О возможности применения в Республике

РАДИОТЕХНИКА ВА ТЕЛЕВИДЕНИЕ
РАДИОТЕХНИКА И ТЕЛЕВИДЕНИЕ
О возможности применения в Республике Узбекистан
систем беспроводного доступа в полосе частот
470-790 МГц
А.Н. Файзуллаев, соискатель (ГУП «UNICON.UZ»)
Статья
посвящена
возможности
применения
систем
беспроводного доступа для эффективного использования свободного
радиочастотного ресурса в полосе частот 470-790 МГц. Описаны
методы использования свободного радиочастотного ресурса с
применением систем когнитивного радио.
Мақола 470-790 МГц частота полосасида банд бўлмаган
радиочастота ресурсларидан унумли фойдаланиш учун симсиз
фойдалана олиш тизимларини ишлатиш имкониятларига бағишланган.
Когнитив радио тизимларини қўллаган ҳолда банд бўлмаган
радиочастота ресурсларидан фойдаланиш услублари ёритилган.
The article is devoted to the possibility of using wireless access systems for the effective use of free radio resources in the frequency band 470790 MHz. There are described methods for the use of free radio frequency
resource with the use of cognitive radio systems.
За последнее время в мире
наблюдается
сильная
перегруженность отдельных полос
частот,
например,
вследствие
быстро
растущего
трафика
интернета/данных и потребности в
более широкой полосе частот.
Значительно
повысить
эффективность
использования
спектра
возможно
путем
его
динамического распределения. При
этом вторичным пользователям
предоставляется
возможность
использовать
полосы
частот
первичных пользователей на время,
пока эта полоса не используется
первичным
пользователем.
Это
позволяет
смягчить
проблему
перегруженности.
В
литературе
такой доступ к спектру также
называется
«оппортунистическим
доступом».
Такие
возможности
обеспечиваются
системами
когнитивного радио. Эти системы
используют
технологию,
позволяющую получать знания о
своей
среде
эксплуатации
и
географической
среде,
об
установившихся правилах и о своем
внутреннем состоянии; динамически
и автономно корректировать свои
эксплуатационные параметры и
протоколы согласно полученным
знаниям для достижения заранее
поставленных целей и учиться на
основе полученных результатов [1].
По мере развития технологий
уже появляются первые системы
когнитивного радио. Институтом
инженеров по электротехнике и
электронике
(IEEE)
разработан
новый стандарт серии 802.22 на
беспроводные региональные сети
(Wireless Regional Area Network WRAN). Стандарт ориентирован на
использование
так
называемых
«телевизионных белых пятен» в
полосе частот 54–862 МГц [2].
«Белые пятна» – это спектральный
ресурс, который образуется за счет
того,
что
некоторые
каналы
телевизионного вещания в рамках
отдельных территорий остаются
незадействованными
для
телевидения и, теоретически, могут
быть
свободными
для
использования
другими
применениями.
Спецификации
этого
стандарта опубликованы в июле
2011
года,
что
позволит
производителям
приступить
к
разработке
и
выпуску
стандартизированных
устройств,
использующих
пространство,
высвобожденное свыше двух лет
назад аналоговым телевидением в
США. При этом использование
принципов, заложенных в IEEE
802.22, и основанного на них
оборудования обеспечит сетевое
покрытие в радиусе около 100
километров на скорости до 22
Мбит/с.
Расположение «белых пятен»
может варьироваться в зависимости
от географического района, а также
меняться по мере корректировок
частотного плана радиовещания.
Предполагается, что внедрение
стандарта
будет
наиболее
актуальным
для
сельской
местности,
где
плотность
использования полос частот для
радиовещания
может
быть
относительно низкой.
Для того чтобы использовать
"белые пятна" в уже используемых
частотах, без создания помех
существующим
службам,
в
стандарте предусмотрен целый ряд
когнитивных механизмов.
Сканирование
(sensing)
рабочего спектра частот позволяет
обнаруживать занятые каналы. Эта
процедура проходит в обязательном
порядке при инициализации сети.
Также информация о частотах
периодически
обновляется
при
работе
системы.
Управление
сканированием
осуществляется
базовой станцией, которая не только
посылает управляющие команды
пользовательскому оборудованию,
но и сама производит разведку
спектра и поиск новых абонентов.
