Использование систем LTE в приграничных районах с учетом их совместимости с радиосредствами соседних государств

Журнал «Электросвязь» № 8, 2012

Автор: ЖЕЛТОНОГОВ И.В.

Проблемы внедрения перспективных технологий.

Не секрет, что в настоящее время наиболее динамично развивающейся областью связи является сотовая связь. Уже сегодня во многих странах начато или планируется в ближайшей перспективе использование систем широкополосной беспроводной связи 4-го поколения типа LTE, что позволяет значительно (в десятки и сотни раз) увеличить скорость передаваемой информации по сравнению с существующими сетями. В результате потребители смогут получать качественно новые услуги связи, такие как высокоскоростной Интернет и видеоинформация в реальном времени, без задержек, не только в стационарном положении, но и в движении.

В то же время продвижение этих технологий, как и всего нового, связано с целым рядом проблем. В статье рассматриваются некоторые технические и регуляторные решения, найденные при определении международных условий использования систем LTE в приграничных районах. Эти условия касаются приграничных районов, которые, однако, имеют значительные размеры (от 100 до 450 км от границы), что для ряда регионов (например, Калининградской области, Кольского полуострова и др.) критично. Кроме того, данные решения могут быть взяты за основу при определении условий использования сетей LTE и за пределами этих районов.

Предыстория вопроса.

В феврале 2012 г. успешно завершилась Всемирная конференция радиосвязи 2012 г. В числе самых острых и актуальных вопросов повестки дня ВКР-12 был пункт 1.17 — обеспечение надлежащей защиты служб, распределенных в полосе частот 790—862 МГц в Районах 1 и 3 и создание благоприятных условий для развития новых технологий подвижной связи (типа LTE) в Районе 1.

В рамках пункта 1.17 рассматривались следующие подвопросы:

• Вопрос А — защита радиовещательной службы (РвС).
• Вопрос В — защита воздушной радионавигационной службы (ВРНС).
• Вопрос С — защита фиксированной службы (ФС).

Одним из наиболее трудных оказался вопрос защиты ВРНС, что обусловлено большой чувствительностью некоторых типов приемников систем ВРНС и большой зоной видимости воздушных средств (рис. 1).

Рис. 1. Сценарии помех систем ВРНС от систем подвижной службы

Необходимо отметить, что в полосе частот 790—862 МГц системы ВРНС используются прежде всего в Российской Федерации, а также в странах СНГ, в Болгарии, Румынии и Польше. Поэтому для России решение данного вопроса было сложным вдвойне, так как требовалось найти компромисс между защитой отечественных систем ВРНС от систем подвижной службы (ПС) соседних стран, с одной стороны, и хорошими условиями использования будущих отечественных систем LTE при обеспечении защиты систем ВРНС соседних стран — с другой.

В ходе исследований, проведенных в Международном союзе электросвязи (МСЭ), были получены весьма пессимистичные результаты условий совместимости систем подвижной связи 4-го поколения с системами ВРНС. Эти результаты, частично представленные в таблице, были включены в отчет Подготовительного собрания к конференции 2011г. (ПСК-11).

ВРНС	Суммарная напряженность поля, дБ (µВ/м)	Координационное расстояние для станций ПС, км
		Абонентский терминал	Базовая станция
РСБН	42 (на высоте 10 м и в полосе 3 МГц)	50	125 (для сухопутной трассы)/ 175 (для смешанной трассы, когда доля водной поверхности превышает 50 %)
РЛС 2 (тип 2), самолетный приемник	73 (на высоте 10 000 м и в полосе 3 МГц)	150	432
РЛС 1 (типы 1 и 2), наземный приемник	13 (на высоте 10 м и в полосе 6 МГц)	125 (для сухопутной трассы)/ 175 (для смешанной трассы, когда доля водной поверхности превышает 50 %)	400 (для сухопутной трассы)/ 450 (для смешанной трассы, когда доля водной поверхности превышает 50 %)

Как следует из представленных данных, требуемые координационные расстояния для систем подвижной связи составляли от 50 до 450 км в зависимости от сценария помех. Столь значительные расстояния обусловлены неопределенностью характеристик будущих систем ПС (в том числе неопределенностью частотных планов), а также невозможностью учесть реальные условия для каждого государства (плотность станций, трассы распространения сигналов и др.). Все это могло привести к существенным ограничениям на использование будущих систем ПС. Поэтому большинство стран, планирующих внедрение новых систем подвижной связи в этом диапазоне частот, такие условия категорически не устраивали.

В ходе ПСК-11 Российская Федерация и другие страны Регионального содружества в области связи (РСС) достигли договоренностей со странами, входящими в Европейскую конференцию администраций почт и электросвязи (СЕРТ), о том, что до ВКР-12 необходимо заключить двусторонние/ многосторонние соглашения по использованию полосы час¬тот 790—862 МГц на более реальных (лучших) условиях, чем общие условия, которые будут прописаны в Регламенте радиосвязи. Таким образом, требовалось, не трогая общих условий координации, учесть особенности ПС в каждой стране и снизить ограничения на системы подвижной службы через заключение двусторонних/ многосторонних соглашений.

С этой целью на ПСК-11 администрациями РСС и СЕРТ совместно было разработано рамочное (типовое) соглашение по использованию полосы частот 790—862 МГц — именно его администрациям связи рекомендовалось использовать при проведении координации.

