Спецпроекты

Каких частот не хватает российскому интернету вещей и где их взять

3334
Бизнес Законодательство Телеком Инфраструктура Мобильная связь Интернет Интернет-доступ
Развитие в России беспроводных узкополосных сетей интернета вещей задерживается из-за ограничений на использование частот. Для активного использования сотовых сетей под нужды интернета вещей нужно освободить частоты от эфирного ТВ. А для работы технологий в безлицензируемом спектре частот нужно расширить доступные полосы частот на европейским манер.

Интернет вещей на базе сетей сотовой связи

Как уже сообщал CNews, Минкомсвязи одобрило Концепцию построения и развития узкополосных беспроводных сетей связи интернета вещей в России. Документ разработан рабочей группой при АНО «Цифровая экономика» при участии Минтранса и ФСБ.

Узкополосные беспроводные сети интернета вещей разделены в документе на два типа: работающие в лицензируемых участках радиочастотного спектра и в безлицензируемых. К первому типа относятся технологии, созданные на базе стандартов сотовой связи: EC-GSM, NB-IoT и eMTC (другое название - LTE-eMTC).

EC-GSM создана на базе стандарта второго поколения сотовой связи GSM. Технология использует канал шириной 200 кГц, обеспечивая скорость передачи данных 70 кБит/с или 240 Кбит/с. У технологии присутствует полная мобильность с задержками передачи данных на несколько секунд.

NB-IoT и eMTC работают на базе стандарта четвертого поколения LTE. NB-IoT использует канал шириной 180 кГц, обеспечивая скорость передачи данных 127 кБит/с для скачивания (download) и 15,6 Кбит либо 158 Кбит/с для закачки (upload). У технологии ограниченная мобильность с задержками передачи данных в районе нескольких секунд.

frq976.jpg
Распределение безлицензируемых частот в диапазоне 800 МГц
для беспроводных узкополосных сетей интернета вещей в России и в Европе

eMTC использует шесть ресурсных блоков шириной по 1,08 МГц в канале шириной от 5 МГц. Технология обеспечивает скорость передачи данных в районе 1 Мбит/с. У технологии полная мобильность с задержками передачи данных на миллисекунд.

Таким образом, NB-IoT ориентирована на решения с максимальной дальностью, малой скоростью передачи данных и большой энергоэффективность. В свою очередь eMTC обеспечивает более надежную связь с поддержкой мобильности и более высокой передачи данных, но с потерями в максимальном покрытии и энергоэффективности.

Сложные перспективы дальнейшего использования сотовой связи для интернета вещей

Технология NB-IoT уже используется российскими сотовыми операторами с 2017 г. В дальнейшем ожидается и внедрение eMTC. Однако для работы за пределами крупных городов данной технологии потребуются частоты ниже 1 ГГц. Но в диапазонах 800 МГц и 900 МГц существуют ограничения из-за систем воздушной радионавигационной службы (ВРНС), а диапазон 700 МГц занят сетями эфирного телевидения.

Сравнение технологий беспроводного узколопосного интернета вещей, работающих в лицензируемом спектре на базе сетей сотовой связи

Характеристики EC-GSM LTE-eMTC NB-IoT
Диапазон радиочастот, МГц 900, 1800 Диапазоны LTE Диапазоны LTE, в том числе 450, 800, 900, 1800, 2100, 2600 (FDD)
Количество диапазонов в устройстве 1 или 2 Несколько Многодиапазонные чипы
Ширина радиочастотного канала 200 кГц Задействуется шесть ресурсных блоков (1,08 МГц) в канале 5 МГц и шире 180 кГц
Число устройств IoT на сектор БС на один канал, ед., не более 50 000 50 000 50 000
Скорость передачи данных 70 или 240 кбит/с (GMSK или 8PSK) 1 Мбит/с 127 кбит/с (линия вниз); 158 кбит/с или 15,6 кбит/с (линия вверх)
Бюджет радиолинии До 154 дБ для UE с классом мощности 23 дБ или на 10 дБ лучше GPRS;До 164 дБ для UE с классом мощности 33 дБ или на 20 дБ лучше GPRS До 159 дБ для UE с классом мощности 23 дБ или на 15 дБ лучше GPRS До 164 дБ для UE с классом мощности 23 дБ или на 20 дБ лучше GPRS
Мобильность Полная Полная Ограниченная
Задержка Секунды Миллисекунды Секунды

