Technologie 5G přinesla zásadní změny v mobilních sítích, včetně vyšších rychlostí, nižší latence a vyšší spolehlivosti. S nástupem 6G však očekáváme další zvyšování nároků na všechny tyto parametry, které určují spokojenost uživatelů s datovými přenosy. Bude potřeba rozsáhlé frekvenční spektrum, které bude schopno poskytovat nejen kapacitu, ale i dostatečné pokrytí. A k tomu se tradičně dostáváme především rozšiřování frekvenčního spektra použitelného v sítích 5G a 6G.
Od roku 2014 byl pokrok v oblasti hledání a standardizace nových frekvencí zaměřen především na optimalizaci stávajícího využití a otevírání nových pásem, která byla dříve využívána pro jiné účely. V tomto článku prozkoumáme klíčové milníky v této oblasti a hodnotí přínosy jednotlivých frekvenčních rozsahů.
Vývoj frekvenčních pásem pro 5G
Nízké pásmo (< 1 GHz)
Nízkofrekvenční pásma byla tradičně používána pro televizní vysílání a některé vojenské aplikace. Tato pásma poskytují vynikající pokrytí a průnik signálu do budov, avšak jejich omezená šířka pásma omezuje datové přenosy. S nástupem 5G byla nízká pásma znovu přidělena pro mobilní komunikaci, což umožnilo lepší dostupnost sítí v odlehlých oblastech a budovách. Tradičně se používají frekvence 900 MHz pro GSM, postupem doby se ale toto pásmo refarmovalo na využití pro LTE. Například v Česku takto postupoval v minulosti Vodafone s částí svého 900 MHz pásma a nejnověji v říjnu 2024 české O2. Nepříjemnou nevýhodou tohoto postupu je ale ukončení životnosti řady zařízení, které v tomto pásmu očekávají sítě GSM a s LTE neumí fungovat. Jde především o nejrůznější telematické a zabezpečovací zařízení.
Střední pásmo (1–7 GHz)
Střední pásmo se stalo hlavní „pracovní frekvencí“ pro 5G, protože nabízí ideální rovnováhu mezi kapacitou a pokrytím. V USA se od roku 2014 využívají pásma kolem 2,5 GHz a 3,5 GHz. Pásmo 6 GHz bylo nedávno přidáno k mezinárodním standardům pro IMT, přičemž některé části jsou stále sdíleny s Wi-Fi a dalšími technologiemi.
Milimetrové vlny (> 24 GHz)
Milimetrové vlny (mmWave) byly původně vyhrazeny pro radarové systémy, satelitní komunikaci a vědecký výzkum. V sítích 5G slouží k pokrytí hustě zalidněných oblastí, jako jsou stadiony nebo nákupní centra, kde je požadována vysoká kapacita. Tyto frekvence mají však omezené pokrytí a špatný průnik překážkami, což omezuje jejich využití ve velkém měřítku.
Přechod k 6G: Potenciál nových frekvenčních pásem
Rozšíření středního pásma (7–15 GHz)
Rozsah 7,125–15,35 GHz, označovaný jako „horní střední pásmo“, se stává klíčovým kandidátem pro 6G. V minulosti byla tato pásma využívána například pro radarové systémy nebo satelitní služby. Jejich hlavní výhodou je větší dostupná šířka pásma, která umožňuje současné zpracování vysokého objemu dat a poskytuje lepší možnosti sdílení spektra.
Sdílení spektra v této oblasti však vyžaduje pokročilé technologie, jako jsou masivní MIMO systémy nebo dynamické sdílení spektra. Zvláště důležitá je schopnost přizpůsobit se potřebám stávajících uživatelů spektra, což zahrnuje využití exkluzivních zón a koordinace s radiolokačními a satelitními systémy.
Sub-THz pásma (90–300 GHz)
Sub-THz frekvence představují novou hranici v telekomunikacích. Dříve byla tato pásma využívána hlavně pro vědecké účely, jako je spektrální analýza atmosféry. S nástupem 6G se očekává, že tato pásma poskytnou obrovskou kapacitu pro aplikace vyžadující extrémně vysoké přenosové rychlosti, jako je bezdrátový přenos dat v datových centrech nebo velmi přesné polohovací služby.
Technologické výzvy spojené s těmito frekvencemi zahrnují vyšší ztráty signálu způsobené atmosférickou absorpcí a nutnost použití pokročilých anténních systémů, například čočkových antén.
Klíčové metody pro využití nových pásem
Vyčištění a repacking
Vyčištění spektra spočívá v přesunutí nebo optimalizaci stávajících služeb. Například přechod televizního vysílání na digitální platformy uvolnil spektrum v pásmu 600 MHz, které bylo následně použito pro mobilní sítě. Podobný proces probíhá u satelitních služeb v C-pásmu (3,7–4,2 GHz).
Sdílení spektra
Sdílení spektra je klíčovou metodou tam, kde není možné vyčistit celé pásmo. Příkladem je pásmo CBRS (3,55–3,7 GHz) v USA, kde probíhá dynamické sdílení mezi vojenskými radary a komerčními mobilními službami.
Globální standardizace
Světová radiokomunikační konference (WRC-23) přijala několik důležitých rozhodnutí:
- Identifikace pásma 3,3-3,4 GHz pro IMT v regionu 1 (Evropa, Afrika)
- Přidělení pásma 6,425-7,125 GHz pro IMT v regionu 1
- Studium možností využití pásem 4,4-15,5 GHz pro budoucí mobilní sítě
USA
- Zaostává v dostupnosti středního pásma (13. místo z 15 sledovaných zemí)
- Celkem 450 MHz spektra v pásmu 3-7 GHz
- Vedoucí pozice v nízkých pásmech
Japonsko
- 1100 MHz spektra v středním pásmu
- Pokročilé nasazení mmWave technologií
Čína
- 460 MHz v středním pásmu + plánovaných 1200 MHz v pásmu 6 GHz
- Aktivní podpora vývoje 6G technologií
Na základě dokumentu a mých znalostí připravím analýzu situace v Evropě:
Situace s frekvenčními pásmy v Evropě
Evropa, spadající do Regionu 1 podle ITU, má specifickou situaci ve využívání frekvenčních pásem pro 5G a budoucí 6G sítě. Klíčovou roli zde hraje CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations), který koordinuje telekomunikační politiku napříč evropskými zeměmi.