Такая система позволяет актуально
поддержать
информацию
о
состоянии эфира во всей зоне
покрытия
базовой
станции
и
своевременно конфигурировать сеть.
Регистрация и отслеживание
пользовательского
оборудования
необходимо
для
эффективной
организации частотного пространства
и быстрого подключения новых
абонентов к сети.
Единая
база
данных
лицензионных
пользователей
диапазона
изначально
предотвращает работу сети на
постоянно
занятых
местными
службами
или
региональными
телевизионными каналами частотах.
Геолокация позволяет узнать
регион размещения и по базе данных
определить, какие каналы заняты в
конкретной местности, а также
выбрать оптимальный маршрут для
передачи пакетов информации. В
рамках спецификации предполагается
применять спутниковое или наземное
позиционирование. Для спутниковой
геолокации у каждого абонента будет
расположено
GPS-оборудование.
Информация
о
местоположении
передается на базовую станцию по
протоколу NMEA 0183. Это текстовый
протокол
связи
морских
навигационных систем, повсеместно
применяющийся в GPS.
Механизм
совместного
сосуществования (coexistence) систем
подразумевает организацию спектра,
так чтобы стандарт не вносил помехи в
работу лицензионных пользователей, а
также организовывал внутрисистемное
ранжирование абонентов в рабочей
полосе.
На рис. 1 представлен пример
установки
абонентского
оборудования для фиксированного
приема. Антенна для сканирования
спектра
должна
иметь
горизонтальную поляризацию для
определения
сигналов
ТВ
и
вертикальную
–
для
радиомикрофонов, и должна быть
всенаправленной [3].
Рис. 1. Пример установки антенн системы IEEE 802.22 (фиксированный прием).
В Районе 1 по классификации
МСЭ (включает Европу, Африку и
Западную Азию, в т.ч. Узбекистан)
для использования подобных систем
рассматривается полоса частот 470790 МГц, в силу особенностей
распределения полос частот. В ряде
стран проводятся исследования о
возможности применения систем
когнитивного
радио
в
«белых
пятнах». Предметом общей заботы
является защита существующих
служб от потенциальной помехи,
создаваемой
службами,
внедряющими
технологию
когнитивного радио. В Европе
указанную полосу частот, а также
смежные полосы, на сегодняшний
день используют:
вещательная
служба
(аналоговое
и
цифровое
ТВ
вещание),
радиомикрофоны (PMSE Program Making and Special Event),
радиоастрономическая
служба,
воздушная
радионавигационная служба,
подвижная/фиксированная
радиосвязь.
В Европе в настоящее время
ведется исследовательский проект
QUASAR [4]. Название проекта
расшифровывается
как
«Количественная оценка вторичного
доступа к спектру» - Quantitative assessment of secondary spectrum access. В рамках проекта изучается
пороговые значения помех для
первичных
пользователей,
требования
и
модели
регулирования,
бизнес-модели,
варианты использования спектра. В
проекте участвуют 11 стран Европы
и Корея.
Исследования ведутся также в
рамках CEPT. В январе 2011 года
был опубликован Отчет ЕСС 159
«Технические и эксплуатационные
требования
для
возможного
использования систем когнитивного
радио в «белых пятнах» диапазона
частот 470–790 МГц» [5]. В Отчете
рассматриваются критерии защиты
существующих
служб
от
потенциальных помех, создаваемых
устройствами в «белых пятнах» при
различных методах организации
сетей
когнитивного
радио:
сканирования спектра, создания
геолокационной
базы
данных,
комбинации первых двух методов.
В ряде стран проведены
исследования
по
оценке
спектрального ресурса, который
может
быть
использован
устройствами,
работающими
в
«белых
пятнах».
Проведенные
исследование в Великобритании
показали, что объем доступного
спектра составляет 100-150 МГц [6].
На рис. 2 представлена зависимость
объема доступного спектра от
требований по покрытию сигнала,
полученная
по
результатам
исследований компании Arqiva Study
для британского агентстваOFCOM.
Результаты подобных исследований
во Франции показали, что объем
доступного спектра составляет от 40
до 100 МГц в зависимости от района
и метода организации [5].
Рис. 2. Результаты исследований по оценке объема доступного спектра
в Великобритании.
