Доклад генерального директора НИИ Радио В.В. Бутенко: «Современные тенденции развития радиотехнологий»

ДОКЛАД
на XIV Всероссийском форуме
«Нормативно — правовое регулирование использования радиочастотного спектра и информационно-коммуникационных сетей»
(Ялта, 23-25 сентября 2014 года)

Тема доклада: «Современные тенденции развития радиотехнологий»
Докладчик: Бутенко Валерий Владимирович, Генеральный директор ФГУП НИИР

 

Глобальное использование радиотехнологий

Радиотехнологии в наше время столь разнообразны, что охватить все направления и тенденции их развития в одном докладе не представляется возможным. Регламентом радиосвязи определено более 30 радиослужб и в каждой из них можно выделить свои тенденции и особенности развития.

1Тем не менее, развитие радиотехнологий практически всегда ведет к увеличению потребностей в радиочастотном ресурсе и освоению новых радиочастотных диапазонов. Переход на цифровые и широкополосные сигналы позволяет увеличить скорость передачи информации для связных служб, повысить качество передаваемой информации для вещательных служб и повысить точности определения местоположения и разрешающую способность для служб радиоопределения.

В докладе я остановлюсь только на тех радиослужбах, в которых развитие радиотехнологий требует выделения дополнительного частотного ресурса. Такие службы можно легко определить, если проанализировать подготовку к Всемирной конференции по радиосвязи 2015 года, которая призвана своевременно реагировать на развитие существующих и появление новых радиотехнологий путем выделения необходимого для них частотного ресурса.

 

Перспективные направления развития

2

В докладе представлены тенденции развития радиотехнологий для некоторых радиослужб:

  • Системы сухопутной подвижной службы — широкополосные системы связи общего пользования (IMT ADVANCED) и широкополосные системы для связи в чрезвычайных ситуациях (Broadband PPDR);
  • Системы воздушной подвижной службы — непосредственная связь Борт-Земля (DA2GC) и беспроводные бортовые коммуникации (WAIC);
  • Системы морской подвижной службы — морские коммуникации для передачи данных в ОВЧ диапазоне радиочастот (VDES);
  • Системы радиолокационной службы — Интеллектуальные транспортные системы (ITS);
  • Системы спутниковых служб: пико и нано спутники.

 

IMT ADVANCED — Системы широкополосной связи будущих поколений

3Развитие стандартов подвижной связи идет по пути обеспечения все более высоких скоростей передачи данных, повышения устойчивости и качества связи и значительного расширения предоставляемых услуг. При этом растет как ширина канала, так и общие потребности в радиочастотном спектре.

За последние 20 лет сети подвижной связи прошли очень длительный путь, который во многом проходил под эгидой МСЭ-R в рамках развития систем IMT. За это время в МСЭ-R создавались требования для каждого нового поколения сетей, а также вырабатывался консенсус по конкурирующим стандартам связи. Путь от аналоговых и первых цифровых систем до текущих концептуальных взглядов на поколение 5G или системы IMT-2020 показан на слайде.

В начале 2012 года, МСЭ-R приступила к реализации программы по разработке систем IMT которые должны появиться к 2020 году и стать основой дальнейшего развития сотовой связи. Причем сети IMT-2020 будут являться объединением эволюции существующих сетей LTE-Advanced, сетей нового или даже нескольких новых радиоинтерфейсов, а также плотной интеграцией с другими радиоинтерфейсами, например, такими как Wi-Fi.

Уже для существующих сетей IMT-Advanced, а также для их эволюции ощущается нехватка радиочастотного ресурса, которую планируется рассмотреть на ВКР-15. Для новых сверхширокополосных радиоинтерфейсов IMT-2020 рассматривается возможность выделения дополнительных новых диапазонов частот выше 6 ГГц, но уже на ВКР-18.

4

Следует отметить, что вопросы обеспечения сетей сухопутной подвижной связи IMT являются актуальными уже более 20 лет. Первые распределения подвижной службе для таких применений состоялись еще в 1992 году в диапазонах 1900 МГц и 2100 МГц. Каждая вторая последующая Конференция принимала решения, которые не только значительно увеличили объем выделенного спектра для подвижной службы, но и существенно расширили диапазон радиочастот, распределив как более низкие диапазон 450 МГц и 800 МГц, так и более высокий диапазона 3600 МГц. А сегодняшний спрос на мобильный широкополосный доступ, скорее всего, приведет к тому, что вопрос нового спектра для систем IMT будет рассматриваться две Конференции подряд.

 

5

При подготовке к всемирным конференциям радиосвязи администрация связи России оценивает потребность в радиочастотном спектре для систем подвижной  связи в 2020 году в 1065 МГц, что примерно на 35% больше выделенного в настоящее время.

