Проблемы радиочастотного обеспечения современных инфокоммуникационных технологий

Как следует из представленного выше обзора, вплоть до недавнего времени повышение скорости и объема информации достигалось посредством разработки новых технологий, занимающих все более высокие участки электромагнитного спектра. Платой за улучшение перечисленных показателей связи при этом становилось уменьшение радиуса действия аппаратуры связи, работающей на более высоких частотах, что связано с особенностью распространения электромагнитных волн различной длины. Длинные волны (ДВ-диапазон), освоенные в начальный период развития радиосвязи, могли огибать земной шар; микроволны (УКВ-диапазон), обладающие большим затуханием, были доступны в зоне прямой видимости; беспроводная оптическая связь (инфракрасный и световой диапазоны) способна действовать не просто на небольших расстояниях, а только в исключительно хороших погодных условиях (без дождя и туманов).

Наиболее наглядно проблема уменьшения дальности с увеличением частоты проявилась при освоении радиочастотного спектра технологиями мобильной связи. Сети 2G/GSM работали на частотах 900 МГц, 1800 МГЦ, под сети 3G/HSPA был выделен диапазон 2 ГГц, сети 4G (в том числе LTE и мобильный WiMAX ) вынуждены были осваивать еще более высокий диапазон 2,6 ГГц. С одной стороны в более высокочастотном диапазоне (например, 2,5 – 2, 7 ГГц) можно разместить втрое больше каналов связи, чем в диапазоне 800-900 МГц, но для обеспечения сплошного покрытия с целью обеспечения качества связи необходимо и втрое увеличить количество сот и, соответственно, базовых станций. Цена таких проектов с учетом развития наземной кабельной инфраструктуры и увеличения количества базовых станций возрастает, что повышает стоимость новых инфокоммуникационных услуг и негативно сказывается на доступности связи.

Несколько ослабить напряженность проблемы работы мобильных систем в высокочастотной области (но не решить ее!) может применение операторами связи фемтосот – компактных базовых станций, устанавливаемых в местах с проблемным покрытием, например, внутри зданий, и подключаемых через сеть широкополосного доступа к базовой сети мобильного оператора.

Таким образом, сегодня на пути превращения мобильного телефона в современное универсальное средство персональной связи для общения, работы и развлечений, стоит серьезная проблема, заключающаяся в необходимости понижения рабочих частот и возврата новых технологий (в частности LTE) в более низкие радиочастотные диапазоны (450 – 1800 МГц). Например, развитие LTE на частоте 1800 МГц в среднем на 60% экономичнее, чем строительство сетей в высокочастотных диапазонах. Использование более низких частот позволяет сократить время выхода технологии LTE на рынок и ускорить его развитие. В еще более выгодном положении окажутся те компании, которые смогут провести рефарминг для нижних частот 800-900 МГц, где развертывание сетей LTE в несколько раз дешевле, чем в диапазонах выше 2 ГГц. Под рефармингом (переиспользованием) частот понимается согласованное с администрацией связи (регулятором) занятие частот, ранее выданных другим радиослужбам. Все в мире понимают, что для мобильной связи необходимо освобождать частоты, занимаемые сегодня другими радиослужбами.

Положение усугубляется тем, что для того, чтобы новые инфокоммуникационные технологии могли развиваться, им надо выискивать не просто отдельные частоты, а достаточно большие по ширине сплошные участки спектра. За примером вновь обратимся к сотовой мобильной связи. Для голосовой сотовой телефонии поколения 2G необходимая непрерывная ширина полосы частот составляла величину порядка единиц и даже долей мегагерца. Для широкополосного доступа эта величина возросла до десятков мегагерц. Например, в действующей на практике технологии LTE (вплоть до релиза 8) требуемая ширина полосы может варьироваться от 1,4 до 20 МГц, причем, чем выше требуемые скорости обмена, тем, естественно, шире требуемая полоса. При переходе к 4G в виде LTE-Advanced потребуются полосы уже в 30 МГц, причем расположенные парами с определенным разносом по частоте. Организация таких каналов требует серьезной перепланировки уже выделенных диапазонов.

Эти вопросы в деятельности международных организаций в последние годы являются приоритетными. Все понимают, что в предстоящие годы потребность в частотном спектре для удовлетворения спроса на современные инфокоммуникационные услуги от мобильной связи («телефонистов») и цифрового телерадиовещания («радистов») будет расти в геометрической прогрессии.

С целью наиболее эффективного использования частотного спектра на Региональной конференции по планированию цифрового телевизионного и звукового вещания (Женева, 2006 г.), проходившей под эгидой Международного союза электросвязи, было решено перераспределить в пользу новых ИКТ освобождающиеся при переходе от аналогового к цифровому вещанию участки спектра. Такая возможность появилась благодаря тому, что для передачи одинакового количества программного контента в цифровом формате требуется в несколько раз меньшее количество частотного ресурса: в одном телеканале может передаваться до 8–9 телепрограмм. В результате, появилось понятие «цифровой дивиденд», под которым обычно подразумевается некоторая часть радиочастотного спектра в диапазонах 174–230 МГц и 470–862 МГц, освобождающаяся при переходе от аналогового к цифровому вещанию.