Объем
спектра,
который
может быть задействован под
устройства, работающие в «белых
пятнах», будет различаться на
национальном уровне, исходя из
географической
территории
и
требований по ее покрытию, из
регуляторных требований по защите
других служб, включая пороги
сканирования, высоты антенн и
мощности устройств в «белых
пятнах», практической возможности
использования геолокационных баз
данных и многих других факторов.
Для того, чтобы можно было
говорить
о
преспективах
применения
в
Республике
Узбекистан систем когнитивного
радио в «белых пятнах» диапазона
частот
470–790 МГц, необходимо провести
исследования по оценке объема
доступного спектра. В соответствии
с Таблицей распределения частот
полоса 470–790 МГц в Узбекистане
распределена
радиовещательной
службе,
воздушной
радионавигационной
службе,
а
также
радиоастрономической
службе.
При
проведении
исследований необходимо принять
во внимание следующее:
аналоговый и цифровой план
Женева-06;
частотно-территориальный
план
перехода
на
цифровое
наземное телевизионное вещание в
Республике Узбекистан на 20102015 годы [8];
распределения
воздушной
радионавигационной службе имеют
категорию “ПР” (полоса 645-790
МГц), применение устройств в
«белых пятнах» в этих полосах
частот нежелательно, возможен
учет перспективного высвобождения
этих полос;
полоса частот 698-800 МГц
распределена подвижной службе
для
LTE.
использования
технологией
При
проведении
исследований
предлагается
руководствоваться
следующими
рекомендациями Отчета ЕСС 159:
1. Для
защиты
радиоастрономической службы в
полосе
частот
608–614
МГц
рекомендуется, чтобы данный канал
(38 канал), включая два соседних
(37 и 39 каналы), были исключены
из использования устройствами,
работающими в «белых пятнах».
Данное требование может быть
пересмотрено, в случае если будет
точно известно месторасположение
приемников радиоастрономической
службы и будут определены зоны
исключения
для
устройств
когнитивного радио.
2. Учитывая большой разброс
порогов
для
определения
устройствами,
работающими
в
«белых пятнах», занятости спектра и
следовательно
трудность
реализации технологии с защитой
радиовещательной
службы,
предлагается ориентироваться на
использование геолокационных баз
данных, а не на сканирования
состояния спектра. Либо могут быть
применены оба подхода (геолокация
и сканирование состояния спектра),
однако такое использование требует
решения
многих
технических
проблем.
3. Необходимо
принять
решение о наиболее подходящих
алгоритмах и параметрах защиты
других служб (ВРНС, подвижная
связь), которые будут наилучшим
образом применимы с учетом
национальных особенностей.
Очевидно также, что для
решения вопросов совместимости
при использовании в приграничных
районах Узбекистана потребуется
дополнительная
координация
условий
использования
«белых
пятен» в выделениях телевидения и
условий защиты других служб.
Литература
1. Дусматов Д.Х., Назирханов
Ж. К. Когнитивное радио – новая
беспроводная
технология
в
недалеком будущем //AK:TTE № 2(9)
2009.
2. 802.22-2011 IEEE Standard
for
Information
TechnologyTelecommunications and information
exchange between systems Wireless
Regional Area Networks (WRAN)Specific
requirements
Part
22:
Cognitive Wireless RAN Medium
Access Control (MAC) and Physical
Layer (PHY) Specifications: Policies
and Procedures for Operation in the
TV Bands.
3. Сорокин В. На пути к
когнитивности // Радиочастотный
спектр, №1 (13) 2011.
4. http://www.quasarspectrum.e
u/.
5. ECC Report 159. Technical
and operational requirements for the
possible operation of cognitive radio
systems in the “white spaces” of the
frequency band 470-790 MHz. Cardiff,
January 2011.
6. Maziar Nekovee. A Survey of
Cognitive Radio Access to TVWhite
Spaces // International Journal of
Digital
Multimedia
Broadcasting,
Volume 2010.
7. Бессилин
А.
В.
Перспективы подвижной связи в
телевизионных полосах частот //
Вестник связи, №3 2011.
8. «Частотнотерриториальный план перехода на
цифровое наземное телевизионное
вещание в Республике Узбекистан
на 2010-2015 годы». Утвержден
Решением ГКРЧ №1/3 от 23.02.2010.