Какие волны используются в мобильном телефоне

Электромагнитные поля и общественное здравоохранение: мобильные телефоны

В настоящее время мобильные или сотовые телефоны являются неотъемлемой частью современных телекоммуникаций. Во многих странах более половины населения пользуется мобильными телефонами, а торговля ими растет быстрыми темпами. По оценкам, в 2014 году во всем мире было зарегистрировано 6,9 миллиарда пользователей. В некоторых частях мира мобильные телефоны являются наиболее надежными или единственно имеющимися телефонами.

В связи с большим числом пользователей мобильных телефонов важно исследовать, понимать и контролировать их потенциальное воздействие на здоровье людей.

Связь по мобильным телефонам осуществляется с помощью радиоволн, распространяемых через сеть фиксированных антенн, называемых базовыми станциями. Радиочастотные волны являются электромагнитными полями, которые в отличие от ионизирующего излучения, такого как рентгеновские лучи или гамма-лучи, не могут ни разрывать химические связи, ни вызывать ионизацию в организме человека.

Уровни воздействия

Мобильные телефоны представляют собой маломощные радиочастотные передатчики, действующие на частотах от 450 до 2700 МГц при пиковых значениях мощности в диапазоне от 0,1 до 2 ватт. Телефон передает мощность, только когда он включен. Мощность (и, следовательно, воздействие радиочастоты на пользователя) быстро снижается при увеличении расстояния от телефона. Поэтому, человек, пользующийся мобильным телефоном на расстоянии 30-40 см от тела, например, при отправке или чтении текстовых сообщений, пользовании Интернетом или устройством громкой связи, подвергается гораздо меньшему воздействию радиочастотных полей, чем человек, прижимающий телефон к голове.

Помимо устройств громкой связи или наушников, которые позволяют держать мобильные телефоны на расстоянии от головы и тела во время телефонных звонков, снижению уровня воздействия способствует также и уменьшение количества и длительности телефонных разговоров. Пользование телефонами в районах хорошего приема также способствует снижению уровня воздействия, так как позволяет осуществлять передачу при меньшей мощности. Эффективности от использования коммерческих устройств для уменьшения радиочастотного воздействия не выявлено.

В больницах и в самолетах мобильные телефоны часто запрещены, так как радиочастотные сигналы могут создавать помехи для некоторых электромедицинских устройств и навигационных систем.

Последствия для здоровья

За последние 20 лет были проведены многочисленные исследования для оценки того, представляют ли мобильные телефоны потенциальный риск для здоровья. На сегодняшний день каких-либо неблагоприятных последствий для здоровья, вызываемых пользованием мобильными телефонами, не установлено.

Кратковременные последствия

Основным механизмом взаимодействия между радиочастотной энергией и организмом человека является нагрев тканей. На частотах, используемых мобильными телефонами, основная часть энергии поглощается кожей и другими поверхностными тканями, что приводит к незначительному повышению температуры мозга или каких-либо других органов.

В ряде исследований изучалось воздействие радиочастотных полей на электрическую активность мозга, когнитивную функцию, сон, сердечный ритм и кровяное давление. На сегодняшний день не выявлено каких-либо последовательных данных о неблагоприятных последствиях для сердца в результате воздействия радиочастотных полей на более низких уровнях, чем уровни, вызывающие нагрев тканей. Кроме того, научные исследования не предоставляют какие-либо данные, подтверждающие причинно-следственную связь между воздействием электромагнитных полей и симптомами, о которых сообщают сами люди, или «электромагнитной гиперчувствительностью».

Однако исследования четко продемонстрировали повышенный риск дорожно-транспортных травм в случаях, когда водители пользуются мобильными телефонами (как трубками, так и устройствами громкой связи или наушниками) во время управления транспортными средствами. В некоторых странах водителям запрещено пользоваться мобильными телефонами во время управления транспортными средствами или настойчиво рекомендуется воздерживаться от такого пользования.

