Критерии кластерного подхода к перераспределению радиочастотного спектра при внедрении Цифрового телевидения

Критерии кластерного подхода к перераспределению радиочастотного спектра при внедрении цифрового телевидения

В настоящее время в Российской Федерации происходит процесс перехода от наземного аналогового эфирного телевизионного вещания к цифровому. Одним из ключевых результатов этого процесса будет появление Цифрового Дивиденда. Цифровой Дивиденд — это частотный ресурс в диапазонах 174-260 МГц и 470-862 МГц, высвобождаемый для гражданского использования после окончательного перехода от аналогового вещания к цифровому, который запланирован в России на 2015 г. Ресурс этих частотных диапазонов с достаточной пропускной способностью для передачи аудио и видео данных обладает высокими характеристиками распространения сигнала, что делает его привлекательным для операторов подвижной связи и телевизионных вещателей. Авторами проведён анализ рыночной потребности в современных технологиях подвижной связи и телевидения на уровне субъектов (регионов) Российской Федерации, свидетельствующий о неоднородности их проникновения. В связи с этим, выявлена необходимость регионального кластерного подхода к перераспределению радиочастотного спектра при внедрении цифрового телевидения. Рассмотрены различные варианты высвобождения частотного ресурса с учетом национальных особенностей управления спектром. Разработаны критерии кластеризации для полного и частичного высвобождения частотного ресурса.

Ключевые слова:

цифровой дивиденд, цифровое телевидение, подвижная связь, управление спектром, частотный ресурс.

Володина Е.Е.,

к.э.н.г профессор кафедры Экономика связи МТУСИ,

evolodina@list.ru

Плосский А.Ю.,

младший научный сотрудник Центра анализа ЭМС ФГУП НИИР

аспирант кафедры Экономика связи МТУСИ,

aplossky@gmail.com

Введение

Цифровой Дивиденд — это полосы частот в диапазонах 174-260 МГц и 470 -862 МГц, которые после перехода от аналогового вещания к цифровому [1] будут высвобождаться для гражданского использования (цифровое телевидение, подвижная связь), что стало возможным вследствие того, что одна цифровая программа использует существенно меньший частотный ресурс, чем аналоговая. Частотный диапазон, в котором находится Цифровой Дивиденд, обладает достаточной пропускной способностью для передачи звуковых и видео данных и соответственно высокими характеристиками распространения сигнала. Это делает его привлекательным для операторов подвижной связи и телевизионных вещателей, так как для обеспечения покрытия телевещанием или сетями подвижной связи требуется меньшая инфраструктура, чем на более высоких частотах, что позволит охватить удалённые территории за меньшую стоимость.

Международный союз электросвязи (МСЭ) разработал подход к перераспределению высвобождаемого частотного ресурса. На основании этого подхода на WRC — 07 (World Radiocommunication Conference 2007) было принято решение о распределении полосы 790-862 МГц радиочастотного спектра (РЧС) для нужд подвижной связи [2], в частности, для LTE [3]. Для остальных полос рассматриваемых диапазонов приоритетным остаётся цифровое телевидение. В рамках конкретного частотного планирования высвобождаемых каналов в странах Евросоюза рассматривается возможность блочного распределения частотного ресурса на основе кластеризации, то есть разбиения стран Евросоюза на группы, именуемые кластерами, таким образом, чтобы каждый кластер состоял из похожих стран по выбранным критериям, а страны разных кластеров существенно отличались. В качестве критериев кластеризации выбраны проникновение наземного, спутникового и кабельного телевидения и величина внутреннего валового продукта (ВВП). Расчет проводил-

ся с учетом прогнозирования различных сценариев развития подвижной связи, а также возможной конвергенции мобильной и вещательной служб [4, 5].

Для применения европейского подхода в Российской Федерации необходимо провести некоторую доработку кластерного метода в силу наличия существенных особенностей, таких как:

• большая неравномерность по плотности населения;

• различная обеспеченность регионов каналами телевещания;

• степень проникновения актуальных технологий подвижной связи.

