Эффективность использования РЧС и внедрение методов динамического доступа к спектру в России

Глобальная конкуренция в сфере экономики и безопасности требует высоких темпов внедрения современных цифровых технологий в Российской Федерации – как для гражданского применения, так и для нужд органов государственной власти, обороны и обеспечения правопорядка. Эффективное использование радиочастотного спектра(РЧС) радиоэлектронными средствами(РЭС) различного назначения оказывает существенное влияние на продвижение современных радиотехнологий, служащих необходимым элементом цифровизации ведущих отраслей экономики. Методы повышения эффективности системы управления использованием РЧС в России анализируют специалисты ФГУП НИИР – ведущего предприятия в области распределения, использования и контроля за использованием радиочастотного спектра.

Авторы:
Игорь Гурьянов, член правления НРА, зам. начальника НТЦ А ЭМС ФГУП НИИР, к.т.н.
Виталий Хоменко, начальник отдела НТЦ А ЭМС ФГУП НИИР
Вадим Поскакухин, начальник лаборатории НТЦ А ЭМСФГУП НИИР

Роль и место радиосвязи в развитии ИКТ

«Мир становится цифровым, – сказал, выступая в июне текущего года на региональном семинаре Международного союза электросвязи для стран СНГ в Ереване директор Бюро радиосвязи МСЭ Франсуа Ранси.  – Все, что возможно оцифровать, будет  представлять  информацию, которая может быть передана, обработана, использована и распространена. Все, что является цифровым, может и будет подключено – все, что  не  может  быть  оцифровано, будет  проигнорировано.  Информационное  общество  производит информацию в экспоненциальной прогрессии и оперирует уже зеттабайтами».

Основной целью развития ИКТ является  предоставление  максимально  большому  числу людей  в каждой стране доступа к информационным ресурсам «в любое время, в любом месте, с любого абонентского устройства». Таким образом, радиосвязь  перестает  быть  самостоятельной услугой, а все больше становится составной частью глобальных ИКТ, причем этот процесс реализуется  благодаря  развитию широкополосного  доступа  к  сети интернет  на  основе  технологии IMT- Advanced и ее продолжения– IMT-2020, так называемой5G.

Главным  отличием  сетей IMT-2020 от  предыдущих  технологий IMT станет  расширение  перечня услуг. Рост потребностей в мобильной передаче данных на больших скоростях сопровождается появлением сетей для массового подключения датчиков и других маломощных  устройств. Возникают  новые классы  потенциальных  применений для критически важных систем профессиональной связи (PPDR), интеллектуальных систем, обеспечивающих безопасность на автодорогах(ITS), и других составляющих интернета вещей (IoT). И все это должно  быть  объединено  общим ядром сетей IMT. Как ответ на этот вызов создаются все новые и новые подынтерфейсы в рамках стандарта LTE. Уже сейчас есть высокоскоростной LTE-Advanced со скоростью более 1 Гбит/c, сети LTE  PPDR и LTE M2M; дляITS разрабатывается LTE V2X (Vehicle-to-Everything), для интернета вещей –  LTE  MTC и NB-IoT (см. с. 20–40). Но, самое главное, ядро сети IMT в скором времени сможет подключать напрямую и технологии, не относящиеся к семейству IMT (non-IMT). Такое решение для Wi-Fi уже существует.

Однако объединение различных услуг и технологий на базе унифицированной платформы IMT требует гармонизированного  использования  РЧС  для  данных  технологий на глобальной основе. На практике это реализовано в рамках распределения (идентификации)  полос радиочастот  для  технологий IMT в  Регламенте  радиосвязи. Однако данное  распределение  действует пока только в пределах полос радиочастот,  распределенных  для  подвижной радиослужбы, и в процессе определения условий совместного использования РЧС на реализацию РЭС технологии IMT накладываются  существенные  ограничения со стороны РЭС других радиослужб. В то же время, если бы под технологией на основе платформы IMT понималась не только подвижная радиослужба, но и несколько радиослужб, например фиксированная и радиовещательная, то и проблемы электромагнитной  совместимости (ЭМС) внутри  одной  технологии могли  бы  решаться  значительно эффективнее.

Конверсия РЧС

Один из методов повышения эффективности  использования  РЧС – конверсия спектра, основным результатом которой является расширение полос радиочастот различных категорий  для  РЭС  гражданского назначения.

