Основные режимы LTE
LTE-стандарт разделяется на два вида: TDD и FDD.
Первый подразумевает временное (от англ. Time) разделение сигнала, а второй — частотное (от англ. Frequency). FDD является более удобным режимом связи, так как, с точки зрения повседневного использования, работает стабильнее.
Разница между данными понятиями заключается в способе загрузки и выгрузки данных. Благодаря FDD происходит параллельная обработка входящего и исходящего интернет-трафика.
Представьте, что пользователь смотрит видео на YouTube и одновременно с этим отправляет в облачное хранилище целый альбом фотографий. Просмотр видео будет считаться download-операцией, а отправка фото — upload, и в FDD-режиме гаджет распределяет обе операции по разным частотным каналам.
Например, LTE от российского Мегафона работает на частоте 17 МГц, 11 из которых могут использоваться для загрузки контента, а остальные 6 — для выгрузки.
Раздельная обработка трафика увеличивает стабильность скорости каждого отдельного процесса, обеспечивая тем самым более качественное соединение.
TDD обрабатывает трафик последовательно. Иными словами, по тем же 17 МГц будет осуществляться и загрузка, и выгрузка данных — но уже без разделения, а поочередно в одном канале. Недостатком такого режима являются возможные «скачки» скорости.
В настоящее время российские сотовые операторы стремятся комбинировать работу TDD- и FDD-станций. Объединяя режимы в одну сеть, провайдеры увеличивают общую скорость подключения.
Абонентские модули 5G SIMCom Wireless Solutions
Линейка 5G модулей SIMCom Wireless Solutions sub6G («а» и «б») и sub6G+mmWave («в» и «г»)
| SIM8200G | SIM8200EA-M2 | SIM8300G-M2 | ||
|---|---|---|---|---|
| Спецификация 3GPP | Rel.15 | |||
| NSA/SA | + | |||
| Скорость передачи данных | mmWave | нет | до 7 Гбит/сек (скачивание), до 3 Гбит/сек (выгрузка) | |
| sub-6G | до 4 Гбит/сек (скачивание), до 450 Мбит/сек | до 4 Гбит/сек (скачивание), до 300 Мбит/сек | до 4 Гбит/сек (скачивание), до 600 Мбит/сек (выгрузка) | |
| LTE | до 2 Гбит/сек (скачивание), до 150 Мбит/сек (выгрузка) | до 2.4 Гбит/сек (скачивание), до 200 Мбит/сек (выгрузка) | ||
| HSPA+ | до 42 Мбит/сек (скачивание), до 5.76 Мбит/сек (выгрузка) | |||
| Частоты | 5G NR mmWave | — | — | n257/n258/n260/n261 |
| 5G NR Sub6G | n1/n2/n3/n5/n7/n8/n12/n20/n25/n28/n40/n41/n66/n71/n77/n78 (n79 у SIM8200G и SIM8300G-M2) | |||
| LTE-FDD | B1/B2/B3/B4/B5/B7/B8/B12/B13/B14/B17/B18/B19/B20/B25/B26/B28/B29/B30/B32/B66/B71 | |||
| LTE-TDD | B34/B38/B39/B40/B41/B42/B43/B48 (B46 у SIM8300G-M2) | |||
| WCDMA | B1/B2/B3/B4/B5/B8 | |||
| GNSS | ГЛОНАСС, GPS, Beidou, Galileo, QZSS | |||
| Интерфейсы | USB2.0, USB3.1, UART, PCIe Gen3.0, USIM, I2S/PCM, I2C, xGPIO, SPI, ADC, RGMII, SDIO3.0, PMI, WiFi | USB2.0, USB3.1, PCIe Gen3.0, 2xUIM, I2S/PCM, I2C, xGPIO | USB2.0, USB3.1, PCIe Gen3.0,USIM, I2S/PCM, I2C, xGPIO | |
| Количество антенн | 8 | 6 | 14 | |
| Встроенные протоколы | NDIS/RNDIS/PPP/TCP/IPv4/IPv6/Multi-PDP/FTPS/HTTPS/DNS/SSL/TLS | |||
| Голосовые вызовы | VoNR, VoLTE, CSFB | |||
| Обновление ПО | Через USB или FOTA | |||
| Размеры | 41.0 мм Х 43.6 мм | 30.0 мм Х 52.0 мм | 30.0 мм Х 52.0 мм | |
| Напряжение питания | 3.3…4.3 В | |||
| Диапазон температур | -30…+85 C |
5G-USB Dongle UM80 на базе SIM8200EA-M2Антенные модули миллиметрового диапазона QTM525-2 (а) и QTM527-2 (б)Подключение 4 sub6G антенн и 4 модульных антенн к модулю 5G на плате устройства
Безопасность
Так как сигнал DSSS имеет очень маленькую мощность, хакерам не так просто его обнаружить. Одно из главных достоинств DSSS – способность уменьшить энергию сигнала, распределяя мощность первоначального узкополосного сигнала по большей полосе частот, уменьшая в результате спектральную плотность мощности. Это может снизить уровень сигнала до уровня собственных шумов радиосети, таким образом, делая его “невидимым” для потенциальных злоумышленников. В то же время, если «чип», известен или имеет небольшую длину, обнаружить передачу DSSS и восстановить сигнал намного легче, поскольку он имеет ограниченное число несущих частот. Многие системы DSSS предлагают шифрование как функцию безопасности, хотя это увеличивает стоимость системы и уменьшает эффективность работы, вследствие использования дополнительной мощности на кодирование сигнала.
