Проблемы выделения частотного ресурса для создания федеральной сети подвижной связи стандарта ТЕТРА в России и пути их решения

Бутенко В.В.,
Первый зам. Генерального директора НИИР

Быховский М.А.,
Зам. директора ЦА ЭМС (НИИР)

Харитонов Н.И.,
Начальник отдела ЦА ЭМС (НИИР)

Введение

Развитие транкинговой связи, обеспечивающей управление во многих областях государственной и производственной деятельности, имеет для России весьма большое значение. В 60-х годах прошедшего столетия была разработана и введена в эксплуатацию система Алтай — одна из первых в мире систем подвижной связи административно-управленческого и производственно-технологического назначения. Это была аналоговая система, работающая в частотном диапазоне 300 МГц, которая предоставляла только речевые услуги с использованием принципа назначения каналов по требованию, т.е. по современной терминологии транкинговая система. Со временем система Алтай частично была заменена более совершенными, но по-прежнему аналоговыми, системами типа Волемот, Леско, Акшонет, которые функционируют и в настоящее время.

В последнее десятилетие транкинговые системы связи развивались в нашей стране в соответствии с Решениями ГКРЧ в диапазонах 160, 300, 450 и 800 МГц. Во многих случаях, особенно в диапазоне 800 МГц, внедрялись системы американских стандартов. Развитие в стране сетей транкинговой связи происходило хаотично и радиочастотный спектр (РЧС) выделялся для создания многочисленных ведомственных сетей, имеющих, как правило, небольшую емкость.

В Европе, учитывая важность транкинговой связи для государственного управления страной и для развития в ней бизнеса, была разработана региональная система транкинговой связи стандарта ТЕТРА, на основе которой в большинстве стран Европы стали создаваться общегосударственные современные цифровые сети транкинговой связи. В этих сетях, также как и в сетях сотовой связи, возможен роуминг абонентов. В настоящее время такие сети развернуты и быстро развиваются в ряде европейских стран и в Китае.

Начиная с 1997 года, отечественными специалистами неоднократно поднимались вопросы [1-4], связанные с разработкой государственной концепции развития в стране сетей транкинговой связи. Анализ показывал, что для России наиболее перспективным является развертывание в стране сетей транкинговой связи европейского стандарта ТЕТРА. Одним из насущных вопросов, нуждающихся в первоочередном решении, является принятие Решения ГКРЧ о выделении необходимого частотного ресурса для создания таких систем. Однако, хотя проработка данного вопроса еще в 1997 году была включена в программу конверсии РЧС Спектр-2000, соответствующие исследования не были проведены ввиду отсутствия финансирования. Не решен этот вопрос и в настоящее время. Столь длительная задержка развития в нашей стране перспективной технологии радиосвязи, которая позволяет решать на современном уровне важнейшие проблемы управления во многих ведомствах и отраслях народного хозяйства, является одним из примеров весьма низкой эффективности отечественной системы управления РЧС, которая остро нуждается в модернизации [5,6].

Развитие в стране сетей транкинговой связи имеет весьма важное государственное значение. Исторически во многих странах мира в таких сетях применялось разнотипное оборудование, и для них выделялись полосы в разных диапазонах частот. Подобным же образом развивались сети транкинговой связи и в России. Такое хаотическое развитие приводило к трудностям в сопряжении различных сетей транкинговой связи и недостаточным набором услуг, предоставляемых абонентам. Созданные в России сети транкинговой связи построены на аналоговом и разнотипном оборудовании. В России такие сети обслуживают интересы отдельных ведомств. При этом нередки случаи, когда в одном и том же регионе создаются несколько транкинговых сетей, обслуживающие интересы различных ведомств.

Следует отметить, что создание множества сравнительно небольших транкинговых сетей различными ведомствами невыгодно экономически и, кроме того, приводит к весьма неэффективному использованию радиочастотного спектра.

