Studie naar FrequentiePlanning

 

Al vroeg in de geschiedenis van de radio-uitzendingen werd de noodzaak tot (internationale) regulering en coördinatie duidelijk. De eerste radio-conferentie van de Internationale Telecommunicatie Unie (ITU), toen nog Internationale Telegraaf Unie geheten, werd gehouden in 1907. Internationale samenwerking op het onderhavige gebied stond nog in de kinderschoenen: op deze conferentie werd onder andere het bekende noodsignaal SOS aanvaard. In 1927 werd het CCIR (International Radio Consultative Committee) opgericht, dat de opdracht kreeg om technische en operationele vraagstukken met betrekking tot radiocommunicatie te bestuderen en hierover aanbevelingen te doen. Eveneens vond in 1927 de eerste toewijzing van frequentiebanden (`allocatie’) aan verschillende radiodiensten plaats.

 

In een studie uit 1991 onderzocht de TU Delft hoe de huidige indeling van zendlokaties en frequenties in de FM omroepband tot stand is gekomen en in hoeverre deze indeling efficiënt is. Met name richtte de aandacht zich op technische criteria op grond waarvan nieuwe frequentie-aanvragen al dan niet gehonoreerd (kunnen) worden. Technische criteria kunnen samenhangen met subjectieve keuzes.

 

Deze studie, uit gevoerd door Jean-Paul Linnartz en Ton Meuleman leidde uiteindelijk to Zero-Base: een omvangrijke herschikkening van alle FM omroepfrequenties in Nederland.

Voor FM-radio-omroep is de band 87,5-108 MHz gealloceerd. De toewijzing van frequenties in deze band aan zenders (‘assignments’) vindt op landelijk niveau plaats, echter in internationaal overleg. Hiervoor zijn er door het CCIR aanbevelingen gedaan om onderlinge storing tussen radiozenders tot een minimum te beperken en om de discussie rond mogelijk frequentiehergebruik te objectiveren. Oorspronkelijk werd de planning van radiozenders en zendlokatie vooral bepaald door de natuurlijke ruis in de ontvangers:

voor goede ontvangst moet de veldsterkte een bepaald minimum overschrijden (`noise-limited networks’). Allengs zijn echter de onderlinge storingen tussen zenders, vooral waar deze van dezelfde frequentie gebruik maken, steeds meer de bepalende beperking geworden (`interference-limited networks’).

Het kan eenvoudig worden ingezien dat technisch-efficiënt frequentiegebruik theoretisch met zich mee brengt dat alleen de onderlinge interferentie beperkend mag zijn voor de ontvangstkwaliteit. Immers, als in bepaalde gebieden de ontvangst van een zekere zender beperkt is door natuurlijke ruis, dan kan men betere ontvangst bewerkstelligen door het evenredig vergroten van de zendvermogens van alle zenders. Dit heeft geen enkele invloed op de onderlinge verhouding tussen de storingen van zenders, maar heeft wel een gunstig effect op de gevoeligheid voor ruis. Derhalve kunnen wij ons in deze studie beperken tot de effecten van onderlinge storingen, waarbij er van uitgegaan wordt dat binnen het beoogde verzorgingsgebied van de zender de veldsterkte voldoende groot is om de natuurlijke ruis te overstemmen.

De praktijk van het frequentieplannen vergt het zoeken van mogelijke alternatieven voor het bezetten van de beschikbare frequentieband, het verifiëren welke van deze alternatieven voldoen aan de gestelde normen, en het kiezen van een van deze alternatieven. De CCIR planningsaanbevelingen geven vooral methodes om na te gaan of een zekere voorgestelde oplossing wel of niet voldoet aan de (internationaal) gebruikte normen (dus de analyse);

methodes om een frequentie-indeling te genereren (de synthese) worden slechts in specifieke gevallen gegeven, zoals voor `cellulaire’ of `theoretische’ netwerken, en zijn verder geheel afhankelijk van de creativiteit en de goede wil van de frequentiebeheerder. Er zijn de laatste jaren enige wetenschappelijke artikelen verschenen die meer inzicht verschaffen in de haalbare geografische dichtheid van zenders, bij gegeven normen voor veldsterkte en toelaatbare onderlinge storing. Deze publicaties geven nog geen theoretische bovengrens, maar tonen wel aan met welke technieken tenminste een bepaalde dichtheid van zenders te bereiken is.

