Технологическая нейтральность использования радиочастот — международный опыт, положительные и отрицательные аспекты, возможности по внедрению в некоторых полосах частот

Пастух С.Ю.,

Зам. Директора НТЦ анализа ЭМС ФГУП НИИР, к.т.н.

 30.05.2014

Общие сведения о технологической нейтральности использования радиочастот

 

Технологическая нейтральность использования радиочастот является комплексным термином, который не имеет строгого определения на международном уровне. Определение технологической нейтральности использования радиочастот отсутствует в Международном Союзе Электросвязи. Основная причина этого заключается в том, что технологическая нейтральность использования радиочастот используется на национальном уровне при регулировании использования отдельных полос радиочастот.

Под технологической нейтральностью использования радиочастот понимается возможность оператора применять в конкретной полосе радиочастот,  выделенной какому-либо оператору, ту или иную радио технологию без получения дополнительных специальных разрешений со стороны регулятора на отдельную технологию. При реализации технологической нейтральности использования радиочастот в процессе регулирования использования спектра выделяют две условных составляющих юридическую и технологическую:

  • Юридическая составляющая заключается в исключении из лицензионных требований радиотехнологии, с использованием которой осуществляется предоставление услуг. Это позволяет оператору, которому выделена в использование полоса радиочастот, самостоятельно выбирать радио технологию.
  • Технологическая составляющая заключается в определении условий использования полос частот, которые должны обеспечить  некоторый допустимый уровень взаимного помехового влияния между сетями различных операторов в общей полосе радиочастот и между системами в соседних полосах частот.

Юридическая составляющая не требует дополнительных пояснений и для ее реализации требуется внесение изменений в законодательную базу обеспечивающую выдачу соответствующих лицензий.

Технологическая составляющая может быть реализована различными методами, что обусловлено многообразием физических эффектов при возникновении помехового влияния между РЭС, а также сложностью законов распространения радиоволн и алгоритмов работы радиооборудования. Именно технологическая составляющая требует отдельного рассмотрения и согласования в рамках регулирования радиочастотного спектра при реализации технологической нейтральности.

Наибольшее развитие применение технологической нейтральности использования радиочастот на данный момент существует в странах ЕС. Классификация методов реализации технологической нейтральности использования радиочастот представлена в Отчете CEPT 19 «Минимальные технические требования в полосах частот при внедрении концепции WAPECS», который был разработан в  интересах Европейской Комиссии в 2007 году. В этом Отчете представлены  6 методов:

Метод 1: Определение для полосы радиочастот перечня возможных технологий (стандартов) и условий их использования

Метод 2: Маски излучений передатчика (BEM).

Метод 3: Маски плотности потока мощности (PFD).

Метод 4: Маски спектральной плотности передатчиков (PSD)

Метод 5: Смешанный подход

Метод 6: Метод определения пространственно-частотной области

Из вышеперечисленных методов на практике нашли применение только два метода: на основе перечня технологий и на основе масок излучения передатчика — BEM. Другие методы не получили развития в качестве законченной нормативно-правовой базы для введения принципа технологической нейтральности использования радиочастот.

Метод на основе масок излучения передатчика (как правило, это маска допустимого уровня ЭИИМ в основной и соседней полосе радиочастот см. рис.1) предполагает указание единых технических условий использования полосы радиочастот  для всех возможных технологий.

BEM

В настоящее время маски BEM разработаны и включены в нормативные документы Европейской Комиссии применительно к сетям подвижной службы в полосах радиочастот 800 МГц, 2100 МГц, 2600 МГц и 3500 МГц.
В полосах частот 900 МГц и 1800 МГц оказалось невозможным определить маски BEM из-за нелинейного характера воздействия узкополосных помех от сетей GSM на широкополосные приемники UMTS и LTE. В результате задание единых технических условий для всех возможных технологий не могло гарантировать возникновение помех. В связи с этим для диапазонов радиочастот 900 МГц и 1800 МГц для реализации технологической нейтральности был использован метод на основе перечня технологий. При этом условия использования полос радиочастот определяются для каждой технологии и распространяются на всех операторов.
Каждый из представленных выше методов имеет свои недостатки и достоинства.