В рамках п.1.1 ВКР-15 по вопросу дополнительного распределения спектра для IMT и широкополосного беспроводного доступа рассматривается более 20 диапазонов частот. Для систем IMT ВКР-15 может распределить отдельные  полосы частот в диапазоне 470-6425 МГц, указанные на слайде, но проведенные исследования во многих полосах частот показали невозможность обеспечения ЭМС.

В рамках исследования потенциала использования систем IMT-2020 для формирования нового пункта повестки ВКР-18 рассматривают и такие высокие диапазоны как 10 ГГц, 28 ГГц, 60 ГГц и даже выше.

 

Broadband PPDR — широкополосные системы связи в чрезвычайных ситуациях и при бедствиях

Эволюция и сценарии развития сетей PMR

6Отдельным сегментом подвижной связи является профессиональная подвижная радиосвязь (PMR), включая связь в интересах общественной безопасности и оказания помощи при бедствиях (PPDR). В настоящее время цифровые системы типа TETRA, ARCO 25 и DMR пользуются большой популярностью у частных и государственных специальных служб. Тем не менее, они не отвечают современным требованиям по обмену «тяжелым» контентом, таким как передача видео в реальном времени, а также быстрая передача файлов большого объема и доступ к ведомственным базам данных. Растущие потребности профессиональных пользователей потребуют построения широкополосных сетей.

В среднесрочной перспективе сети узкополосной связи будут дополнены, а в долгосрочной и заменены, сетями стандарта LTE — как наиболее перспективного стандарта для профессиональной широкополосной подвижной связи. Стандарт LTE позволит экстренным службам использовать не только телефонию, но и целый ряд дополнительных услуг необходимых в профессиональной связи. До момента достижения полного охвата территории сетями LTE и обеспечения сопоставимой надежности связи  будет наблюдаться сосуществование технологий TETRA и LTE.

 

Потенциальные кандидатные полосы для широкополосного PPDR по регионам

7В настоящее в рамках подготовки к ВКР-15 (пункт 1.3 повестки дня) в МСЭ ведется работа по определению диапазонов для  будущих широкополосных систем PPDR и оценки потребностей в спектре для подобных систем. По предварительным оценкам минимальные потребности в спектре для широкополосных сетей PPDR составляют 20 МГц, при этом дальнейшее развитие систем PPDR может потребовать до 70 МГц. Частотный ресурс для профессиональных сетей широкополосной подвижной связи стандарта LTE будет определен на международном уровне не ранее конца 2015 г.

В ряде стран (США, Канада, Австралия, ОАЭ) на национальном уровне уже выделен частотный ресурс для построения широкополосных профессиональных сетей в стандарте LTE. При этом все существующие профессиональные устройства с поддержкой LTE (смартфоны, планшетные ПК, модемы) используют различные частотные планы в диапазоне 700 МГц. Однако в последние время  стали появляться и устройства, рассчитанные на использование диапазона 400 МГц.

С учетом сложности обеспечения значительным частотным ресурсом выделенных сетей LTE активно рассматривается вопрос обслуживания специальных пользователей в приоритетном порядке в рамках коммерческих сетей LTE.

 

WAIC — системы беспроводной бортовой внутренней связи

8Системы WAIC – это системы малого радиуса действия (до 100 м), предназначенные для замены бортовых кабельных систем при сохранении требуемого уровня безопасности полетов. По оценкам около 30% кабельных систем воздушного судна могут быть замены на системы WAIC. Так, например, для аэробуса A380-800 применение системы WAIC может привести к снижению веса служебных систем порядка 2 тонн. Основная цель систем WAIC — обеспечить снижения веса служебных систем воздушного судна, экономию топлива и как следствие повысить экономическую эффективность полетов.

С учетом трансграничного характера авиаперевозок для внедрения и использования систем WAIC необходим глобально гармонизированный радиочастотный спектр. В МСЭ-R в настоящее время данный вопрос рассматривается в рамках пункта 1.17 на ВКР-15. По результатам проведенных исследований предлагается использовать для систем WAIC полосу радиочастот 4200-4400 МГц в рамках распределения воздушной подвижной службы на маршруте (ВПС(R)).

 

DA2GC — системы непосредственной связи борт — Земля

Развитие систем DA2GC в США, Канаде и Китае

9Наряду с услугами предоставления высокоскоростной передачи данных на поездах рассматриваются различные технические возможности для предоставления доступа к сети Интернет пассажирам, совершающим авиаперелеты.