Источник: CNews Analytics

У Nb-IoT проблемы при работе в диапазоне ниже 1 ГГц решаются за счет частотно-территориального планирования. Тем не менее, целый ряд решений потребует работы с технологией eMTC с широким охватом технологии. В связи с этим авторы концепции надеются на конверсию частот в диапазонах 700 - 900 МГц.

Сейчас в России происходит процесс отключения аналогового эфирного телевидения с переходом на цифровое вещание. Это создает предпосылки для освобождения диапазона 700 - 800 МГц от ТВ-частот и передачи его для LTE.

Большой спектр технологий интернета вещей для безлицензиуремых частот

В безлицензируемом спектре работают десятки различных открытых и закрытых технологий. Возможность разработки соответствующих решений стала доступна благодаря большому числу мощностей по производству микросхем и развитию аутсорсинга производства таких устройств.

В отличие от технологий, основанных на стандартах сотовой связи, сети на базе данной группы технологий могут строить не только операторы связи, но и разработчики данных решений и непосредственно конечные заказчики. Основным частотным диапазоном для соответствующих решений является 863-876 МГц.

Сравнение технологий беспроводного узкополосного интернета вещей, работающих в безлицензируемых участках частот диапазона 800 МГц

Технология Используемая модуляция Ширина канала Возможности по скорости Возможности по задержке Востребованные диапазоны радиочастот Открытость архитектуры Бизнес-модель
LoRa Прямое расширение спектра (ЛЧМ) Ширина спектра 125 кГц и канала порядка 200 кГц 100 бит/с - 50 кбит/c Единицы секунд 863-876 МГц Архитектура открытая, чип проприетарный Операторские и частные сети
Sigfox Сверхузкополосные каналы (UNB, DPSK) Порядка 100 Гц (большое число каналов в рабочей полосе) 100 бит/c Секунды 863-876 МГц Частично открытая (Опубликованы все спецификации радиопротоколов, однако используется собственная платформа для сбора и анализа данных.) Предоставление законченного бизнес решения. Любая компания может производить оборудование для сетей данного стандарта.
Weightless Узкополосная 12,5 КГц 200 бит/с - 100 Кбит/с Секунды 863-876 МГц Закрытая Ядро сети контролируется разработчиком
«Стриж» Сверхузкополосные каналы (UNB, DPSK) Порядка 100 Гц (большое число каналов в рабочей полосе) 100 бит/c Секунды 863-876 МГц Закрытая. (Все элементы сети изначально являлись закрытыми. В настоящее время рассматриваются вопросы создания более открытой экосистемы). Ядро сети контролируется разработчиком
Сверхузкополосные каналы Ширина спектра 100-1000 Гц (большое число каналов в рабочей полосе) 100-1000 бит/c 863-865 МГц
XNB ООО«ГЛОНАСС-ТМ» Опционально порядка 10 кГц. (до 10 кбит/c для сигнала 10 кГц) Секунды 874-876 МГц Открытая (Разрабатывается как открытый стандарт, но пока реализуется только разработчиком стандарта). Модель не определена. Предположительно только операторская модель.
Ширина канала в 1,5 больше, чем ширина спектра.
NB-Fi Сверхузкополосные каналы (UNB, DPSK) Порядка 100 Гц (большое число каналов в рабочей полосе) 100 бит/c Секунды 863-876 МГц Открытая. (Разрабатывается как открытый стандарт, но пока реализуется только разработчиком стандарта. Однако в настоящее время реализуется только на чипе одного производителя). Ядро сети контролируется разработчиком. Не исключено создание операторских сетей.
433 МГц
GoodWAN Сверхузкополосные каналы (UNB, FSK) Порядка 100 Гц (большое число каналов в рабочей полосе) 100 бит/c Секунды 863-876 МГц Открытая (Разрабатывается как открытый стандарт, но пока реализуется только разработчиком стандарта, возможна реализация на чипах различных производителей). Ядро сети контролируется разработчиком. Не исключено создание операторских сетей.
433 МГц