Отдаленные последствия

Эпидемиологические исследования потенциальных отдаленных рисков радиочастотного воздействия, в основном, направлены на установление связи между опухолями мозга и пользованием мобильными телефонами. Однако из-за того, что многие раковые заболевания выявляются лишь через много лет после взаимодействий, ведущих к образованию опухолей, и в связи с тем, что до начала 1990-х годов мобильные телефоны не использовались в широких масштабах, на сегодняшний день эпидемиологические исследования могут оценивать лишь те раковые заболевания, которые проявляются через небольшой период времени. Тем не менее, результаты исследований на животных последовательно свидетельствуют об отсутствии повышенного риска развития рака в результате длительного воздействия радиочастотных полей.

Завершен или продолжается целый ряд масштабных многонациональных эпидемиологических исследований, включая исследования методом «случай-контроль» и проспективные когортные исследования, изучающие некоторые ожидаемые результаты в отношении здоровья среди взрослых людей. Самое значительное на сегодняшний день ретроспективное исследование методом «случай-контроль» среди взрослых людей, под названием Интерфон, координируемое Международным агентством по изучению рака (МАИР), было предназначено для выявления связей между пользованием мобильными телефонами и раком в области головы и шеи у взрослых людей. Международный общий анализ данных, собранных в 13 участвующих в исследовании странах, не показал какого-либо повышенного риска развития глиомы и менингиомы, связанного с пользованием мобильными телефонами на протяжении более чем 10 лет. Есть некоторые признаки повышенного риска развития глиомы у людей, сообщающих о самом высоком показателе пользования мобильными телефонами, составляющем 10% кумулятивных часов, однако последовательной тенденции повышения риска по мере увеличения продолжительности пользования не выявлено. Исследователи пришли к выводу, что погрешности и ошибки ограничивают надежность этих заключений и не позволяют сделать причинную интерпретацию. Основываясь в значительной мере на этих данных, МАИР классифицировала радиочастотные поля как возможный канцероген для людей (Группа 2В), то есть как категорию, используемую в случаях, когда взаимосвязь считается надежной, но нельзя с разумной уверенностью исключать случай, погрешность или смешивание.

Несмотря на то, что данные Интерфона не указывают на повышенный риск развития опухолей мозга, возрастающие масштабы пользования мобильными телефонами и отсутствие данных о пользовании мобильными телефонами на протяжении периодов времени, превышающих 15 лет, являются основаниями для проведения дальнейших исследований связей между пользованием мобильными телефонами и риском развития рака мозга. В частности, учитывая нынешнюю популярность мобильных телефонов среди молодежи и, следовательно, потенциально более длительное воздействие, ВОЗ содействует проведению дальнейших исследований среди этой группы населения. В настоящее время проводится ряд исследований потенциальных последствий для здоровья среди детей и подростков.

Руководящие принципы по ограничению воздействия

Пределы радиочастотного воздействия для пользователей мобильных телефонов определяются Удельным коэффициентом поглощения (УКП) — коэффициентом поглощения радиочастотной энергии на единицу массы тела. В настоящее время две международные организации. 1,2 разработали руководящие принципы в отношении воздействия для работников и общего населения, исключая пациентов, проходящих медицинское диагностирование или лечение. Эти руководящие принципы основаны на детальной оценке имеющихся научных данных.

Деятельность ВОЗ

Принимая во внимание обеспокоенность общественности и правительств, ВОЗ создала в 1996 году Международный проект по электромагнитным полям (ЭМП) для оценки научных данных о возможных неблагоприятных последствиях воздействия электромагнитных полей на здоровье. К 2016 году ВОЗ проведет официальную оценку риска всех изученных последствий воздействия радиочастотных полей для здоровья. Кроме того, как указано выше, в мае 2011 года Международное агентство по изучению рака (МАИР), специализированное агентство ВОЗ, провело обследование канцерогенного потенциала радиочастотных полей, создаваемых мобильными телефонами.

В ходе своих программ научных исследований ВОЗ также периодически определяет приоритетные исследования, необходимые для заполнения пробелов в знаниях о влиянии радиочастотных полей на здоровье, и содействует их проведению.

ВОЗ разрабатывает материалы для информирования населения и способствует проведению диалога между учеными, правительствами, промышленностью и общественностью для повышения уровня понимания потенциального неблагоприятного воздействия мобильных телефонов на здоровье.

