Как выбрать идеальные частотные диапазоны для мобильной сети

Выбор оптимальных частотных диапазонов для мобильной сети является критическим аспектом при проектировании и развитии современных телекоммуникационных систем. От грамотного подбора зависит покрытие, качество связи, пропускная способность и стоимость внедрения сети. В статье рассмотрены основные принципы, технические характеристики и нормативные аспекты, позволяющие выбрать идеальные частотные диапазоны с учётом требований 4G и 5G.

Частоты для мобильной сети 5G

Технология 5G, являясь пятым поколением мобильной связи, использует широкий спектр частотных диапазонов, что позволяет достичь значительного увеличения скорости передачи данных, уменьшения задержек и повышения ёмкости сети. Основные частоты для мобильной сети 5G подразделяются по диапазонам, условно делящимся на низкочастотные (below 1 ГГц), среднечастотные (1–6 ГГц) и миллиметровые волны (>24 ГГц).

Низкочастотный диапазон (Sub-1 GHz)

Диапазоны, например 600 МГц и 700 МГц, обеспечивают хорошее покрытие и проникновение в здания, что особенно важно для сельской местности и помещений. Их пропускная способность ограничена, но покрытие достигает до 15 км от базовой станции. Пример: 3GPP стандарт определяет использование диапазона 617-698 МГц (n71), который позволяет обеспечить стабильное соединение в широких зонах.

Среднечастотный диапазон (1-6 GHz)

Это основные частоты 5G, на которых достигается баланс между покрытием и пропускной способностью. Например, диапазон 3.3-4.2 ГГц (n77/n78) используется во многих странах для развертывания сети 5G и предоставляет скорости до 1-3 Гбит/с при радиусе покрытия базовой станции около 1-3 км.

Высокочастотный диапазон (миллиметровые волны)

Диапазоны 24-39 ГГц (например, n257, n258) характеризуются очень высокой пропускной способностью — до 10 Гбит/с и выше, что идеально подходит для густонаселённых городов, стадионов и промышленных зон. Основной недостаток — ограниченное покрытие (несколько сотен метров) и слабое проникновение сквозь препятствия.

Примеры и стандарты

Международный стандарт 3GPP Release 15 регламентирует использование вышеуказанных диапазонов для 5G, включая новые технологии, такие как Massive MIMO и beamforming, которые оптимизируют использование спектра и улучшают качество связи.

Основы частотных диапазонов в мобильной связи

Частотные диапазоны для мобильной связи — это участки радиочастотного спектра, выделенные под передачу данных между базовыми станциями и мобильными устройствами. Для повышения эффективности используются разные диапазоны в зависимости от технологии (3G, 4G, 5G).

Основные частотные диапазоны в мобильных сетях

Используемые частоты в мобильных сетях определяются национальными регуляторами и международными организациями, такими как ITU, ETSI и 3GPP. Эксперты отмечают, что эффективное использование спектра требует гибкого сочетания диапазонов разных характеристик.

Частотные диапазоны LTE и их применение

Технология LTE стала основой 4-го поколения мобильной связи и использует частотные диапазоны LTE, которые варьируются в зависимости от региона и оператора. Наиболее распространённые диапазоны включают:

• Диапазон Band 3 (1800 МГц) — универсальный вариант для городских и пригородных сетей, хороший баланс покрытия и пропускной способности.
• Диапазон Band 7 (2600 МГц) — используется для увеличения ёмкости на территории с высокой плотностью пользователей, например в мегаполисах.
• Диапазон Band 20 (800 МГц) — обеспечивает глубокое проникновение внутрь зданий и лучшее покрытие в сельской местности.

Например, покрытие базовой станции LTE 1800 МГц при мощности передатчика 40 Вт может составлять до 3-5 км в городской зоне с плотной застройкой и до 15 км в сельской местности при открытой местности. Скорость по LTE на этих частотах достигает 150-300 Мбит/с на пользователя в зависимости от ширины полосы (обычно от 5 до 20 МГц). На частотах 2600 МГц максимальная ширина полосы достигает 40 МГц, что позволяет увеличить скорость передачи данных.

Наиболее удачные частотные диапазоны LTE также поддерживают технологии Carrier Aggregation, которые позволяют комбинировать несколько полос для повышения общей скорости до 1 Гбит/с и выше.