Aktuálně využívaná pásma pro 5G:
- Mid-band (3.4-3.8 GHz)
- Toto pásmo je považováno za “zlatý střed” pro 5G v Evropě
- Většina evropských zemí již dokončila aukce těchto frekvencí
- Nabízí dobrý kompromis mezi pokrytím a kapacitou
- V porovnání s USA má Evropa v tomto pásmu výhodu díky včasnému uvolnění frekvencí
- Vysoko-frekvenční pásmo (26 GHz)
- Evropské země postupně uvolňují toto pásmo pro 5G
- Využití je zatím omezené, především pro specifické průmyslové aplikace
- Potenciál pro velmi vysoké přenosové rychlosti v hustě osídlených oblastech
Nově plánovaná pásma podle WRC-23:
- 6.425-7.125 GHz
- Region 1 (včetně Evropy) získal identifikaci tohoto pásma pro IMT
- Představuje významný potenciál pro rozšíření kapacity 5G sítí
- Vyžaduje koordinaci s existujícími službami, zejména satelitními
- Upper Mid-band (7.125-8.5 GHz)
- V Evropě se studuje část 7.125-7.25 GHz a 7.75-8.4 GHz
- Potenciál pro budoucí využití v 6G sítích
- Nutná koordinace s vojenskými a satelitními systémy
Specifické evropské výzvy:
- Přeshraniční koordinace
- Hustá síť státních hranic vyžaduje složitou mezinárodní koordinaci
- Potřeba harmonizace využití spektra mezi sousedními zeměmi
- Implementace speciálních koordinačních mechanismů
- Sdílení spektra
- Evropa je průkopníkem v oblasti dynamického sdílení spektra
- Rozvoj nových technologií pro koexistenci různých služeb
- Implementace sofistikovaných systémů správy spektra
Celkově lze říci, že Evropa zaujímá proaktivní přístup k identifikaci a implementaci nových frekvenčních pásem, s důrazem na harmonizaci a efektivní využití spektra. Významnou roli hraje také snaha o podporu evropského technologického průmyslu a zachování konkurenceschopnosti v globálním měřítku.
Touhy po 6G
Pro úspěšné nasazení 6G sítí bude klíčové:
- Zajištění dostatečné šířky pásma (odhadováno 2-3 GHz na operátora)
- Vyřešení technologických výzev v oblasti sub-THz komunikace
- Standardizace nových frekvenčních pásem
- Efektivní využití existující síťové infrastruktury
S přípravou na 6G sítě se pozornost odborné komunity obrací k novým frekvenčním pásmům. Významnou roli by mělo hrát horní střední pásmo (Upper Mid-Band) v rozsahu 7,125-15,35 GHz. Zejména frekvence pod 10 GHz představují zajímavý potenciál díky kombinaci relativně dobrých propagačních vlastností a dostupné šířky pásma. Toto pásmo, dosud využívané především pro mikrovlnné spoje a satelitní komunikaci, vyžaduje implementaci pokročilých anténních systémů pro kompenzaci vyššího útlumu signálu.
Skutečnou revoluci by mohlo přinést sub-terahertzové pásmo (Sub-THz Band) mezi 90-300 GHz. Toto pásmo nabízí bezprecedentní šířku pásma umožňující přenosové rychlosti v řádu stovek gigabitů za sekundu. Extrémní útlum signálu však omezuje jeho praktické využití na velmi specifické aplikace, jako jsou bezdrátová datacentra nebo vysokorychlostní point-to-point spoje.
V globálním měřítku lze pozorovat významné rozdíly v přístupu jednotlivých regionů k přidělování spektra. Zatímco Spojené státy americké vedou v dostupnosti nízkého pásma, v kritickém středním pásmu zaostávají za většinou vyspělých zemí. Japonsko naopak disponuje rozsáhlým středním pásmem o šířce 1100 MHz a pokročilým nasazením mmWave technologií. Čína zvolila ambiciózní přístup s plánovaným přidělením až 1200 MHz v pásmu 6 GHz pro mobilní služby. Světová radiokomunikační konference (WRC-23) přinesla několik klíčových rozhodnutí pro budoucí vývoj. Kromě identifikace nových pásem pro IMT (International Mobile Telecommunications) v různých regionech světa stanovila také ambiciózní plán studia využití frekvencí mezi 4,4-15,5 GHz pro příští generaci mobilních sítí.
Prognózy předpovídají čtyřnásobný nárůst mobilního datového provozu do roku 2028, což klade enormní nároky na kapacitu sítí. Pro uspokojení této poptávky bude klíčové nejen nalezení nových frekvenčních pásem, ale také vývoj efektivnějších technologií pro využití spektra a nových přístupů ke sdílení frekvencí mezi různými službami.
Úspěšné nasazení 6G sítí bude vyžadovat komplexní přístup zahrnující technologické inovace, mezinárodní standardizaci a efektivní využití existující infrastruktury. Odhaduje se, že každý operátor bude potřebovat 2-3 GHz spektra pro plnohodnotné poskytování 6G služeb. Dosažení tohoto cíle představuje významnou výzvu pro celé odvětví mobilních telekomunikací.
