использованию».
Вопрос о рациональном использовании частотного спектра можно поделить на два этапа. Это, с одной стороны, развитие законодательных норм развития отрасли. С другой стороны – развитие новых технологий связи.

1. Введение частной собственность на спектр
Предлагается отказ от государственного лицензирования использования радиопередающих устройств. Взамен государство специфицирует права на вещания по определенным параметрам (время, частота, мощность) и распределяет их тем или иным образом, например, путем аукциона или передачи уже существующим владельцам лицензий. При этом, создаваемые права будут делимыми (divisible) и получат возможность обращения на вторичном рынке (tradable, marketable). Достоинства этой модели ведут к растущему ее принятию различными странами. Системы близкие к частной собственности были созданы в Новой Зеландии, Гватемале Сальвадоре. В тех случаях, когда государство не готово отказаться от права распределения спектра в пользу системы свободно обращающихся прав, ряд стран пошли по пути развитие вторичного рынка, предполагающего в т.ч. дезагрегирование лицензий. Так, начиная с 1996 года США ввели меры, направленные, с одной стороны, на разделение и дезагрегирование лицензий, а с другой, на развитие лизинга радиочастотного спектра. Первый вид мер означает, что владельцы лицензий могут их делить по частотам, а также географически. Правда, данная практика касается не всех частот, и только 0,1% выданных лицензий допускает проведение процедур разделения и дезагрегации. Законодательство Канады также позволяет дезагрегирование и передачу контроля по заявительному принципу. Условием передачи прав на лицензию является параллельная передача вытекающих из оригинальной лицензии условий. Срок действия лицензии также составляет десять лет с очень высокой вероятностью продления на такой же срок. Подобный подход характерен также для Австралии и Новой Зеландии. Законодательство стран Европы также позволяет осуществлять передачу прав при отсутствии «изменения использования» (change of use).
2. Открытый (нелицензируемый спектр)
Растущую поддержку со стороны теоретиков и регуляторов получает модель «открытого (нелицензируемого) спектра» («open spectrum»), другими словами, системы, в рамках которой любой гражданин имеет право свободно использовать принадлежащее ему радиопередающее оборудование. В основе концепции открытого спектра лежит признание физического факта – конкурирующие сигнала не «портят» и не «повреждают» друг друга, а смешиваются в принимающем устройстве. В этой ситуации реальным дефицитным фактором является не спектр, а возможности принимающих устройств, которые не всегда могут идентифицировать искомый сигнал. Соответственно, решение - не во введении прав на спектр, а в полной реализации прав на приемо-передающие устройства, что и позволит создать должные стимулы для инвестирования в них и, следовательно, их развитие. Идеология «открытого спектра» основана на понимании того, что технологии могут уменьшать или даже устранять необходимость мелочного вмешательства государства в управление беспроводными коммуникациями. В различных контекстах он может рассматриваться как: идеал свободы в сфере использования радиочастот; критика традиционного управления спектром; возможности порождаемые трендами в радиотехнологиях.