Большим недостатком существующих сегодня транкинговых сетей связи является:

Экономическая неэффективность, обусловленная тем, что создание в одном регионе нескольких сетей транкинговой связи небольшой емкости требует больших капиталовложений, нежели создание единой сети с большим числом абонентов. Окупаемость таких систем низка.
Низкая эффективность использования выделенного для работы транкинговых систем радиочастотного спектра (РЧС), обусловленная тем, что имеющийся частотный ресурс распределен между многими операторами.
Существующие в России сети транкинговой связи являются аналоговыми и не могут предоставлять своим абонентам современные услуги связи.
В существующих сетях для абонентов отсутствует возможность роуминга.

В нашей стране назрела необходимость создания федеральной сети транкинговой связи на основе европейской системы ТЕТРА. В данной статье обсуждаются проблемы создания федеральной сети транкинговой связи в России.

Краткая характеристика систем транкинговой связи

Системы транкинговой связи относятся к классу специализированных систем сухопутной подвижной радиосвязи, в которых ограниченное число каналов радиосвязи, объединённых в общедоступный тракт, предоставляется в совместное пользование большому количеству подвижных абонентов, причём трафик, как правило, замыкается внутри транкинговых сетей, и выход большинства абонентов на телефонную сеть связи общего пользования ТфОП предполагается в исключительных случаях.

Транкинговые системы подвижной радиосвязи предназначены для организации учрежденческих, внутрипроизводственных или технологических сетей мобильной радиосвязи, сетей радиосвязи специальных служб, таких как: скорая медицинская помощь, милиция, служба пожарной безопасности, предприятий энерго-, газо- и водоснабжения, для организации трассовой радиосвязи вдоль железных дорог и других транспортных средств и т. д.

По сравнению с сотовыми, транкинговые системы обеспечивают существенно более быстрое соединение абонентов, возможность организации не только индивидуальной, но и групповой связи, различные режимы приоритетных вызовов. Транкинговые сети имеют более дешевую инфраструктуру по сравнению с сотовыми за счет того, что зона обслуживания в таких сетях больше, чем в сотовых. Тем самым, транкинговые системы подходят не только для ведомственных и корпоративных сетей подвижной связи, обеспечивая при этом широкую зону охвата, высокую спектральную эффективность и богатые функциональные возможности, но и для создания сети общего пользования.

Взятый Правительством курс на повышение качества государственного управления на всех уровнях и усиление роли государственного регулирования экономики в России требует скорейшего внедрения новых технологий управления, к числу которых относятся современные цифровые транкинговые системы. Проведённые экспертами группы компаний-операторов транкинговых сетей маркетинговые исследования показали, что в настоящее время количество абонентов в этих сетях составляет примерно 100 тыс. По прогнозу ООО Гипросвязь потенциальное количество абонентов транкинговых сетей в 2005 году может составить 600 тыс., а в 2008 году может достигнуть 1,6 млн. Количество абонентов только из числа руководящего состава государственных административных органов по прогнозам составляет 150-200 тыс. Кроме того, услугами этой сети будут пользоваться городские службы, а также многие организации, которые в настоящее время имеют или пытаются создать свои сети транкинговой связи. Таким образом, объём клиентской базы в России ожидается значительным, что подтверждает целесообразность создания общефедеральной сети цифровой транкинговой связи под контролем государства.

Ключевым фактором ускорения внедрения цифрового транкинга в России должно стать государственное регулирование этого процесса, которое должно выражаться в скорейшем внедрении федерального стандарта цифровой транкинговой связи. Таким стандартом должен стать общеевропейский открытый цифровой стандарт ТЕТРА. Новая федеральная сеть подвижной профессиональной транкинговой связи (ФСППС ТЕТРАРУС) как совокупность региональных сетей отдельных операторов, действующих на базе единого стандарта, должна заменить многочисленные небольшие сети с малым числом абонентов, неэффективно использующие радиочастотный ресурс.

