J’son & Partners: частотный спектр для сетей четвертого поколения (4G) – текущая ситуация и перспективы в мире и в России

Диапазоны частот для LTE и практика их использования в мире

По данным GSA, на 17 октября 2013 года в 83 странах мира было запущено 222 коммерческие сети LTE, причем почти половина из этого количества сетей – в последние 12 месяцев. Как ожидается, к концу 2013 года количество стран с коммерческими сетями LTE возрастет до 93, а число самих сетей – до 260. Наиболее масштабные сети (по количеству абонентов) развернуты в США, Японии, Южной Корее и Австралии.

Большая часть сетей LTE работает в парном спектре в режиме FDD[1], но интерес к сетям LTE TDD продолжает расти – в 18 странах мира уже развернуто 23 LTE-сети, которые поддерживают режим TDD[2] (из них 11 сетей поддерживают оба режима - FDD и TDD).

Всего под технологию LTE выделено более 40 диапазонов частот (bands), при этом использование спектра для LTE имеет региональные особенности. Например, в США наиболее популярными являются диапазоны 700 МГц (в основном, band 13 и band 17) и AWS[3] (1,7/2,1 ГГц), в Европе – диапазоны 1800 МГц (band 3) и 2600 МГц (band 7), в перспективе – 800 МГц (band 20). В Японии первые запуски LTE состоялись в диапазоне 800/850 МГц; 1,5 ГГц; 1,7 ГГц и 2,1 ГГц (в зависимости от оператора); также был выделен диапазон 700 МГц (APT700) для запуска будущих сетей LTE.

Большой интерес в мире связан с рефармингом частот GSM для их использования в сетях LTE. В особенности это касается диапазона 1800 МГц, а в некоторых случаях – 900 МГц. При этом большинство регуляторов одобряет технологически нейтральный подход, при котором операторы могут использовать имеющиеся у них частоты вне зависимости от конкретной технологии.

В целом, наиболее распространенным в мире диапазоном остается 1800 МГц (band 3) – его используют 43% коммерческих сетей LTE FDD. Следующие по популярности диапазоны – это 2,6 ГГц (band 7) и 800 МГц (band 20), в них работают 30% и 12% LTE-сетей, соответственно.

Рис.1. Наиболее используемые в коммерческих сетях LTE FDD диапазоны частот в мире

* К другим диапазонам частот для LTE относятся (в порядке убывания популярности использования в коммерческих сетях LTE в мире): 700 МГц (band 12, 13, 14, 17); AWS (band 4); 2100 МГц (band 1); 1900 МГц (band25); 850 МГц (band 5); 900 МГц (band 8); 1900 МГц (band 2).

Источники: GSA, J’son & Partners Consulting, 17 октября 2013 г.

В условиях дефицита частот для LTE в отрасли поднимается вопрос об использовании дополнительных диапазонов частот. В июле 2013 года Консорциум 3GPP завершил стандартизацию технологии LTE для диапазона 450 МГц, что дает возможность операторам (в том числе в России), имеющим такие частоты, разворачивать сети LTE в этом диапазоне. Использование низких частот при строительстве сетей мобильной связи позволяет существенно экономить на строительстве сетей, поскольку для обеспечения покрытия одной и той же площади требуется значительно меньшее количество базовых станций, чем в случае использования высоких частот (например, 2,6 ГГц). Использование низкочастотных диапазонов (450, 700 и 800 МГц) актуально для покрытия территорий с низкой плотностью населения, где не требуется высокая емкость сетей, достигаемая при использовании высоких частот.

Частоты для сетей LTE в России

В России по состоянию на октябрь 2013 года в коммерческую эксплуатацию запущены сети LTE в 37 регионах. В подавляющем большинстве регионов сети запущены в парном спектре (LTE TDD) в диапазоне 2600 МГц (band 7), за исключением сетей LTE TDD - МТС в Москве (2600 МГц, band 38) и «Вайнах Телеком» в Чеченской Республике (2,3 ГГц, band 40).

Кроме того, компания «Основа Телеком» разворачивает сети LTE TDD в диапазоне 2,3 ГГц (band 40), в котором компания обладает большим частотным ресурсом - от 70 до 100 МГц, в зависимости от региона. К концу января 2014 года, согласно лицензионным требованиям, оператор должен построить и запустить сети в 40 регионах. На 3 октября 2013 года «Основа Телеком» подготовила к тестовому запуску сети в 12 регионах.