Существуют как густонаселенные регионы с высоким уровнем потребления, в которых выгодно внедрять платное цифровое телевидение, так и большие территории с весьма малой плотностью населения, где это нерентабельно. Несмотря на то, что в малонаселённых регионах невыгодно внедрять наземное цифровое вещание, на государственном уровне ставятся задачи по обеспечению населения всей страны пакетом общенациональных цифровых каналов [1]. При этом очень важно оптимальное развитие сетей подвижной связи. Из-за больших территорий и слабой инфраструктуры во многих регионах существует острая потребность в услугах подвижной связи и беспроводного широкополосного доступа. В связи с указанными факторами оптимальное планирование распределения Цифрового Дивиденда в России возможно лишь при использовании сложной системы кластеризации.

Специфической особенностью Российской Федерации является распределение полосы частот 790-862 МГц воздушной радионавигационной службе на первичной основе [6]. Это приводит к необходимости обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) новых сетей подвижной связи и цифрового телерадиовещания с другими радиосредствами, которые уже работают в рассматриваемых диапазонах частот. С учетом необходимости обеспечения ЭМС и высвобождения рассматриваемых диапазонов от правительственных служб для использования гражданскими службами (конверсии), реализация Цифрового Дивиденда в Российской Федерации планируется только после полного прекращения аналогового вещания и проведения мероприятий по конверсии к 2015 году [1].

Ввиду перечисленных выше особенностей, задача оптимального и сбалансированного распределения высвобождаемых частот в РФ с целью обеспечения максимального социального и экономического эффекта, может быть решена лишь на основе проведения детального анализа совокупности технических, экономических и организационных факторов применительно к каждому административному региону страны отдельно.

4

T-Comm, #12-2012

Анализ технико-экономических аспектов реализации Цифрового Дивиденда в Российской Федерации

Определение существующих и перспективных технологий в полосах 174-230 МГц и 470-862Мгц радиочастотного спектра. В соответствии с национальной таблицей распределения частот [7], полоса 174-230 МГц распределена на первичной основе радиовещательной службе радиосвязи, а полоса частот470-862 МГцв основном радиовещательной и воздушной радионавигационной службам.

Для реализации Цифрового Дивиденда перспективными являются цифровое телевизионное вещание стандарта DVB-T и технология широкополосной связи НЕ, позволяющие наиболее полно реализовать потребности в связи.

Сравнение вариантов распределения Цифрового Дивиденда. При анализе вариантов распределения Цифрового Дивиденда необходимо принимать во внимание, как национальные особенности, так и решения МСЭ по использованию частотного ресурса. В соответствии с текущими национальными решениями, полосы радиочастот 174-230 МГц и 470-862 МГц выделены в Российской Федерации для цифрового телевизионного вещания стандарта DVB-T. Таким образом, согласно первому варианту распределения Цифрового Дивиденда, весь высвобождаемый частотный ресурс в указанных диапазонах распределяется вещательной службе. Данное решение позволит организовать до 49 ТВ мультиплексов (пакетов телевизионных программ, которые работают в стандартном телевизионном канале 8 МГц) в стандарте DVB-T.

В соответствие с [2,3] может рассматриваться второй вариант распределения Цифрового Дивиденда, согласно которому, полоса частот 790-862 МГц распределяется для НЕ, т.е. для подвижной связи. Остальные рассматриваемые полосы частот (174-230 МГц и 470-790 МГц) распределяются вещательной службе.

В соответствие с [8], при таком варианте распределения можно организовать до 47 ТВ мультиплексов и выделить до 2 х 30 МГц для подвижной связи с учетом защитных полос.

Согласно [3] , может рассматриваться и третий вариант распределения Цифрового Дивиденда. Основой этого варианта служит опыт США, где диапазон 694-862 МГц был распределён посредством аукциона четырём операторам подвижной связи, а также азиатские исследования по гармонизации полосы частот 694-790. В этом варианте для нужд телевещания используются полосы частот 174-230 и 470-694 МГц, а полосы 694-790 МГц и 790-862 МГц распределяются для подвижной связи. При таком распределении можно организовать до 35 ТВ мультиплексов, а также выделить до 2 х 65 МГц для нужд подвижной связи.

Определение общей величины высвобождаемого радиочастотного ресурса. Для определения величины высвобождаемого частотного ресурса (Цифрового Дивиденда) в данной методике использован модифицированный частотно-территориальный план (ЧТП) наземного цифрового телевизионного и звукового вещания Российской Федерации в полосах частот 174-230 МГц и 470-862 МГц с учетом ограничений РЭС правительственного назначения, составленный на основе [8]. Согласно этому плану, существуют каналы 3-х категорий: А, В и С. Каналы категории "А" могут использоваться телерадиовещанием и подвижной связью без ограничений, каналы категории "В" могут использоваться ограниченно на заданной территории, каналы категории "С" не могут быть распределены коммерческого использования. Как указано выше, перераспределение будет возможно только после прекращения работы аналогового телевидения, так что текущая занятость каналов данной службой не учитывается. Для использования каналов категории "В" и, особенно, "С" необходимо реализовать конверсию данных каналов к гражданскому использованию.