Основными проблемами, от решения которых зависит состояние и перспективы распределения спектра для транкинговых систем в России, являются:

негармонизированное с европейским распределение спектра для систем профессиональной подвижной радиосвязи, исторически сложившееся в России;
проблемы высвобождения частотного ресурса для систем профессиональной подвижной связи, обусловленные большими экономическими затратами;
сложная электромагнитная обстановка и высокий уровень межсистемных помех в крупных мегополисах России и, прежде всего, в Московской зоне;
проблемы эффективности использования РЧС операторами систем транкинговой связи.

Частотный ресурс, выделенный для систем транкинговой связи в Европе и в России

Рассмотрим распределение полос частот в диапазонах 300, 400, 800, 900 МГц между разными службами в России и в Европе. Эти распределения приведены на рис. 1-4.

В Европе для развертывания систем стандарта TETRA в соответствии с Рекомендацией Т/R 22-05 и Решением ERC/DEC(96)04 (см. Приложение) выделены полосы частот:

380 — 390/390 — 400 МГц (для систем общественной безопасности);
410 — 420/420 — 430 МГц (для всех систем общего пользования);
450 — 460/460 — 470 МГц (для всех систем общего пользования);
870 — 876/915 — 921 МГц (для всех систем общего пользования).

Следует отметить, что для системы стандарта ТЕТРА в диапазоне 400 МГц дуплексный разнос составляет 10 МГц.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Российская национальная таблица распределения полос частот (ТРЧ) существенно отличается от европейской. Согласно этой таблице для развертывания транкинговых систем выделены следующие полосы частот:

300308/336344 МГц (примечание 129, дуплексный разнос составляет 36 МГц и не соответствует стандарту ТЕТРА);
412417.0125/422427.125 МГц (примечание 155, дуплекс 10 МГц соответствует стандарту ТЕТРА);
815 820/860 865 МГц (примечание 180, стандартный дуплекс 45 МГц).

По решениям ГКРЧ для операторов дополнительно выделены полосы частот:

301,125 — 305,825, 307 -308 МГц (на линии AC-БС)
337,125-341,825 343-344 МГц (на линии БС-АС), нестандартный дуплекс 36 МГц
806-824/851-869 (стандартный дуплекс 45 МГц).

Сопоставление национальной и европейской ТРЧ и анализ загруженности полос частот, которые выделены в соответствии с европейской ТРЧ для развития транкинговой связи стандарта TETRA, показывает, что:

В диапазоне 300 МГц частотные распределения для систем транкинговой связи в России и систем стандарта ТЕТРА в Европе не совпадают. В европейских полосах частот, выделенных для систем общественной безопасности, в соответствии с российской таблицей работают системы, использующие полосы частот категории ПР (правительственная). Полоса частот 380 430 МГц в Московской зоне используется РЛС слежения за космическими объектами.
В ряде регионов России, включая Московскую зону, полоса частот 410 — 430 МГц, занята РЭС фиксированной, подвижной, а в прибрежных районах — морской подвижной службами; а также радиовысотомерами, расположенными на бортах летательных аппаратов, и радиосредствами земных станций, обеспечивающими передачу ТВ информации на пилотируемые объекты. Кроме того, данная полоса частот используется системами военного назначения.
Полоса частот 450 — 470 МГц занята преимущественно сетями сотовой связи стандарта NMT-450 и IMT-MC-450, системами связи МВД, РЭС фиксированной службы, станциями внутрисудовой радиосвязи морской подвижной службы; радиовысотомерами летательных аппаратов, бортовыми РЭС ИСЗ и космических объектов.
Полосы частот 870 — 876/915 — 921 МГц используются системами воздушной навигации, сухопутной подвижной службой, диспетчерскими радиолокаторами управления воздушным движением, РЭС спутниковой системы связи и службы космических исследований, а также планируется для развития цифрового радиовещания. Кроме того, эти полосы используются системами РСБН.

