Поделиться
Каких частот не хватает российскому интернету вещей и где их взять
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.
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.
| 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 |
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.
| 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 |
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»).
| 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) |
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%.
Короткая ссылка
