Traficom mahdollistaa avaruustoiminnan radiotaajuuksien käytön

Avaruuden tutkimus ja valloitus on alkuajoistaan saakka pohjautunut sähkömagneettisen säteilyn hyödyntämiseen eli taajuuksien käyttöön. Vaikka avaruusosaamista Suomessa on kehitetty vuosikymmeniä, radiotaajuuksien osalta Suomi liittyi avaruusvaltioiden joukkoon ensimmäisen satelliittinsa Aalto-1:n myötä vuonna 2017. Tämän jälkeen taajuushallintoviranomaisen eli Liikenne- ja viestintävirasto Traficomin rooli radiotaajuuksien hyödyntämisen mahdollistajana suomalaisessa avaruustoiminnassa on kasvanut. Tässä kirjoituksessa avaamme tarkemmin taajuuksien hallinnointia avaruussektorilla. Avaruussektorin taajuushallinnon ohella Traficom hallinnoi myös eurooppalaisen Galileo-satelliittipaikannusjärjestelmän julkisesti säänneltyä palvelua (Public Regulated Service, PRS).

Vaikka Suomi liittyi avaruusvaltioiden joukkoon vuonna 2017, ei se kuitenkaan ollut lähtölaukaus suomalaiselle avaruuden hyödyntämiselle. Olemme hyödyntäneet avaruudesta peräisin olevia signaaleja tutkimuskäyttöön, TV-ohjelmien katseluun, puheluihin, ohjelmansiirtoihin, sääsatelliitti- ja kaukokartoitustietoihin sekä moneen muuhun asiaan jo vuosikymmeniä. Olemme lähettäneet näitä tarkoituksia varten radiotaajuisia signaaleja avaruuteen - luonnollisesti tarvittavien radiolupien kanssa.

Suomessa Traficom vastaa kansallisesta taajuushallinnosta ja toimii radiolupaviranomaisena turvaten radiotaajuuksien tehokasta ja häiriötöntä käyttöä. Tämä koskee paitsi maanpäällistä, merellä ja ilmassa tapahtuvaa radiolähettimien käyttöä, myös Suomeen rekisteröityjen avaruusesineiden radiolähettimien luvittamista. Käytännössä satelliiteilla viestintä maahan tai maasta satelliittiin, esimerkiksi satelliittien ohjauskomentojen lähettäminen tai satelliitin keräämän datan välittäminen maahan maa-asemalle, edellyttää aina langattoman yhteyden, joka vielä nykyisellään toteutuu radiotaajuuksia hyödyntäen. Pääsääntöisesti jokainen satelliittijärjestelmän radiolähetin tarvitsee radioluvan ennen käyttöönottoa. Poikkeuksena ovat luvasta vapaat radiolähettimet. 

Koska taajuudet eivät tunne valtioiden rajoja, on näiden käytöstä sovittava kansainvälisesti rajat ylittäen. Taajuuksien käytössä on muutama perusperiaate, joita noudatetaan kansainvälisessä sopimisessa: taajuuksien käytön tulee olla tehokasta haettuun hyötyyn nähden. Tämä johtaa siihen, että avaruustoiminnassa käytettävien laitteistojen tulee olla moderneja ja asianmukaisia, jotta niille voidaan myöntää radiolupa. Lisäksi radiotaajuuksien käyttö ei pääsääntöisesti saa aiheuttaa haitallisia häiriöitä muulle olemassa olevalle tai suunnitellulle radioliikenteelle. Tämä puolestaan edellyttää etukäteissuunnittelua, koordinointia ja avoimuutta taajuuksien käyttäjien välillä.

Kansainvälinen televiestintäliitto taajuuksien sääntelijänä

YK:n alainen Kansainvälinen televiestintäliitto (ITU) toimii radiotaajuuksien sääntelyelimenä. Radiotaajuuksille taajuusvälillä 8.3 kHz - 275 GHz on määritelty käyttötarkoitukset ITU:n ylläpitämässä radio-ohjesäännössä (Radio Regulations). Tätä dokumenttia päivitetään neljän vuoden välein järjestettävässä Maailman radioviestintäkonferenssissa (WRC), jonka lopputuloksena eri taajuusalueiden käyttötarkoitus ja käyttöehdot määritellään joko alueittain (esimerkiksi Eurooppa-Afrikka-Lähi-itä) tai globaalisti. Lisäksi yksittäinen maa voi jättää varaumia tai reunaehtoja taajuuksien käytölle omassa maassaan. Nelivuotisen tutkimussyklin aikana Traficom on yhteistyössä liikenne- ja viestintäministeriön kanssa mukana valmistelemassa kokousta, sopimassa kansainvälisiä pelisääntöjä ja vaikuttamassa lopputuloksiin Suomen etu huomioiden.