1 International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection – ICNIRP, 2009. ). Statement on the «Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagetic fields (up to 300 GHz)», 2009.: http://www.icnirp.org/documents/StatementEMF.pdf

2 Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). IEEE standard for safety levels with respect to human exposure to radio frequency electromagnetic fields, 3 kHz to 300 GHz, IEEE Std C95.1, 2005.

Какие волны используются для мобильной связи?

УКВ. Они распространяются прямолинейно от мобильного телефона до базовой станции, а потом сигнал передается на проводную телефонную сеть.

Остальные ответы

других ещё пока природа матушка не придумала-электромагнитные.

Радиоволны. В GSM как и написано на коробке телефона «900, 1800 мегагерц». Как-то можно это же выразить в длинне волны. Но я лично не знаю как пересчитать. Короткие в общем очень.

Диапазоны указали.
Добавлю что это СВЧ — сверх высокие частоты.

Да да, именно как в СВЧ печке. Правда мощности несоизмеримые, поэтому мозги варятся медленно.

Как определить частоту сотовой связи с помощью смартфона на Android и iPhone

Качество сотовой связи зависит от многих факторов: удаленность от базовой станции, количество вышек, рельеф местности, погодные условия, тип приемного устройства и т.д. Чаще всего проблемы со связью и интернетом возникают за городом, а в некоторых местах, где полностью отсутствуют вышки операторов и полностью исчезает.

Решить проблему можно разными способами: купить более мощную антенну, репитер, роутер или другой прибор, направленный на улучшение качества связи. Но чтобы определиться с выбором, сначала нужно узнать частоту сотовой связи и поколение мобильной сети (2G, 3G или 4G).

Каждое устройство усиления связи работает с определенной частотой, найти электронику, которая бы поддерживала сразу все стандарты связи очень сложно, да и стоить такая техника будет очень дорого. Может оказаться так, что вы купите усилитель 4G, но если диапазон частот прибора не совпадает с вашим телефоном, это будут выброшенные на ветер деньги. Разберемся, как это может произойти. Например, интернет 4G работает на частоте 2600 МГц, при этом операторы связи работают не только на этой частоте, но и активно внедряют 800 и 1800 МГц. Поэтому для начала нужно проверить, на какой частоте в вашем городе работает оператор, и насколько «навороченный» у вас смартфон в этом случае не имеет значения.

Определяем поколение сотовой сети в телефоне

Сегодня существуют следующие поколения связи:

• 2G, EDGE (E), GPRS (G) – самая древняя технология, которая обеспечивает слабый интернет и обычную голосовую связь;
• 3G, HSDPA (H), UMTS,HSPA+ (H+) – дает доступ к широкополосному интернету, используется для звонков;
• 4G, LTE (L) – обеспечивает доступ к высокоскоростному интернету.

Поколение связи всегда высвечивается в смартфоне вверху в строке состояния.

На каких частотах работают российские операторы связи

Уточнить поколение связи недостаточно, так как каждая технология может работать в разном диапазоне частот. Второму поколению 2G соответствуют – 900 и 1800 МГц, третьему поколению 3G – 900 и 2100 МГц, четвертому 4G – 800, 1800 и 2600 МГц. Узнать диапазон частот сотовой связи можно в сервисном меню, спрятанном от обычных пользователей.

Как перевести смартфон в нужный стандарт

Каждое поколение сети выполняет разные функции, одно обеспечивает голосовую связь, другое стабильный интернет. Частоту сети выбирать нужно в соответствие с тем, какую функцию вы хотите усилить. Например, если в приоритете голосовая связь, то бесполезно усиливать частоту 4G, которая предназначена исключительно для интернета. В этом случае нужно принудительно вывести телефон в режим 2G или 3G.

Найти эту функцию достаточно просто – в настройках устройства зайдите в режим сети и выберите нужный стандарт связи. По такому принципу устроены все телефоны на Android. С айфонами, к сожалению, так сделать не получится, так как Apple подключается к сети автоматически, и изменить ее не возможно.

Как узнать частоту сотовой связи в телефоне

Чтобы быстро определить частоту сигнала сотовой связи, оставьте в телефоне только ту sim-карту, которую вы будете тестировать и отключите Wi-Fi. Зайти в сервисное меню можно через настройки гаджета. В разных телефонах пункты меню могут быть разные, возможно придется поискать функцию в дополнительных разделах подменю.

