Ежегодная конференция операторов и пользователей сети спутниковой связи и вещания в России

Колонка комментатора | Согласование потребностей в необходимых для технологии 5G ресурсах между земными и спутниковыми системами в целях упорядоченного использования международного частотного спектра

Дженнифер А. Маннер (Jennifer A. Manner)
edge
Этот вариант колонки комментатора первоначально появился в выпуске журнала SpaceNews от 12 марта 2018 года.

Сегодня сектор телекоммуникационных услуг переживает чрезвычайно интересный период. Беспроводная технология пятого поколения, известная как 5G, уже просматривается на горизонте, и ее приход ожидается к концу десятилетия. Внедрение служб 5G позволит пользователям по всему миру действительно в любое время и в любом месте получить доступ к возможностям поддержки множества пользовательских устройств и приложений, которые ранее трудно было себе даже представить. 5G будет «сетью сетей» в самом буквальном смысле. Эта сеть будет состоять из конкурирующих технологий связи, среди которых будут в том числе наземная подвижная, спутниковая, фиксированная микроволновая связь или даже станции на высотной платформе. По причине ожидаемого высокого спроса на емкость, каждой из этих служб потребуется для работы доступ к адекватному спектру частот. Каждый такой спектр жизненно необходим для сети, чтобы она функционировала надлежащим образом и была доступна всем пользователям. Однако, поскольку требуемый спектр остается дефицитным ресурсом, мы должны изыскать способы, позволяющие различным операторам совместно пользовать частотным спектром там, где это возможно, с тем пониманием, что в некоторых случаях основным пользователем будет только одна служба.

При распределении спектра частот между службами, построенными на различных технологиях, важно понять, какую роль в этом процессе играет международная координация. Международная координация осуществляется в Международном союзе электросвязи (МСЭ) на проводимых им Всемирных конференциях радиосвязи (ВКР), которые созываются каждые три-четыре года. В рамках таких конференций МСЭ осуществляется распределение спектра и координируются правила его использования по всему миру и по регионам.

В течение нескольких лет страны стремятся четко определить частотный спектр для международной подвижной телефонии (IMT). Такое определение не имеет нормативного применения, однако наличие идентификационных данных помогает в использовании спектра земными и / или спутниковыми средствами IMT. В нынешней «Повестке дня ВКР для Конференции 2019 года» определены некоторые полосы частот в рамках пункта 1.13 повестки дня ВКР 2018 для возможного определения наземной IMT-2020 (также известна как 5G). Эти полосы включают в себя: 24,25-27,5 ГГц, 37-40,5 ГГц, 42,5-43,5 ГГц, 45,5-47 ГГц, 47,2-50,2 ГГц, 50,4-52,6 ГГц, 66-76 ГГц и 81-86 ГГц («Предлагаемые диапазоны IMT»). Другие полосы (31,8-33,4 ГГц, 40,5-42,5 ГГц и 47-47,2 ГГц) рассматриваются для совместного первичного распределения в пользу подвижной службы и определения, а также земного компонента IMT.

Любое определение ресурса для земных служб в интересах IMT приведет к использованию соответствующих полос для подвижных служб IMT-2020. Это означает, что пользователи будут развертываться плотно, а пользовательские терминалы и базовые станции будут работать в одном и том же диапазоне. Многие развертывания будут базироваться на топологии малой ячейки (соты). Хотя «Предлагаемые диапазоны IMT» предоставляются или могут быть выделены подвижной службе (MS), многие из этих полос используются на принципах совмещённого распределения на первичной основе совместно с другими службами, включая фиксированную спутниковую службу связи (FSS). Несмотря на некоторые нормативные положения в поддержку совместного пользования, в период распределения планы ФСС и МС для этих полос не были разработаны.

Нынешние международные нормативные акты не обеспечивают достаточной защиты, чтобы спутниковые или земные службы планировали совместное пользование этими полосами.

Таким образом, весьма вероятно, что использование этих полос одной или другой службой для поддержки 5G может вызвать вредные помехи в других службах радиосвязи, работающих в соответствующей полосе частот. В этом случае имеет смысл для следующей ВКР в 2019 году (ВКР-19) принять меры защиты для любого или для обоих запланированных видов использования этих полос, чтобы полосы могли использоваться во всем мире или, по крайней мере, на региональном уровне на принципах предотвращения вредных помех. Такая защита также может потребовать выделения определенных полос для одного основного вида пользования.

Если такие действия не будут предприняты на международном уровне, пользователям придется в каждой отдельной стране добиваться получения необходимой им защиты для пользования полосами - или же иметь дело с потенциальными вредными помехами. Это особенно касается ситуации, когда многие страны просто принимают Регламент радиосвязи МСЭ в качестве своих внутренних правил. Если на международном уровне отсутствуют меры защиты / регламенты, то может возникнуть хаос, поскольку внутренние правила могут и не быть приняты. Это означает, что спектр не будет использоваться с максимальной эффективностью, что лишает пользователей доступа к службам 5G.

