Частоты для NB-IoT: от чего зависит успех новой технологии?

Стандартизация «узкополосного IoT» (NB-IoT) произошла летом 2016 года, а основные операторы мобильной связи, такие как Deutsche Telekom и Vodafone, уже запланировали масштабное развертывание таких сетей. В этой статье рассматривается спектр возможностей NB-IoT и коммерческое применение частотного диапазона.

Существует три технологических варианта развертывания NB-IoT, а именно:

• в полосе частот наряду с LTE-сервисами;
• в неиспользованной части радиоспектра между частотными диапазонами (в целях предотвращения помех от смежного канала на границах существующих LTE-частот);
• использование отдельно выделенного спектра (далее в статье мы обсудим компромиссные решения и связанные с ними факторы, определяющие наилучший выбор технологии при развертывании NB-IoT).

Скорость, с которой промышленность стандартизировала NB-IoT, предполагает высокий спрос на новые технологии.

Быстроразвивающийся рынок Интернета вещей благодаря новым беспроводным технологиям демонстрирует новые возможности. Последним дополнением к этому уже насыщенному рынку стал NB-IoT. NB-IoT – модифицированная версия технологии 4G (LTE) , которая использует более узкие частотные каналы (т.е. 200 кГц по сравнению с 10 МГц, применяющейся в LTE).

Быстрые темпы стандартизации NB-IoT в течение 2016 года дают основание полагать, что существует спрос на его коммерческое использование за счет «переадресации» огромного количества IoT-трафика, расходуемого в традиционных сотовых сетях.

NB-IoT позволит операторам мобильной связи незамедлительно обеспечить предоставление коммерческих решений в сегменте IoT. Это произойдет уже в 2017 году, задолго до того, как 5G будет стандартизирована.

Три варианта развертывания «узкополосного IoT» влияют на производительность не только для NB-IoT RAN (Radio access network; сеть радиодоступа в различных стандартах сотовой связи), но и для одновременного развертывания и IoT, и MBB (mobile broadband, мобильный широкополосный доступ).  

С точки зрения сети радиодоступа (RAN) существует три варианта развертывания NB-IoT. Два из этих вариантов подходят для развертывания в спектре, который уже прошел лицензирование.

1. Вариант «внутри полосы», где NB-IoT развертывается внутри существующего LTE спектра, используемого для предоставления мобильных широкополосных (MBB) услуг;
2. Вариант «защищенной полосы» с использованием спектра по краям канала (т.е. в неиспользуемой части спектра) существующих LTE. Однако здесь вероятны помехи от смежного канала на границах существующих LTE базовых станций. «Защищенные полосы» могут быть использованы без учета мощностей основных базовых станций LTE);
3. Третий вариант заключается в развертывании NB-IoT с использованием присвоения выделенных частот (т.е. «автономного» развертывания), а также использования совокупности различных выделенных базовых станций специально для LTE и MBB.

Сегодня регулирующие органы не выделяют отдельные частоты для NB-IoT, хотя этот подход возможно применить. Например, можно было бы определить IoT-спектр от 700 Mгц полосы (так называемой 2×3 МГц, от 733-736 МГц и 788-791 МГц). Этот 2×3 МГц спектр примыкает к основной MBB-ориентированной 700 МГц частотной схеме (как показано на рисунке 1) и поэтому не будет оказывать никакого влияния на объем спектра, доступного для MBB.

Рисунок 1: 700 МГц частотные схемы Европы и Азии, отдельно выделено назначение 2 × 3 МГц спектра, подходящего для IoT. Источник: Analysys Mason.

Можно убедиться в том, что в отличии от развертывания внутри полосы, у использования выделенного частотного спектра появляются различные преимущества. Например, операторы могли бы развернуть IoT-услуги, не затрачивая ресурсы спектра и/или не влияющие на качество обслуживания при предоставлении MBB-услуг.

Решение «защищенной полосы» использует меньшую емкость MBB по сравнению с вариантом развертывания внутри частоты. Такой вариант вряд ли может предложить тот же уровень производительности, как при использовании отдельного частотного спектра из-за более ограниченных перспектив по оптимизации при предоставлении услуг, территории покрытия и объема IoT трафика.