Следует отметить, что в диапазоне 400 МГц, в полосах частот, которые в Европе выделены для развития сетей ТЕТРА, в России за последние годы соответствующими Решениями ГКРЧ выделены небольшие полосы частот ряду компаний, в частности, Минобороны, МПС, Минтранс, компаниям, входящим в состав РАО ЕЭС. Кроме того, в этом диапазоне частотный ресурс 2х3 МГц выделен МВД (однако МВД используют его в цифровом транкинговом стандарте АРСО-25, несовместимом со стандартом ТЕТРА).

Таким образом, в настоящее время полосы частот, которые выделены в Европе для развития транкинговых сетей связи на основе систем ТЕТРА, в России весьма загружены как системами гражданского, так и военного назначения.

Анализ полос частот, выделенных для развития сетей транкинговой связи в России, не совпадающих с теми, в которых работает система ТЕТРА, показывает:

Полоса частот 300308/336344 МГц в Европе повсеместно относится к военному использованию.
В диапазоне 800 МГц, в котором в России выделены полосы частот для транкинговой связи, в Европе предназначены для развития ТВ вещания и фиксированной связи.

Выполненный анализ показывал, что из-за существенных отличий национальной ТРЧ от международного Регламента радиосвязи и европейской ТРЧ имеются значительные трудности в использовании выделенных полос частот для ФСППС ТЕТРАРУС. В ближайшее время необходимо провести детальные исследования, которые должны показать возможность и целесообразность использования рассмотренных полос частот для развития сетей транкинговой связи в России.

Концептуальные принципы частотного обеспечения создания и развития в России ФСППС ТЕТРАРУС

При проведении исследований возможностей выделения полос частот для ФСППС ТЕТРАРУС целесообразно в первую очередь рассмотреть возможность выделения тех полос частот, в которых работает оборудование стандарта ТЕТРА, выпускаемое в настоящее время производителями. Это важно еще и потому, что при этом будет достигнута гармонизация национальной Таблицы распределения полос частот с общеевропейской, а эта задача сформулирована в Постановлении Правительства РФ 413 от 26 мая 2000г. и на его основе был выпущен Приказ Минсвязи России от 23.06. 2000 г. 104 О сближении распределения и условий использования полос радиочастот Российской Федерации с международным распределением полос радиочастот.

В рамках предстоящей работы по определению возможностей выделения полос частот для ФСППС ТЕТРАРУС целесообразно решить следующие вопросы:

Разработать нормы ЧТР для сетей ФСППС ТЕТРАРУС и других РЭС, работающих в диапазонах частот385 — 390/395 — 400 МГц; 410 420/420 — 430 МГц; 450 460/460 - 470 МГц, а также 870 — 876/915 — 921 МГц. Такие исследования позволят определить степень несовместимости системы ТЕТРА с действующими сегодня в этих полосах частот РЭС и сформулировать рекомендации о возможности использования этих полос частот в разных регионах России.
Оценить целесообразность, стоимость и сроки вывода соответствующих РЭС из полос частот, которые предполагается выделить для ФСППС ТЕТРАРУС.
Учитывая значительные сложности с высвобождением этих полос частот от действующих в них РЭС следует рассмотреть возможность выделения полос частот для сетей ФСППС ТЕТРАРУС в двух диапазонах 400 и 800 МГц 1) на всей территории Российской Федерации за исключением центральной зоны радиусом 350 км от Москвы в диапазоне 400 МГц в полосах 412-417 МГц и 422-427 МГц, которые, согласно примечанию 155 национальной Таблицы распределения полос частот (ТРЧ), могут использоваться средствами транкинговых систем сухопутной подвижной радиосвязи; 2) — в центральной зоне рассмотреть возможность частичного использования полос частот 870 — 876/915 — 921 МГц.
В том случае, если исследования покажут, что в Москве и в Московской области полосы частот, предназначенные для работы систем ТЕТРА, не могут быть использованы в ближайшие годы, следует рассмотреть также возможность использования в сетях ФСППС ТЕТРАРУС полос частот 300-308 МГц и 336-344 МГц, которые согласно примечанию 129 национальной Таблицы распределения полос частот могут использоваться радиальными и радиально-зоновыми системами радиосвязи, а также полосы частот, выделенные для систем транкинговой связи в диапазоне 800 МГц.
Следует, однако, иметь ввиду, что создание сетей транкинговой связи в диапазонах частот, которые отличаются от тех, которые выделены для систем ТЕТРА в Европе, потребует не только выполнение работ по высвобождению этих полос частот от действующих в них в настоящее время РЭС, но также необходимо будет вложить значительные средства в разработку нестандартного оборудования ТЕТРА. Кроме того, это на долгие годы будет препятствовать гармонизации отечественной ТРЧ с европейской и, следовательно, будет долгие годы мешать развитию в России перспективных технологий, активно внедряемых в этих полосах частот в других европейских странах.