Источник: CNews Analytics

Наиболее распространенным стандартом в данной сфере является LoRa и его модификация - LoRaWAN (в стандарте LoRa описывается только радиочасть, в LoRaWAN - еще и протоколы более высокого уровней). У LoRA проприетарный чип, в остальном стандарт является полностью открытым.

Сети на базе LoRa могут создавать как операторы связи, так и конечные заказчики. Скорость передачи данных составляет от 100 бит/с до 50 кбит/с при ширине канала 200 кГц. Из зарубежных технологий узкополосных беспроводных сетей интернета вещей в России также используются Sigfox и Weightless.

Sigfox является частично открытым стандартом: опубликованы все спецификации его радиопротоколов, однако используется собственная платформа для сбора и анализа данных. Разработчик Sigfox предоставляет заказчикам законченное бизнес-решение, но с возможностью использовать оборудование различных производителей.

Sigfox обеспечивает скорость передачи данных в районе 100 бит/с при ширине канала 100 Гц. Weightless является закрытым протоколом, ядро построенных на его базе сетей полностью контролируется разработчиком. Стандарт обеспечивает скорость передачи данных до 100 - 200 Бит/с при ширине канала 12,5 кГЦ.

Российские сверхузкополосные технологии беспроводного интернета вещей

Российские компании также создали целый ряд собственных сверхузкополосных стандартов в данной сфере. В большинстве случае они обеспечивают скорость передачи данных до 100 бит/с при использовании каналов шириной 100 Гц. Речь идет о технологиях «Стриж», XNB, NB-Fi и GoodWAN.

Технология XNB разработана компанией «Глонасс-ТМ» - совместным предприятием государственного АО ГЛОНАСС (оператор системы экстренного реагирования на ДТП «Эра-ГЛОНАСС») и «РТ-Инвест Транспортные Системы» (РТИТС, оператор системы взимания платы с большегрузных автомобилей «Платон»).

Ограничения на работу сетей беспроводного узкополосного интернета вещей в безлицензирумых участках диапазона 800 МГц в России

Полосы ради-очастот Технические характеристики Рабочий цикл Дополнительные условия использования
Наименование Значение Размер-ность
864 - 865 МГц Максималь-ная ЭИМ 25 мВт 0,1% или режим LBT (режим прослушивания перед излучением) Запрещается использование в пределах аэропортов (аэродромов)
868,7 - 869,2 МГц Максимальная ЭИМ 25 мВт
866-868 МГц Максимальная ЭИМ илиМаксимальная спектральная плотность ЭИМ 25 или1000 мВт илимВт/МГц 1% или режим LBT (режим прослушивания перед излучением) Запрещается использование в пределах аэропортов (аэродромов)
868,7-869,2 МГц Максимальная ЭИМ 100 мВт 10% или режим LBT (режим прослушивания перед излучением)

Источник: CNews Analytics

В настоящее время «Глонасс-ТМ» управляет компанией-разработчиком технологии «Стриж» - «Современные радио технологии» (СРТ). Совладельцем СРТ и РТИТС является Игорь Ротенберг, сын известного бизнесмена Аркадия Ротенберга.

Технология «Стриж» является закрытой, а ядро сети контролируется ее разработчиком. В дальнейшем не исключено появление у этой технологии более открытой экосистемы. Остальные перечисленные отечественные технологии разрабатываются как открытые, однако пока реализуются только самими создателями данных стандартов. Правда, у GoodWan уже есть возможность реализации на чипах от разных производителей.