До настоящего времени коммерческая связь с самолетами осуществлялась исключительно через спутник. Однако на протяжении уже нескольких лет в ряде стран развернута альтернативная технология: наземная сеть, в которой самолет связывается непосредственно с ближайшей наземной базовой станцией для обеспечения подключения пассажиров к сети Интернет. Использование наземной сети показывает ряд преимуществ по сравнению с использованием связи через спутник.

Такая технология на основе стандарта CDMA EV-DO уже используется в США и Канада в диапазоне 800 МГц, а в настоящее время планируется ее дальнейшее развитие в диапазоне 2.3 ГГц. Китай также ведет тестирование возможностей применение стандарта LTE TDD в диапазоне 1800 МГц. На сегодняшний момент построена тестовая сеть с использованием 17 базовых станций оператором China Telecom на линии Пекин-Ченду.

 

DA2GC — системы непосредственной связи борт — Земля

Развитие систем DA2GC в Европе

10В Европе выбор диапазона частот для таких систем еще не завершен. С учетом проводимой администрацией связи России политики гармонизации использования радиочастотного спектра с европейскими странами вопросы применения системы связи DA2GC на российских воздушных трассах являются крайне актуальными. Изначально для данной системы были определены порядка 10-ти кандидатных полос частот в диапазоне от 790 МГц до 6 ГГц.  На сегодняшний момент работа групп в рамках СЕРТ находится в завершающей стадии.

Исследования показали, что для внедрения данной технологии необходимо 20 МГц радиочастотного спектра. Определены два диапазона частот: 1900-1920 МГц / 2010-2025 МГц и 5855-5875 МГц. Следует отметить, что на данный момент в Европе нет единого мнения по вопросам использования той или иной полосы частот и технической реализации для организации единой панъевропейской системы. Тем не менее, планируемые сроки выделение радиочастотного спектра – середина 2015 года, а начало коммерческой эксплуатации 2017 год.

 

VDES — морские коммуникации для передачи данных в ОВЧ диапазоне

11В морской подвижной службе развитие радиотехнологий идет в направлении цифровизации, при этом уделяя особое внимание вопросам безопасности навигации. Внедрение новых технологий должно обеспечивать новые возможности в передачи данных, но при этом минимально затрагивать существующие системы, обеспечивающие безопасность. Морским сообществом была предложена концепция комплексной системы обмена данными в ОВЧ диапазоне — VDES. Система включает наземный и спутниковый сегменты. Наземный компонент позволяет осуществлять связь между судном и берегом только в пределах зоны покрытия береговой станции (20-30 км), а спутниковый  компонент позволит преодолеть данные ограничения, что особенно актуально для северного морского пути и освоения Арктики.

Использование спутниковой связи на линии «вниз» – это эффективное  средство доставки информации в широковещательном режиме (например, информации о погодной или ледовой обстановке для серверных широт) большому числу судов находящихся в зоне покрытия спутника. Дополнительно, линия «вверх» позволит обеспечить канал обратной связи с судном из недоступных для наземной инфраструктуры районов.

 

VDES — морские коммуникации для передачи данных в ОВЧ диапазоне

Дорожная карта по внедрению систем VDES

12Данная система может стать драйвером в развитии систем электронной навигации и процесса развития Глобальной морской системы связи при бедствии и безопасности (ГМСББ), что будет являться одной из задач на ВКР-19. Дорожная карта развития данных систем и деятельности вовлеченных международных организаций представлена на слайде.

В части работы МСЭ стоит отметить, что регламентные аспекты системы VDES являются предметом рассмотрения ВКР-15 в рамках пункта 1.16 повестки дня. Рассмотрение регламентарных мер, включая распределение дополнительного спектра, для содействия модернизации ГМСББ и реализации электронной навигации – предмет рассмотрения ВКР-19.

 

ITS — интеллектуальные транспортные системы

13Интеллектуальные транспортные системы (ИТС) – это название, которое часто используют описания очень сложных и зачастую очень современных систем, призванных улучшить ситуацию на дорогах. Эти системы охватывают машины и водителей, пассажиров и дорожных операторов, которые взаимодействуют друг с другом, а так же связаны с очень сложной системой магистральной инфраструктуры. В системах ITS радиотехнологии используются для беспроводной передачи данных от автомобиля, а также для обеспечения данными системы управления, полученными как от транспортных средств (радары, радио идентификационные метки, инфракрасные камеры и камеры видимого диапазона), так и от инфраструктурных элементов (радаров, камер, считывателей меток, а также индукционных датчиков и датчиков давления, установленных на или рядом с дорогой).