Для успешной настройки на работающую FHSS-систему, злоумышленник должен знать используемые частоты, последовательность скачков, время работы, и метод шифрования. Учитывая, что для диапазона 2.4 ГГц время работы на канале 400 мс и более 75 используемых каналов, почти невозможно обнаружить и следовать за сигналом FHSS, если приемник не сконфигурирован на ту же последовательность скачков. Кроме того, большинство систем FHSS поставляются с расширенными функциями безопасности, такими как динамическое шифрование ключа и контроль циклического избыточного кода.
Сегодня беспроводные локальные сети (WLAN) становятся все более и более популярными. Они используют стандарт 802.11, открытый протокол, разработанный IEEE. Wi-Fi – эмблема стандарта, используемая Ассоциацией контроля совместимости с беспроводным Ethernet (WECA), для сертификации продуктов 802.11. Хотя промышленные FHSS-устройства не поддерживают стандарт Wi-Fi, и поэтому не совместимы с WLAN, при их совместной работе, из-за работы в одной полосе частот, могут возникать помехи. Так как большинство продуктов Wi-Fi работают в 2.4 или 5 гигагерцовых диапазонах, хорошей идеей может оказаться использование, с разрешения руководящего органа, частоты 900 МГц, (в Европе допускается работа только на 2.4 ГГц). Это также обеспечит дополнительную защиту от радиочастотных снифферов (программ, используемых хакерами) применяемых в более популярном 2.4 гигагерцовом диапазоне.
Сетевая безопасность беспроводных технологий является одним из самых обсуждаемых вопросов. Последние статьи о “машине, управляемой хакерами” заставили потенциальных и существующих потребителей засомневаться в эффективности защиты от несанкционированных проникновений в беспроводную сеть. Необходимо понимать, что стандарты 802.11 – стандарты открытые, поэтому легко могут быть взломаны.
Причиной возникшей неразберихи в вопросах безопасности является нечеткое понимание технологии работы различных беспроводных систем. На сегодняшний момент, Wi-Fi (802.11a, b, и g), возможно является лучшей технологией для многих IT-приложений, дома и в небольшом офисе. 802.11 – открытый стандарт, поэтому квалифицированному хакеру достаточно просто обойти защиту сети и перехватить управление системой.
Так как же пользователи беспроводной технологии защищают себя от незаконных проникновений? Во многих приложениях на базе стандарта 802.11 безопасность практически не обеспечивается, и пользователь должен хорошо разбираться в настройке виртуальных частных сетей (VPN), или других сетей безопасности, чтобы защитить себя от нападений. Устройства других стандартов используют протоколы компаний-производителей для защиты сети от злоумышленников, наряду с применением элементов обеспечения безопасности, присущих технологии расширения спектра.
Представление о том, что сети, работающие на лицензируемой частоте, обеспечивают большую безопасность, ошибочно. Если частота известна, можно настроиться на сеть, и подобрав пароль и взломав систему шифрования, получить полный контроль. Все преимущества систем с расширяемым спектром отсутствуют, так как лицензируемые частоты работают в узкой полосе. Скачкообразная смена рабочей частоты с расширением спектра в настоящий момент является самой надежной и безопасной беспроводной технологией.
