Частотные полосы, используемые в сетях 3g в разных регионах

Введение в 3G частотные полосы

Мобильные сети третьего поколения (3G), запущенные в коммерческую эксплуатацию в начале 2000-х годов, коренным образом изменили беспроводную связь, обеспечивая скорость широкополосного мобильного доступа, мультимедийную поддержку и возможности глобального роуминга. В отличие от более ранних систем 2G, 3G был разработан вокруг единого глобального стандарта, известного как Международный мобильный телекоммуникационный союз (IMT-2000), установленного Международным союзом электросвязи (МСЭ). Однако достижение истинной глобальной гармонизации оказалось неуловимым. Различные регионы приняли различные полосы частот для услуг 3G, сформированные историческими распределениями спектра, нормативными приоритетами и технологическими решениями (UMTS vs. CDMA2000). В этой статье рассматриваются конкретные полосы частот, используемые для сетей 3G в основных регионах, технические компромиссы, стоящие за этими выборами, и последствия для покрытия, пропускной способности и возможного заката сети.

Глобальные технологии 3G: UMTS, CDMA2000 и TD-SCDMA

Прежде чем погрузиться в региональные полосы, важно понять три основных семейства 3G-интерфейсов. Универсальная мобильная телекоммуникационная система (УМТС), основанная на WCDMA, была принята 3GPP и стала доминирующим стандартом в Европе, Азии и большей части остального мира. CDMA2000, разработанный 3GPP2, развился из 2G CDMA (IS-95) и остался сильным в Северной Америке, Южной Корее и некоторых частях Азии. Китай разработал свой собственный стандарт TD-SCDMA, который работал в различных частотных диапазонах, выделенных китайским правительством. В то время как все эти технологии считаются «3G», их распределение полос частот значительно отличается.

Распределение частотных диапазонов по регионам

В таблице ниже приведены основные полосы частот, используемые для сетей 3G в шести основных географических регионах.

• Северная Америка: 850 МГц (Band 5), 1900 МГц (Band 2), 1700/2100 МГц AWS (Band 4), 800 МГц (Band 0 для CDMA)
• Европа: 900 МГц (диапазон 8), 1800 МГц (диапазон 3), 2100 МГц (диапазон 1)
• Азиатско-Тихоокеанский регион (исключая Китай): 850 МГц, 900 МГц, 2100 МГц, 1800 МГц, 2100 МГц AWS (некоторые рынки)
• Китай: 850 МГц, 900 МГц, 1900 МГц, 2100 МГц (для TD-SCDMA: 1900-1920 МГц и 2010-2025 МГц)
• Африка: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 2100 МГц]
• Латинская Америка: 850 МГц, 900 МГц, 1900 МГц, 2100 МГц

Северная Америка

В США и Канаде развертывание 3G было разделено между операторами CDMA2000 и UMTS из-за исторических холдингов спектра. Федеральная комиссия по связи (FCC) и Industry Canada выставили на аукцион спектр в полосах, которые позже стали основой для 3G. Основными полосами являются:

• 850 МГц (Band 5): Первоначально использовавшийся для сотовой связи AMPS, этот диапазон был перераспределен как для CDMA2000 (например, Verizon, Sprint), так и для UMTS (AT&T, T-Mobile после перезапуска). Он обеспечивает отличное покрытие в сельских и пригородных районах из-за его характеристик распространения. В США блоки Cellular A и B (824–894 МГц) стали основной полосой 3G.
• 1900 МГц (диапазон 2): Полоса PCS (1850–1990 МГц) была продана с аукциона в 1990-х годах и стала основной полосой для операторов CDMA2000, таких как Sprint и Verizon, на плотных городских рынках. Операторы UMTS также использовали полосу 2 для наложений емкости. Эта полоса предлагает более высокую пропускную способность данных, но уменьшенный диапазон и проникновение в здание по сравнению с 850 МГц.
• 1700/2100 МГц AWS (Band 4): В 2006 году на аукционе FCC были представлены полосы расширенных беспроводных услуг (1710-1755 МГц восходящей линии связи, 2110-2155 МГц нисходящей линии связи). T-Mobile USA активно использовала AWS для развертывания 3G UMTS, что позволило предоставлять услуги широкополосной передачи данных без вмешательства в существующий спектр 1900 МГц. Эта полоса менее распространена во всем мире, но остается важной в Северной и Южной Америке.
• 800 МГц (Band 0): Используется некоторыми операторами CDMA2000 для перезапуска цифровых AMPS (например, Sprint iDEN) .Он перекрывается с нижней частью сотовой полосы в некоторых странах, но менее стандартизирован.