 

ITS — интеллектуальные транспортные системы: результаты исследований в МСЭ-R

14В МСЭ разработаны Рекомендации МСЭ-R по ряду аспектов реализации ITS, а по ряду других аспектов разработка Рекомендаций находится в завершающей стадии. Для реализации различных функций в системах ITS планируется использовать различные диапазоны частот 5,8 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц и 77 ГГц. Однако окончательный выбор частотных диапазонов еще не завершен. ВКР-15 рассмотрит вопрос о распределении на первичной основе радиолокационной службе в полосе частот 77,5−78,0 ГГц для автомобильных применений, реализуемых в ITS.

 

 

Нано- и пикоспутники: классификация и прогноз запусков

15Быстрота сборки и небольшая стоимость делают малые космические аппараты доступными для многих компаний. Это открывает новый рынок, на котором спрос на космические технологии и сервисы будет формироваться не заказами государств и крупных компаний, а рядовыми пользователями.

Прогнозируется, что в ближайшие годы количество ежегодно запускаемых малых космических аппаратов — КА (с массой до 50 кг) будет составлять от 300 до 400 спутников.

Среди малых КА часто отдельно выделяют нано и пикоспутники (спутники с массой от 100 г до 10 кг) как наиболее востребованные классы малых КА и имеющие наибольший потенциал в будущем.

 

 

Нано- и пикоспутники: области применения, достоинства и недостатки

16В настоящее время нано и пикоспутники в основном используются в области образования, при отработке технологий и проведении научных исследований.

В последующие годы распределение может сильно измениться в связи с появлением коммерчески привлекательных проектов, использующих нано и пико спутники, в различных областях, например в области дистанционного зондирования земли (ДЗЗ).

Стремительное развитие нано и пикоспутников обусловлено относительно малыми сроками их разработки и низкой стоимостью по сравнению с полноценными КА. При этом данные спутники уже сейчас предоставляют разработчикам широкие функциональные возможности.

Ограничивающими использование нано и пикоспутники факторами являются:

  • запуск в качестве попутной полезной нагрузки, так как пока экономически невыгодно осуществлять отдельный запуск, а групповые запуски часто приводят к задержкам по срокам реализации проектов в связи с необходимостью синхронизировать сроки разработки между всеми спутниками группы.
  • ограниченные возможности по управлению орбитой, в связи с тем, что на нано и пикоспутниках, как правило, не используются двигательные установки, хотя такие технологии начали уже появляться.

 

 

Нано- и пикоспутники: использование радиочастотного спектра и регулирование

17Развитие технологий разработки и создания нано и пикоспутников ведет к более интенсивному использованию радиочастотного спектра, а также необходимости пересмотра положений Регламента радиосвязи. В регламенте радиосвязи МСЭ-R пока нет деления спутников по размерам, и соответственно любые полосы радиочастот, распределенные космическим службам, могут использоваться для малых КА, в том числе для нано и пико спутников. Однако при этом к нано и пикоспутникам в равной мере применяются и все требования Регламента радиосвязи.

Нано и пикоспутники в настоящее время используют полосы радиочастот в диапазоне радиочастот 100 МГц – 10 ГГц. В основном, как вы видите на слайде, используются полосы радиочастот выделенные любительской спутниковой службе и научным службам.

При этом разработчиками нано и пико спутников отмечается, что временные и финансовые затраты на выполнение процедур Регламента радиосвязи существенно превышают временные рамки разработки, эксплуатации, а также затраты на создание нано и пико спутников, что тормозит развитие этих радиотехнологий. МСЭ-R в настоящее время изучает данную проблему с целью поиска адекватных регуляторных решений.

В России уже давно проводятся исследования и разработки малых КА многими организациями, в числе которых: МАИ, МГТУ, МЭИ, САКУ, ВИКИ, МГУ, НИИ прецизионного приборостроения, ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, МФТИ, РНИИ космического приборостроения, ИКИ РАН, «Корпорация ВНИИЭМ». В настоящее время приобрели широкую известность также коммерческие компании ДАУРИЯ АЭРОСПЕЙС и СПУТНИКС. Таким образом, вопросы частотного регулирования нано и пико спутников актуальны и для российских разработчиков космической техники.

 

Особенности развития современных радиотехнологий

18В заключение хотелось бы отметить, что в развитие современных радиотехнологий наблюдаются следующие основные тенденции:

  1. В первую очередь это глобальный характер использования и интеграция различных систем во взаимоувязанные сети.
  2. С технологической стороны это применение цифровых широкополосных и сверхширокополосных сигналов, и как следствие увеличение потребностей в радиочастотном спектре и освоение «новых» диапазонов частот.
  3. Не последнюю роль играют сокращение сроков внедрения новых радиотехнологий и увеличение их доступности для пользователей.

Таким образом, новые радиотехнологии вносят существенный вклад в развитие современного информационного общества.

 

Спасибо за внимание.