Een stellig bewijs voor het niet (meer) aanwezig zijn van voldoende ruimte in het spectrum voor een nieuwe frequentie-aanvraag, kan alleen gegeven worden indien het huidige frequentieplan plaats biedt aan een aantal verzorgingsgebieden dat voldoende dicht ligt bij een theoretisch maximum. Enerzijds is dit theoretische maximum niet exact bekend, anderzijds zijn er altijd praktische beperkingen geweest waardoor het eerder tot stand gekomen frequentieplan minder effectief is. De kosten van veranderingen in bestaande zendfrequenties en -lokaties, of de weerstand van omroepen tegen opgelegde frequentieveranderingen kunnen zulke praktische beperkingen zijn.

Het succes bij het zoeken naar een frequentie voor een nieuwe zender hangt tenminste af van de volgende aspecten:

1) het aantal machtigingen dat reeds is verleend tot het doen van uitzendingen, en de bijbehorende beoogde verzorgingsgebieden.

2) de kwaliteitsnormen waarmee ontvangst mogelijk dient te zijn. De frequentiebeheerder en de gebruikers hebben de vrijheid om een lagere geluidskwaliteit te accepteren dan voorgesteld in de internationale normen, mits de resulterende storingen op andere, reeds bestaande zenders, wel binnen deze normen vallen. Voorbeelden zijn de normen gehanteerd voor locale omroep.

3) de creativiteit waarmee naar oplossingen wordt gezocht.

4) praktische beperkingen in de mogelijkheden het bestaande frequentieplan te wijzigen: het veranderen van de lokatie en/of zendfrequentie van bestaande zenders vergt organisatorische en financiële inspanningen. Het eerste en tweede aspect bepalen in hoeverre de gealloceerde frequentieband daadwerkelijk ruimte toelaat voor de nieuwe frequentie-aanvraag naast alle bestaande machtigingen. Het derde en vierde aspect behelzen meer praktische zaken en zijn deels afhankelijk van de stand der techniek, de beschikbare financiële middelen van de betrokkenen en de urgentie van een nieuwe frequentietoewijzing.

Op gezette tijden doet de frequentiebeheerder opgave van nog beschikbare `restfrequenties’. Met een `restfrequentie’ wordt bedoeld een frequentie in de FM-omroepband, inclusief de bijbehorende zendlokatie en zendvermogen, die voor omroepuitzendingen in Nederland toegepast zou kunnen worden maar waarvoor de bestemming nog niet is vastgesteld [12];

beschikbare frequenties waaraan wel al een gebruiksdoel is toegekend vallen formeel niet onder restfrequenties. Bij het toewijzen van restfrequenties aan toepassingen blijkt veelal dat er enige speelruimte zit in de lokatie van de zender.

De opgave van restfrequenties levert een relevante bijdrage in de politieke discussie tot het gebruik van het FM-spectrum. Vanuit technisch oogpunt plaatsen wij echter enige kanttekeningen bij de vraag of voor een concrete aanvraag uitsluitend gekeken hoeft te worden naar eventueel beschikbare restfrequenties:

1) samenstelling van de lijst van restfrequenties vergt studie van alle frequenties uit de FMband en dit voor elke lokatie in Nederland. Dit is dus een probleem met drie vrijheidsgraden:

de (twee-dimensionale) zendlokatie en de frequentie. Afhankelijk van de beoogde betrouwbaarheid, kan een dergelijke evaluatie arbeidsintensief zijn. Indien echter de inspanning beperkt blijft, is het niet bij voorbaat uitgesloten dat naast de opgegeven lijst van restfrequenties nog andere `resterende’ frequenties, met name voor zenders met klein vermogen (100 W of minder), toegepast zouden kunnen worden op nader te bepalen lokaties.

