Привет, Хабр! На связи Павел Березин из Департамента сети радиодоступа в МТС. С конца 2010-х наша компания разворачивала сети стандарта 3G (UMTS). К началу 2020-х его практически полностью вытеснила более совершенная и современная технология 4G/LTE. Но многие пользователи имели на руках устройства с 3G/2G, поэтому нам приходилось поддерживать устаревающую технологию и добиваться, чтобы UMTS и 4G могли работать совместно.

Доля устройств с 3G постепенно снижалась, и сейчас мы готовы к полному отключению устаревшего стандарта. Сегодня расскажем, как мы плавно переводили пользователей на 4G, почему не можем дальше поддерживать устаревшую технологию и как именно пройдет — и уже проходит — окончательное прощание со старым добрым UMTS.

3G сейчас

Любой протокол рано или поздно устаревает. 3G, или стандарт UMTS, станции которого мы начали разворачивать в 2009 году, сегодня уступает LTE. Эта технология лучше по всем параметрам — при сравнимом частотном ресурсе она дает более высокую скорость соединения, сокращает лаг и поддерживает больше устройств в сети. По нашей статистике в Москве и МО сейчас осталось только 2,5% активных устройств 3G/2G, которые генерируют менее 1% трафика передачи данных. В регионах пользователей 3G чуть больше, но и там доля LTE растет.

В идеальном мире можно было бы не убирать устаревшие базовые станции, но…

Спектра не хватит на всех

У UMTS есть интересная особенность — под нагрузкой зона покрытия сети может сжиматься. Это так называемый эффект дыхания соты. Он возникает потому, что доступ в сеть в UMTS регулируется не только уровнем сигнала, но и его качеством. При этом за счет большей доли пилот-сигнала уровень сигнала в UMTS может быть формально даже выше, чем в LTE — по нашим оценкам, примерно на 15 дБ. Но из-за эффекта дыхания UMTS менее стабильна.

При этом сигналы LTE и UMTS широкополосные. Разумеется, они не могут работать в одной и той же полосе частот — так возникает интерференция, которая снижает пропускную способность канала обеих технологий.

Но в условиях острого дефицита частот есть прием, с помощью которого UMTS и LTE все же могут частично пересекаться по спектру, при этом незначительно мешая друг другу. Это Spectrum Sharing, или распределение спектра. Он необходим, когда на переходный период нужно поддержать емкость обоих стандартов, управляя ими в зависимости от проникновения конечных устройств:

Работает распределение спектра так: в UMTS используется технология WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Если на русском — широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов. Ширина одной несущей – 5 МГц, из которых эффективная ширина полосы, передающей полезный сигнал, 3,84 МГц, и сжать или отрезать ее невозможно.

В LTE же используется технология разделения каналов OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, множественный доступ с ортогональным частотным разделением). При этом весь спектр делится на субнесущие шириной в 180 кГц каждая. Они называются ресурсными блоками (Resource Block или сокращенно RB). Например, при ширине полосы 15 МГц сота имеет 75 ресурсных блоков + 10% защитной полосы (GuardBand) по краям. Мы можем отрезать часть ресурсных блоков от полосы, чтобы туда поместилась несущая частота UMTS.

При этом допускается частичное наползание спектров. Планировщик ресурсов базовой станции анализирует нагрузку в UMTS и LTE и определяет оптимальную глубину этого наползания, чтобы абоненты LTE и UMTS не мешали друг другу. Ресурсы в этой общей части спектра мы выделяем в последнюю очередь. Именно так, распределяя спектр, мы прошли период 2021–2022 годов в Москве, когда нагрузка UMTS была еще значительной. Дождались, когда клиентов станет меньше, и уже потом отключили UMTS2100, чтобы зарефармить диапазон 2 100 МГц и расширить полосу LTE до полных 15 МГц.

Как именно мы отключаем 3G

Предварительно мы оптимизировали модель IRAT (Inter-Radio Access Technology, интерфейс-модель радиопротоколов), расширив покрытие LTE в среднем на 5,5% по стране, а долю трафика LTE в крупных городах увеличив почти в два раза. Подчеркну — это именно программная оптимизация, мощность передатчиков осталась той же, просто LTE-устройства абонентов стали работать даже на тех уровнях сигнала, которые ранее модель IRAT считала слишком низкими.

Дальше мы смотрим на статистику устройств без LTE. Надо сказать, что почти наверняка это 3G/2G. Чистое 3G без 2G — это несколько марок экзотических модемов, они не делают погоды.

Наша статистика хранит связки IMEI-IMSI. Первые 8 цифр IMEI — это так называемый Type Allocation Code (TAC, метка модели и происхождения телефона). Эти данные по пользовательским устройствам затем можно соотнести с глобальной базой мобильных устройств GSA.сom, чтобы определить их частотные диапазоны и категории. Например: аппараты LTE Cat.6 поддерживают агрегацию двух диапазонов, Cat.9 — трех, Cat.12 — модуляцию 256QAM и так далее. По связке с IMSI мы учитываем именно устройства, активные в сети, не пылящиеся в тумбочках. Так мы видим тренды по всем регионам и даже геозонам и можем подобрать момент, когда уже пора. Кстати, бывает, что абоненты выключают на своих устройствах передачу голоса по LTE, а то и LTE в целом.

После этого мы рассылаем сообщения 3G-абонентам, просим их обновить устройство или включить LTE. Потом смотрим, нужно ли модернизировать оборудование — зачастую оно уже LTE-Ready, его достаточно программно переключить в LTE-режим — все новые 2 100-передатчики именно такие. Старое оборудование на базовых станциях иногда приходится заменять — либо передатчик, либо системный модуль.

Системный модуль, по сути бортовой компьютер базовой станции, заменить несложно — снять старый модуль в аппаратной, поставить новый. С радиопередатчиками могут быть небольшие проблемы: LTE в стандарте MIMO 2x2 требует двух радиомодулей, и если на БС он был только один, то нужно проектирование, расчет несущей способности опор, согласование с арендодателем. Все, как и при постройке нового диапазона. Изредка по той же причине бывает нужно заменить антенны.

Дальше смотрим, хватит ли частот 2G и VoLTE, чтобы обеспечить местный голосовой трафик. Дело в том, что UMTS активно используется для передачи голоса, а оставлять абонентов без голосовой связи нельзя. Не исключено, что на этом этапе придется расширить сеть 2G.

Наконец получаем разрешения на перевод частот, еще раз уведомляем абонентов и ночью дергаем рубильник.

Как продвигается проект

На самом деле начался он не так давно — пилотные полные отключения UMTS во Всеволожске Ленинградской области и в ярославском Угличе мы проводили в течение 2023 года. К октябрю этого года в результате массового пилота практически полностью отключили UMTS 2100 в Санкт-Петербурге и Ленинградской области, что прошло незаметно для абонентов. И этот дало нам довод в пользу того, чтобы ускорить отказ от старого 3G. Теперь мы запустили пилотные проекты еще в 19 регионах России по отключению ряда локаций. А дальше будем смотреть. Но в любом случае мы нацелены окончательно распрощаться с 3G к концу 2027 года.

Мы понимаем, что мало кто на практике заметит этот переход, но все же хотели показать, насколько деликатного подхода он требует. Так обычно и бывает при отказе от legacy-технологии, когда ее поддержка становится неподъемной.

Если у вас остались вопросы, ждем ваших комментариев!