Международный опыт внедрения технологической нейтральности

Наибольший опыт применения технологической нейтральности в качестве метода управления радиочастотным ресурсом накоплен в странах Евросоюза, в которых и зародилось понятие технологической нейтральности использования радиочастот. На рис.2 отражены результаты исследований технологически нейтрального использования полос радиочастот в странах ЕС проведенных в 2007-2014 годах. На основе полученных результатов были разработаны Решения ECC и EC по технологической нейтральности использования различных полос радиочастот системами подвижной и фиксированной связи.

Первоначальный опыт внедрения технологической нейтральности на основе маски BEM был получен в полосе частот 3400-3800 МГц еще до формирования общих принципов внедрения технологической нейтральности в Отчете CEPT 19. В самом отчете CEPT 19 была определена BEM только для полосы частот 2500-2690 МГц. В последующих отчетах CEPT и ECC, посвященных разработке обязательных технических требований, позволяющих избежать вредных помех, были также проанализированы полосы 790-862 МГц, 880-960 МГц, 1710-1880 МГц, 1920-1980/2110-2170 МГц и 1452-1492 МГц. Помимо указанных на рис.2 полос частот в настоящее время также завершаются исследования по определению технических условий на основе маски BEM для полос частот 694-790 МГц и 2300-2400 МГц.

Несмотря на то что во многих из данных работ в качестве модели технических требований использовалась BEM, методы определения значений BEM в каждой полосе имели свои особенности, что связано с различными системами, работающими в указанных выше диапазонах и в соседних полосах частот. По этой причине во многих случаях детальные исследования по определению BEM были сопряжены с разработкой уникальных методик анализа ЭМС для конкретного диапазона частот и защищаемых в соседних полосах частот систем. Стоит отметить, что маски BEM предполагают отсутствие других РЭС в полосе частот оператора в рамках лицензионной территории и сфокусированы на защите от помех систем в соседних каналах или полосах частот. При этом условия совмещения в рамках соседних лицензионных территорий и между странами обычно регламентируется рекомендациями ECC по приграничной координации.

Помимо этого, во всех отчетах отмечается необходимость уточнения масок BEM при внедрении совершенно новых технологий. Так, первоначальные маски BEM для диапазона 3400-3800 МГц были признаны неадекватными для подвижной связи, т.к. изначально разрабатывались для фиксированного беспроводного доступа. В результате новых более детальных исследований в Отчете ECC 203 и Отчете CEPT 49 были сформированы новые маски для современных систем мобильного широкополосного доступа в полосе частот 3400-3800 МГц.

2

Важным аспектом подхода с маками BEM является то факт, что использование масок BEM не обеспечивает гарантию отсутствия помех во всех случаях, а лишь обеспечивает их минимизацию до определенного уровня. Более того, маски BEM в соседних полосах частот могут быть жестче, чем возможности стандартного оборудования, что может потребовать использования защитной полосы частот.
На рис.3 показаны возможные способы выполнения требований маски BEM оператором для различных случаев:
а) выполнение требований маски BEM обеспечивается путем использования оборудования с требуемыми спектральными характеристиками;
б) — использование защитной полосы частот для оборудования, которое не соответствует требованиям маски BEM.
в) путем дополнительных фильтров, либо снижения мощности в основной полосе частот
г) операторы, использующие соседние блоки частот самостоятельно договариваются о снижении требований маски BEM по сравнению с установленными пределами.

