Сотовые частоты
Сотовые частоты (англ. cellular frequencies) — это наборы диапазонов радиочастот в пределах ультравысокочастотного диапазона, которые выделяются для использования совместимыми с сотовыми сетями мобильными устройствами, такими как мобильный телефон, для подключения к сотовым сетям[1]. Большинство мобильных сетей по всему миру используют части радиочастотного спектра, выделенные для мобильной службы, для передачи и приёма своих сигналов. Определённые полосы частот также могут использоваться совместно с другими службами радиосвязи, например, радиовещанием и фиксированной связью. На глобальном уровне использование радиочастотного спектра регулирует Международный союз электросвязи (МСЭ)[2].
История и ранние стандарты
Радиочастоты, используемые для сотовых сетей, различаются в разных регионах МСЭ (Америка, Европа, Африка и Азия). Первый коммерческий стандарт мобильной связи в США — AMPS, который работал в диапазоне 800 МГц. В скандинавских странах Европы первая широко распространённая автоматическая мобильная сеть была построена на базе стандарта NMT-450, использовавшего диапазон 450 МГц. По мере роста популярности и доступности мобильных телефонов операторы столкнулись с проблемой нехватки ресурсов для обслуживания всё большего числа абонентов. Для решения проблемы приходилось развивать существующие сети и внедрять новые стандарты, часто основывающиеся на других диапазонах частот. Некоторые европейские страны (и Япония) приняли стандарт TACS, работавший в диапазоне 900 МГц. Стандарт GSM, появившийся в Европе для замены NMT-450 и других стандартов, первоначально также использовал диапазон 900 МГц. С ростом спроса операторы получили лицензии на частоты в диапазоне 1800 МГц. (В целом, более низкие частоты позволяют обеспечивать покрытие на большей площади, а более высокие частоты — обслуживать большее количество пользователей на меньшей территории.)
В США аналоговый стандарт AMPS, использовавший «сотовый» диапазон (800 МГц), был вытеснен рядом цифровых систем. Первоначально популярностью пользовались системы, базирующиеся на модели мобильной связи AMPS, включая IS-95 (часто называемый «CDMA» — название по используемой технологии радиоинтерфейса) и IS-136 (часто называемый D-AMPS, Digital AMPS или «TDMA» — по технологии радиоинтерфейса). Со временем большинство операторов заменили IS-136 на указанных частотах на GSM. В то время как GSM уже применялся в США в диапазоне PCS (1900 МГц).
Некоторые аналоговые сети NMT-450 были заменены цифровыми сетями, использующими тот же диапазон частот. В России и ряде других стран местные операторы получили лицензии на частоты 450 МГц для организации мобильной связи CDMA.
Многие телефоны GSM поддерживают три диапазона (900/1800/1900 МГц или 850/1800/1900 МГц) либо четыре диапазона (850/900/1800/1900 МГц), и обычно называются тридиапазонными и четырёхдиапазонными телефонами или мировыми телефонами; благодаря этому пользователь может путешествовать между странами, используя один и тот же аппарат. Такая универсальность менее характерна для телефонов IS-95, поскольку сети IS-95 отсутствуют в большинстве европейских стран.
Сотовые сети, построенные на разных стандартах, могут использовать одни и те же частотные диапазоны; так, AMPS, D-AMPS, N-AMPS и IS-95 все используют диапазон 800 МГц. Более того, в одном и том же регионе могут функционировать и AMPS, и IS-95 в одном диапазоне без взаимных помех благодаря использованию разных каналов для передачи данных. Конкретная рабочая частота телефона зависит от параметров базовой станции оператора и может варьироваться по территории.
В мировой практике активно продолжается процесс рефарминга частот 2G (900 и 1800 МГц) и 3G под современные стандарты 4G и 5G[3][4]. При этом для увеличения ёмкости сети наиболее часто переиспользуется диапазон 1800 МГц[5][3].
Классификация диапазонов
Современная классификация диапазонов сотовой связи включает три основные категории:
- Low-band (низкие частоты, менее 1 ГГц) — используется для обеспечения широкого покрытия[6].[7].
- Mid-band (средние частоты, от 1 до 7,125 ГГц) — обеспечивает оптимальный баланс между покрытием и ёмкостью сети[6].[7].
- High-band / mmWave (высокие частоты, от 24 ГГц и выше) — отличается сверхвысокой пропускной способностью[6].[7].
Современные стандарты
4G/LTE
К основным диапазонам частот 4G/LTE (IMT-Advanced) в мире относятся:
- Band 1 (2100 МГц) — используется редко, унаследован от сетей UMTS[8];
- Band 3 (1800 МГц) — наиболее распространённый диапазон[8];
- Band 7 (2600 МГц) — применяется преимущественно в крупных городах[8];
- Band 8 (900 МГц) — используется в небольших населённых пунктах[8];
- Band 20 (800 МГц) — обеспечивает широкое покрытие за пределами крупных городов[8];
- Band 31 (450 МГц)[9];
- Band 38 (2600 МГц) — имеет слабое распространение[8];
- Band 40 (2300 МГц) — активно осваивается операторами связи (в частности, Tele2)[8].
5G
5G пока не является мировым стандартом де-факто, охватывая около трети пользователей мобильной связи[10]. По итогам Всемирной конференции радиосвязи (ВКР-23) для глобального расширения сетей пятого поколения были выделены новые диапазоны частот: 3300—3400 МГц, 3600—3800 МГц, 4800—4990 МГц и 6425—7125 МГц. Технология динамического разделения спектра (DSS) между 4G и 5G фактически признана устаревшей, и индустрия перешла к развёртыванию 5G в выделенных частотных диапазонах[11].
Особенности в России
4G/LTE в России
В России для сетей 4G/LTE используются следующие диапазоны частот:
- Band 3 (1800 МГц) — самый распространённый диапазон[8];
- Band 7 (2600 МГц) — используется преимущественно в крупных городах[8];
- Band 8 (900 МГц) — применяется в небольших населённых пунктах[8];
- Band 20 (800 МГц) — обеспечивает широкое покрытие за пределами крупных городов[8];
- Band 31 (450 МГц)[9];
- Band 38 (2600 МГц) — слабо распространён[8];
- Band 40 (2300 МГц) — активно осваивается оператором Tele2[8].
5G в России
В России мировой диапазон 3,5 ГГц занят средствами спутниковой связи Министерства обороны и спецпотребителями. В качестве альтернативы для развёртывания сетей 5G утверждён диапазон 4,8 ГГц (n79)[12]. Поддержка диапазона n79 ограничена: он присутствует в устройствах для рынков Китая и Японии, но часто отсутствует в глобальных версиях смартфонов, а на iPhone может не работать из-за программных ограничений[13][14]. Запуск 5G в городах-миллионниках планируется до конца 2027 года с постепенным переходом на отечественные базовые станции к 2031 году[15][16].
Перспективы (6G)
На уровне Международного союза электросвязи (МСЭ) начата подготовка к внедрению стандарта связи шестого поколения (IMT-2030). На Всемирной конференции радиосвязи обсуждаются предварительные диапазоны частот для сетей 6G: 4,4—4,8 ГГц, 7,125—8,5 ГГц, 14,8—15,35 ГГц, 6,425—7,125 ГГц, 10—13 ГГц и терагерцовый диапазон[17][18].