Нестандартные полосы радиочастот для сетей LTE – стандартное решение для России

Активное обсуждение принятого на последнем заседании ГКРЧ решения о "не выделении" полос радиочастот для пилотных зон 5G оставило незамеченным принятие важного для операторов сотовой связи решения ГКРЧ по уточнению условий выделения полос радиочастот в Российской Федерации в части определения возможности использования настраиваемой ширины канала стандарта LTE и последующих его модификаций в различных полосах радиочастот на основе теоретических и экспериментальных результатов исследований, выполненных коллективом ООО "Спектрум Менеджмент" (Вадим Поскакухин, Виталий Хоменко и Дмитрий Мельгунов) в интересах Союза мобильных операторов ЛТЕ.

Диапазоны частот, определенные в 3GPP для систем LTE, активно используются в настоящее время сетями других стандартов. Для развертывания сетей LTE в этих диапазонах администрациями связи различных стран совместно с операторами был проведен рефарминг полос частот, используемых в настоящее время сетями подвижной связи различных стандартов (CDMA, UMTS и GSM). По результатам проведения аналогичного рефарминга в России, с учетом существующих ограничений от РЭС другого назначения, в большинстве случаев высвобождались полосы радиочастот не кратные стандартным значениям ширины каналов в сетях стандарта LTE. Размеры ширины канала для систем стандарта LTE стандартизованы 3GPP и включают в себя набор из шести значений: 1,4 МГц, 3 МГц, 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц, 20 МГц. Наличие некратных стандартным значениям ширины канала LTE полос радиочастот у операторов приводило к крайне неэффективному использованию радиочастотного ресурса, выделенного оператору, даже в случае использования нескольких несущих для заполнения данного радиочастотного ресурса. Такая проблема характерна как для операторов европейских, азиатских и североамериканских стран, так и для отечественных операторов. В связи с этим производителями телекоммуникационного оборудования были разработаны технические решения, позволяющие применять в сетях LTE нестандартные значения ширины полосы канала LTE с целью предоставления возможности операторам максимально использовать выделенный им частотный ресурс.

К техническим решениям, позволяющим использовать нестандартные значения ширины каналов в сетях LTE, относятся снижение количества ресурсных блоков по сравнению со стандартными значениями и применение дополнительной фильтрации каналов. Для достижения наибольшей гибкости в применении различных значений ширины используемого канала предполагается и одновременное применение двух данных решений.

Стандартизация разработанных технических решений в рамках 3GPP исследовалась, но не была проведена в силу слишком большой работы по редактированию всей сложившейся документации по стандарту LTE. По этой причине практически все производители оборудования реализовали данный функционал в рамках доработки своих базовых станций. При этом ряд операторов в различных странах уже ввели в коммерческую эксплуатацию сети LTE использующие нестандартные значения ширины канала без создания дополнительных помех для сетей и систем, работающих в соседних полосах радиочастот.

Проведенный ООО "Спектрум Менеджмент" анализ результатов измерений характеристик оборудования стандарта LTE при применении снижения количества используемых ресурсных блоков показал снижение ширины канала LTE, что позволило реализовать различные значения ширины каналов в широком диапазоне для решения вопроса эффективного использования выделенного оператору спектра в большинстве частных случаев. Исследование применения дополнительной фильтрации также подтвердило возможность уменьшения ширины спектра сигнала канала LTE. При этом снижение ширины канала происходит за счет сокращения внутренних защитных полос частот в канале LTE с сохранением значения эффективной ширины канала, но при обеспечении заданного уровня внеполосных излучений за пределами канала. Данное техническое решение может использоваться самостоятельно при небольшом снижении ширины стандартного канала, но чаще используется как вспомогательное к основному техническому решению по снижению количества ресурсных блоков.