Роуминг между операторами США часто требовал многодиапазонных устройств из-за использования фрагментированной полосы. Например, телефон AT&T 3G нуждался в 850/1900 МГц UMTS, в то время как телефон Verizon 3G нуждался в 800/1900 МГц CDMA2000. Отсутствие единой панамериканской 3G-диапазона привело к сложным соглашениям о роуминге и требованиям поддержки устройств.

Европа

Европа возглавила стандарт UMTS в рамках Европейского института стандартов телекоммуникаций (ETSI). Европейская комиссия согласовала спектр для 3G через Директиву UMTS, выделив 2100 МГц (Band 1) в качестве основной полосы (1920–1980 МГц восходящей линии связи, 2110–2170 МГц нисходящей линии связи). Лицензии на эту полосу были проданы на аукционах по высоким ценам в начале 2000-х годов, что привело к известным аукционам спектра. Со временем операторы также перераспределили существующие полосы GSM для UMTS:

• 900 МГц (Band 8):] Первоначально зарезервированный для GSM, диапазон 900 МГц (880–915 МГц восходящей линии связи, 925–960 МГц нисходящей линии связи) был открыт для UMTS через процесс перераспределения GSM/UMTS. Vodafone, Orange и другие крупные европейские носители развернули 3G на 900 МГц в сельских районах для улучшения покрытия и проникновения в помещения. В 2008 году Европейская комиссия разрешила развертывание UMTS900 в соответствии с решением о «перераспределении 900 МГц», которое значительно улучшило покрытие 3G в Европе.
• 1800 МГц (Band 3): Эта полоса (1710-1785 МГц восходящей линии связи, 1805-1880 МГц нисходящей линии связи) первоначально использовалась для GSM1800 (DCS). С ростом спроса на 2G некоторые операторы перераспределили небольшую часть мощности UMTS в плотных городских районах, хотя позже она оставалась более распространенной для LTE.
• 2100 МГц (Band 1): Почти все европейские операторы запустили UMTS в полосе 1. Она остается стандартной 3G-диапазоном для многих стран, предлагая до 384 кбит/с изначально, затем эволюционируя до HSPA+ с до 42 Мбит/с (двойной несущий).

Европейские сети 3G, как правило, были однотехнологическими (UMTS/HSPA), но с 2010 года большинство операторов развернули LTE в качестве отдельного слоя. Закат 3G начался примерно в 2020 году, с перевозчиками в Швейцарии, Великобритании и Германии, перераспределяющими спектр для LTE и 5G.

Азиатско-Тихоокеанский регион

Азиатско-Тихоокеанский регион представляет собой разнообразный набор диапазонов распределения из-за различных нормативных условий и технологических предпочтений.

• Япония: NTT DoCoMo запустила первую в мире коммерческую сеть 3G в 2001 году с использованием WCDMA в 2100 МГц (Band 1). SoftBank и KDDI также развернули 3G в той же полосе. Кроме того, Япония использовала 800 МГц (Band 0) для CDMA2000 от KDDI (au.) Япония позже переработала 900 МГц и 1500 МГц для LTE, но 3G остался в 2100 МГц.
• Южная Корея: Korea Telecom (KT) и SK Telecom первоначально запустили CDMA2000 1xEV-DO в 800 МГц (Band 0) и позже развернули WCDMA в 2100 МГц (Band 1). Южная Корея также использовала 1,8 ГГц (Band 3)) для LTE, но не для 3G. Страна быстро перешла на LTE и 5G, с 3G сетями, в основном закрытыми к 2022 году.
• Австралия: Telstra, Optus и Vodafone использовали комбинацию 850 МГц (Band 5) для UMTS в сельских районах и 2100 МГц (Band 1) для городской пропускной способности. Сеть Next G Telstra (850 МГц UMTS) обеспечила исключительное покрытие, веху в истории австралийской мобильной связи.
• Первоначально индийские операторы запустили UMTS в 2100 МГц (Band 1) после того, как правительство продало на аукционе спектр 3G в 2010 году. Позже некоторые операторы перераспределили 900 МГц (Band 8) для 3G (например, Bharti Airtel, Vodafone Idea). Индия также использовала 850 МГц (Band 5) для CDMA2000 (Reliance Communications, Tata Teleservices), но эти сети были отключены к 2018 году.

В Азиатско-Тихоокеанском регионе также было использовано 1500 МГц (диапазон 21) для UMTS в Японии (KDDI) и 2300 МГц (диапазон 40) для ограниченного развертывания TD-LTE, которое не повлияло на 3G.