Технические основы соглашений, общие принципы и технические положения.

При разработке рамочного соглашения РСС и СЕРТ был согласован ряд важных общих принципов координации:

1. Применение частотного плана FDD и параметров базовых станций (БС) и абонентских терминалов (AT) ПС в соответствии с Решением ECC/DEC(09)03, что позволило исключить сценарий помех от БС ПС на воздушные станции ВРНС (рис. 2).
2. Применение принципа взаимной координации (координация ПС с ВРНС и наоборот).
3. Защита только от излучений (защита приемников осу­ществляется через защиту от передатчиков).
4. Применение симметричных требований для одних и тех же пар служб.
5. Защита частотных присвоений, а не службы в целом.
6. Защита частотных присвоений, которые имеют меж­дународное признание и/или согласованы и введены в действие.
7. Защита станций ВРНС от абонентских станций ПС через защиту от базовых станций ПС.
8. Учет особенностей размещения и работы станций каждой страны.
9. Применение различных условий для разных участков полос частот и/или разных участков границы.

Рис. 2. Сценарии помех от станций ПС на станции ВРНС в полосе частот 790-862 МГц при применении частотного плана FDD в соответствии с Решением ECC/DEC(09)03

Кроме того, при разработке рамочного соглашения РСС и СЕРТ и уже в ходе подготовки и проведения координаций были предложены и согласованы несколько важных положений, ставших технической основой при определении условий совместимости.

Для определения порога напряженности поля на границе, который может быть разрешен для передающей БС ПС, чтобы не мешать работе станций ВРНС применялись выражения (см. также рис. 3):

где — суммарная напряженность поля в месте размещения станции ВРНС от всех БС ПС, расположенных на удалении до 200 км по сухопутной трассе и до 450 км по воздушной трассе; — уровень превышения помех для конкретной станции ВРНС; — защищаемая напряженность поля станции ВРНС; — напряженность поля от БС, расположенной на расстоянии от границы; ρ₁, ρ₂, ρ₃ — максимальные плотности БС в пределах различных рас­стояний от границы; — напряженность поля от БС, расположенной на минимальном расстоянии от границы; — требуемый порог напряженности поля на границе для защиты станций ВРНС от базовых станций ПС.

Рис. 3. Определение прогнозируемой плотности размещения станций ПС на основе геоинформационных технологий и данных о реальных сетях связи

При расчете суммарной напряженности поля учитывались реальные расстояния от базовых станций, подстилающая поверхность, а также различная плотность размещения БС в разных зонах от границы. Причем при вычислении плотности принимались во внимание БС, работающие одновременно в общей полосе частот. Кроме того, при определении максимальной плотности БС, одновременно работающих в общей полосе частот, учитывалась плотность населения и/ или БС действующих сетей связи (рис. 4).

Рис. 4. Определение условий защиты наземных станций ВРНС от помех БС ПС

Защиту станций ВРНС от абонентских терминалов ПС было предложено осуществлять через БС ПС. Поскольку AT не регистрируются и, соответственно, никак не регулируются, было принято решение на основе суммарного воздействия AT ПС определять требуемое координационное расстояние для БС ПС, которые можно контролировать. А значит, контролируя место размещения БС ПС от станций ВРНС, можно контролировать влияние AT ПС на ВРНС.

Координационные расстояния для БС ПС, необходимые для защиты станций ВРНС от абонентских терминалов ПС, определялись следующими выражениями:

где - суммарная напряженность поля в месте размещения станции ВРНС от всех абонентских терминалов ПС, расположенных на удалении до 200 км по сухопутной трассе и до 450 км по воздушной трассе; — напряженность поля от i-го AT, расположенного на расстоянии от границы; — координационное расстояние для БС ПC, необходимое для обеспечения защиты станций ВРНС от абонентских терминалов ПС; — напряженность поля от AT, расположенного на минимальном расстоянии от границы; — радиус зоны обслуживания БС ПС.

При анализе помех от AT рассматривались два сценария, когда помехи могут создаваться не только наземным, но и воздушным станциям ВРНС (рис. 5)

Рис. 5. Определение условий защиты воздушных станций ВРНС от помех АТ ПС.

Заключение.

По результатам исследований были разработаны технические основы и методология, позволяющие определять условия применения систем подвижной связи нового поколения в приграничных районах. Это способствовало существенному — в разы, а в некоторых случаях и в десятки раз — снижению ограничений для станций ПС.

Разработанная методология успешно опробована на практике, и на ее основе Российской Федерации удалось заключить соглашения с соседними государствами (Латвией, Литвой, Эстонией, Финляндией, Польшей, Швецией и Норвегией) об условиях использования полосы частот 790— 862 МГц перспективными системами подвижной службы и существующими радиослужбами.

Заключенные соглашения помогли найти взаимоприемлемое решение по пункту 1.17 повестки дня ВКР-12 и внести соответствующие изменения в международные условия использования полосы частот 790—862 МГц подвижной службой. Эти условия не только обеспечивают защиту отечественных систем ВРНС от систем подвижной связи соседних стран, но и создают благоприятные и равноправные условия использования будущих отечественных систем LTE в приграничных районах.

Кроме того, найденные решения могут быть взяты за основу при определении условий использования сетей LTE на остальной части территории Российской Федерации, а также при решении аналогичных проблем в других диапазонах частот (например, в полосе второго цифрового дивиденда 694—790 МГц).