Вызвать сервисное меню в разных моделях можно с помощью набора определенного номера, уточнить номер, предназначенный для вашей модели, лучше в инструкции устройства или поищите информацию в интернете.

Взываем сервисное меню на Android

Чтобы узнать частоту сети быстро на Android воспользуйтесь одним из стандартных кодов: *#*#197328640#*#*, *#0011# или *#*#4636#*#*. Как только вы правильно подберете код, скрытое меню откроется автоматически. Нажимать кнопку вызова не надо. На экране высветится нужная информация.

Как вызвать сервисное меню на iPhone

В айфонах вызвать скрытое меню можно с помощью кода *3001#12345#*, после этого нажмите кнопку вызова. В устройстве Apple меню выглядит более запутанным, далее нужно выбрать стандарт связи, который вас интересует, и пройти в подменю:

• 2G — GSM Cell Environment > GSM Cell Info > Neighboring Cells > 0
• 3G – UMTS Cell Environment > Neighbor Cells > UMTS Set > 0
• 4G – Serving Cell Info

Определяем частоту 2G-сети (GSM)

Узнать частоту голосовой связи GSM можно через радиочастотный номер ARFCN. Индикатор доступен в сервисном меню. Цифры в диапазоне 0 – 124 и 975 – 1023 обозначают стандарт GSM 900 МГц. Значение 512–885 соответствует стандарту GSM 1800 МГц.

Определяем частоту 3G-сети

Таким же способом можно узнать частоту 3G, только идентификатор канала будет не ARFCN, а UARFCN. В меню могут высветиться значения UL – канал отправки, DL – канал приема данных. Также может быть порядковый номер стандарта Band.

Частотному диапазону 2100 МГц соответствует стандарт UMTS-2100: DL 10562–10838, UL 9612–9888. Диапазону 900 МГц соответствует стандарт UMTS-900: DL 2937–3088, UL 2712–2863.

Определяем частоту 4G-сети

Узнать частоту 4G сигнала можно с помощью Band или идентификатора EARFCN. Бывает так, что в меню под EARFCN высвечивается несколько цифровых значений в столбик, вам нужно только первое.

• Band 3 – DL 1200–1949, UL 19200–19949 – стандарт связи LTE 1800, диапазон частот 1800 МГц;
• Band 7 – DL 2750–3449, UL 20750–21449– стандарт связи LTE 2600 FDD, диапазон частот 2600 МГц;
• Band 20 – DL 6150–6449, UL 24150–24449 – стандарт связи LTE 800, диапазон частот 800 МГц;
• Band 38 – 37750–38249 – стандарт связи LTE2600 TDD, диапазон частот 2600 МГц.

Первые три Band работают в двухполосном режиме передачи данных. По одному пути идет прием, по второму исходящий трафик. Благодаря этой системе интернет работает быстро и без задержек. Что касается стандарта Band 38, в нем указано только одно значение, это связано с тем, что передача данных в обоих направлениях идет по одной частоте по технологии TDD. Поток данных идет не одновременно, а попеременно, то есть устройство в какой-то момент времени работает исключительно на передачу данных, а затем только на прием. Поэтому для усиления сигнала в таких гаджетах чаще всего устанавливают репитер.

Узнать частоту сети 4G на Android можно проще с помощью бесплатного приложения CellMapper или другой аналогичной программы, их сейчас много в свободном доступе на Play Market.

Дополнительные рекомендации

Если вы планируете установить внешнюю антенну, перед тем как определить частоту 4g вышки сотовой связи, убедитесь, что находитесь в нужной точке. Стандарт связи снаружи может отличаться от показателя в помещении. Это связано с тем, что электроника в помещении всегда выбирает более низкие частоты, так как они лучше проходят через стены. Например, если оператор сотовой связи предоставляет интернет 4G и работает в двух диапазонах 800 и 2600 МГц, то внутри здания телефоны будут использовать стандарт LTE 800, а снаружи – LTE2600.

Для достижения максимальной скорости операторы могут использовать сразу несколько диапазонов 4G. В этом случае вам выгоднее всего будет приобрести двухдиапазонную систему усиления связи, тогда вы наверняка не ошибетесь и получите лучший результат.