Верхние и нижние частоты
Развивать стандарт 4G операторам наиболее выгодно на частоте меньше 2000 МГц. Объясняется это тем, что такая частота лучше проходит через бетонные стены зданий. Несмотря на это, такой режим не может обеспечить связью густонаселенную территорию или регион.
Характеристики частот «верха» противоположны характеристикам нижних частот, поэтому для оптимизации работы их комбинируют и создают более качественный канал связи с комбинацией обоих частотных параметров. Это дает возможность избавиться от проблем на участках, куда связь не может достать из-за расстояния или не работает из-за густонаселенности.
В крупных городах в последнее время на крышах рабочих помещений и офисных зданий устанавливают специальные устройства, которые способствуют более оптимальному распространению сигнала сети внутри помещения.
Список LTE-частот, на которых работают российские сотовые операторы
4G-сети каждого отечественного оператора располагаются в определённом частотном диапазоне. Представленная таблица содержит сведения о ЛТЕ бендах (от англ. Band), которые поддерживаются в нашей стране:
| Наименование бенда | Частота |
| Band 3 | 1800-1880 МГц |
| Band 7 | 2620-2690 МГц |
| Band 20 | 790-820 МГц |
| Band 31 | 450 МГц |
| Band 38 | 2570-2620 МГц |
Стандарт LTE не совместим с сетями второго и третьего поколений, поэтому для него были выделены особые каналы передачи данных. Band — это частотные полосы любой LTE-сети. Номер бенда обозначает период начала использования данного диапазона в мире (сейчас существует 44 диапазона).
Представленные в таблице бенды используются каждым сотовым оператором. Необходимо отметить, что данные частотные диапазоны постоянно расширяются, что позволяют провайдерам обеспечить интернет-соединением большее количество пользователей.
В некоторых случаях операторы объединяются для строительства сотовых вышек: подобное соглашение заключили в 2016 году Beeline и Megafon. Другим примером сотрудничества стал договор между Билайн и MTS, в соответствии с которым операторы используют общие частоты на территории некоторых субъектов РФ.
Приобретение бендовых частот происходит путём открытых торгов, на которых провайдеры покупают право транслировать свой сигнал по определённым каналам. МТС, к примеру, потратил 4 миллиарда рублей на диапазон 2500 МГц, распространённый во всей Российской Федерации кроме Московской области и Крыма. Tele2 первым запустил 4G в Калининградской области и ряде других субъектов нашей страны на частоте 450 МГц.
Приложение
Определения
Полоса
Частота или диапазон частот
Диапазон частот
Диапазон частот, или длина радиочастотного спектра на котором передается сигнал.
Широкополосный канал
Радиоканал с шириной полосы пропускания от 1.5 Мбит/с на полосе 1 МГц
Коллокация
Работа нескольких радиосетей одновременно в одной зоне.
Демодуляция
Процесс получения и выделения первоначального цифрового сигнала из модулированной аналоговой несущей волны
Технология расширения спектра сигнала прямой последовательностью (DSSS)
Технология модуляции, объединяющая информационный сигнал с высокоскоростной битовой последовательностью, известный как «чип», тем самым «расширяя» сигнал на большую полосу.
Эффективная излучаемая мощность (EIRP)
Мощность сигнала излучаемая антенной. Равна мощность передатчика минус потери при передаче (вызванные коаксиальным кабелем, коннекторами, молниеотводами) плюс усиление антенны
Европейский институт стандартизации электросвязи (ETSI)
Европейский регулирующий орган по телекоммуникациям.
Федеральная комиссия связи (FCC)
Регулирующий орган США по коммуникациям
Скачкообразная смена рабочей частоты с расширением спектра (FHSS)
Техника модуляции, при которой частота передачи (несущая частота) изменяется в псевдослучайной последовательности («скачет») через регулярные временные интервалы
Промышленный, научный и медицинский (ISM) диапазоны
Диапазоны 902-928 MГц, 2400-2483.5 MГц, и 5725-5875 MГц соответственно
Интерференция
Наложение двух и более радиоволн, работающих на соседних или общих частотах, приводящее к появлению дополнительной волновой структуры
Международный союз электросвязи (ITU)
Регулирующий орган ООН по телекоммуникациям
Линия прямой видимости (LOS)
Канал связи между передающей и принимающей антеннами, не имеющий физический препятствий, таких как деревья или здания.