Пути решения проблем частотного обеспечения ФСППС ТЕТРАРУС

Важная государственная задача создания ФСППС ТЕТРАРУС должна решаться, с нашей точки зрения, опираясь на Правительственные решения.

На первом этапе развития этой сети для нее должна быть выделена полоса 2х(24) МГц, в диапазоне 400 МГц. За пределами Московской области это может быть, в частности, полоса 412-417 / 422-427 МГц. В Москве и Московской области целесообразно исследовать возможность использования отдельных участков полосы частот 385 — 390/395 — 400 и/или 870 — 876/915 921 МГц.

Последующие этапы развития сетей ФСППС ТЕТРАРУС должны опираться на Постановление Правительства по составлению плана использования диапазона частот ниже 1 ГГц. В таком Постановлении должна быть определена необходимость перехода от принципа распределения полос частот для транкинговой связи не на основе ведомственного подхода, а на основе коллективного использования имеющегося частотного ресурса всеми заинтересованными пользователями федеральной сети ТЕТРАРУС. При этом должны быть отменены Решения ГКРЧ по выделению полос частот, ранее выданные отдельным операторам транкинговой связи.

Исследования возможностей создания ФСППС ТЕТРАРУС в диапазонах частот 300 и 800 МГц (ряд специалистов считают, что можно выбрать такой путь развития транкинговой связи в стране) также целесообразно провести. При этом следует оценить финансовые затраты на высвобождение этих полос частот от действующих РЭС, на разработку нестандартного оборудования систем ТЕТРА и учесть возможные последствия для России от использования для технологии ТЕТРА полос частот, которые в Европе предназначены для развития совершенно других радиотехнологий. Следует, однако, отметить, что целесообразность такого особого пути развития сети транкинговой связи в нашей стране сегодня вызывает серьезные сомнения.

Ввиду особой важности создания ФСППС ТЕТРАРУС решение вопросов выделения полос частот должно быть поставлено под контроль Правительства РФ. Министерству транспорта и связи и Минобороны должны быть даны поручения провести необходимые исследования по определению условий ЭМС федеральной сети ТЕТРАРУС с РЭС других назначений, по оценке необходимого частотного ресурса для создания первой очереди этой сети, а также стоимости и сроков высвобождения соответствующих полос частот.

В заключении остановимся на вопросах эффективного использования РЧС в системах транкинговой связи. На рис. 5 представлены графики зависимостей эффективности использования выделенной в данной зоне действия транкинговой связи (например, в данном городе) полосы частот от количества операторов, между которыми распределен имеющийся частотный ресурс.