Частоты и емкость сети — все, о чем вы хотели спросить

Помнится, в школьные годы многие задавались вопросом: «а зачем мне изучать основы физики или математического анализа, если в жизни мне это не пригодится?». Тогда казалось, что во взрослую жизнь можно идти, зная лишь простейшие математические операции (чтобы не ошибиться в магазине с продуктами). Но развитие технологий привело к тому, что рядовым пользователям в руки попали довольно мощные и сложные инструменты. Взять хотя бы мобильную связь. Чтобы грамотно выбирать оператора, понимать, почему где-то мобильная связь есть, а где-то ее нет, приходится вспоминать не только школьные учебники, но и вещи, выходящие далеко за их рамки.

Чтобы не блуждать по специализированной литературе, мы подготовили небольшой ликбез о частотах мобильной сети, который поможет сориентироваться.

Из школьного курса физики мы помним, что беспроводная связь — это передача данных с помощью электромагнитных волн радиодиапазона.

Немного теории беспроводной передачи данных

Данные (аналоговые или цифровые) «закладываются» в волну при помощи модуляции — процесса, при котором определенные параметры сигнала высокой частоты (несущего) изменяются с низкой частотой. Именно модуляция дает возможность использовать для передачи различной информации весь радиодиапазон, не ограничиваясь лишь частотами, соответствующими нашему голосу.

Модуляция аналогового сигнала

В процессе модуляции варьировать можно частоту, фазу или амплитуду колебаний, соответственно, для аналогового сигнала выделяют частотную, амплитудную и фазовую модуляцию. Они могут использоваться в чистом виде или в сочетании друг с другом для обеспечения большей помехозащищенности при передачи сигнала.

Рис. 1. Пример: амплитудная модуляция

При передаче аналогового сообщения передатчик использует модуляцию, чтобы «заложить» полезный сигнал в несущую частоту, и передает ее при помощи антенны приемнику. Последний проделывает обратную процедуру — демодуляцию — выделяя изначальный сигнал.

Модуляция меняет спектр передаваемого сигнала — с одной единственной частоты он расширяется, а степень и характер этих изменений зависят от типа модуляции. Таким образом, для передачи полезного сигнала без потерь необходима целая полоса частот, ширина которой в простейшем случае модуляции гармоническим сигналом грубо определяется двойной частотой модулирующего сигнала (см. рис. 2).

Рис. 2. Простейший пример: высокочастотная несущая модулируется низкочастотным гармоническим сигналом. В спектре суммарного сигнала появляются дополнительные частоты

Рис. 3. Спектр при частотной модуляции гармоническим сигналом

Существуют способы сжатия полосы спектра, необходимой для передачи информации, за счет более хитрых способов модуляции.

Модуляция цифрового сигнала

Для передачи цифрового сигнала — последовательности 0 и 1 — могут использоваться как указанные выше варианты модуляции в чистом виде, так и более сложные цифровые схемы.

Рис. 4. Амплитудная, частотная и фазовая модуляции дискретного сигнала

К ним можно отнести схемы, при которых дискретный сигнал проходит предварительную обработку перед модуляцией для сжатия итоговой спектральной полосы, требующейся для передачи сигнала с минимальными потерями. Хороший пример — используемая в стандарте GSM гаусcовская частотная модуляция с минимальным частотным сдвигом (Gaussian Minimum Shift Keying — GMSK) — разновидность частотной модуляции. Она сокращает спектральную полосу и допускает использование нелинейных усилителей, которые лучше подходят для маленького мобильного аппарата с ограниченной емкостью батареи. Помимо GSM, GMSK-модуляция используется в автоматической идентификационной системе на флоте, в Bluetooth, GPRS, EDGE, CDPD и других приложениях.

В сетях LTE используются иные варианты модуляции — OFDM и SC-FDMA, отличающиеся лучшей устойчивостью к помехам. Ранее эти схемы просто не могли быть реализованы из-за дороговизны требуемых вычислительных мощностей.

Радиодиапазон

До сих пор мы говорили о беспроводной передаче данных в отрыве от реальных частот. Теперь разберемся с радиодиапазоном. С точки зрения физики границы этого диапазона условны — к нему относятся электромагнитные волны с частотой от нескольких герц до десятков гигагерц.