Баланс мощности
Расчет, принимающий во внимание работу всех компонентов, усиливающих и ослабляющих радиосигнал (передатчики, антенны, кабели и т.д.) для определения максимальной дистанции для организации надежной радиосвязи
Многолучевое распространение
Процесс возникновения нескольких каналов распространения сигнала, отличных от первоначального
Узкополосный канал
Радиоканал с шириной полосы пропускания от 50 бит/с до 64 кбит/с
Национальная Администрация по Телекоммуникациям и Информации (NTIA)
Регулирующий орган, распределяющий радиочастоты между правительственными организациями США
Всенаправленная антенна
Антенна, получающая и передающая сигналы во всех направлениях
Спектральная плотность мощности (PSD)
Отношение общей мощность полосы к ширине полосы
Расширение спектра
Метод расширения радиочастотного сигнала по широкой полосе частот с низкой мощностью, в отличии от концентрации всей мощности на единичной частоте, в случае передачи данных по узкополосному каналу.
Пропускная способность
Объем данных, получаемых системой каждую секунду
Трансивер
Радиопередатчик и радиоприемник в общем корпусе
Виртуальная частная сеть (VPN)
Сеть для закрытых коммуникаций, использующая криптографическое туннелирование для обеспечения безопасности незащищенных сетей
Протокол шифрования в беспроводной связи (WEP)
Часть стандарта IEEE 802.11 определяющая требования обеспечения безопасности беспроводной сети
Ассоциация контроля совместимости с беспроводным Ethernet (WECA)
Сертифицирующий орган технологии WLAN
Wireless Fidelity (Wi-Fi)
Логотип стандарта, используемый WECA для обозначения сертифицированных продуктов стандарта 802.11
Wireless Local Area Networks (WLAN)
Компьютерная сеть на базе радиоустройств
Директорная антенна
Антенна, отправляющая и получающая сигналы только в узком секторе
Ключевые показатели стандарта 5G и технологии
- пиковая скорость передачи данных на линии вниз (Downlink) 20 Гбит/с (спектральная эффективность 30 бит/с/Гц);
- пиковая скорость передачи данных на линии вверх (Uplink) 10 Гбит/с (спектральная эффективность 15 бит/с/Гц);
- минимальная задержка в подсистеме радиодоступа для сервисов URLLC — 0,5 мс, для сервисов eMBB — 4 мс;
- максимальная плотность подключенных к сети в городских условиях устройств из мира IoT – 1’000’000 устройств/кв.км;
- автономная работа устройств из мира IoT без подзарядки аккумулятора в течение 10 лет;
- поддержка мобильности при максимальной скорости передвижения объектов 500 км/ч.
некоторых
Частота и ширина полос
| Блок радиочастот | Радиочастотный диапазон |
|---|---|
| FR1 | 450 MHz – 6 000 MHz |
| FR2 | 24’250 MHz – 52’600 MHz |
Massive MIMO и Beam Forming (формирование луча)
2D MIMO антенна (слева) и Massive MIMO антенна (справа)
- мощный сигнал на выходе в направлении к UE;
- сильный уровень сигнал/шум в направлении от UE;
- отсутствие межсотовой интерференции;
- значительное увеличение количества каналов связи на одну соту.
| Sub6G | mmWave | |
|---|---|---|
| Порядок MIMO | до 8х8 | 2х2 |
| Смысл | Статичное пространственное мультиплексирование для множества пользователей | Динамическое формирование луча для одного пользователя |
| Характеристика | Многолучевое распространение, идеален для пространственного мультиплексирования. Протяженная зона покрытия, покрытие внутри зданий. | Распространение в прямой видимости. Массовые соединения со сверх широкой полосой пропускания. |
Сценарии и примеры оказания услуг мобильной связи в сетях 5G
- eMBB (enhanced Mobile Broadband), сверхширокополосная мобильная связь;
- URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communication), сверхнадежная связь с низкими задержками;
- mMTC (Massive Machine-Type Communications), массовая межмашинная связь.
