Еще в 2014 году, в России был принят Федеральный проект «Устранение цифрового неравенства» (УЦН). ПАО «Ростелеком» был должен наладить мобильную связь там, где ее никогда не было - в маленьких деревнях, вдоль федеральных трасс, в бескрайних полях и на трассах Северного морского пути.
Несмотря на то, что за прошедшие годы сотни маленьких городков, поселков и деревушек действительно получили доступ к Сети, у нас так и остаются без связи огромные незаселенные пространства в Якутии, или скажем, на «курортах Карского моря». Проблема в том, что традиционные способы «наведения мостов» стоят космических денег. Тянуть оптоволокно в деревню с населением 150 человек или вдоль трассы, которая может использоваться только как «зимник» - это примерно, как покупать личный самолет, чтобы долететь до соседнего подъезда.
Связь для тех, кто за горизонтом
Когда президент говорит про устранение цифрового неравенства, он имеет в виду вполне конкретные вещи. Проект УЦН ставит задачу обеспечить связью населенные пункты с населением от 100 до 500 человек. На деле это означает, что государство должно заставить операторов или само пойти в деревни, где эти операторы никогда не заработают ни копейки.
Экономический эффект для оператора связи от таких задач не может быть положительным, и если любая компания будет считать их приоритетными, то вскоре окажется банкротом. Поставить вышку сотовой связи, подключить ее по оптике или радиорелейной линии, обеспечить электропитание и охрану - все это стоит миллионы рублей. Если потенциальных абонентов в деревне - пара сотен бабушек с кнопочными телефонами, то окупаемость проекта наступит примерно к моменту наступления следующего ледникового периода.
Но есть и другая проблема. Россия - это не только деревни, но и бесконечные трассы, где связь пропадает сразу после выезда из населенного пункта. А ведь задачи нацпроекта касаются и безопасности на дорогах, так как человек должен иметь возможность вызвать помощь, даже если он сломался посреди трассы «Лена» в минус пятьдесят градусов.
Известно, что современные высокочастотные сети (все тот же 5G и его старшие братья) для этих задач подходят плохо. Они любят плотную городскую застройку, короткие расстояния и отсутствие препятствий. В чистом поле или в лесу их сигнал быстро пропадает.
Австралийский эксперимент со стадами и частота 240 МГц
Пока Ростелеком ломает голову над сметами, на другом конце света - в Австралии, ученые тихо экспериментируют с технологией, которая выглядит как насмешка над 5G. Они используют частоты, на которых когда-то работало аналоговое телевидение. Это медленно, это «не модно», но это работает там, где обычная связь умирает. И для России этот опыт может оказаться дешевле и эффективнее всех прочих.
В Австралии те же проблемы со связью, что и у нас. Сама страна огромная, но примерно 90% населения страны живут в городах на побережье. В глубине континента людей мало, а расстояния дикие. Тянуть туда быстрый интернет – значит моментально разориться. Именно поэтому ученые стали экспериментировать с низкими частотами радиодиапазона.
Физика для чайников
Доктор Мин Дин из CSIRO (Государственное объединение научных и прикладных исследований Австралии) объясняет это красивой метафорой. Высокочастотная связь - это фонарик. Он бьет ярко и далеко, но только по прямой. Стоит отвернуть луч в сторону - и ты в темноте. Низкочастотная связь - это лампа дневного света под потолком. Светит тускло, но заливает всю комнату. Читать не удобно, но ходить можно.
Все дело в длине волны. Низкие частоты имеют длинные волны, которым лень замечать такие препятствия, как деревья, стены или ливень. Они просто огибают все подряд и идут дальше. Раньше, в некоторых странах, в этом диапазоне работало аналоговое ТВ, но сейчас частоты освобождаются, и на них можно запустить что-то полезное.
Коровы и датчики
Австралийцы не стали строить теории. Они взяли частоту 240 МГц и передатчик мощностью 0,01 милливатта. Затем, они просто пошли в поле где паслись коровы. Там были пыль, ветер, жара и полное отсутствие городского комфорта.
Результат удивил даже самих исследователей. Система устойчиво передавала видео с камер, следящих за скотом. Да, качество было не 4K, но для того, чтобы увидеть, отелилась ли корова, хватало. Сигнал не сдыхал, не плавал и не просил добавки.
Доктор Кэролайн Ли, которая как раз изучает поведение животных, сказала важную вещь: для фермера связь - это не развлечение, а инструмент выживания хозяйства. Ему не нужна возможность просмотра сериалов в коровнике, ему нужно знать, что с его животными все в порядке.