Также могут существовать и другие преимущества от использования выделенного спектра, в том числе возможность оптимизации RAN, благодаря чему будет обеспечено превосходное покрытие внутри помещений. В то же время можно достичь снижения потребляемой мощности устройств за счет того же лучшего покрытия внутри помещений.

Для некоторых случаев использования IoT требуется более быстрое время отклика сети в силу характера трафика (например, приложения в секторе здравоохранения или соединения с транспортными средствами). Специально выбранный спектр поможет обеспечить более надежное соединение при возникновении подобных ситуаций и одновременно с этим эффективно использовать существующие сервисы и сетевые ресурсы (например, биллинг и безопасность).

Если «поглощение» NB-IoT сервисов окажется высоким наряду с ростом потребностей в MBB, то планы крупных операторов по внутричастотному развертыванию могут поставить под угрозу производительность сети.

Несмотря на отмеченные выше риски производительности, компания Vodafone запланировала стратегию по предоставлению NB-IoT услуг на рынках по всей Европе, связанных с использованием существующего спектра 800 МГц. В Vodafone выразили уверенность в том, что технические возможности 800 MHz LTE RAN позволят поддерживать NB-IoT (т.е. программное обеспечение большинства базовых станций будет обновлено, а текущие системы могут быть быстро усовершенствованы без необходимости привлечения дополнительной обширной инфраструктуры).

Одним из ключевых преимуществ для Vodafone, вероятнее всего, будет скорость выхода на рынок. Однако, учитывая недавние сообщения о быстрых темпах роста потребления MBB-трафика и публикации прогнозов дальнейшего устойчивого роста, (см рисунок 2) непростой задачей может оказаться обеспечение поддержки IoT и MBB-трафика в пределах одних и тех же базовых станций без ущерба производительности сети.

Рисунок 2: Прогноз роста мирового трафика мобильных данных, за исключением IoT. Источник: Analysys Mason.

Портфолио частотного спектра Vodafone (в том числе 2.6 ГГц и субчастоты 1 ГГц, такие как 900 МГц) поможет минимизировать любое негативное влияние на производительность сети. Тем не менее, другие операторы мобильной связи, располагающие меньшим диапазоном спектра, также в меньшей степени способны смягчить этот эффект.

Отраслевые источники указывают на ключевые преимущества NB-IoT: более высокое качество обслуживания и возможность повторного использования LTE- инфраструктуры (например, возможности базовых станций, транзитных соединений и базовых сетей). LTE-инфраструктура может быть задействована повторно, при этом неважно, будет ли происходить установка в пределах существующего спектра LTE MBB или в отдельно назначенном носителе.

Тем не менее, качество обслуживания не зависит от частоты используемого спектра. В связи с этим важное значение имеет возможность операторов мобильной связи консолидировать значительную долю IoT трафика. Однако при этом растет уровень потребления трафика, а качество обслуживания IoT и MBB будет снижаться в случае, если отдельный спектр доступен.

В настоящее время не удается убедить соответствующие регулирующие органы в потребности выделить определенный частотный спектр для IoT

Отсутствие согласованного спектра для NB-IoT предполагает, что регулирующие органы не уверены в потребности рынка иметь отдельно установленный диапазон частот. Если выделенный спектр все-таки станет доступным, сразу могут возникнуть несколько узконаправленных вопросов, таких как:

• Сколько отдельных сетей может поддерживаться в 2×3МГц?
• Сколько сетей требуется (какое количество сетей необходимо)?
• Существуют ли последствия от конкуренции на рынке MBB?

При отсутствии на региональном или глобальном уровне согласованного решения в отношении отдельно установленного спектра, представляется наиболее вероятным, что ближайшие развертывания NB-IoT будут следовать «внутрисетевой» модели, предложенной компанией Vodafone. В конечном счете, успех и сопутствующие преимущества этих ранних запусков NB-IoT с использованием мощностей LTE базовых станций поможет определить, понадобится ли в дальнейшем выделение отдельного спектра.

Об авторе:

Жанетт Стюарт (Janette Stewart), Глава Analysys Mason. Специализируется в области беспроводных технологий и вопросов радиочастотного спектра.

По материалам iotbusinessnews.com