Напомним, что по итогам конкурса состоявшемся в 2012 года, «Ростелеком», МТС, «МегаФон» и «ВымпелКом» получили LTE-лицензии в нижнем (720-790 МГц, 791-862 МГц) и верхнем (2500-2690 МГц) диапазонах. Каждый из победителей получил по 2 полосы в верхнем диапазоне шириной в 10 МГц и 7,5 МГц – в нижнем. Верхний спектр частот является относительно свободным и пригодным для развития LTE-сетей, а нижний – преимущественно занят силовыми структурами и системами радионавигации и радиолокации и требует проведения конверсии.

Основные диапазоны частот для построения сетей LTE в России, июнь 2013 г.

Источник: ГКРЧ

По оценке Ассоциации региональных операторов связи (APOC), по состоянию на май 2013 года «МегаФон» и «Скартел» в совокупности контролировали около 36% спектра, доступного для построения сетей мобильного ШПД (3G, 4G) в России. Примерно одинаковым частотным ресурсом обладали «Ростелеком» (с учетом дочерней компании «Скай Линк») и МТС (24% и 23%, соответственно). На долю «ВымпелКома» пришлось оставшиеся 17% спектра. При этом, по оценке APOC, в России по тем или иным причинам не используется около до 135 МГц спектра, пригодного для LTE.

Рис.2. Распределение спектра 3G и 4G у основных операторов мобильной связи России

Источник: Ассоциация региональных операторов связи (АРОС), май 2013 г.

Важным событием может стать получение разрешения от регулятора использовать для развертывания сетей LTE GSM-диапазон 1800 МГц. Однако решение этого вопроса по-прежнему откладывается, главным образом из-за разногласий чиновников по поводу обязательств, накладываемых на операторов, которые планируют строить LTE в этом диапазоне. Между тем задержка внедрения принципа технологической нейтральности остается существенным сдерживающим фактором развития LTE в России.

Особенности использования верхних и нижних частот для LTE 

•   Развитие LTE на частоте 1800 МГц в среднем на 60% экономичнее, чем строительство сетей в высокочастотных диапазонах. Использование этого диапазона позволяет сократить время выхода технологии LTE на рынок и ускорить его развитие. В 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.
•   Развертывание сетей в низкочастотной области спектра более привлекательно с точки зрения затрат и оптимально подходит для покрытия районов с низкой плотностью населения (пригороды и сельские районы). Низкие частоты, по сравнению с высокими, обеспечивают существенно лучшее проникновение внутри зданий и большую площадь покрытия, что, с одной стороны, позволяет обеспечить связью большие территории, а с другой – серьезно ограничивает плотность базовых станций и обостряет проблему внутрисистемной интерференции.
•   Высокие частоты отлично подходят для построения систем LTE в регионах с высокой плотностью населения, где требуются высокие скорости передачи данных. Однако если работать только в высокочастотном диапазоне, то неизбежно возникают проблемы с радиопокрытием. Фемтосоты, установленные в местах с высокой концентрацией абонентов (трафика) и в помещениях, помогают уменьшить «теневые» зоны в покрытии. Фемтосоты необходимы для улучшения покрытия сети на первых этажах зданий, в подвальных помещениях и на складах, а также для решения абонентских проблем, связанных с перегрузкой сети в часы пик. 

Возможность использовать комбинацию из двух диапазонов (высокого и низкого) - залог объемного покрытия и обеспечения необходимой емкости в местах, где трафик особенно востребован. Для улучшения покрытия внутри зданий рекомендуется использовать фемтосоты.

Перспективы частотного регулирования России

Регуляторные изменения в области назначения и использования частотного ресурса будет определять вектор развития широкополосных мобильных коммуникаций на среднесрочную и долгосрочную перспективу. Основные направления регулирования касаются нескольких ключевых вопросов:

•   переход от распределения частот по частным и общим решениям и конкурсам к частотным аукционам;
•   принятие принципа технологической нейтральности;
•   возможность совместного использования частот несколькими операторами;
•   правила оплаты радиочастотного спектра.

[1] FDD (Frequency Division Duplex) - частотный разнос входящего и исходящего канала, при котором прием и передача сигнала происходят на разных частотах.

[2] TDD (Time Division Duplex) - прием и передачи сигнала происходят на одной частоте, но с разделением по времени. Технология лучше всего подходит для приложений, имеющих несимметричный трафик.

[3] AWS band (Advanced Wireless Services band) – парные частоты в диапазонах 1710-1755 МГц (передача) и 2110-2155 МГц (прием)