В России РЧС для нужд органов госвласти, обороны, безопасности государства и обеспечения правопорядка исторически использовался в полосах радиочастот, которые в развитых  странах-производителях радиоэлектронного  оборудования задействованы  для  строительства современных сетей сотовой связи и сетей мобильного широкополосного доступа(МШПД) в интернет. Естественно, что внедрение в России таких глобальных сетей всегда происходило с задержкой по времени и при значительных ограничениях по условиям ЭМС со стороны РЭС силовых ведомств. Это приводило к удорожанию сетей и снижению качества услуг. Процесс конверсии, по причине высокой стоимости и сложности ее проведения, ограничивался в основном организационно-техническими  мероприятиями (разработка  условий  совместного использования РЧС РЭС различного назначения, модернизация РЭС военного и спецназначения). Причем даже эти мероприятия, которые не приводили к изменению категорий полос радиочастот в пользу РЭС гражданского назначения, позволили внедрить в полном объеме сети сотовой связи и МШПД на базе IMT почти во всех ранее выделенных для них в Российской Федерации полосах радиочастот категории ПР(правительственные), а также в единственном диапазоне1800 МГц категории  СИ (совместного  использования). Исключением являются только диапазоны ПР2300 и 800 МГц.

НИИР № 9 (1) 2.2 3

Распределенные на ВКР-15 полосы радиочастот для IMT (рис. 1) в Регионе1 в диапазоне1,5 ГГц относятся к категории ПР, а в диапазоне 3,5 ГГц– к категории СИ. Однако вместе с диапазоном700 МГц(СИ), распределенным на ВКР-12, из-за проблем совместного использования с другими РЭС ни одна из указанных полос радиочастот не может быть реализована сетями на базе технологийIMT.

К сожалению, попытки осуществить  конверсионные  мероприятия по разработке новых РЭС военного назначения на замену старых РЭС, функционирующих в полосах радиочастот, выделенных для сотовых операторов, до сих пор не увенчались успехом из-за ряда организационно-правовых и финансовых проблем.

Однако задача разработки новых РЭС военного назначения, функционирующих вне полос сотовых операторов, не теряет своей актуальности.  Подтверждением  тому является рассмотрение вопроса конверсии РЧС в полосе720–960 МГц на уровне Правительства РФ: тогда Министерство обороны России оценило полное высвобождение данной полосы радиочастот в 88 млрд руб. в течение12 лет. Данные временные рамки не отвечают планам развития  действующих  сетей  сотовых операторов и планируемым срокам внедрения сетейIMT-2020, поэтому работу необходимо продолжать и, с учетом возможностей бюджета государства, искать другие способы повышения эффективности системы управления использованием РЧС в Российской Федерации для внедрения сетейIMT-2020 к назначенному сроку.

Плата за использование РЧС

На повышение эффективности использования радиочастотного спектра, в соответствии с ФЗ «О связи», направлено  и  введение  платы  за этот ресурс всеми РЭС. В том числе предусматривалось, что использование спектра в интересах силовых ведомств тоже будет оплачиваться. И следует отметить, что реализация принципа  платности  РЧС  после вступления в силу методики определения разовой и ежегодной платы дала некоторый положительный эффект, хотя и не в полном объеме. Методика была построена на стимулировании внедрения операторами связи перспективных технологий с учетом социальных программ, принятых государством, а также финансирования в полном объеме организаций, выполняющих контрольные функции по использованию РЧС, через механизм субсидирования из федерального бюджета.

Благодаря  данной  методике  и изменениям к ней была снижена, в сравнении с другими технологиями, плата за РЧС, который используется технологиями IMT, особенно за счет перехода от первоначально предусмотренной оплаты за каждое радиочастотное назначение к оплате за выделенную полосу радиочастот для данных технологий. Однако принцип платности для РЭС силовых ведомств не реализован до настоящего времени, что не позволяет повысить эффективность их использования и снизить ограничения, которые они накладывают на РЭС гражданского назначения в совместно используемых полосах радиочастот. Не работает и механизм финансирования(за счет поступлений в федеральный бюджет платы за использование РЧС) предусмотренных законом«О связи» мероприятий по переводу действующих РЭС устаревших гражданских технологий в другие полосы радиочастот или компенсационным выплатам за прекращение функционирования данных РЭС.

Таким образом, дальнейшее совершенствование метода платности РЧС возможно и необходимо, в том числе с целью снижения расходов операторов  связи,  планирующих внедрениеIMT-2020. Это также может быть финансирование работ по экспертизе ЭМС с учетом средств, выплачиваемых оператором за использование выделенного РЧС.