В таблице 1 приведены основные демографические данные и общее число каналов различных категорий в целом для Российской Федерации. Данные по планируемой величине высвобождаемого частотного ресурса в полосах Цифрового Дивиденда получены путем анализа национального ЧТП и ЭМС с РЭС правительственного назначения.

Таблица 1

Общие данные по регионам Российской Федерации

В таблице 2 приведены общие данные по регионам Российской Федерации применительно к выбранным вариантам распределения

Цифрового Дивиденда. Данные по числу каналов в табл. 1 и 2 получены! на основе оценок ЭМС без привлечения экономических расчетов. Для определения числа высвобождаемых частотных каналов используется суммарное значение величин каналов категории "А", "В" и "С".

Учитывая национальные особенности, такие как огромная территория, большое число регионов и зон частотных выделений, разная обеспеченность регионов радиовещанием и подвижной связью, необходимо также рассматривать возможность распределения РЧС на разных уровнях. В рамках Российской Федерации целесообразно принять три уровня распределения: федеральный, региональный и местный.

Таблица 2

Общие данные по регионам Российской Федерации для выбранных вариантов распределения

Величина Цифрового Дивиденда на федеральном уровне — это минимальная величина высвобождаемых частотных каналов во всех зонах частотных выделений страны. Величина Цифрового Дивиденда на региональном уровне — это минимальная величина высвобождаемых частотных каналов в зонах частотных выделений региона. Величина Цифрового Дивиденда на местном уровне — это величина высвобождаемых частотных каналов в каждом частотном выделении. Региональный уровень распределения является основным для последующей кластеризации.

В таблице 3 представлены результаты анализа национального ЧТП применительно к отдельным регионам Российской Федерации.

Таблица 3

Региональные данные по планируемой величине Цифрового Дивиденда

Как видно из приведенных данных, величина Цифрового Дивиденда на региональном уровне варьируется в пределах от 4 до 24 частотных каналов. Принимая во внимание национальные решения о развитии телерадиовещания, согласно которым необходимо обеспечить всю Россию тремя мультиплексами цифрового телевидения, от 3 до 5 частотных каналов на федеральном уровне не могут

Т-Сотт, #12-2012

5

быть распределены иначе как для телевидения [1]. Это связано с тем, что первые два ТВ мультиплекса планируются на базе одночастотных сетей, а третий — на базе многочастотных сетей, что может привести к увеличению требуемого частотного ресурса. Вопрос о распределении остальных каналов может решаться на остальных уровнях — региональном и местном — применительно к каждому региону на основе конкретного технико-экономического анализа.

Кластеризация субъектов Российской Федерации. Исходя из особенностей реализации Цифрового Дивиденда в Российской Федерации, в качестве основного критерия кластеризации целесообразно принять величину высвобождаемого частотного ресурса на региональном уровне. Согласно проведенному анализу оптимальным является формирование трех кластеров, в зависимости от доступности частотного ресурса в рассматриваемых полосах применительно к каждому региону

В первый кластер, именуемый DTV, попадают регионы, в которых величина частотного ресурса не превышает пять каналов на региональном уровне (минимальное значение числа высвобождаемых частотных каналов в зонах частотных выделений региона меньше или равно 5), либо регионы, в которых нет высвобождаемых частотных каналов на региональном уровне в полосе 694-862 МГц. Всего в Российской Федерации есть 28 регионов, удовлетворяющих этим условиям. Еще 27 регионов входят в кластер DTV-LTE700. В регионах этого кластера нет высвобождаемых частотных каналов в полосе 790-862 МГц, при этом в полосах 174-230 МГц и 470-694 МГц суммарное число высвобождаемых частотных каналов больше 6. Наконец в третий кластер, именуемый DTV-LTE, входят 24 региона, в которых высвобождаемые частотные каналы есть во всех рассматриваемых полосах частот и их суммарная величина больше 6.

В таблице 4 представлены данные о регионах — представителях кластеров.