Рис. 8. Положение радиодиапазона на шкале ЭМИ

В зависимости от частоты, электромагнитные волны по-разному рассеиваются и отражаются препятствиями. С учетом этого внутри упомянутого отрезка частот выделены диапазоны под различные нужды: радио, телевидение, военные и гражданские фиксированные службы, авиация, морское сообщение и т.п. К примеру, для связи с подводным флотом используются волны, способные проникать в глубь воды (длина волны — десятки километров, глубина проникновения — порядка десятков метров), а для космической связи выбран диапазон миллиметровых волн, проникающих через ионосферу Земли.

Упомянутые поддиапазоны сначала «резервировались» под определенные задачи инженерами, а затем их выделенный статус подтверждался международными соглашениями, учитывающими возможность распространения тех или иных сигналов за пределы географических границ (трансграничное согласование частотных присвоений — это тема отдельного долгого разговора). В ходе глобализации определилась и еще одна цель согласованного выделения частот — импорт и экспорт оборудования связи для своего сегмента.

Рис. 9. Радиодиапазон

• радиодиапазон, закрепленный за FM-станциями (FM — отсылка к частотной модуляции, принятой в диапазоне) — 87,5 — 108,0 МГц;
• «гражданский» или Си-Би (Citizen`s Band) диапазон 27 МГц (26,965—27,405 МГц) — известен радиолюбителям; диапазон активно использовался автомобилистами до повсеместного распространения мобильных телефонов;
• LPD — диапазон для маломощной пользовательской радиосвязи, в частности, пультов сигнализации, радионянь и прочих применений (тут выделено целых 3 диапазона: 403 — 410 МГц, 417 — 422 МГц и 433 — 447 МГц);
• эфирное телевидение (49,75 — 56,25 МГц для 1 частотного канала и т.п.);
• мобильная связь стандарта GSM, в частности, 890 — 915/935 — 960 МГц для GSM-900; 1710 — 1785/1805 — 1880 МГц для GSM-1800 (в других странах используются также GSM-450, GSM-850 и GSM-1900);
• 3G (UMTS: 1885 МГц — 2025 МГц для uplink и 2110 МГц — 2200 МГц для downlink);
• спутниковое телевидение (Ku-диапазон — 12-18 ГГц).

При выделении диапазона под определенные нужды оговаривается не только частота, но и другие параметры сигнала. Это необходимо, чтобы устройства, работающие в этом и соседних диапазонах, не мешали друг другу.

Законодательное регулирование

В России частотным регулированием (в части спектра, не переданной военным) занимается Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) — процесс регламентирует федеральный закон «О связи».

Для выделения частоты оператор подает заявку и ждет очередного заседания ГКРЧ. ГКРЧ принимает решение о выделении диапазона, но, если оно положительное, это еще не обещает запуска услуги. С этим решением, а также деталями планируемого строительства (точками размещения базовых станций, мощностями передатчиков и т.п.) оператор идет в ФГУП «ГРЧЦ», где проверяется совместимость стандарта связи, который предполагается использовать на данной частоте, с существующим и планируемым к использованию оборудованием соседних диапазонов. На этом этапе оператор может получить отказ, например, от военных. Процедура, к слову, платная, вне зависимости от результата.

Лишь после этого Федеральная служба по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций выдает разрешение. Если на частоту претендует несколько операторов, ресурс распределяется на конкурсной, а в последнее время — на аукционной основе.

Существует такая процедура, как расчистка частот — когда по заказу оператора военными или другими заинтересованными организациями высвобождается определенный диапазон частот. Но этот процесс никак не регламентирован — все держится на взаимной договоренности компаний.

Частотный диапазон может выделяться на ограниченный срок (10 лет) на всей территории страны или в отдельном регионе (поэтому у федерального оператора может быть разный набор лицензий в разных частях страны). По истечении срока, указанного в разрешении, документы переоформляются, если, конечно, нет причин отказа, например, диапазон запланирован под другую технологию.

Получая частоту, оператор берет на себя определенные обязательства: начать предоставлять услуги, под которые выделяется частота, в течение заранее оговоренного срока. Речь в данном случае идет не только о мобильной связи, но о беспроводных услугах вообще — трансляция телевидения, интернет. Если это условие не выполняется, оператор может лишиться диапазона.