Аукционы на использование РЧС для оказания услуг связи

В2015–2016 годах были проведены первые в России аукционы на использование РЧС в диапазонах1800 и2600 МГц с целью внедрения в них, прежде всего, технологии IMT. Их результаты показали действенность данного метода для повышения эффективности  управления  использованием РЧС на этапе выделения полос  радиочастот  для  сотовых операторов  в  части  прозрачности процедуры выделения полос радиочастот и обеспечения возможности участия в аукционах федеральных и региональных  операторов.  Кроме того, впервые был запущен рыночный  механизм  оценки  стоимости РЧС, что принесло в бюджет значительные доходы.

Кажется, почему бы не использовать полученные средства на конверсию РЧС? Но сделать это довольно сложно, в частности из-за неопределенности  в  сроках,  количестве аукционов и объемах поступлений в бюджет. К тому же при проведении аукционов не были решены проблемы совместного использования РЧС сотовыми операторами и силовыми ведомствами, так как выносимый на аукцион спектр не был предварительно освобожден от РЭС военного и специального назначения, и в условиях аукциона остались не прописаны ограничения в каждом лоте от данных РЭС, что практикуется в других странах.

Вклад аукционов в повышение эффективности  управления  использованием РЧС в России предстоит оценить несколько позже, и выражаться он будет прежде всего в  интенсивности  реализации  разыгранных полос радиочастот. Отметим, что, при примерно одинаковом суммарном вкладе в бюджет от  федерального  и  региональных лотов(полос радиочастот) аукционов, в случае региональных лотов выявились  регионы,  где  полоса радиочастот в диапазоне2500 МГц не была выделена ввиду отсутствия заявок, и это не позволит использовать ее для повышения качества доступа к услугам МШПД на данных территориях.

Совместное использование РЧС различными РЭС

Еще  одним  методом  повышения эффективности  использования РЧС является обеспечение его совместного использования РЭС различного назначения. За последние несколько лет Минкомсвязи России и Государственная комиссия по радиочастотам(ГКРЧ) приняли ряд важных решений по стимулированию развития сетей сотовой связи, прежде  всего  современных  сетей МШПД3 го и 4-го поколений: был введен  принцип  технологической нейтральности, а также обеспечена возможность совместного использования РЧС несколькими операторами сотовых сетей.

Однако из-за сложности межведомственного информационного и организационного взаимодействия без изменений остаются значительные сроки согласования условий использования РЧС с РЭС силового блока – до более полугода на этапе экспертизы  ЭМС,  выполняемой радиочастотной службой. При этом, помимо значительных временных и финансовых затрат операторов сотовой  связи  на  этапе  экспертизы ЭМС, использование РЧС сетями сотовой  связи  и  МШПД  на  базе технологий IMT во всех выделенных для них полосах радиочастот категории ПР и СИ на всей территории России связано с серьезными ограничениями  со  стороны  РЭС силовых ведомств, которые в большинстве  случаев  функционируют в  очень  ограниченные  интервалы времени на ограниченных территориях, а также с непрогнозируемыми ограничениями со стороны вновь разрабатываемых РЭС.

Таким  образом,  существующая система согласования совместного использования  РЧС  различными РЭС в стране уже не соответствует требуемой динамике развития современных сетей МШПД и не удовлетворяет потребности населения в услугах доступа к информационным ресурсам на данных сетях. Возможно, формирование единой базы данных действующих и планируемых к использованию  радиочастотных присвоений РЭС всех заинтересоанных ведомств, а также создание надведомственной  структуры  по согласованию условий совместного использования РЧС различными РЭС позволят значительно повысить  эффективность  процесса согласования? Однако в настоящее время трудно судить о перспективах реализации этих решений.

Метод динамического введения временных ограничений на параметры сетей МШПД (lsa) как высокотехнологичный метод повышения эффективности использования РЧС

Важно, что положенные в основу нового метода мероприятия не требуют значительного бюджетного финансирования, но при этом обеспечивают доступ операторов связи к РЧС в  диапазоне  частот 726–960 МГц и в других диапазонах радиочастот, причем с минимальными ограничениями со стороны РЭС силовых ведомств. Это стало возможно за счет наделения силовых ведомств правом введения временных ограничений в онлайн-режиме на технические характеристики  РЭС  сетей  сотовой связи только в тот период времени и только на той территории, когда и где РЭС силовых ведомств реально используются.