Три сценария оказания услуг мобильной связи
Технология
В марте 2008 года сектор радиосвязи Международного союза электросвязи (ITU-R) определил ряд требований для стандарта международной подвижной беспроводной широкополосной связи 4G, получившего название спецификаций International Mobile Telecommunications Advanced (IMT-Advanced), в частности установив требования к скорости передачи данных для обслуживания абонентов: скорость 100 Мбит/с должна предоставляться высокоподвижным абонентам (например, поездам и автомобилям), а абонентам с небольшой подвижностью (например, пешеходам и фиксированным абонентам) должна предоставляться скорость 1 Гбит/с.
Так как первые версии мобильного WiMAX и LTE поддерживают скорости значительно меньше 1 Гбит/с, их нельзя назвать технологиями, соответствующими IMT-Advanced, хотя они часто упоминаются поставщиками услуг как технологии 4G. В свою очередь, после запуска мобильными операторами сетей LTE-Advanced, в маркетинговых целях их стали называть 4G+. 6 декабря 2010 года МСЭ-Р признал, что наиболее продвинутые технологии рассматривают как «4G», хотя этот термин не определён.
Системы связи 4G основаны на пакетных протоколах передачи данных. Для пересылки данных используется протокол IPv4; в будущем планируется поддержка IPv6.
С технической точки зрения, основное отличие сетей четвёртого поколения от третьего заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе как пакетную коммутацию, так и коммутацию каналов[источник не указан 3281 день]. Для передачи голоса в 4G предусмотрены технологии VoLTE (англ. Voice over LTE)
Основные исследования при создании систем связи четвёртого поколения ведутся в направлении использования технологии ортогонального частотного уплотнения OFDM. Кроме того, для максимальной скорости передачи используется технология передачи данных с помощью N антенн и их приёма М антеннами — MIMO. При данной технологии передающие и приёмные антенны разнесены так, чтобы достичь слабой корреляции между соседними антеннами.
Требования IMT-Advanced
Передовые международные мобильные телекоммуникационные системы (IMT-Advanced), определённые сектором радиосвязи МСЭ, должны отвечать некоторым требованиям, чтобы считаться сетями поколения 4G:
- основываются на коммутации пакетов, используя протоколы IP;
- пиковые скорости передачи данных от 100 Мбит/с для пользователей с высокой мобильностью (от 10 км/ч до 120 км/ч) и от 1 Гбит/с для пользователей с низкой мобильностью (до 10 км/ч);
- используются динамически разделяемые сетевые ресурсы для поддержки большего количества одновременных подключений к одной соте;
- их масштабируемая полоса частот канала 40 МГц;
- минимальные значение для пиковой спектральной эффективности 15 бит/с/Гц в нисходящем канале и 6,75 бит/с/Гц в восходящем канале (имеется в виду, что скорость передачи информации 1 Гбит/с в нисходящем канале должна быть возможна при полосе пропускания радиоканала менее 67 МГц);
- спектральная эффективность на сектор в нисходящем канале от 1,1 до 3 бит/с/Гц/сектор и в восходящем канале от 0,7 до 2,25 бит/с/Гц/сектор;
- плавный хэндовер через различные сети;
- высокое качество мобильных услуг.
История
Спецификации любого поколения связи, как правило, относятся к изменению фундаментального характера обслуживания, несовместимым технологиям передачи, более высоким пиковым битрейтом, новыми полосами частот, более широким каналом полосы пропускания, выражаемой в единицах частоты — герцах, а также большей ёмкостью для множественной одновременной передачи данных (более высокой системой спектральной эффективности, измеряемой в бит/с/Гц/сектор).
Новые поколения мобильной связи начинали разрабатываться практически через каждые десять лет с момента перехода от разработок первого поколения аналоговых сотовых сетей в 1970-х годах (1G) к сетям с цифровой передачей (2G) в 1980-х годах. От начала разработок до реального внедрения проходило достаточное количество времени (например, сети 1G были внедрены в 1984 году, сети 2G — в 1991 году).
В 1990-х годах начал разрабатываться стандарт 3G, основанный на методе множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA); он был внедрен только в 2000-х годах (в России — в 2002 году). Сети поколения 4G, основанные на IP-протоколе, стали разрабатываться в 2000 году и начали внедряться во многих странах с 2010 года.