3. «Третий путь» - сосуществование двух систем
Кроме «частной собственности» и «открытого спектра» возможен и вариант «третьего пути», т.е. сосуществования двух систем. На сегодня мировая практика предлагает несколько способов обеспечения такого сосуществования. Во-первых, сосуществование лицензируемых и нелицензируемых диапазонов частот (unlicensed, open spectrum). Например, в общемировой таблице распределения радиочастот диапазоны 2400–2483,5 МГц и 5725–5875 МГц отведены для использования "высокочастотными установками, предназначенными для промышленных, научных и медицинских целей" (Industrial, Scientific, Medical – ISM). Эти установки были выделены по тому признаку, что все они создают маломощный широкополосный сигнал. Позже, когда началось развитие широкополосных систем передачи данных, производители устройств связи быстро освоили ISM-диапазоны и, в частности, стали выпускать для них оборудование стандарта 802.11 (RadioEthernet), предназначенного для организации беспроводных коммуникаций на ограниченной территории в режиме локальной сети. Во многих странах использование ISM-диапазонов широкополосными средствами связи официально является безлицензионным, но при этом на устройства накладывается ограничение по мощности излучения (так, в США она может быть не больше 1 Вт, в Западной Европе – не больше 100 мВт). Благодаря этому сети, даже если они находятся рядом, не мешают (или почти не мешают) друг другу. Отсутствие необходимости получать разрешение на частоты существенно упростило процесс развертывания сетей, и в результате WLAN получили на Западе широчайшее распространение. В России полностью безлицензионного использования радиодиапазонов до самого недавнего времени не было вообще. Но в марте 2003 года ГКРЧ (Государственная комиссия по радиочастотам) разрешила его для аппаратуры, поддерживающей стандарт Bluetooth (она также работает в диапазоне 2,4 ГГц), с максимальной мощностью 2,5 мВт – расстояние между устройствами при этом не может превышать 10 м. Более мощная аппаратура этого же стандарта (на которую разрешение не распространяется) позволяет связываться на расстояниях до 30 м. Для внутриофисных сетей в полосе частот 2400–2483,5 МГц ГКРЧ весной 2002 года ввела упрощенную процедуру регистрации. Во-вторых, разрешение вещания нелицензируемых передатчиков в лицензируемых диапазонах при условии того, что они не будут мешать деятельности существующих устройств (underlay, overlay), например, если интенсивность из сигнала на отдельных частотах не превышает интенсивности «белого шума». Именно так регулируется в США нелицензированное использование устройств, излучающих в диапазоне от 3 до 10 GHz. Таким образом, в рамках этой схемы новые «умные» устройства не только распознают сигналы друг друга в условиях отсутствия законодательной защиты от помехового взаимодействия, но и остаются невидимыми для «не-умных» устройств, для которых их сигналы фактически не существуют. В-третьих, организация частных «свободных радио-зон», предполагающая продажу владельцем лицензии прав на свободное вещание в рамках своего диапазона. В-четвертых, вещание, когда передающие устройства находят временно неиспользуемые владельцами лицензий диапазоны и используют их для вещания.

Возможности беспроводных устройств — телефонов, ноутбуков с WiFi-адаптерами — ограничены возможностями сети, к которой они подключены. Кроме того, они изрядно мешают друг другу работать, создавая помехи и конкурируя за полосы пропускания. "Программируемое радио" (Software Defined Radio — SDR) позволит поддерживающим его устройствам понимать практически все типы сигналов (такие, как 3G, Wi-Fi, GSM), пользуясь одним-единственным радиоприёмником. А группа таких устройств сможет общаться друг с другом свободно, независимо от частоты или противоречивых протоколов. Реализацией идеи занимается, в частности, европейский концерн EADS Astrium. Инженер EADS Френсис Кинселла (Francis Kinsella) говорит: "Если вы совершаете поездку в горы, то должны брать с собой портативную радиостанцию (уоки-токи), чтобы говорить с друзьями, которые находятся поблизости, мобильный телефон — на случай критического положения, навигатор GPS с Bluetooth-соединением с компьютером, КПК с беспроводным LAN и тому подобное. Каждая из этих вещей — радио, но все они немного отличны. В будущем же, благодаря SDR, всё, в чём вы будете нуждаться, — это один прибор, который сможет выполнять работу всех этих устройств". EADS прогнозирует, что массовые SDR-устройства появятся на рынке бытовой электроники лет через несколько лет. А следующим этапом этой технологии компания называет "когнитивное радио" (cognitive radio), которое, используя принцип SDR, будет автоматически передавать данные по тому протоколу связи, частота которого в данный момент не загружена.