Новый  подход  к  управлению использованием РЧС в России основан на принципе когнитивного радио, обеспечивающем совместное использование РЧС в онлайн-режиме. В Европе он реализуется на базе технологии LSA  (Licensed  Shared Access).

НИИР № 9(2) 2

Создание LSA-сетей связи с применением автоматизированной системы управления использованием РЧС(рис. 2) – это не новая система радиосвязи, а новый подход к предоставлению доступа к радио-частотному ресурсу. Он предъявляет совершенно иные требования к управлению РЧС. Эксплуатация сетей связи, работающих по принципу LSA, невозможна без инноваций в сфере национального регулирования и мониторинга использования РЧС. Особенностью такой системы управления РЧС является применение геолокационной базы данных, позволяющей получать практически в режиме реального времени предписания  со  стороны  регуляторов (в том числе силовых ведомств) о технических  параметрах  и  полосе радиочастот  при  получении  разрешений на их использование. Для обеспечения технической возможности предоставления услуги по выдаче разрешений на использование радиочастот  или  радиочастотных каналов  должен  быть  разработан порядок формирования и функционирования системы автоматизированного управления использованием РЧС сетями связи, работающими по принципу LSA.

Основным элементом LSA, как отмечалось, является база данных ограничений –  LSA-репозиторий, в  которую  традиционный  пользователь спектра может загружать меняющиеся  во  времени  карты ограничений  на  использование радиочастотного  ресурса.  LSA-контроллер служит частью операторской  сети, в  нем  реализованы функция постоянного мониторинга обновлений вLSA- репозитории, а  также  функция  интерпретации ограничений  для  передачи  в  систему  управления  сетью  сотовой связи; фактически это команды на отключение или изменение параметров тех или иных базовых станций.

Данные команды поступают в систему SON  (Self-Organized  Network), призванную поддерживать реконфигурацию  сети  в  минимальные сроки и нивелировать последствия быстрого  отключения  отдельных приемопередатчиков.  При  этом регулятор  осуществляет  контролирующие функции над системой LSA-репозитория, а также участвует в формировании подходов к определению ограничений.

Особенностью  использования РЧС сетями связи, работающими по  принципу LSA, является  возможность  его  почти  мгновенного (в течение нескольких минут) высвобождения  для  РЭС  военного (специального)  назначения,  что невозможно без создания автоматизированной  системы  доступа  к РЧС. Именно отсутствие функции оперативного высвобождения РЧС в не определенные заранее периоды времени служит причиной отказа со стороны силовых ведомств в доступе другим пользователям к РЧС  на  всей  территории  страны. Например, невозможность работы сетей LTE диапазона 800 МГц об-условлена ограничениями со стороны РЭС навигационной системы самолетов в режимах дозаправки и полетов в группе, которые используются ограниченно как по времени, так и по месту. В настоящее время существует только практика введения запретов на использование РЧС РЭС гражданского назначения, которая предусматривает заблаговременное  извещение  операторов  о времени введения такого запрета в заранее известном месте и для конкретных РЭС, например в диапазоне 450 МГц.

Геолокационная  база  данных, обеспечивающая автоматизированную экспертизу ЭМС, содержит актуальную и регулярно обновляемую информацию о действующих и планируемых РЭС гражданского назначения, с одной стороны, а также об ограничениях(запретах) со стороны силовых ведомств на использование конкретных радиочастотных каналов в интересах РЭС военного(специального) назначения, с  другой. Формирование такой базы данных позволит значительно повысить эффективность совместного использования РЧС и создать благоприятные условия для внедрения сетей связи перспективных  радиотехнологий еще до завершения конверсии РЧС в рассматриваемом диапазоне радиочастот и в других проблемных диапазонах.

Заключение. Существующие сегодня методы не позволяют  пока  добиться  заметного  повышения  эффективности управления  использованием  РЧС в  России.  Учитывая  особенности использования  спектра  в  нашей стране и отдаленные перспективы его  конверсии, необходимо  переходить  от  разрешительного  к  запретительному принципу доступа к РЧС, что позволит внедрить платформу динамического управления спектром  посредством  оперативных частотно-временных запретов на использование отдельных участков полос радиочастот на заданной территории  и  адаптивных  систем для перестройки современных сетей мобильного широкополосного доступа с целью сохранения требуемого качества услуг при введении данных запретов.

Внедрение динамического управления использованием РЧС необходимо начать с полос радиочастот, выделенных для сетей мобильного широкополосного доступа4G и5G, в которых новый подход к использованию спектра реализован в виде стандартизованного функционала.

 

 

Рубрики и ключевые слова