Китай

Китай выбрал уникальный путь. Правительство потребовало внутреннего стандарта, ведущего к TD-SCDMA. China Mobile, крупнейший в мире оператор по абонентам, был уполномочен развернуть TD-SCDMA в полосах 1900-1920 МГц и 2010-2025 МГц (часто упоминается как полоса 34 и полоса 39 для TD-LTE, но первоначально выделена для 3G TDD. China Unicom и China Telecom развернули WCDMA и CDMA2000 соответственно в 2100 МГц (Band 1) и 800 МГц (Band 0)] . Со временем Китай перераспределил полосу 900 МГц и 1800 МГц для LTE, оставив полосу TD-SCDMA в значительной степени заброшенной после 2015 года, когда China Mobile переехала в LTE. Китайский закат 3G

Африка

Развертывание 3G в Африке в значительной степени зависело от программ доноров и нормативных решений.

• 900 МГц (Band 8): Используется по всему континенту для UMTS, используя существующую инфраструктуру GSM850/900. Многие операторы запустили 3G первоначально на 2100 МГц в городах, а затем добавили 900 МГц для расширения сельских районов.
• 2100 МГц (Band 1): Развернут в большинстве африканских столиц всеми крупными операторами, включая MTN, Airtel, Vodacom и Orange.
• 850 МГц (Band 5): Используется в нескольких странах Западной Африки и Южной Африки (например, Нигерии, Гане, Южной Африке) для UMTS и CDMA2000. Zain и другие развернули CDMA2000 в 850 МГц на некоторых рынках Восточной Африки.
• 1800 МГц (диапазон 3): Менее распространен для 3G, но некоторые операторы перераспределили эту полосу в 2010-х годах для пропускной способности 3G, особенно в Южной Африке.

Покрытие сети 3G в Африке остается неравномерным, и многие страны по-прежнему полагаются на 2G/3G для подключения к сельским районам. Закат 3G происходит медленнее, поскольку регион переходит на 4G и 5G.

Латинская Америка

Латинская Америка демонстрирует сочетание североамериканского и европейского влияния. Доминирующими полосами для 3G являются:

• 850 МГц (Band 5): Основные развертывания в Бразилии, Мексике, Аргентине и Чили операторами, такими как Claro, Telcel и Movistar.
• 1900 МГц (диапазон 2): Используется в Мексике и некоторых центральноамериканских рынках Telefonica и América Móvil для UMTS.
• 900 МГц (Band 8): Обычны в странах Анд и Южной Америки (например, Перу, Колумбия, Чили).
• 2100 МГц (Band 1): Городские развертывания во многих столицах операторами, такими как Vivo (Бразилия) и Claro (Аргентина).
• 1700 МГц AWS (Band 4): Используется в Чили, Колумбии и Эквадоре для UMTS, после выделения AWS в Северной и Южной Америке.

Закат 3G в Латинской Америке уже начался, и многие операторы переселяют эти полосы для LTE и 5G.

Технические аспекты: распространение, скорость передачи данных и емкость

Выбор полосы частот напрямую влияет на пользовательский опыт. Более низкие частоты (например, 700-900 МГц) распространяются дальше и проникают в здания лучше, что делает их идеальными для покрытия в пригородных и сельских районах. Более высокие частоты (например, 1800-2100 МГц) предлагают большую пропускную способность на носитель (до 5 МГц для UMTS) и могут поддерживать более высокую плотность пользователей из-за уменьшенных размеров ячеек. На практике операторы использовали многоуровневый подход: 2100 МГц для городской емкости и 850/900 МГц для покрытия. Например, центр города может иметь несколько узлов 2100 МГц с перекрывающимся покрытием, в то время как шоссе будет полагаться на одиночные башни 850 МГц, разнесенные каждые 5-10 км.

• Покрытие против пропускной способности: 3G-ячейка на 900 МГц может иметь радиус до 30 км в сельской местности, в то время как ячейка на 2100 МГц в городских районах может достигать только 2-3 км из-за более высокой потери пути и помех.
• Пропускная способность данных: UMTS с HSPA+ (Dual-Cell) может доставлять до 42 Мбит/с в 5 МГц спектра. Использование развертывания 10 МГц (например, двойной несущий) в 2100 МГц позволило увеличить скорость, но доступность спектра ограничила это. На 900 МГц были типичными распределения 5 МГц, дающие пик ~21 Мбит/с.
• Помехи и повторное использование: Более низкие частоты более восприимчивы к шуму от соседних ячеек, что требует тщательного планирования частоты. Операторы использовали шаблоны повторного использования 1:3 или 1:1 в зависимости от полосы и трафика.
• Устройства мультимодов:] Чтобы перемещаться по регионам, 3G-телефоны должны были поддерживать несколько диапазонов. Глобальный 3G-телефон часто поддерживал полосы 1, 2, 5 и 8. Например, iPhone 4S поддерживал полосы 1, 2, 5, 8 UMTS. Эта сложность способствовала разработке программно-определяемых радиоприемников.