Политика оплаты использования частот за время существования мобильной связи менялась несколько раз. Сначала операторы платили за каждый объект связи (базовую станцию), затем — за использование частот в отдельном регионе (условия выделения частоты при этом могли содержать пункт о выплате денежной компенсации предыдущему владельцу диапазона, как это было при выделении частот LTE на конкурсе 2012 года). А т.к. разрешения на разные участки спектра в разных регионах оформлялись не единовременно, условия оказались неодинаковыми для отдельных участников рынка, что выливалось в склоки и борьбу компаний между собой за ценный ресурс. В последние годы был принят ряд мер, уравнивающих права компаний на частоты. В частности, с 2015 года начались аукционы (это совершенно не означает, что теперь все частоты выделяются в рамках аукционов, но до 2015 года подобной практики не было), а в 2016 вышло обобщенное решение о распределении частот, уравнивающее условия использования частот (зону покрытия, допустимые технологии для отдельных участков спектра и т.п.).

Текущая «картина» распределения частот в Москве (на ноябрь 2016) представлена на рисунке ниже.

Рис. 10. Распределение частот в Москве

Лидерами по количеству частот под цифровую мобильную связь в России на данный момент являются МТС и Мегафон.

Диапазоны мобильной связи

Как видно из схемы, под гражданскую мобильную связь выделено довольно много отрезков частотного спектра где-то между 300 и 3000 МГц, которые поделены между действующими на данной территории операторами.

На разных частотах действуют работают разные стандарты связи — эта ситуация складывалась исторически, по мере развития и внедрения операторами новых поколений, выделения частот в ходе аукционов или конкурсов, высвобождения участков спектра из под устаревших технологий.

О поколениях мобильной связи
Стандарты современной мобильной связи описаны в спецификации 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) — партнерства ведущих организаций в сфере стандартизации телекоммуникационных технологий. В названии партнерства речь идет о «третьем поколении» связи, но GSM обычно рассматривается в качестве 2 и 2.5 поколения (2G и 2.5G, соответственно). После завершения работы над спецификацией GSM, организация занялась разработкой 3G (UMTS), а затем pre-4G (LTE) и 4G (LTE-Advanced).

Рис. 11. Развитие мобильной связи

Повсеместно разработанные 3GPP стандарты не заменяют друг друга, а сосуществуют вместе, в рамках сетей одних операторов — новые технологии не одномоментно вытесняют старые.

Если рассматривать ситуацию в теории, то все указанные частотные отрезки могут использоваться под связь 4G: сети нового поколения разрабатывались так, чтобы максимально задействовать существующую инфраструктуру. С расчетом на это 3GPP классифицировали возможные диапазоны (bands), присвоив каждому порядковый номер и дав рекомендации по деталям организации передачи (в частности, по способу деления канала между абонентами). Общий список каналов можно найти здесь.

На практике некоторые участки спектра закреплены ГКРЧ за определенными технологиями, так что начать там предоставление услуг оператор не может (например, в диапазоне 2100 МГц должны предоставляться услуги 3G, хотя операторы с удовольствием отвели бы его под LTE). Для других же действует принцип технологической нейтральности, согласно которому оператор, владеющий частотой, может использовать ее не только для организации связи по стандарту GSM, но и для технологий следующих поколений (3G, 4G). В итоге у нас же на момент написания данной статьи для 4G используются лишь диапазоны 3 (1800 МГц), 7 (2600 МГц), 20 (800 МГц) и 38 (2600 МГц) в классификации 3GPP.

Учитывая разницу в характере распространения волн каждого из диапазонов в помещении и на открытом пространстве, а также различие в политике операторов относительно поддержки этих диапазонов, пользователям при выборе оборудования приходится превращаться в специалистов по частотному регулированию.

Наилучшим вариантом будет аппарат с поддержкой всех используемых у нас диапазонов. Но «минимально рекомендуемый» вариант — это поддержка диапазонов 3 и еще одного: 7 или 38 (в зависимости от оператора).