Таблица 4

Данные о представителях кластеров

Кластер Тестовый регион Величина Цифровою Дивиденда в частотных каналах (8МГц) Численность населения, тыс. чел.

Обща я 174-230, 470-790 МГц 790-862 МГц 174-230, 470-694 МГц 694-862 МГц

DVB №1 5 5 0 3 2 2828

DVB- LTE700 №2 7 7 0 5 2 14S2

DVB-LTE №3 8 6 2 5 3 926

Для выбора тестовых представителей кластера используются данные по числу доступных выделяемых каналов в регионах, а также данные по их населению [9]. В качестве представителей кластеров рассматриваются регионы с наиболее равномерным распреде-

лением высвобождаемого частотного ресурса в своих полосах частот и с наиболее средними величинами населения в регионах. Данные таблицы 4 демонстрируют результаты применения предлагаемого подхода к реализации Цифрового Дивиденда в Российской Федерации для тестовых представителей кластеров.

Заключение

Предлагаемый кластерный подход к реализации Цифрового Дивиденда в Российской Федерации позволяет учесть особенности территории, населения и специфику частотного планирования страны. Какие-либо универсальные решения на национальном уровне не применимы .Цифровой Дивиденд может быть обеспечен только на базе углубленного технико-экономического анализа ситуации в каждом конкретном регионе. Основным критерием для распределения Цифрового Дивиденда в условиях ограничений на использование РЧС является величина высвобождаемого частотного ресурса. На базе проведенного в данной статье обобщенного технико-экономического анализа в дальнейшем могут проводиться детальные расчёты экономической эффективности перераспределения Цифрового Дивиденда применительно к конкретным регионам страны.

Литература

1. ФЦП "Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2015 годы"

2. ITU. Final Acts of the World Radiocommunicalion Conference 2007 (WRC-07). http://www.itu.int/publ/R-ACT-WRC/en.

3. Feasibility study for further advancements for E-UTRA (LTE-Advanced). 3GPP TR 36.912 V9.1.0,12/2009. http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/36912.htm.

4. Analysis Mason, ECON, Hogan & Hartson. Exploting the Digital Divdend — a European approach. Report for the European Commission. 14 August2009. http://ec.europa.eu/information_society/policy.

5. Spectrum Value Partners. Getting most out of the digital div'dend, March 2008. http://www.valuepartners.com/en.

6. Таблица распределения полос частот между радиослужбами Российской Федерации. http://www.grfc.ru/grfc/sprav_info/tools_1/index.htm.

7. ITU. Final Acts of the Regional Radiocommunication Conference for planning of the digital terrestrial broadcasting service in parts of Regions 1 and 3, in the frequency bands 174-230 MHz and 470-862 MHz (RRC-06). http://www.itu.int/publ/R-ACT-RRC/en.

8. CEPT/ECC. Decision of 30 October 2009 on harmonised conditions for mobile/fixed communications networks (MFCN) operating in the band 790 — 862 MHz. http://www.erodocdb.dk/Docs/doc98/official/pdf/ ECCDEC0903.PDF.

9. Официальная страница переписи населения в России. http://www.perepis2002.ru/index.html?id=8.

CRITERIA OF CLUSTERING APPROACH TO REALLOCATION OF SPECTRUM RESOURCE AT IMPLEMENTATION OF DIGITAL TELEVISION Volodina E.E., Plossky A.Y. Abstract

At the present time in Russian Federation the Digital Switchover is going on. One of the key outcomes of that process will be Digital Dividend appearing. The Digital Dividend is a spectrum in the frequency bands 174-260 MHz and 470-862 MHz which will be released for civil applications such as digital television (TV) broadcasting and mobile communications after switchover from analogue to digital broadcasting. Resource of these frequency ranges possesses sufficient communications capacity for transmission voice and video data and provides good propagation characteristics that make it attractive to operators of mobile communications and TV broadcasters. Analysis of market demands for prospective technologies of mobile communication and television was taken on a level of subjects (regions) of Russian Federation. This analysis being indicative of discontinuity of technological penetration in different regions. In accordance with that, necessity of regional clustering approach to reallocation of spectrum resource at implementation of digital television is revealed. Considering national features of spectrum management different scenarios of releasing frequency resource are examined. Clustering criteria for full and partial releasing are developed.

Keywords: digital dividend, digital television, mobile communications, spectrum management, frequency resource.

6

T-Comm, #12-2012