M. Bláha 19.5.2007 Semestrální práce z předmětu Mobilní komunikace Frekvenční spektrum pro 3G
Michal Bláha 19.5.2007 Semestrální práce z předmětu Mobilní komunikace Frekvenční spektrum pro 3G 3G Systémy mobilní komunikace 3G označují mobilní komunikace třetí generace. Tyto systémy mají nahradit systémy druhé generace, jejichž nejvýznamnějším a nejrozšířenějším zástupcem je síť GSM, ta pracuje v pásmech 890 až 915 MHz pro uplink a v pásmu 935 až 960 MHz pro downlink. Celkem má tedy GSM k dispozici 50 MHz. Jednotlivé radiové kanály mají v síti GSM šířku 200 khz. Systémy třetí generace kladou důraz na zvýšení přenosových rychlostí mezi mobilní stanicí a sítí. Zvýšení přenosových rychlostí má jediný cíl a to rozšířit počet nabízených služeb o nové služby, které se neobejdou bez velkých datových toků. Jsou to například tyto služby: videokonference, mobilní televize, vysokorychlostní internet, telemedicína a obecně práce s videem. Systémy 3G Z ekonomických, politických, technických a mnoha dalších důvodů vznikla opět celá řada systémů, které se dají označit jako 3G. Evropský systém UMTS, americký CDMA2000, japonský WCDMA/FOMA a čínský TD-SCDMA. Všechny tyto systémy jsou registrovány u ITU (International Telecommunication Union) pod označením IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000), což je právní a technický ekvivalent marketingového označení 3G. UMTS UMTS používá pásmo okolo 2 GHz. Přesněji 1885 až 2025 MHz a 2110 až 2200 MHz. Celkem má tedy UMTS k dispozici 230 MHz. Takto široké pásmo bude zajišťovat tyto přenosové rychlosti: při rychlém pohybu mobilní stanice, kdy velmi negativně na přenosovou rychlost působí Dopplerův jev, minimálně 144 kbit/s, při pomalém pohybu mobilní stanice, typicky při chůzi 384 kbit/s a v ideálním případě mikrobuněk a pikobuněk, typicky v husté zástavbě až 2 Mbit/s.
Vzhledem k potřebě šetřit frekvenčním pásmem budou uživatelům dynamicky a flexibilně přidělovány kanály o různých šířkách dle potřebného datového toku uživatelem používané služby. Vzhledem k opožděnému nástupu sítí třetí generace, z důvodů přecenění jejich ekonomických možností, použil například T-mobil v ČR při spouštění sítě třetí generace v říjnu 2005 nejen frekvence na 1900 MHz, ale i starších 872 MHz pro jejich vlastnost lepšího šíření v prostoru. Pomalý rozjezd sítí UMTS dokladuje i skutečnost, že v současnosti má O2 pokryto touto sítí pouze Brno a Prahu. Za zmínku stojí i fakt, že Vodafone, ač získal licenci na síť třetí generace vloni, pozastavil výstavbu sítě třetí generace. CDMA2000 Ve spojených státech došlo k rozprodání spektra pro systémy třetí generace jednotlivým operátorům po velmi úzkých pásmech, řádově 5 MHz. Navíc byly prodané licence omezeny vždy jen na malé oblasti. To se podepsalo na americkém systému třetí generace tak, že CDMA2000 musí umět pracovat na frekvencích 1700 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz a 2100 MHz, ale i na frekvencích 400 MHz, 800 MHz a 900 MHz. Šířky jednotlivých kanálů jsou tedy 1,25 nebo 3,75 MHz. Nejvíce se na vytvoření tohoto systému podílely americké firmy Motorola, Qualcomm, Lucent (v současnosti převzatý francouzským Alcatelem). V České republice v současné době nový mobilní operátor U:fon používá novější verzi tohoto systému tzv. CDMA2000 