Критерии выбора оптимальных частотных диапазонов для сети

При выборе частотных диапазонов для сети 4G и 5G учитываются следующие ключевые параметры:

1. Покрытие и проникновение — низкие частоты (~700-900 МГц) лучше проникают через здания и обеспечивают широкое покрытие с меньшим числом базовых станций.
2. Ёмкость и скорость — высокие частоты (>2 ГГц или миллиметровые волны) обеспечивают большие полосы для передачи данных и, соответственно, высокие скорости, но имеют ограниченное покрытие.
3. Наличие спектра и регуляторные ограничения — спектр должен быть доступен у регулятора и соответствовать требованиям национального законодательства. В России, например, регламентируются согласно приказам Минцифры РФ и международным стандартам 3GPP, ITU.
4. Стоимость внедрения — низкочастотные сети требуют меньшего количества базовых станций, что снижает CAPEX, в то время как высокочастотные сети требуют плотного размещения оборудования.
5. Прогнозируемая нагрузка — анализ пользовательской активности и типа трафика (видео, голос, IoT) помогает определить оптимальный спектр.

Влияние частотных диапазонов на качество и покрытие связи

Какие частоты лучше для мобильной сети?

Отвечая на вопрос, какие частоты лучше для мобильной сети, нужно учитывать назначение сети:

• Для обеспечения стабильности и широкой зоны покрытия преимущественно используются диапазоны около 700-900 МГц;
• Для увеличения пропускной способности в густонаселённых районах — диапазоны 1800-2600 МГц;
• Для сетей следующего поколения 5G — используется также среднечастотный диапазон 3-4 ГГц и миллиметровые волны, обеспечивающие гигабитные скорости.

По данным исследования Ericsson Mobility Report 2023, использование полосы 700 МГц позволяет обеспечить покрытие с точностью до 95% населения при 25-30 базовых станциях на 100 км², в то время как 2600 МГц требует более 100 базовых станций для того же покрытия, но с более высокой скоростью передачи данных.

Лучшие частотные диапазоны для мобильной связи подбираются с учётом компромисса между охватом, скоростью и стоимостью поддержки сети. Технологии Massive MIMO, Beamforming и Carrier Aggregation значительно помогают оптимизировать работу на выбранных диапазонах.

Регуляторные аспекты и стандартизация частотных ресурсов

Обеспечение качественной и масштабируемой мобильной связи невозможно без строгого соблюдения регуляторных требований и стандартов. Частотные диапазоны 3G 4G 5G утверждаются национальными регуляторами с учётом рекомендаций Международного союза электросвязи (ITU), а также эталонов 3GPP и ETSI.

Регуляторные нормы в России

Согласно Федеральному закону №126-ФЗ «О связи» и приказам Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ, выделяются следующие рекомендации:

• Диапазоны 790-862 МГц и 1427-1517 МГц для LTE;
• Диапазоны 3400-3800 МГц для 5G;
• Ограничения по мощности излучения и плотности потока излучения для безопасности (ГОСТ Р 51755-2001, СанПиН 2.2.4/2.1.8.562-96);
• Требования к координации и межсетевому взаимодействию в условиях плотного спектра.

Международные стандарты

Стандарты 3GPP регулируют работу сетей мобильной связи, в том числе назначение диапазонов и технические требования. Например, Release 16 подробно описывает технологии для 5G NR, включая частотные диапазоны до 52 ГГц.

Важно отметить, что глобальная гармонизация частотных диапазонов снижает стоимость оборудования и ускоряет развертывание сетей. Однако каждая страна имеет особенности распределения спектра, что должно учитываться при проектировании сетей.

Практический пример стандартизации

В Европе рекомендовано использование диапазона 3.4–3.8 ГГц для 5G, что совпадает с диапазоном ITU n78. В США для 5G применяется спектр в диапазонах 600 МГц, 2.5 ГГц и миллиметровые волны 24 ГГц и выше. Такая разница влияет на оборудование и возможности роуминга.

Эксперты IEEE Communications Magazine советуют операторам внимательно изучать регуляторные условия, чтобы минимизировать риски и увеличить эффективность сети.

В заключение, выбор частотных диапазонов для мобильной сети — это комплексный процесс, включающий технические характеристики, экономические расчёты, регуляторные ограничения и анализ пользовательских потребностей. Только сбалансированное применение разных диапазонов (низкочастотных, среднечастотных и высокочастотных) позволит создать современную, надёжную и масштабируемую сеть мобильной связи 4G и 5G.

Рекомендуемые источники для углубленного изучения:

• ITU Рекомендации по радиоспектру для мобильной связи
• ГОСТ Р 54122-2010. Радиочастотные диапазоны и стандарты мобильной связи
• Официальные нормативные документы Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ
• Исследование IEEE: Оптимизация частотных диапазонов для 5G мобильных сетей

Что еще ищут читатели