3.1. Международные тенденции создания сети радиосвязи 5G/IMT-2020 операторами с использованием лицензируемого и нелицензируемого диапазонов частот

Для предоставления услуг 5G/IMT-2020 каждого типа необходимо выполнение определенных технических требований, оптимально реализующихся в различных диапазонах частот.

В соответствии с Техническими спецификациями Партнерского проекта 3GPP диапазоны частот 5G/IMT-2020 разделены на два поддиапазона FR1 (450 - 6000 МГц) и FR2 (24,25 - 52,6 ГГц), а документами Ассоциации GSMA частоты 5G/IMT-2020 разделены на 3 группы:

- ниже 1 ГГц (частотный диапазон FR1);

- в полосе 1 - 6 ГГц (частотный диапазон FR1);

- свыше 6 ГГц (частотный диапазон FR2).

Диапазоны частот ниже 1 ГГц имеют наилучшие характеристики распространения в условиях городской, пригородной и сельской местности, обеспечивают эффективное радиопокрытие больших территорий, а также покрытие в помещениях и актуальны для использования IoT устройствами.

На данный момент времени техническими спецификациями 3GPP определены следующие частотные диапазоны (NR bands) на частотах ниже 1 ГГц:

- n5 (824 - 849 МГц, 869 - 894 МГц);

- n8 (880 - 915 МГц, 925 - 960 МГц);

- n12 (699 - 716 МГц, 729 - 746 МГц);

- n20 (791 - 821 МГц, 832 - 862 МГц);

- n28 (703 - 748 МГц, 758 - 803 МГц);

- n71 (617 - 652 МГц, 663 - 698 МГц);

- n81 (880 - 915 МГц), частотный диапазон линии "вверх";

- n82 (832 - 862 МГц), частотный диапазон линии "вверх";

- n83 (703 - 748 МГц), частотный диапазон линии "вверх".

В качестве ключевого диапазона радиочастот для внедрения сетей 5G/IMT-2020 ниже 1 ГГц рассматривается полоса 694 - 790 МГц. В ней в Европе планируется использовать 2 x 30 МГц для развертывания сетей 5G/IMT-2020 с широким покрытием, которые должны обеспечить массовое предоставление сервисов Интернета вещей и минимального набора сервисов 5G/IMT-2020 за пределами крупных городов и вдоль транспортных магистралей. При этом данный диапазон в Европе дополняет возможности сетей LTE в диапазоне 800 МГц.

Частотный диапазон 450 - 470 МГц не указан среди частотных диапазонов, стандартизированных 3GPP для систем 5G/IMT-2020, поэтому он не может рассматриваться как часть спектрального ресурса для систем 5G/IMT-2020. Часть этого частотного диапазона - 452,5 - 457,5 МГц (канал вверх) и 462,5 - 467,5 МГц (канал вниз) - выделена для сетей LTE (3GPP Band 31).

Диапазон частот 1 - 6 ГГц имеет как хорошие характеристики распространения в условиях городской, пригородной и сельской местности, так и достаточную ширину диапазонов для организации высокоскоростных каналов с шириной спектра канала до 100 МГц. В этой полосе радиочастот для развития сетей 5G/IMT-2020 рассматриваются следующие диапазоны: 3400 - 3800 МГц, 4400 - 4990 МГц, 5,9 ГГц.

В качестве перспективных для сетей 5G/IMT-2020 также рассматриваются полосы частот 3300 - 3800 МГц (п78) с общей шириной 500 МГц и 3300 - 4200 МГц (п77) с общей шириной 900 МГц.

Полоса радиочастот 3400 - 4200 МГц в Российской Федерации для использования РЭС подвижной службы не распределена и используется на первичной основе РЭС фиксированной и фиксированной спутниковой служб различного назначения.

У отдельных стран существуют планы по освоению полосы радиочастот 3400 - 4200 МГц, но в среднесрочной перспективе их реализация маловероятна. Все перечисленные полосы радиочастот во многих странах заняты ЗС ФСС, и именно совместимость с данной службой радиосвязи определяет фактические возможности использования вышеперечисленных полос радиочастот.

Япония изучает возможность использования полосы радиочастот 4400 - 4900 МГц, Китай - 4800 - 4990 МГц. Окончательные планы по их использованию могут быть сформированы в 2019 году.

Диапазон 1427 - 1517 МГц доступен не в полном объеме, и его планируется использовать только в качестве вспомогательного при агрегации с более низкими диапазонами радиочастот в сетях LTE-Advanced.

Частотный диапазон 5,15 - 5,95 ГГц не стандартизирован 3GPP для систем 5G/IMT-2020. Полосы частот 5,15 - 5,35 ГГц и 5,65 - 5,85 ГГц с установленными ограничениями могут использоваться в Российской Федерации на безлицензионной основе, а также могут использоваться системами 5G/IMT-2020.