3

Наконец стоит отметить, тот факт, что маски BEM не во всех случаях могут решить проблемы ЭМС не только по причине недостаточно жесткого уровня внеполосных излучений, но и из-за наличия проблем, обусловленных недостаточной селективностью приемников систем, работающих в соседних полосах частот. В таких случаях в лицензии операторов мобильного широкополосного доступа могут включаться требования по исключению возможных помех приемникам в соседних полосах частот за счет операторов. Так в диапазоне 800 МГц в случае возникновения помех операторы широкополосного доступа обязаны их устранить, например, путем установки фильтров на приемники телевизионного вещания, работающих на каналах ниже 790 МГц. Несмотря на то, что такие требования по установке фильтров касаются только приемников ТВ вещания, затронутых помехами, в некоторых европейских странах, где развито эфирное вещание, количество устанавливаемых фильтров может достигать до нескольких процентов домохозяйств.

Кроме того, опыт использования масок BEM показал, что методы измерения масок и соответственно контроль их выполнения операторами является достаточно сложной задачей. При этом можно отметить, что до настоящего времени отсутствует опыт практического контроля выполнения операторами масок BEM. Однако разработана Рекомендация ECC по их измерению которая имеет ряд ограничений и не всегда может быть использована.

Перспективы развития технологической нейтральности в РФ

Как было показано выше, наиболее широко проработаны два основных метода описания технологической нейтральности: на основе перечня технологий и на основе спектральных масок BEM (масок спектральной ЭИИМ). И хотя первый метод с описанием технологий и условий совмещения между ними не считается в полной мере технологически нейтральным, данный метод уже частично реализован в РФ и согласуется с существующей нормативно-правовой базой. Поэтому данный метод также рассматривается в качестве принципа внедрения технологической нейтральности использования радиочастот. Метод на основе маски BEM, хотя и является полностью нейтральным требует более существенного пересмотра всей системы управления радиочастотным спектром, имеет ряд существенных ограничений. Ниже приведено описание данных методов с точки зрения возможности внедрения в РФ.

Метод на основе перечня технологий

Традиционный метод с указанием перечня технологий и условий для них хорошо согласуется с принципом разработки норм частотно-территориальных разносов, использовавшийся в РФ уже многие годы. Более точное описание всех технологий также согласуется со значительным парком РЭС военного и правительственного назначения, для которых условия совместимости не специфицируются силовыми ведомствами в общем виде. При использовании такого метода можно говорить о том, что в РФ уже существуют примеры технологической нейтральности. Так технологическая нейтральность в РФ уже введена, например, в диапазоне 1800 МГц решением ГКРЧ №13-22-02 от 11 декабря 2013 г. и расширением лицензий операторов. Существуют также и другие диапазоны частот, в которых в той или иной мере введены принципы технологической нейтральности на основе перечня технологий.

По результатам научно-исследовательских работ возможность и условия применения различных радиотехнологий в диапазоне 1800 МГц закреплялась соответствующими решениями ГКРЧ, в частности для радиотехнологий GSMи LTE. Оператор вправе применять РЭС любого из указанных стандартов при выполнении условий, определенных соответствующими решениями ГКРЧ. Если говорить о ключевом элементе реализации принципа технологической нейтральности на основе перечня технологий, то в решениях ГКРЧ закреплены условия частотного разноса между сетями различных технологий для операторов в соседних полосах частот. В таблице 1 приведена выдержка данных условий из решений ГКРЧ №13-22-02 от 11 декабря 2013 г., описывающая частотные разносы между LTEи GSM. Частотный разнос между сетями GSMв виде одного защитного частотного канала 200 кГц был определен еще на этапе внедрения GSM. Стоит отметить, что в диапазоне 1800 МГц отсутствует разрешенная технология UMTS1800 (существует только решение ГКРЧ 2009 года для МО), что формально снижает полноту такого решения. Однако с учетом фактического внедрения в диапазоне 1800 МГц только оборудования стандарта LTEи его последующих модификаций в виде LTE-Advancedданное упущение не снижает гибкости операторов по использованию диапазона 1800 МГц.

Tablica-1

Исходя из необходимости указания перечня технологий во всех диапазонах частот мобильного широкополосного доступа, в таблице 2 проанализирована текущая ситуация с внедрением технологической нейтральности в этих диапазонах частот. В данной таблице приведены полосы частот, действующие технологии, внедряемые технологии в краткосрочной и долгосрочной перспективе, а также статус решения задач по реализации принципа технологической нейтральности.