В 2000 году, когда только шло освоение технологии связи третьего поколения 3G, один из ведущих производителей персональных компьютеров Hewlett-Packard и японский гигант сотовой связи NTT DoCoMo объявили о начале совместных исследований по разработке технологий передачи мультимедиа-данных в беспроводных сетях четвёртого поколения. Помимо них, разработки вели Ericsson и ATT совместно с Nortel Networks.
Впоследствии появилось два действительно пригодных к реализации стандарта: LTE и WiMAX, которые, по мнению IMT Advanced, и стали новой эрой в развитии сети (сумятицу в умах конечных пользователей может создавать тот факт, что эти две версии несовместимы, и нельзя точно предсказать, как они будут конкурировать и какая из них в итоге доминирует).
LTE
Стандарт LTE разрабатывался в рамках 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) как продолжение CDMA и UMTS и первоначально не относился к четвёртому поколению мобильной связи. Международным союзом электросвязи как стандарт связи, отвечающим всем требованиям беспроводной связи четвёртого поколения, был избран десятый релиз LTE — LTE Advanced, который впервые был представлен японской компанией NTT DoCoMo. Так как данный стандарт можно реализовать на существующих сотовых сетях, то он стал более популярен у операторов сотовой связи. В апреле 2008 года компания Nokia заручилась поддержкой ряда компаний (Sony Ericsson, NEC) для развития стандарта LTE и придания этому стандарту конкурентоспособности против WiMAX. В том же году аналитическая компания Analysys Mason спрогнозировала увеличение роста потребности сотовых технологий, таких как LTE, нежели WiMAX.
Первая коммерческая сеть LTE была запущена 14 декабря 2009 года шведской телекоммуникационной компанией TeliaSonera совместно с Ericsson, в Стокгольме и Осло.
WiMAX
Стандарт WiMAX (или IEEE 802.16) разрабатывается созданной в июне 2001 года организацией WiMAX Forum и является продолжением беспроводного стандарта Wi-Fi, альтернативой выделенным линиям связи и DSL. У стандарта WiMAX много версий, но преимущественно они подразделяются на фиксированный WiMAX (спецификация IEEE 802.16d, также известная как IEEE 802.16-2004, которая была утверждена в 2004 году) и мобильный WiMAX (спецификация IEEE 802.16e, более известная как IEEE 802.16-2005, которая была утверждена в 2005 году). По названиям стандартов ясно, что фиксированный WiMAX предоставляет услуги только «статичным» абонентам после установления и закрепления соответствующего оборудования, а мобильный WiMAX предоставляет возможность подключения пользователям, передвигающимся в зоне покрытия со скоростью до 115 км/час. Преимуществом стандарта WiMAX было то, что он гораздо раньше стандарта LTE стал пригоден к коммерческой эксплуатации.
В настоящее время компаниями, составляющими WiMAX Forum, являются такие известные производители, как Intel Corporation, Samsung, Huawei Technologies, Hitachi, и многие другие.
Первую сеть, основанную на технологии WiMAX, построила в Канаде компания Nortel, 7 декабря 2005 года.
Через два дня услуги беспроводного широкополосного доступа в сеть интернет стала предоставлять украинская компания «Украинские новейшие технологии» (тем самым став первой в странах СНГ), на основе микросхем Intel PRO/Wireless 5116.
Для чего нужны выделенные сети LTE
Потребность в развертывании выделенных
технологических сетей LTE возникает из-за таких факторов как рост
объемов потребления мобильного трафика со стороны промышленных предприятий,
активное внедрение систем на базе интернета вещей, сращивание мобильных сетей с
элементами искусственного интеллекта и больших данных, проведение мероприятий
по цифровой трансформации различные отраслей экономики.
Также развитию технологических LTE-сетей способствует
необходимость выполнения специальных требований, возлагаемых на корпоративные
сети связи некоторых особо важных экономических субъектов в области обеспечения
мер антитеррористической направленности, и обеспечение безопасного
функционирования потенциально опасных производств, в том числе с помощью
применения специальных шифрующих средств.
ГКРЧ выдаст частоты для выделенных технологических сетей связи стандарта LTE
В настоящее время в мире существует не менее 10 выделенных
технологических сетей LTE в не менее чем девяти странах. Например, в
Австралии компания Rio Tinto использует такие сети для горнорудной
добычи, в Британии компании Ocado Technology использует их в
онлайн-торговле, а итальянская Enel Group — для
электроэнергетики.