Частоты выше 6 ГГц предназначены для организации сверхвысокоскоростных каналов связи на небольших расстояниях от базовой станции за счет использования каналов с шириной спектра до 400 МГц, обеспечения сверхмалых задержек на радиоинтерфейсе NR. Частоты свыше 6 ГГц имеют неудовлетворительные характеристики распространения. На данный момент техническим спецификациями 3GPP определены четыре NR диапазона выше 6 ГГц: n257 (26,5 - 29,5 ГГц), n258 (24,25 - 27,5 ГГц), n260 (37 - 40 ГГц), n261 (27,5 - 28,35 ГГц).

В соответствии с Резолюцией N 238 ВКР-15 МСЭ-R предлагается провести к ВКР-19 соответствующие исследования с целью определения потребностей в спектре для наземного сегмента IMT в диапазоне частот между 24,25 ГГц и 86 ГГц. Результаты данных исследований должны быть представлены на ВКР-19. Кроме того, необходимо провести исследования возможности совместного использования частот различными службами в полосах частот:

- 24,25 - 27,5 ГГц, 37 - 40,5 ГГц, 42,5 - 43,5 ГГц, 45,5 - 47 ГГц, 47,2 - 50,2 ГГц, 50,4 - 52,6 ГГц, 66 - 76 ГГц и 81 - 86 ГГц, которые распределены подвижной службе на первичной основе;

- 31,8 - 33,4 ГГц, 40,5 - 42,5 ГГц и 47 - 47,2 ГГц, которые могут потребовать дополнительных распределений подвижной службе на первичной основе.

При этом Ассоциация GSMA отмечает, что:

- частоты в диапазонах 24,25 - 27,5 ГГц и 40,5 - 43,5 ГГц являются наиболее актуальными для развертывания сети 5G/IMT-2020 для стран Европы, Африки, Ближнего Востока, Азии, а также для стран - членов Регионального содружества в области связи (РСС), которые планируют использовать эти частоты на своих территориях;

- частоты 66 - 71 ГГц рассматривают для использования на безлицензионной основе.

В Резолюции 238 ВКР-15 также учитывается, что:

- для применений IMT со сверхмалым временем задержки и очень высокой скоростью передачи потребуются большие непрерывные блоки спектра, чем имеющиеся в полосах частот, которые в настоящее время определены для использования IMT администрациями связи;

- для рассмотрения вопроса об этих блоках спектра могут подходить полосы в более высоких диапазонах частот.

В настоящее время в рамках 3GPP сформирован частотный план 24250 - 27500 МГц для сетей 5G/IMT-2020, который является предложением Европы и интенсивно исследуется в рамках подготовки к ВКР-19. Однако в силу значительной неопределенности, возникшей в рамках исследований помех на пассивные службы ниже 24,25 ГГц, он пока не реализован. Требования по защите пассивных служб могут значительно сократить радиочастотный ресурс, доступный для сетей 5G/IMT-2020, в особенности в нижней части данного диапазона радиочастот.

В частотном диапазоне 30 - 55 ГГц выделены несколько поддиапазонов: 37 - 43,5 ГГц и 40,5 - 43,5 ГГц.

Поддиапазон 37 - 43,5 ГГц. Текущие результаты исследований совместимости в полосах частот 37 - 42,5 ГГц показывают, что существенных трудностей в вопросе совместимости систем существующих радиослужб с системами IMT не наблюдается. Но в то же время в разных странах в этом поддиапазоне работают различные РЭС/службы. В условиях такой фрагментации спектра целесообразно применение подхода, позволяющего абонентскому терминалу выбирать соответствующий поддиапазон в зависимости от того, в каком регионе/стране он сейчас используется.

Поддиапазон 40,5 - 43,5 ГГц. СЕРТ считает эту полосу частот важной для исследований эффективности внедрения сетей 5G/IMT-2020, и что "по возможности, следует избегать перемещения служб из других диапазонов в эту полосу, чтобы была возможность сделать ее доступной для сетей 5G/IMT-2020 в будущем".

Частотные диапазоны 66 - 76 ГГц и 81 - 86 ГГц.

Диапазон 71,0 - 76,0 ГГц является парным диапазону 81,0 - 86,0 ГГц. В настоящее время он используется для мобильного backhaul - распределительной сети, связывающей базовые станции с контроллерами и центрами коммутации подвижной связи. Результаты исследований совместимости в полосах радиочастот 71 - 76 ГГц и 81 - 86 ГГц показывают, что данный вопрос относится к области национального регулирования и не является препятствием для идентификации для IMT данного диапазона. Результаты показывают возможную необходимость координации развертывания РРЛ и БС IMT-2020 в данных диапазонах радиочастот. Однако на практике ожидается развертывание в данном диапазоне радиочастот систем IMT-2020 для использования внутри помещений, что может нивелировать необходимость в каком-либо регулировании условий совместимости РРЛ и систем IMT-2020 в данных полосах радиочастот.