Tablica-2

Таким образом, можно видеть, что задача внедрения технологической нейтральности стоит только для нескольких полос частот. Так стоит задача внедрения технологии LTE/LTE-Advanced в диапазоне 900 МГц и 2100 МГц, но пока отсутствует существенный рынок терминалов для LTE900 и LTE2100. Внедрение технологии LTE/LTE-Advanced также рассматривается для диапазонов 450 МГц и 3500 МГц.

Метод на основе спектральных масок BEM

Метод технологически нейтрального регулирования на основе масок BEMтребует существенного пересмотра действующей практики описания условий использования полос частот. Для более наглядного понимания разницы в описании условий использования полос частот в таблице 3 продублированы технические требования в диапазоне 2300-2400 МГц согласно решению ГКРЧ. Решение ГКРЧ фактически реализует метод на основе перечня технологий и разрешает внедрение MobileWiMAX и LTE/LTE-Advance. Однако, с точки зрения метода на основе маски BEM ряд параметров ограничивает возможность внедрения новых технологий. В таблице 3 отмечены те элементы, которые не являются технологически нейтральными.

Tablica-3

Технологически нейтральным можно признать только тип дуплекса, который необходим для выработки маски BEM, и общие требования по побочным излучениям. Можно также считать технологически нейтральными требования по максимальной ЭИИМ в полосе частот оператора, но для маски BEM они должны быть нормированы относительно какой-то полосы частот, например 5 МГц.

Для сравнения в таблицах 4-6 приведено описание маски BEM для диапазона 2300-2400 МГц, которую планируется принять в странах Европы в ближайшее время. Помимо этого, маска BEM также включает ряд и других элементов для описания принципов ее применения, которые не приводятся в рамках данного документа.
Как видно из таблиц, все описание масок BEM сводится только к указанию уровней спектральной ЭИИМ в различных участках диапазона 2300-2400 МГц и в соседних полосах частот в зависимости от размещения операторского блока частот.

Tablica-4-5-6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Переход к реализации технологической нейтральности с использованием масок BEM означает, что регулятор должен отслеживать только выполнение маски BEM, граничных условий на границе страны или лицензионной территории и не осуществлять детальной экспертизы ЭМС. Это можно реализовать только при условии выделения оператору практически свободного от других РЭС частотного ресурса.

Таким образом, технологическое нейтральное описание использования полос частот на основе маски BEM целесообразно использовать в тех диапазонах частот, где отсутствуют РЭС других назначений или технологий, территориальные ограничения от которых невозможно вписать в формат описания лицензионной территории. В частности, в РФ использование масок BEM будет затруднительно в тех полосах частот, где присутствуют РЭС военного назначения, к которым относятся все полосы частот используемые в настоящее время для систем мобильного широкополосного доступа.

                                                                                                                                                                                                    

Сноски:

Таблица 1  — Минимальный частотный разнос между номиналами центральных (средних) частот сигналов сетей стандартов GSM и LTE различных операторов связи[1]

[1] в рамках сетей GSM и LTE, принадлежащих одному оператору связи, минимальные частотные разносы между каналами GSM и LTE определяются этим оператором связи.

Таблица 3 — Максимальная мощность передатчика, дБВт
(суммарная мощность передатчиков в конфигурации MIMO*)

* сеть связи беспроводного доступа в конфигурации MIMO (MultipleInputMultipleOutput) предусматривает возможность использования нескольких передатчиков с собственными антеннами и нескольких приёмников с собственными антеннами.

Таблица 5 — -36[1]дБм/5 MГц ЭИИМ на одну соту

[1] Это значение основано на сценарии, включающем все классы базовых станций (макро, микро, пико и фемто). В более ограниченном сценарии может быть установлено менее жесткое значение для некоторых классов БС.