Несмотря на такой риск, некоторые участники МСЭ призывают к тому, чтобы МСЭ на ВКР-19 просто определил все «Предлагаемые диапазоны IMT» для наземного развертывания IMT по всему миру без принятия каких-либо правил, которые предоставляли бы защиту для дополнительного использования одних и тех же частотных диапазонов. Такой подход обеспечит широкие диапазоны настройки для земных 5G. Сторонники такого подхода утверждают, что страны, которые хотят использовать эти полосы частот для других целей, могут делать это отдельно в каждой стране или на региональной основе, предпочтительно вне процесса ВКР. Это обеспечило бы операторам земных систем и изготовителям оборудования, в том числе производителям комплектов микросхем, возможность воспользоваться эффектом экономии за счет масштабов производства по всему миру.

Однако такой подход приведет к отсутствию некоторых - если не всех - таких диапазонов для FSS, в том числе для служб 5G. Службы FSS глобальны по самой своей сути; в отличие от земных служб, они не могут с легкостью учитывать национальную специфику. Во-первых, спутники связи обслуживают несколько стран. Соответственно, если использование спектра для ФСС в вышеприведенных диапазонах 24 ГГц осуществляется по отдельности в разных странах, для этого потребуется, чтобы все полосы поддерживались на спутнике, чтобы они имели доступ к достаточному спектру для удовлетворения потребностей пользователей в емкости. Однако, в отличие от земных базовых станций и пользовательского оборудования, спутники имеют ограничения по весу запускаемой в космос на их борту полезной нагрузки. Критические компоненты, включая антенны, подводы сигнала, полостные фильтры и волноводы оптимизированы для достижения максимальной производительности в определенных частотных диапазонах. Каждая дополнительная полоса частот увеличивает вес, стоимость и сложность КА. Существует технический предел в отношении габаритов спутника, который может быть запущен в космос. Использование всех диапазонов сделает спутник слишком большим для запуска и слишком дорогостоящим для изготовления.

Кроме того, включение в конструкцию полезной нагрузки КА регулируемого диапазона потребует внедрения дорогостоящих технологий, ранее не применявшихся в космосе. Кроме того, это может привести к значительному сокращению продолжительности срока службы таких спутников и неприемлемому изменению экономических параметров коммерческой спутниковой связи.

Кроме того, форма зоны покрытия спутника не будет соответствовать территории каждой страны по причине ограничений, накладываемых технологией антенны; формирование луча антенны не может достичь такого уровня точности, будь то на большом расстоянии от геосинхронной орбиты или от постоянно движущейся негеостационарной орбиты (NGSO). Когда соседние страны используют разные полосы частот, крайне сложно ограничить трансграничные помехи со стороны спутниковой системы.

Столь же важно отметить, что отсутствие уверенности в наличии доступного спектра для эксплуатации не позволит бизнесу инвестировать в такие дорогостоящие проекты, как региональные или глобальные спутниковые сети.

Это означает, что наличие различных средств защиты и эксплуатационных ограничений в каждой отдельно взятой стране серьезно осложнит в эксплуатационном отношении (если и вообще позволит) обеспечение спутникового решения в масштабе большого района, а это имеет решающее значение для поддержки 5G по спутникам.

Принятие на международном уровне диапазонов настройки для полос частот выше 24 ГГц без обеспечения адекватной защиты спутниковых систем, работающих в этих диапазонах на международном уровне, фактически исключит использование этих полос глобальными или региональными спутниковыми системами. Неясно, будут ли страны обеспечивать необходимую техническую защиту, поскольку многие страны целиком полагаются на опыт МСЭ в части технических решений. Кроме того, дополнительный вес, который потребуется на спутнике, а также техническая и эксплуатационная сложность работы аппарата, который должен адаптироваться к различным диапазонам и критериям защиты в зависимости от конкретной страны, создают проблемы, решение которых не представляется реалистичным как по техническим, так и по стоимостным причинам. Спутники физически не могут ограничить свои излучения (и ограничить зоны, в которых они могут принимать помехи) районами, определенными с точностью соответствия национальным границам. Наименьший диаметр луча в любой современной коммерческой спутниковой системе составляет порядка 100 миль.

В общем случае, рабочая зона каждого спутника выходит за пределы национальных границ. Поэтому каждая пара соседних стран должна согласовать используемый спутником спектр. В противном случае ни одна их стран вообще не может использовать спутник в этом пограничном регионе. Единственное логичное решение заключается в том, чтобы все страны - по всему миру или, по крайней мере, на региональной уровне - договорились на предстоящей ВКР-19 о мерах защиты использования спутников в определенных полосах частот, а также основного применения для пользовательских терминалов. Если такие договоренности не будут достигнуты, это будет означать, что технология 5G в ее подлинном виде не доставляется всему населению мира.

Дженнифер Маннер - старший вице-президент по вопросам регулирования в EchoStar Corp. и адъюнкт-профессор права в юридическом центре Джорджтаунского университета. Она также является избранным президентом Ассоциации МСЭ США, председателем рабочей группы сетевых служб ESOA и членом правления Ассоциации спутниковой индустрии.
***