Kansallisesti jokainen maa myöntää radioluvat radiolaitteiden käytölle kansainvälisesti sovittujen reunaehtojen mukaisesti. Mitä kauemmas valtakunnan ulkorajasta mennään, sen epätodennäköisempää yleensä on, että radiolaite häiritsee naapurimaan radiotaajuuksien käyttöä. Avaruustoiminnassa kuitenkin päädytään välittömästi tilanteeseen, että jopa matalalla kiertoradalla liikkuvan satelliitin radiolähetin kuuluu helposti useisiin maihin, ja joissain tapauksissa radiolähetteiden käyttäminen muiden valtioiden alueella esimerkiksi siellä sijaitsevaan maa-asemaan tai yleisesti kaukokartoitustoimintaan on jopa tarkoituksellista. Varmistaaksemme tehokkaan ja häiriöttömän taajuuksien käytön ITU:n sisällä on sovittu menetelmistä, joilla satelliittien taajuuksien käyttö sovitaan kansainvälisesti. Tässä menettelyssä Traficom on aktiivinen viranomainen paitsi ajamaan suomalaisten satelliittien taajuuksien käyttötarpeita ja -ehtoja, myös valvomaan Suomen kannalta oleellisten taajuuksien häiriöttömyyttä muiden maiden suunnitellessa omaa käyttöään.

Kansallinen taajuuksien käyttö suunnitellaan ensimmäisenä

Radiotaajuudet ovat rajallinen ja arvokas luonnonvara, joita tarvitaan nykyaikaisen yhteiskunnan moneen käyttötarkoitukseen. Varsinkin matkaviestinverkkojen taajuustarpeet ovat kasvaneet edellisinä vuosikymmeninä langattoman tiedonsiirron määrän moninkertaistuessa. Vaikka avaruustoiminnalle on selkeästi kasvavaa tarvetta, joutuu se kilpailemaan rajallisista taajuusresursseista siinä missä muutkin käyttötarpeet.

Taajuuksien tehokkaan käytön vuoksi ei ole tarkoituksenmukaista, että tietylle toiminnalle varattaisiin taajuuksia, joita ei välttämättä käytettäisi. Sen vuoksi satelliitin tai niiden maa-aseman toimintaa varten tehdään taajuussuunnittelu, jossa niille löydetään soveltuvat taajuudet. Taajuuksia etsitään maanpäällisen käytön joukosta esimerkiksi yksityisten radioverkkojen (PMR), radiolinkkien tai tutkien käyttämiltä taajuuskaistoilta, mikäli niille on annettu ITU:n radio-ohjesäännössä kansainvälisesti satelliittikäyttöön soveltuva status. Parhaassa tapauksessa sopiva taajuus löytyy kahden maanpäällisen taajuuden välistä, mutta joissakin tapauksissa voidaan joutua käyttämään samaa taajuutta, mikäli häiriöriski saadaan riittävän pieneksi. Varsinkin satelliittien lähettävillä maa-asemilla on mahdollisuus toimia häiritsemättä muuta radioliikennettä, jos ne sijoitetaan harvaan asutuille seuduille.

Osa avaruussovelluksista on sellaisia, jotka edellyttävät mahdollisimman häiriötöntä globaalia taajuuskaistaa. Yksi tällainen suomalaistenkin satelliittien paljon käyttämä palvelu on kaukokartoitus. Tällöin radiotaajuudet voidaan osoittaa edellä mainitun ITU:n radio-ohjesäännön mukaisille sellaisille taajuuskaistoille, joiden eri palveluille on määritelty käyttöehdot yhteensopivuuden toteuttamiseksi.

Radiotaajuuksien tasapuolisen saatavuuden, tehokkaan ja tarkoituksenmukaisen sekä
riittävän häiriöttömän käytön turvaamiseksi radiotaajuuksien käyttötavat on määritelty taajuusalueittain. Traficom ylläpitää radiotaajuusmääräystä ja sen liitteenä julkaistavaa kansallista taajuusjakotaulukkoa sekä kansallisen taajuuksien käytön kattavaa taajuustietokantaa ja radioluparekisteriä. Näiden tietojen yhteensovittamisella taajuussuunnittelussa sekä Traficomin sisäisellä yhteistyöllä satelliittien tarvitsemat taajuudet voidaan osoittaa kansallisella tasolla. Tämän jälkeen aloitetaan aikaa vievin osuus lupaprosessissa: kansainvälinen ITU-prosessi.