Рис. 5

Из рис. 5 видно, что с увеличением числа оператором эта эффективность падает. Например, если на одну базовую станцию (БС) приходиться полоса частот, равная 0,5 МГц, в которой, согласно приведенной на слайде таблице, может быть обслужено с заданным качеством 5000 абонентов, (полоса частот, приходящаяся на одну БС, может быть и меньше этого значения, если в одном регионе необходимо организовать несколько зон, исключив взаимные помехи между этими зонами), то при пяти операторах этот ресурс должен быть распределен между ними. При этом эффективность использования спектра падает почти в два раза, по сравнению со случаем, когда имеется только один оператор транкинговой сети, создающий одну сеть, используя весь выделенный частотный ресурс. Это означает, что в пяти сетях в целом количество абонентов будет в два раза меньше (2500), чем в одной сети, которая использует весь частотный ресурс. Отметим, что объем инвестиций, необходимых на создание пяти отдельных сетей, также будет почти в 5 раз выше.

Следует также отметить, что при определении объема выделяемого частотного ресурса для развертывания в каждом регионе транкинговой сети, необходимо исходить из требований к емкости такой сети. Абонентская емкость и топология сети должны быть определены в результате тщательного исследования потребностей в передаче трафика различных пользователей (ведомств, организаций). Если сеть должна обслуживать сравнительно небольшое количество абонентов, то для нее достаточно выделить небольшую полосу частот. Из таблицы, приведенной на рис. 5, видно, что для сети обслуживающей примерно 1000 абонентов, достаточна полоса частот, равная 2х0,25 МГц, если же количество обслуживаемых абонентов составляет 11000, то необходимая для организации сети полоса частот составит 2х2 МГц.

Таким образом, анализ показывает, что с точки зрения эффективности использования РЧС и экономической эффективности целесообразно создание единой сетевой инфраструктуры, в которой технология системы ТЕТРА позволяет создавать виртуальные сети для разных групп кооперативных пользователей (милиции, скорой помощи и т.п.). Кроме того, полоса частот, выделяемая для работы сети, создаваемой в конкретном регионе страны, и ее топология должны быть определены исходя из потребностей этого региона в абонентской емкости.

Заключение

Выполненный в данной статье анализ показал, что для создания федеральной сети транкинговой связи в России в ближайшее время должны быть решены следующие проблемы:

необходимо выпустить Постановление Правительства РФ, которое должно определить порядок и сроки выполнения работ, связанных с созданием ФСППС ТЕТРАРУС и, в частности, с выделением для нее необходимого частотного ресурса;
на 1-м этапе развития этой сети для нее должны быть выделение на всей территории России полосы частот 2х(2-4) МГц в диапазоне 400 МГц;
необходимо провести в диапазоне 400 МГц детальные исследование ЭМС РЛC и оборудования ТЕТРА;
за пределами Московской области для этой сети целесообразно выделение полосы частот 412-417 / 422-427 МГц;
целесообразно провести исследование возможности использования в Московской области участков полосы частот 300308/336344 , 385 — 390/395 — 400 и 870 — 876/915 921 МГц;
для создания благоприятных условий развития для ФСППС ТЕТРАРУС целесообразно установить сроки действия Решений ГКРЧ, выданных ранее операторам транкинговой связи.

Литература

[1] Быховский М.А. Потребности в радиочастотном спектре для развития в России перспективных радиотехнологий подвижной связи, Мобильные системы, 6, 1997
[2] Хорошилов В.А. Перспективы развития цифрового транкинга в России, Mobile Communications International, 1, 2001
[3] Невдяев Л.М. ТЕТРАвизация всей страны (Преодоление межведомственной дезинтеграции), ИнформКурьер связь, 11, 2003
[4] Волкова Ю.В. Те же и ТЕТРА / ИНФОБИЗНЕС, Форум — 2004/04/09, www.sotovik.ru
[5] Быховский М.А. Управление использованием радиочастотного спектра и развитие радиосвязи и вещания в России, Электросвязь, 12, 1997
[6] Быховский М.А., Володин В.Н., Козирацкий Ю.Л., Сорокин А.Д., Бобовников В.В., Цветков С.А., Ященко В.С. Некоторые направления конверсии РЧС в России, Электросвязь, 11, 2000

© СОТОВИК