Когнитивное радио (Software-Defined Radio, Cognitive Radio)
Особенностью когнитивного радио является способность получать и передавать сигналы на различных частотах. Частными случаями подобных систем являются технологии распределенного спектра и пространственно-временного мультиплексирования. Использование подобных систем предполагает повышение функциональности отдельных оконечных устройств и их конвергенцию – для приема сигналов телевидения, мобильной связи и радио будет требоваться только одно устройство. Отдельный подкласс этого класса технологий составляет «сообразительное» радио (agile radio), которое проводит анализ электромагнитной среды и находит для передачи временно или постоянно не используемые частоты, что позволяет увеличивать количество передаваемой на каждой данной частоте информации. Когнитивное радио — это, по сути, вычислительная модель. В когнитивное радио заложена информация о собственных интеллектуальных возможностях, а также о спектре действий, которые с ним может выполнять пользователь. Если, например, когнитивное радио определяет, что ведется интервью, на экране появится сообщение, предлагающее платить за соединение на три цента в минуту больше, но при этом гарантируется передача более четкого сигнала. Со временем это устройство «научится» и добавит в вычислительную модель информацию о том, что пользователь предпочитает более качественный звук, когда берет интервью. Эта вычислительная модель накапливает информацию о себе самой, о пользователе и о сети, а машинное обучение означает, что пользователю не нужно перепрограммировать устройство и снова указывать, что следует делать. Пока такого рода действующей модели не существует. На ее создание потребуется лет пять или десять. Когнитивное радио - это радио на базе программного обеспечения. Оно будет в состоянии отслеживать особенности аппаратуры для того, чтобы программироваться по полосе частот или по режиму использования. Поэтому, вместо того чтобы жестко ориентироваться на полосу 800 — 900 МГц, можно адаптировать его к полосе частот ISM, либо к полосе частот IEEE, либо 5 ГГц. Когнитивное радио будет знать, что ему следует делать на основе «накопленного опыта». Когнитивное радио в конце концов может привести к объединению всех беспроводных устройств и за счет этого постепенно упростится взаимодействие пользователя со все более сложными устройствами. В когнитивное радио заложена информация о собственных интеллектуальных возможностях, а также о спектре действий, которые с ним может выполнять пользователь. Еще в 2006 ноду журнал Technical Review, который издает знаменитый Массачусетский технологический институт, назвал 10 наиболее перспективных технологий будущего. По мнению составителей этого своеобразного хит-парада, в ближайшее время нашу жизнь перевернут эпигенетика, наномедицина, тензорная диффузионная церебрография и, в том числе, - когнитивное радио.
Распределенный спектр (Spread Spectrum)
В основанных на этой технологии радиокоммуникациях радиопередающие устройства оцифровывают сигнал и разделяют сообщение на отдельные пакеты, которые передаются одновременно по многим частотам, что повышает скорость передачи. Принимающие устройства узнают эти частоты в ходе процедуры синхронизации работы с передающими устройствами в начале связи одновременно с получением идентификатора передатчика. Передача отдельного пакета в этой системе занимает небольшое время, в течение которого маловероятно помеховое взаимодействие одного пакета с другим. Система была изобретена в 40-е годы прошлого века для военных приложений, Достоинством технологии является повышение «пропускной способности» радиочастот, которые при традиционных узкополосных технологиях не используются большую частот времени. В США с 2002 года у подобных технологий возможность развиваться появилась в специализированном нелицензируемом диапазоне (Ultra-Wide-Band, UWB) .
Пространственное мультиплексирование (Space multiplexing), пространственно-временное кодирование (Space-Time Processing, STP)
Этот класс технологий основан на том, что отдельные сигналы можно идентифицировать не только по частоте, но и по их направленности. Ряд компаний (например, Northpoint Technology) используют технологию одновременной посылки различных сигналов на одной частоте, но из разных точек (с земли и спутника). Достаточно «умное» принимающее устройство в такой ситуации может различить эти два сигнала и получать в единицу времени больше информации. Другие варианты технологии вводят различение сигналов по их интенсивности – на одной волне и на одном направлении могут излучаться несколько сигналов, «громкость» которых будет зависеть как от начальной «громкости», так и от расстояния до передатчика. Возможен и другой вариант (технология Multiple Input Multiple Output, MIMO) - предполагающая одновременную передачу сигнала через массив передающих антенн и прием через массив принимающих антенн. В силу того, что передаваемый из разных передатчиков сигнал в силу рассеяния проходит разный путь, то приходит к приемникам в немного разное время. Сравнивая показания отдельных приемников, достаточно «умное» устройство может найти дублирующиеся элементы и восстановить на их основе исходные данные.