Если не учитывать диапазоны, можно остаться вообще без 4G, как это происходит с владельцами некоторых американских iPhone SE (а именно — модели A1662): в списке диапазонов LTE, поддерживаемых устройством, лишь 20-й как-то развивается в России, и то не во всех регионах (в моделях для международного рынка также присутствует диапазон 7, распространенный у нас, и 38 для TD-LTE).

Оптимизация использования частотного ресурса

Емкость — один из основных параметров операторской сети. Она характеризует техническую возможность по оказанию определенных услуг: чем выше емкость — тем большее число абонентов можно обслужить одновременно при прочих равных.

Общая емкость неизбежно зависит от ширины спектральной полосы (а также ее расположения в радиодиапазоне). Так что операторами востребованы технологии все более эффективного использования доступной спектральной полосы, реализуемые в каждом последующем поколении мобильной связи.

В 2G для повышения емкости (на фоне аналоговых стандартов и цифровой связи первого поколения) использовалось сочетание FDMA и TDMA. Во-первых, абонентские устройства были разделены по частотным каналам по принципу FDMA (Frequency Division Multiple Access — множественный доступ с частотным разделением каналов).

Рис. 13. TDMA и FDMA

Сети третьего поколения используют иной принцип разделения частотных каналов — кодовый или CDMA (Code Division Multiple Access), который позволяет повысить емкость сети при том же используемом частотном диапазоне, а заодно и обеспечить больший уровень безопасности.
В сетях LTE используется либо временное, либо частотное разделение каналов (TDD и FDD, соответственно), но реализованы они иначе, нежели в GSM (2G). TDD (TD-LTE) использует всю ширину спектральной полосы (от 1,4 до 20 МГц) для передачи данных в двух направлениях по очереди; при этом временные отрезки для передачи данных в каждом из направлений могут быть не равны. В FDD (FD-LTE) диапазон разделяется на 2 полосы в общем случае не равных полосы: для каждого из направлений передачи данных. Спецификация рекомендует применять либо FDD, либо TDD для каждого из предписанных для LTE диапазонов (http://en.wikipedia.org/wiki/LTE_frequency_bands#Frequency_bands_and_channel_bandwidths), поскольку метод TDD показал себя лучше на высоких частотах, а FDD, соответственно, на низких. Стоит отметить, что особенность стандарта LTE позволяет сравнительно недорого интегрировать поддержку обоих методов в одном устройстве, поэтому оборудование, поддерживающие и FDD, и TDD не редкость.

Дополнительно пропускная способность доступного спектра в LTE увеличивается за счет технологии многоантенной передачи MIMO (Multiple input-multiple output).

Глазами конечного абонента

Последний момент, о котором хотелось бы поговорить в этой статье — то, как выглядят услуги глазами конечных абонентов.

Скорость передачи данных для абонента неизбежно зависит от ширины спектральной полосы, отведенной для его потока информации. Если в поколениях 2G и 3G скорость была ограничена самим стандартом связи, то благодаря нововведениям 4G, скорость в большей степени определяется возможностями устройства.

В 4G (а точнее в LTE-Advanced, признанном Международным союзом электросвязи истинным стандартом 4G) появился механизм увеличения абонентской скорости — агрегация частот, в том числе из разных частотных диапазонов. В зависимости от характеристик устройство может задействовать до 4 полос по 20 МГц (в двух столицах на данный момент задействовать можно максимально 3 полосы у «Мегафона»). Для агрегации 4х несущих устройство должно относиться к категории 16 (CAT16). 4х4 MIMO совместно с агрегацией позволяет скачивать данные на таких устройствах со скоростью до 980 Мбит/с. 3 несущие агрегируют устройства категорий 9 и 12 (CAT9 со скростью до 450 Мбит/с и CAT12 с 600 Мбит/с, соответственно), а наиболее простые устройства CAT4 вовсе не агрегируют, достигая скорости не более 150 Мбит/с. Подробнее о непосредственно моделях, поддерживающих ту или иную скорость,здесь.

Работает ли заявленная теорией агрегация на практике в условиях реального радиоприема? В рамках тестов Мегафоном на оборудовании Huawei была продемонстрирована скорость в 1 Гбит/с. Для этого использовалась агрегация трех несущих.

• Блог компании МегаФон
• Беспроводные технологии
• Стандарты связи