Для увеличения пропускной способности сетей радиодоступа 5G/IMT-2020, а также повышения эффективности использования радиочастотного спектра (РЧС) в целом, также целесообразно применять следующие рекомендованные международными организациями новые способы его выделения и использования:

1. Licensed-Assisted Access (LAA). Данный способ основан на применении участков нелицензируемого спектра со свободным доступом пользователей для формирования вторичных агрегируемых несущих (SCC) в групповом агрегируемом сигнале.

С целью обеспечения возможности использования данного способа необходимо решение следующих вопросов, которые рассматриваются в настоящее время международной организацией 3GPP:

- работа радиоинтерфейса NR в нелицензированном спектре, включая физические каналы, выбор дуплексного режима, формы сигнально-кодовой конструкции, ширины полосы пропускания, интервала между поднесущими, структуры кадра и дизайна физического уровня, сделанных как часть исследования радиоинтерфейса NR;

- возможность использования нелицензированных полос ниже 7 ГГц;

- принципы обеспечения прямой совместимости, реализованные в радиоинтерфейсе NR;

- начальный доступ в сеть, доступ к каналу, планирование/повторение с переспросом HARQ и мобильность, включая работу подключенного/неактивного/ждущего режима и режима мониторинг/отказ связи;

- методы обеспечения электромагнитной совместимости в радиоинтерфейсе NR и между радиоинтерфейсами NR в нелицензированном диапазоне в режиме LAA и радиоинтерфейсами LTE и другими RAT в соответствии с нормативными требованиями, например для диапазонов 5 ГГц и 6 ГГц;

- методы обеспечения совместимости, определенные при применении LAA в сетях LTE для диапазона 5 ГГц, который следует рассматривать как основной диапазон для работы в режиме LAA. При этом работа радиоинтерфейса NR в нелицензионном спектре не должна влиять на развернутые там сети Wi-Fi (данные, видео и голосовые услуги) больше, чем включение дополнительной сети Wi-Fi в том же диапазоне.

2. Licensed Sharing Access (LSA). Способ основан на совместном использовании участков лицензируемого спектра, выделенных операторам одной или разных радиослужб. Метод LSA служит регуляторным и технологическим инструментом предоставления дополнительного спектрального ресурса пользователям подвижной широкополосной связью, если перегруппирование спектра невозможно или нежелательно.

Дополнительные пользователи получают разрешение использовать спектр (или часть спектра) в соответствии с правилами совместного использования, включенными в их права на использование спектра, что позволяет всем уполномоченным пользователям, включая традиционных пользователей, обеспечивать определенное качество обслуживания (QoS).

Для реализации этого способа лицензируемого совместного использования спектра в сетях 5G/IMT-2020 будет использоваться новый функциональный сетевой элемент - спектральный менеджер (HSM).

Менеджер спектра HSM будет рассматривать только те частотные ресурсы, которые доступны для повторного использования, и распределит их между вторичными пользователями частотного ресурса LSA.

Роль спектрального менеджера HSM может быть определена регулирующим органом, независимой доверенной третьей стороной или даже одним из владельцев лицензии радиочастотного спектра. Операторы мобильной связи могут достичь взаимного согласия через менеджера спектра HSM для того, чтобы иметь общий ресурс спектра, дополненный спектральными ресурсами каждого из операторов и доступный для всех шеринговых операторов.

Недостатками использования технологии LSA в сетях 5G/IMT-2020 является накопление задержки при принятии решения спектральным менеджером о возможности использования полос LSA за счет необходимости обращения к геолокационной базе данных, что делает их неприменимыми в бизнес-моделях критических услуг 5G/IMT-2020 таких как услуги RLLC.

В настоящее время для внедрения сетей на основе эволюции стандарта LTE-Advanced, а впоследствии и с переходом к NR, рассматриваются все существующие полосы радиочастот сетей сотовой подвижной связи. Российская Федерация исторически тяготеет к европейскому региону и соответствующему использованию полос радиочастот за исключением отдельных полос радиочастот, заимствованных из других регионов, или полос радиочастот, которые недоступны в Российской Федерации из-за сложившегося использования.

Для построения мобильных сетей актуальным является вопрос обеспечения технологической нейтральности, позволяющий оператору осуществлять планомерное развитие своей сети и замещение технологий.

Предлагаемые подходы к созданию и использованию сети радиосвязи 5G/IMT-2020 в полосах: 694 - 790 МГц; 3,4 - 3,8 ГГц; 4,4 - 4,99 ГГц, 5,9 ГГц, 24,25 - 29,5 ГГц, 30 - 55 ГГц, 66 - 76 ГГц, 81 - 86 ГГц показаны в табл. 3.1, где использованы следующие обозначения:

- LAA - применение технологии агрегации нелицензируемого и лицензируемого спектра;

- LSA - применение технологии лицензируемого шеринга спектра;

- LA - применение спектра в лицензируемых полосах частот.