Пиринговые сети (Cooperative Networking, Meshed Networks, Rooftop radio)
Пиринговые беспроводные сети предполагают совмещение функций приемника и передатчика в отдельных устройствах. Каждый узел связи в такой сети используется не только для получения, но и для дальнейшего распространения информации другим пользователям. В рамках данной технологии проблема повышения соотношения сигнал\шум решается за счет менее мощных передатчиков, чем при традиционной технологии. Подобная архитектура сетей используется в разработках таких компаний как Nokia (Rooftop system), MeshNetworks и SkyPilot.
Персональные сети (Personal-area network)
Во многих случаев пользователям необходимо передать сигнал на короткое расстояние – в пределах нескольких метров. Чаще всего, такая необходимость возникает тогда, когда необходимо обеспечить связь между несколькими принадлежащими пользователю устройствами. Например, компьютером и мобильным телефоном (синхронизация органайзеров), мобильным телефоном и компьютером (выход в интернет по технологии GPRS), телефоном и КПК (перенос телефонов), компьютером и принтером. Наиболее часто для этих целей сегодня используется технология Bluetooth, которая как и описываемые далее WiFi и Wi-MAX возникла в нелицензируемом диапазоне 2,4 GHz, и позволяет осуществлять коммуникации на расстояние до 10 м.
Local Area Networks (WiFi)
Одной из наиболее известных разработок, возникших в нелицензируемой в США части спектра стала технология WiFi (Wireless Fidelity), позволяющая организовать локальные беспроводные сети передачи данных. Особенностью технологии является не только то, что при характерной для нее передаче на малые расстояния (менее 100 м) пользователь может достичь высокого качества сигнала даже при наличии мощных удаленных передатчиков, но и то, что WiFi сети содержат возможности работы в режиме пиринговых сетей, то есть взаимодействия не только с центральным узлом системы, но и друг с другом.
Metropolitan Area Networks (Wi-Max)
В отличие от WiFi технология Wi-Max предполагает создание не локальных, а городских сетей (metropolitan networks), охват которых достигает размеров крупных поселений, что позволяет пользователю технологии свободно перемещаться на больших территориях. Технологию Wi-MAX уже испытывают операторы связи по всему миру. Среди них British Telecom и UK Broadband (Великобритания), Iberbanda (Испания), MVS Net (Мексика), Neotec (Бразилия), PCCW (Гонконг), Reliance Infocomm (Индия). В России в настоящее время существуют два наиболее успешных проекта, предлагаемые компаниями «Скартел» и «Комстар-ОТС».

В России работа по внедрению новых технологий также ведется, хотя и не так широко освещается в прессе. Например, в Петербурге в 2004 году был открыт центр разработок Intel в Петербурге, входящий в подразделение Software Solutions Group. Его деятельность направлена на разработку ПО для сред с управляемым кодом (Managed Run Time Environment, MRTE). Работа глобального подразделения корпорации Intel Corporate Technology Group ведется в 15 лабораториях, расположенных по всему миру: в Германии, Израиле, Индии, Испании, Китае, России, США и других странах, в которых трудятся более тысячи исследователей. В задачи российского подразделения входит исследование стандартов беспроводной связи. Специалисты Intel в Санкт-Петербурге тесно сотрудничают с университетами северной столицы России в целях повышения уровня подготовки будущих кадров для IT-индустрии. Например, открыта учебно-исследовательская лаборатория на математико-механическом факультете Санкт-Петербургского государственного университета. В 2005 году в Петербурге был основан Центр разработок ведущего представителя мировой компьютерной индустрии - корпорации Borland. Петербургские Центры разработки открыли такие лидеры телекоммуникационной отрасли как «Яндекса», Sun Microsystems, Motorola, Alcatel, Google. Развитием новых технологий занимаются и сами российские операторы связи. В конце ноября 2009 года «МегаФон» открыл единый Федеральный Центр исследований и разработок в Санкт-Петербурге. Партнерами оператора в новом проекте являются ведущие поставщики телекоммуникационного оборудования Nokia Siemens Networks (NSN) и Huawei.