Задумывалось, что освобождающиеся частоты могут быть использованы многими радиослужбами, в том числе и службами телерадиовещания, которых потеснили на частотной шкале, для предоставления новых инфокоммуникационных услуг. Практически, приоритет последующими решениями международных организаций и национальных регуляторов был отдан мобильным сетям с ШПД. На Всемирной конференции радиосвязи в 2007 г. для стран Района 1 (Европа, СНГ и Африка) в полосе спектра 790–862 МГц (т. н. «цифровой дивиденд 1») мобильные частотные присвоения получили первичный статус (с 17 июня 2015 года) наряду с присвоениями для телевизионного вещания. В России решением ГКРЧ от 8 сентября 2011 г. полоса частот 790–862 МГц («цифровой дивиденд 1») была определена для создания сетей связи в стандарте LTE, и в том же решении частоты, подпадающие под «цифровой дивиденд 2», были признаны «перспективными» для дальнейшего развития LTE.

На Всемирной конференции радиосвязи 2012 г. было решено рассмотреть в 2015 г. распределение полосы частот 694—790 МГц для подвижной радиослужбы на первичной основе и для систем мобильной связи в странах Района 1 совместно с радиовещательной службой, что должно позволить гармонизировать использование полосы частот 694—790 МГц системами мобильными телекоммуникациями на глобальной основе. Это распределение также будет действовать на совместной первичной основе с существующими распределениями (т. н. «цифровой дивиденд 2»).

На очереди у международных организаций рассмотрение вопросов эффективного использования различными радиослужбами полос частот, распределенных радиовещательной службе в дециметровом диапазоне (470—862 МГц).

После принятия в 2015 г. решения об условиях использования «цифрового дивиденда 2», как подвижной, так и вещательной службой, наступит время трудного выбора у национальных администраций связи, в том числе и России. С одной стороны в странах с большой территорией и низкой плотностью населения высока социальная значимость телерадиовещания, с другой стороны – мобильная персонифицированная связь признана приоритетным направлением на пути движения к глобальному информационному обществу. Каким пользователям отдать предпочтение – это вопрос не только государственной политики в сфере инфокоммуникаций и средств массовой информации, но и технологических перспектив. Как говорят и пишут специалисты, «потребности и возможности «телефонистов» и «радистов» в частотном спектре сформулированы еще нечетко, истина часто глубоко скрыта в амбициозных концепциях, маркетинговых лозунгах и рекламе».

Все наслышаны о мобильном телевидении, но по опросам половина всех российских пользователей отмечает, что столкнулись с негативным опытом, полученным при просмотре видео с мобильных устройств. По данным исследований российских сотовых сетей в декабре 2013 года 37% всего видео, передаваемого в сетях 3G, зависало при просмотре и требовало повторной буферизации. В сетях 3G РФ более 16% всего видео передается с битрейтом 300 кбит/с и менее, а для комфортного просмотра видео в формате HD требуется пропускная способность от 1,5 до 3 Мбит/с. Чтобы качество услуг мобильного ШПД росли, необходимо инвестировать средства в модернизацию сетей мобильной связи и наземную оптическую инфраструктуру, построенную на принципе All-IP. Готовы ли на деле мобильные операторы к этому?

Не меньшими проблемами, связанными с необходимостью огромных капитальных вложений, учитывая размеры нашей страны, обременено телерадиовещание. Тем не менее, со стороны «вещателей» предлагаются новые услуги в рамках концепции многофункционального цифрового ТВ-вещания. В отличие от традиционных двух форм «телесмотрения» — домашнего и мобильного, когда получателем осуществляется исключительно индивидуальный выбор предпочитаемой им видеоинформации, вводится понятие «ТВ-вещание в видеоинформационных системах (ВИС)». Новая модель ТВ-тракта направлена на массовую интерактивную 2D/3D-экранизацию, включающую ТВ-вещание, ВИС и другие видео- и аудио-средства, совместно с мобильной связью, Интернетом, ШПД и всемирным информационным роумингом с высочайшим качеством ТВ-изображений на экранах крупных размеров. Реализация такой амбициозной концепции возможна только при условии доступа к «цифровым дивидендам».

Учитывая вышеизложенное, специалисты предвидят, что основные баталии по доступу к «цифровому дивиденду 2» между «телефонистами» и «радистами» развернутся после 2016 – 2017 гг.

Третий серьезный конкурент в «цифровом дивиденде 2» - профессиональная мобильная радиосвязь, которая в свое время на базе стандарта TETRA объединила все голосовые экстренные службы, а сейчас работает над единым стандартом (голос и данные) на основе LTE. Профессиональные LTE-системы уже получили общепринятое обозначение PPDR (Public Protection and Disaster Relief – обеспечение общественной безопасности и оказание помощи при бедствиях). На международном уровне в настоящее время рассматривается два диапазона для сетей PPDR – 400 МГц и 700 МГц. Ассоциация TCCA (TETRA & Critical Communication Association) выступает за 700 МГц как единое гармонизированное мировое решение, которое позволит снизить стоимость оборудования. Катастроф, терактов и несчастных случаев в мире все больше и системам общественной безопасности уделяется все большее внимание, что делает реальной перспективу выделения под службу PPDR полосы шириной не менее 2х10 МГц в диапазоне 700 МГц.