2) de lijst van restfrequenties is gebaseerd op het uitgangspunt dat geen van de huidige frequentietoewijzingen wordt gewijzigd. Dit kan het aantal mogelijkheden aanzienlijk beperken.

3) bij deze compilatie van de restfrequenties is er in principe opgelet dat elk van de frequenties in gebruik genomen kan worden op de aangewezen plaats, zonder onderlinge storingen en zonder dat de som van de storingen veroorzaakt door eventuele nieuwe zenders op restfrequenties problemen oplevert in het huidige frequentieplan. In een praktische situatie zijn er mogelijkerwijze meerdere alternatieven om de `gaten’ in het spectrum in te vullen; de lijst van restfrequenties is een keuze hieruit.

Aangezien de frequentieplanning van zenders met groot vermogen vaak internationaal overleg vergt tussen partijen met tegengestelde belangen, ontstaat makkelijk een situatie waarbij een frequentieplan dat verre van optimaal is, wordt aangenomen. Flexibele, creatieve frequentietoewijzingen, waarbij ook andere (buitenlandse) partijen van tijd tot tijd veranderingen accepteren en bereid zijn deze door te voeren, zijn daarbij lang niet altijd haalbaar. Toch ontstaan de laatste jaren vaker situaties waarbij met name voor kleinschalige toepassingen (lokale omroep, draadloze telefonie, draadloze kantoorcommunicatie etc.), de frequentieplanning als een samenhangend geheel kan worden gezien en als zodanig geoptimaliseerd kan worden. Hierbij kan de frequentiebeheerder niet alleen binnen het bestaande frequentieplan zoeken of er nog frequenties zijn, maar ook gemakkelijk schuiven met bestaande zenders indien dit tot een efficiëntere totaaloplossing zou kunnen leiden.

 

In het geval dat men het huidige frequentieplan voor de FM-omroep in Nederland beschouwt als een vaststaand gegeven is het, volgens de auteurs van dit rapport, objectief en met relatief beperkte inspanning mogelijk om na te gaan of er nog technisch toepasbare frequenties zijn. Dit vergt voor de beoogde lokatie en voor elke frequentie in de voorgeschreven band (87,5 – 108 MHz), bijvoorbeeld in stappen van 50 of 100 kHz, berekening van het maximal toelaatbare vermogen dat geen schadelijke elektromagnetische storing aan bestaande uitzendingen oplevert. Als bovenstaande procedure op tenminste één zendfrequentie een mogelijk vermogen oplevert waarmee de beoogde zender een voldoende groot verzorgingsgebied kan bestrijken, dan is daarmee aangetoond dat er (tenminste) ruimte is voor deze zender.

In tegenstelling tot de compilatie van een lijst van restfrequenties is dit een probleem met slechts één vrijheidsgraad: een dergelijke evaluatie voor het beoordelen of er nog ruimte is voor een specifieke aanvraag, is derhalve beduidend eenvoudiger dan het voor elke lokatie in Nederland evalueren van alle frequenties, zoals eigenlijk nodig voor een sluitende opgave van restfrequenties.

Indien – bijvoorbeeld bij afwijzing van een urgente frequentie-aanvraag – een objectivering gewenst is van de uitspraak of er wel of geen ruimte voor een nieuwe aanvraag is, zou de frequentiebeheerder per FM-frequentie een opgave kunnen doen van welke concrete (bestaande of al eerder geplande) zenders onacceptabel gestoord zouden worden door het plaatsen van een nieuwe zender met beoogde karakteristieken (zendvermogen, antennehoogte, antennesoort) op de aangevraagde plaats. Eventueel zouden daarbij ook de te verwachten veldsterktes en stoorniveaus genoemd kunnen worden (zie Appendix A). Een dergelijke opsomming van de concrete problemen per frequentie is niet zonder meer af te leiden uit een periodieke opgave van `restfrequenties’, zoals blijkt uit de opgesomde kanttekeningen en zoals ook volgde uit de resultaten van de TU Delft studie.