С целью уточнения условий выделения полос радиочастот в Российской Федерации для использования сетями LTE c настраиваемой шириной канала были проведены теоретические исследования, включающие в себя определение условий электромагнитной совместимости сетей LTE различных операторов, использующих соседние полосы частот, и условий электромагнитной совместимости сетей LTE и GSM различных операторов в соседних полосах частот. В качестве условия обеспечения электромагнитной совместимости рассматривалось минимально допустимое значение частотной отстройки от границы канала сети соседнего оператора. В частности, для широкого набора значений количества используемых ресурсных блоков в канале LTE (от 4 до 100) были получены значения требуемых частотных отстроек. Полученные результаты свидетельствуют о том, что оператор сети LTE, использующий снижение количества используемых ресурсных блоков, может размещать канал без дополнительных защитных полос частот по отношению к каналу LTE соседнего оператора, при этом потенциальное помеховое воздействие не будет превышать случая использования стандартных значений ширины канала и количества ресурсных блоков.

При использовании соседних каналов в сетях стандарта GSM потребуется дополнительная защитная полоса в 0,1 МГц, что соответствует требованиям, применимым к стандартным значениям ширины канала сети стандарта LTE, то есть в соответствии с действующей сеткой частот каналов GSM на краях блоков радиочастот, выделенных операторам по регионам РФ.

С целью подтверждения отсутствия помехового воздействия со стороны оператора, использующего настраиваемую ширину канала, ухудшающего работу сетей LTE и GSM соседнего оператора, была проведена экспериментальная оценка потенциального помехового воздействия фрагментов сетей LTE и GSM, функционирующих в реальных условиях. В ходе экспериментальной оценки были проведены испытания для вариантов снижения количества используемых ресурсных блоков с 50 до 46 и с 25 до 21, при соответствующем снижении частотных разносов. Также в ходе проведения испытаний был рассмотрен вариант применения дополнительной фильтрации к каналу LTE шириной 15 МГц с целью ее уменьшения до 14,6 МГц при соответствующем снижении частотного разноса с соседними сетями. 

Анализ статистики основных параметров KPI сетей GSM и LTE показал отсутствие ухудшений в качестве связи за время проведения экспериментальных исследований, что позволяет сделать вывод об отсутствии помехового воздействия на соседние каналы, использующиеся сетями LTE и GSM, со стороны сети LTE, в которой применяется функционал по настраиваемой полосе частот.

Анализ использования диапазонов радиочастот, выделенных для сетей стандарта LTE в Российской Федерации, позволил определить перечень диапазонов радиочастот, для которых целесообразно использование настраиваемой ширины канала в сетях стандарта LTE. Целесообразность определялась наличием значительного количества непрерывных участков спектра, выделенных оператору, отличных от стандартных значений ширины канала в сетях стандарта LTE. В частности, целесообразным считается использование настраиваемой ширины канала в диапазонах 450 МГц, 800 МГц, 900 МГц и 1800 МГц.

На базе полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований было предложено внести изменения в ряд действующих обобщенных решений ГКРЧ по выделению отдельных полос радиочастот в Российской Федерации для сетей стандарта LTE и его последующих модификаций, с целью определения возможности использования настраиваемой ширины канала. Реализация возможности использования настраиваемой полосы частот в решениях ГКРЧ было осуществлено посредством включения в приложения к ним с тактико-техническими характеристиками в виде дополнительной записи о ширине используемого канала сети стандарта LTE, которая достигается за счет использования функционала по снижению количества ресурсных блоков и/или за счет применения дополнительной фильтрации, а также посредством включения в приложения требований по минимальному частотному разносу между номиналом центральной (средней) частоты сигнала сети стандарта LTE и границей канала сети другого оператора.

Принятие решения ГКРЧ по внесению изменений в действующие обобщенные решения ГКРЧ по выделению диапазонов 450 МГц, 800 МГц, 900 МГц и 1800 МГц позволяет операторам сетей стандарта LTE и его последующих модификаций в Российской Федерации повысить эффективность использования радиочастотного ресурса, выделенного каждому оператору и используемому с различными ограничениями от РЭС другого назначения, и предоставить услуги широкополосного доступа значительно большему количеству жителей в Российской Федерации, и в особенности в малонаселенных районах, что является одной из главных целей программы "Цифровая экономика". Возможно, принятие "нестандартных" решений позволит операторам сотовых сетей также получить доступ к новым "стандартным" полосам радиочастот для сетей 5G/IMT-2020 в ближайшее время.