В китайском порту Циндао, также как и в голландском порту
Роттердама, выделенные 4G-сети используются для автоматического управления
погрузчиками. В аэропорту Брюсселя выделенные сети следующего, пятого поколения
(5G) сотовой связи используются для мониторинга и служебной сети. Американская
компания Whirpool использует выделенные сети 5G для управления
беспилотным транспортом.
По оценкам корпорации Nokia, в мире выделенные
сети LTE следует развернуть на 50 тыс. транспортных хабах, 8 тыс.
нефтегазовых объектах, 47,6 тыс. энергетических объектах, 54 тыс. горнорудных
объектах, в 263 тыс. больниц и 140 тыс. водохозяйственных объектах. По
оценкам корпорации Ericsson, в мире объем рынка выделенных LTE-сетей
к 2023 г. составит 5,5-8,8 млрд руб. А Arthur D Little оценивает
объем данного рынка в 60-70 млрд евро к 2025 г.
Частотные диапазоны российских операторов связи
Распределение полос радиочастот между операторами и радиослужбами указано в Постановлении Правительства РФ №1203-47 от 18.09.2019г.
Для своей деятельности российские операторы используют абонентские и технические диапазоны частот. К последним относятся радиорелейные линии, с помощью которых базовые станции сотовых операторов передают информацию между собой. Для этого выделяют частоты в диапазоне 5-80 ГГц. Ваши мобильные устройства работают на других каналах, поэтому радиорелейные линии с ними не взаимодействуют.
Абонентские диапазоны делятся на всем известные: GSM-900/1800 (2G), UTMS (3G), LTE (4G), 5G и промежуточные технологии типа GPRS (2,5G), EDGE (2,75G) и HDSPA (3,5G). Они используют диапазоны частот от 790 до 2700 МГц. Чем ниже частота, тем больше зона покрытия передатчика, чем выше частота, тем лучше радиоволны огибают препятствия и проникают сквозь стены.
Рассмотрим подробнее стандарты и протоколы передачи данных сотовых операторов России.
Частоты GSM (2G) в России
Первую цифровая, а не аналоговую, технологию передачи данных 2G запустили в 1991 году в Финляндии. В Россию она пришла лишь в конце 90-ых. Сейчас GSM в России делится на два вида:
- GSM-900 работает в двух диапазонах:
- базовые станции мобильных операторов используют частоты 925-960 МГц;
- абонентские устройства используют частот 890-915 МГц;
- GSM-1800:
- базовые станции мобильных операторов используют частоты 1805-1880 МГц;
- абонентские устройства используют частот 1710-1785 МГц.
GSM-1800 чаще использую в городских условиях, радиоволны лучше проникают в квартиры и огибают постройки.
GSM-900 актуальнее для сельских поселений и загородных трасс потому что передатчик покрывает большую зону.
Частоты UMTS (3G) в России
В 2007 году сотовые операторы большой тройки получили лицензии на использование технологии UMTS (3G) в России. Сейчас они работают в 2 диапазонах частот:
- 2110-2170 МГц для базовых станций и 1920-1980 МГц для абонентских устройств. Этот диапазон появился первым и получил наибольшее распространение в России. Для некоторых операторов он остается единственным для населенных пунктов с населением до миллиона человек.
- 925-960 МГц для базовых станций и 880-915 МГц для абонентских устройств. Этот диапазон начали использовать позже, чтобы увеличить зону покрытия и минимизировать воздействие других РЭС. На этих частотах также работает GSM-900. Частоты регистрируются через ФГУП «Главный радиочастотный центр» так, чтобы технологии и операторы не могли помешать друг другу. UMTS-900 в основном использует ПАО «Вымпел-Коммуникации» (Билайн).
Частоты LTE (4G) в России
Несмотря на то, что о создании 4G в Европе заговорили 11 лет назад, в Российских регионах стандарт закрепился лишь 5 лет назад. Всего в России разрешено использовать 4 диапазона для технологии LTE (4G):
- 2600-2700 МГц для базовых станций и 2500-2600 МГц для абонентских устройств. Диапазон появился первым для 4G в России и до сих пор наиболее распространен. Его используют все операторы федеральной четверки.