У NB-Fi и GoodWan ядро сетей контролируется разработчиками данных технологий, но в будущем не исключается операторская модель предоставления услуг. У XNB, предположительно, будет операторская модель предоставления услуг. В отличие от остальных упомянутых решений, XNB использует каналы шириной 100 Гц - 1 кГц с опциональной поддержкой канала шириной 10 кГц и обеспечивает скорость передачи данных до 100 бит/с - 1 кбит/с.

Частоты для ГЛОНАСС и Ротенберга

Другой отличительной чертой XNB является тот факт, что в России она работает не в безлицензируемом частотном спектре, хотя и пользуется упрощенным режимом использования частот. Компания использует частоты 863 - 865 МГц и 874 - 876 МГц.

Данные частоты в конце 2018 г. Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) выделила «Глонасс-ТМ» для создания федеральной сети транспортной телематики. При этом для запуска базовых станций XNB, в отличие от базовых станций сотовой связи, не потребуется получать отдельные разрешения на использования радиочастот.

Недавно Минкомсвязи предложило сделать протокол XNB и используемыми им частоты обязательными для работы «умных счетчиков» электроэнергии. Однако против такого предложения выступает Минэнерго. Министерство опасается ограничения конкуренции и выступает за использование открытых протоколов.

Остальные узкополосные беспроводные технологии интернета вещей используют полностью безлицензируемый частотный спектр. Однако в конце 2018 г. ГКРЧ обязала регистрировать в Роскомнадзоре базовые станции данных технологий.

Почему российскому интернету сложнее работать, чем европейскому

В России для узкополосных беспроводных сетей интернета вещей, работающих в безлицензируемом спектре, основной проблемой является ограниченность доступного частотного спектра в диапазоне 800 МГц. Данные сети работают в рамках полос частот, выделенных ГКРЧ для устройств малого радиуса действия (SRD).

Наиболее доступной для использования являются полоса частот 868,7 - 869,2 МГц, где ограничения на работу присутствуют в наименьшей степени. Максимально допустимая ЭИМ (эффективно излучаемая мощность) в данной полосе частот составляет 25 мВт при отсутствие ограничений на рабочий цикл или 100 мВт при 10% рабочем цикле. Под рабочем циклом подразумевается соотношение времени передачи данных к времени приема.

Частоты 864 - 865 МГц и 866 - 868 МГц могут использоваться в качестве дополнительных каналов трафика для разгрузки основных каналов. Но в этих полосах действуют более строгие ограничения. В обоих полосах максимальная ЭИМ составляет 25 мВт. Для полосы 866 - 868 МГц рабочий цикл составляет 1%, для полосы 864 - 865 Мгц - менее 0,1%.

В Европе же в диапазоне 800 МГц был значительно расширен доступный спектр для узкополосных беспроводных сетей интернета вещей при значительно меньших ограничениях. Например, полосы 865,6 - 865,8 МГц, 866,2 - 866,4 МГц, 866,8 - 867 МГц и 867,4 - 867,6 МГц доступны для использования без разрешений при максимальном ЭИМ 500 мВТ и рабочим циклом 10%.

В результате для строительства в России сетей на иностранном оборудовании необходимо подготовить отдельный профиль оборудования, отличный от зарубежных стран. Кроме того, в конце 2018 г. ГКРЧ внесла изменение в свое решение о SRD, обязав с декабря 2020 г. использовать для узкополосных сетей интернета вещей только базовые станции отечественного производства.

Авторы концепции предлагают обеспечить возможность использования в России для узкополосных сетей интернета вещей полос частот 866,2 - 866,4 МГц, 866,8 - 867 МГц и 867,4 - 867,6 МГц с максимальным ЭИМ 500 мВТ и рабочим циклом 10%, а для полос частот 862 - 863 МГц и 870 - 874 МГц установить максимальный ЭИМ на уровне 25 мВТ и рабочий цикл 1%.



Технология месяца

6G перебьет аппетит к 5G?

Сети 6G, как ожидают аналитики, начнут появляться уже через пять-десять лет.

Взгляд месяца

Почему идея внутренней разработки себя не оправдала

Александр Глазков

председатель совета директоров, «Диасофт»