Регулирующие и экономические драйверы

На выбор полосы для каждого региона сильно повлияли исторические распределения спектра и регулирующие аукционы. В Европе аукцион UMTS 1998 года собрал более 109 миллиардов евро, но высокая стоимость лицензий 2100 МГц задержала инвестиции в сельское покрытие. В США ограничения спектра FCC и рост CDMA2000 привели к фрагментированному ландшафту. Рамочная программа ITU IMT-2000 первоначально определила три основных диапазона: 1885-2025 МГц и 2110-2200 МГц (TDD и FDD) и 806-960 МГц для расширений FDD. Однако национальные регуляторы распределяли полосы в этих диапазонах по-разному.

• Рекомендации МСЭ: В документе МСЭ-R M.1036 определены предпочтительные частотные схемы для МСТ-2000, но это не было обязательным.
• GSMA Harmonization Efforts: GSMA настаивала на гармонизированных полосах для снижения затрат на роуминг, но боролась за пределами ядра 2100 МГц.
• В конце 2000-х годов регуляторы в Европе, Африке и Азии позволили операторам переселять частоты GSM для UMTS. Это снизило затраты на развертывание, но создало риски помех, если не координировалось.
• Spectrum Trading: На рынках, подобных США, вторичные рынки спектра позволяли операторам приобретать или арендовать дополнительные частоты (например, AT&T, приобретающий спектр у Verizon в 850 МГц).

Влияние на международный роуминг

Разнообразие 3G-диапазонов создавало проблемы для глобальных роумеров. Путешественник из Европы (диапазоны 1, 8) не мог подключиться к североамериканской сети 3G, если устройству не хватало полосы 5 или полосы 2. Производители решали эту проблему, создавая «мировые телефоны», которые включали несколько полос, но это добавляло стоимость. Например, Nokia N95 имела четырехдиапазонный GSM, но только двухдиапазонный UMTS (2100/1900). Позже iPhone 4S добавил 850/900/1900/2100 UMTS. Даже сегодня соглашения о роуминге требуют от сетевых операторов экранировать возможности устройств. Отсутствие одной глобальной 3G-диапазона является ключевой причиной того, что 4G LTE и 5G преследовали более агрессивную гармонизацию.

Закат 3G и спектральное перераспределение

Начиная примерно с 2018 года, многие операторы начали отключать свои сети 3G, чтобы восстановить спектр для LTE и 5G. Этот закат обусловлен снижением трафика 3G, увеличением проникновения устройств LTE / 5G и желанием развернуть более широкие полосы пропускания.

• Австралия: Optus и Vodafone отключили 3G к 2024 году; Telstra в течение 2024 года.
• Соединенные Штаты: AT&T закрыла свою сеть 3G UMTS в феврале 2022 года; Verizon закрыла CDMA2000 в 2022 году; T-Mobile прекратила использование 3G Sprint в 2023 году.
• Европа: Многие операторы в Швейцарии (Swisscom, 2021), Великобритании (Vodafone, 2023) и Германии (Deutsche Telekom, 2022) имеют закат 3G. Полоса 2100 МГц перераспределена для LTE (Band 1) и 5G (n1). 900 МГц повторно используется для LTE (Band 8) и 5G (n8).
• NTT DoCoMo в Японии закрыла 3G в 2023 году; SK Telecom в Южной Корее прекратила 3G в 2022 году; China Mobile отказалась от TD-SCDMA в 2016 году.
• Некоторые операторы (например, MTN South Africa, Airtel Nigeria) объявили о сроках захода солнца 3G на 2025–2027 годы, но многие сельские рынки могут сохранить 3G дольше из-за ограниченного покрытия LTE.

Реферминг освобождает ценный низкочастотный спектр (850/900 МГц), который пользуется большим спросом для покрытия 5G. Полоса 2100 МГц также ценна для пропускной способности 5G в плотных городских районах. Однако переход должен управляться осторожно, чтобы избежать нарушения устаревших IoT и аварийных служб, которые все еще зависят от 3G.

Заключение

Частотные полосы, используемые для сетей 3G в разных регионах, являются продуктом истории, технологии, регулирования и рыночных сил. Сочетание 850/1900/1700 МГц, опора Европы на 2100/900 МГц, лоскутное одеяло Азиатско-Тихоокеанского региона, интенсивное использование Африки 900/2100 МГц и разнообразные распределения Латинской Америки иллюстрируют отсутствие истинной глобальной гармонизации. Понимание этих полос имеет важное значение для инженеров связи, производителей устройств и сетевых планировщиков, особенно в то время как 3G постепенно уходит, уроки, извлеченные из управления спектром и региональных нюансов, продолжают формировать будущее мобильной связи. Для дальнейшего чтения см. официальную страницу IMT-2000 МСЭ , руководство по перераспределению 3G GSMA и подробные спецификации полосы на странице UMTS частот в Википедии .