- 790-820 МГц для базовых станций и 820-880 МГц для абонентских устройств. Второй по распространенности диапазон. Его активно используют ПАО «МегаФон», ООО «Т2 Мобайл» и ПАО «Вымпел-Коммуникации» (Билайн)
- 1800-1880 МГц для базовых станций и 1710-1785 МГц для абонентских устройств. Этим диапазоном пользуются все операторы связи, но особенно его предпочитает ПАО «Мобильные ТелеСистемы».
- 450-457 МГц для базовых станций и 460-467 МГц для абонентских устройств. Диапазон запущен для развития сетей беспроводного широкополосного доступа в РФ, его использует ООО «Т2-Мобайл».
Частоты 5G в России
Технология 5G уже работает в нескольких странах мира. В России она находится на стадии тестирования. Для этого Государственная комиссия по радиочастотам выделила диапазон 25-29,5 ГГц. Указанные частоты не пригодны для коммерческого использования и будут использоваться только в тестовом режиме.
Вокруг постоянных частот 5G в России до сих пор ходят споры. Во всем мире для этой технологии выделен диапазон 3,4-3,8 ГГц. В нашей стране это невозможно, потому что тогда 5G будет мешать стратегическим предприятиям и государственным ведомствам Российской Федерации. По данным СМИ, Президент России согласился с письмом Совета Безопасности РФ о том, что диапазон 3,4-3,8 ГГц следует оставить за государством.
В качестве альтернативы закрытому правительственному диапазону, Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации предложило другой – 4,4-4,99 ГГц. Даже если какое-то конкретное решение по этому поводу уже принято, никаких официальных заявлений и документов до сих пор нет.
Средства ПВО в диапазоне 3,4-3,8 ГГц
К сетям радиолокации относятся, в частности, средства противовоздушной обороны (ПВО), использующие диапазон 3,2 -3,8 ГГц. У Военно-космических сил России (ВКС) есть порядка 1 тыс. РЭС ПВО, из которых 600 являются наземными, а 400 бортовыми.
РЭС ПВО можно разделить на три типа. Первый тип — радиолокационные станции малых высот дежурного режима — обеспечивают обнаружение, измерение координат и сопровождение воздушных объектов в условиях сложной воздушной обстановки.
Второй тип — специальные радиолокационные станции — применяются, как правило, в труднодоступных и горных районах для аналогичных целей.
Третий тип РЭС-радиотехнические средства комплексной системы радиовизирования, опознавания и передачи команд-предназначен для решения задач обмена специальной информацией, опознавания и определения текущего местоположения самолетов, а также для управления полетами авиации.
Средства РЭС ПВО могут размещаться на расстоянии до 10-50 км от крупных городов и до 2-10 км от транспортных магистралей федерального значения. От районов возможного размещения 5G РЭС ПВО могут находиться на расстоянии от 0,5-1 км до 2-2,5 км. Помимо военных систем, в диапазоне 3,4-3,8 ГГц работают РЭС радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи.
Мнения экспертов
«Исторически данные частоты использовались для узкополосных
сетей профессиональной подвижной радиосвязи, например, для сетей стандартов
Tetra и DMR, — говорит руководитель проектов компании «Спектрум-менеджмент» Вадим Поскакухин. — Однако стандарты
ограничены по типам сервисов и сейчас на этих частотах есть потребность строить
сети LTE, но для профессионального, а не массового использования. Изначальной
услугой в таких сетях будет push-to-talk (мгновенное соединение между
абонентами и групповой вызов), но ожидаются востребованными и другие услуги,
например, оперативная видеосвязь, групповая передача видео, межмашинные
коммуникации и т. д.».
При этом возможно использование таких сетей LTE как для
предоставления услуг специализированным компаниям, например коммунальным
службам, так и создание выделенных технологических сетей для решения задач по
автоматизации отдельных предприятий, добавляет Поскакухин. «В данных
диапазонах доступны узкие полосы частот и маленькая скорость передачи данных, —
констатирует автор Telegram-канала «За телеком» Михаил Климарев. — С другой стороны, они обеспечивают большую зону
обслуживание, что делает целесообразным использование сетей в данных диапазонах
для интернета вещей».