Radioluvan neuvottelemiseen voi kulua vuosia - hyvä taajuussuunnittelu luo pohjan yhteistyölle

Satelliittien ja niiden maa-asemien radiolupaprosessi edellyttää pääsääntöisesti aina kansainvälistä neuvottelua. Prosessi päästään aloittamaan, kun luvan hakija ilmoittaa Traficomille tarvittavat tiedot suunnitellusta operaation käyttötarpeesta. Tämä tarkoittaa paitsi radioteknisiä parametreja, kuten taajuusalue, käytettävä modulaatio ja teho sekä käytettävien antennien yksityiskohdat, myös satelliittien kiertoratoihin tai maa-asemien sijainteihin liittyviä määrittelyjä. Näiden tietojen avulla voidaan mallintaa satelliitin aiheuttama ja kokema häiriötaso muille taajuuksien käyttäjille. Yleensä tietojen koostaminen ja täsmentäminen, tietyt tekniset laskelmat ja verifioinnit sekä lopullisesti käytettävien eri kiertorataskenaarioiden sopiminen asiakkaan kanssa kestää viikoista kuukausiin.

Kun sopivat taajuudet on löydetty Suomen sisäisessä prosessissa, alkaa kansainvälinen ITU:n kautta määritelty prosessi. 

Tietyissä tapauksissa käytettävät taajuudet tulee koordinoida muiden taajuuksien käyttäjien kanssa sekä satelliittien että maa-asemien osalta. Välimiehenä on ITU, jonka kautta tieto kulkee, mutta Traficom on suoraan yhteydessä muiden maiden taajuushallintoihin sopiakseen taajuuksien käytöistä. Näissä tapauksissa sopimusta ei välttämättä synny Suomen haluamille taajuuksille ja ehdoille, jonka vuoksi koordinointiin liittyy aina aikaa vievää neuvottelua ja epävarmuustekijöitä, jotka tulee ottaa huomioon satelliittien laukaisuaikataulua suunnitellessa. Hyvällä taajuussuunnittelulla ja oikeilla teknisten parametrien valinnalla voidaan kuitenkin parantaa mahdollisuuksia päästä yhteisymmärrykseen muiden maiden taajuushallintojen kanssa.

ITU:n satelliittitaajuuksien ilmoittamismenettely perustuu sovittuun prosessiin, jossa Traficomin ennakkoilmoitusta seuraa kahden kuukauden esitarkastusaika ennen ilmoituksen varsinaista julkaisua. Tästä alkaa neljän kuukauden kommentointiaika, jolloin mikä tahansa ITU:n 193:sta jäsenmaasta voi esittää huolensa suunnitellusta käytöstä ja pyytää ratkaisemaan nämä. Näihin huoliin on vastattava Suomen puolelta joko Traficomin yksinään tai yhdessä hakijan kanssa käymän kirjeenvaihdon avulla. Aikaisintaan kuuden kuukauden kuluttua ensimmäisestä Traficomin virallisesta ilmoituksesta ITU:lle julkaisee ITU koosteen muiden hallintojen esittämistä perustelluista huolista.

Lopputuloksena kirjeenvaihdolla pyritään saavuttamaan yhteisymmärrys käytön ehdoista, jolla satelliittia ja sen maa-asemia voidaan käyttää. Joissakin tapauksissa eri radiojärjestelmien yhteensopivuuden toteutumiseksi voidaan suunnitelmaa tarkentaa esimerkiksi käytetyn taajuuden suhteen. Tämän saavuttamiseen kuluu siis minimissään kuusi kuukautta ensimmäisestä ilmoituksesta, mutta tyypillisesti huomattavasti pidempään. Koska satelliittien laukaisuaikataulu voi olla sovittu ennen kuin ITU-prosessi on saatu vietyä loppuun, voidaan lupa kirjoittaa ehdollisena jo ennen prosessin loppuun saattamista. Ehdollisuus tarkoittaa sitä, että haitallisen radiohäiriön tapauksessa radiolähettimen käyttö saatetaan pahimmassa tapauksessa joutua keskeyttämään, kunnes häiriö on poistettu ja häiriön uusiutuminen estetty.

Kun radiolupa on myönnetty, on aika laukaista satelliitti. Kun satelliitti on asetettu kiertoradalleen ja radiot ovat toiminnassa, Traficom tekee ilmoituksen ITU:lle taajuuksien käyttöönottamisesta. Tämä ilmoitus on tehtävä seitsemän vuoden kuluessa alkuperäisestä ilmoituksesta.

Kaiken kaikkiaan avaruustoiminta on Suomessa hyvässä nousukiidossa. Traficomin taajuushallintoviranomaisen roolin lisäksi Galileo-satelliittipaikannus kuuluu Traficomin Kyberturvallisuuskeskuksen viranomaistehtävien piiriin. Eduskuntakäsittelyssä on laki satelliittien maa-asematoiminnasta, joka loisi myös Traficomille uusia tehtäviä lupaviranomaisena. Traficom tukee avaruus- ja satelliittisektorin kasvua omalta osaltaan tavoitteenaan mahdollistaa toimijoille käyttökelpoiset taajuudet niin testaukseen, tuotekehitykseen kuin operatiiviseen toimintaan turvallisesti, sujuvasti ja kestävästi.