В итоге, эксперимент показал, что низкочастотный передатчик может делать то, что не умеет модный 5G - он может работать везде. Да, медленно, зато стабильно. И это открытие уже сейчас выглядит как идеальное лекарство для стран с большими расстояниями и маленькой плотностью населения.
В российских деревнях и малонаселенной местности для «коврового» GSM-покрытия чаще всего применяется частота 890–915 МГц (на передачу) и 935–960 МГц (на прием). Высокоскоростной 4G-интернет в городах часто задействует более высокую частоту 2500–2570 МГц (на передачу) и 2620–2690 МГц (на прием). А для инновационного стандарта 5G в России предлагается использовать еще более высокие частоты — 4400–5000 МГц. Единственным оператором, предоставлявшим услуги связи на частоте 450 МГц (LTE Band 31) был Tele2.
Пригодятся ли нам результаты «австралийского эксперимента»?
На Ямале, в Ханты-Мансийском округе и в Якутии добывают то, на чем держится бюджет нашего государства. И большинство месторождений находятся в местах, где слово «цивилизация» является чем-то абстрактным. В то же время, нефтяникам нужна телеметрия с трубопроводов, контроль за давлением и состоянием оборудования. Сейчас это часто решают спутниковой связью, а она дорогая.
Низкочастотная сеть с парой вышек может покрыть десятки километров трубопровода. Датчики будут передавать данные о протечках или авариях мгновенно, а не тогда, когда вертолет облетит трассу. Для «Транснефти» или «Газпрома» это экономия миллионов и безопасность.
Современные смартфоны поддерживают так называемые «сотовые» диапазоны - 450 МГц, 700 МГц, 800 МГц, 900 МГц. Именно на этих частотах работают базовые станции в деревнях и на трассах, обеспечивая дальнобойную связь. Частоты 240 МГц в этом списке нет, потому что в мире нет и никогда не было массового стандарта сотовой связи на этой частоте. Австралийцы взяли 240 МГц, потому что им было важно доказать, что «физика работает на любых низких частотах». Они не собирались запускать массовую сеть для телефонов, а лишь тестировали датчики и камеры. Для «умных» устройств можно использовать специальные стандарты связи, которые работают в низких частотах, но для них не нужен смартфон. Датчик сам передает сигнал на вышку, и это стоит копейки.
Умное сельское хозяйство
В России много говорят про цифровизацию агропромышленного комплекса. Есть даже нацпроекты по поддержке агропрома. Но любая «умная ферма» упирается в связь. Датчики влажности почвы, системы слежения за техникой, GPS-ошейники на коровах - все это требует передачи данных.
В той же Тамбовской или Воронежской области поля простираются до горизонта. Ставить вышки сотовой связи через каждые 5 километров никто не будет. А одна низкочастотная вышка может обслуживать всю территорию хозяйства. Фермер будет точно знать, где поливать, а где еще рано, и где сейчас бродит его любимая буренка.
Арктика и Севморпуть
Почему Минцифры отменило аукцион на частоты для 5G?
Владимир Путин не раз подчеркивал важность развития Северного морского пути. Это главная транспортная артерия в Арктике. Но работа там идет в экстремальных условиях. Магнитные бури, полярная ночь, пурга и ледяной ветер не позволяют добиться качественной связи стандартными методами.
Низкие частоты, как мы помним из австралийского опыта, устойчивы к плохой погоде. Если расставить вдоль трассы Севморпути низкочастотные станции, можно в реальном времени собирать данные с метеобуев, следить за ледовой обстановкой и координировать суда. Это не замена спутникам, но очень надежная страховка.
Деревни, которых нет на карте
И наконец, главный пункт - те самые деревушки на несколько десятков жителей. Тянуть туда оптику - это подвиг, но если поставить в райцентре одну вышку с низкочастотным передатчиком, она может накрыть все окрестные деревни в радиусе 30-40 километров.
Да, жители не увидят видео в хорошем качестве. Но они получат главное - возможность позвонить, отправить сообщение и, если что, вызвать скорую. А для глубинки это сегодня важнее любого 4K.
Любые проекты по обеспечению связью часто упираются в стену экономики. Операторы не хотят работать в убыток, а бюджет не бездонный. Опыт с низкочастотными сетями выглядит как возможность реализовать задуманное, максимально минимизировав расходы.
Не нужно строить вышки через каждые 500 метров. Не нужно рыть траншеи под оптику за полярным кругом. Нужно просто вспомнить старую физику, выделить частоты и разрешить использовать их для «медленной», но стабильной связи.
Технология, которая в Австралии помогает фермерам, в России помогает спасать жизни на трассах, следить за трубопроводами в тайге и соединять с большой землей деревни, которые до сих пор живут «от спутника до спутника». И это не фантастика, а просто вопрос времени и административной воли.