1xEV-DO, která nenabízí hlasové, ale pouze datové služby. TD-SCDMA Obrovský čínský trh, kterému se nechce platit licenční poplatky a který je v současnosti největším mobilním trhem na světě a kterého ani ve vzdálené budoucnosti nemůže v tomto prvenství nikdo ohrozit (v současnosti 458 milionů uživatelů a do roku 2010 se předpokládá jejich zdvojnásobení), si vynutil vlastní sytém TD-SCDMA (Time-Division and Synchronous Code Division Multiple Access). Systém vytvořily čínské firmy za vydatné pomoci německého Siemensu. Normalizaci TD-SCDMA navrhla normalizační skupina CWTS (China Wireless Technology Standard) již v roce 1998 a následně ji přijalo ITU v roce 2000 přijalo mezi systémy IMT-2000. Tento čínský systém má používat pásmo v okolí dvou GHz. Systém by měl flexibilně přidělovat šířku pásma od 1,25 MHz do 20 MHz. Konkrétně jmenovitě jsou to tyto: 1,25 MHz; 1,6 MHz; 5MHz; 10 MHz a 20 MHz. S maximální datovou rychlostí 100 Mbit/s pro downlink a 50 Mbit/s pro uplink.
FOMA Japonská FOMA (Freedom of Mobile Multimedia Access) používá frekvence v okolí dvou GHz. Přesněji v pásmu 1945 až 1960 MHz s celkovou šířkou 15 MHz. FOMA je kompatibilní s evropským UMTS. FOMA využívá technologii WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) s přenosovou rychlostí 384kbit/s a šířkou kanálu 5 MHz. Byla spuštěna jako první ze všech systémů třetí generace a to v Japonsku v roce 2001 operátorem NTT DoCoMo. V současnosti je Japonsko zcela pokryto touto sítí a využívá jejich služeb přes třicet milionů zákazníků. Aktuální přerozdělování spektra na konferencích Letošní zasedání WRC 07 (World Radiocommunication Conference) by se mělo zabývat plánováním a pokud možno i harmonizací frekvencí pro sítě třetí generace, které budou pro sebe požadovat velký příděl pásma. Odložit tuto problematiku na další konferenci WRC 11, která se bude konat až v roce 2011, je zřejmě nemožné vzhledem k naléhavosti nároků, a tak se vše podstatné bude muset vyřešit ještě letos. Nutnost uvolnění 1GHz spektra Podle odhadů UMTS Forum bude potřeba pro sítě třetí generace uvolnit cca. 1 GHz. Otázkou zůstává, kde takový velký příděl pásma vzít? V pásmu pod jedním GHz se očekává postupné ukončování starých analogových mobilních sítí, kde by se mohlo uvolnit až 60 MHz v pásmu 470 až 862 MHz. Což by byly velmi dobré kmitočty pro sítě třetí generace. Dobře se jeví i situace s pásmem 698 až 806 MHz, které by se mělo uvolnit ve všech třech ITU regionech (Evropa+Afrika, celá Amerika, Asie). Navíc se toto pásmo uvolní i o kmitočty pro klasickou analogovou televizi, která bude nahrazena digitální. Podobně dobře se situace vyvíjí i v oblastech 1710 až 1885 MHz, 1885 až 2025 MHz a 2110 až 2200 MHz, které byly předběžně předurčeny už na zasedání WARC-92 pro sítě třetí generace. Také pásma 806 až 960 MHz a 2500 až 2690 MHz byla předurčena na zasedání WRC2000 pro sítě třetí generace. Navíc i pásmo 2500 až 2690 MHz, o kterém se hovořilo na WRC-2000 a které v současnosti je přiděleno různým satelitním službám, jako je fixní satelitní spojení nebo služba satelitní televize, budou také patřit sítím třetí generace. Z technických důvodů se očekává, že největší zájem bude o frekvence do 3 GHz. I když je možno některé datové přenosy realizovat na frekvencích do 5 GHz. Nejvíce se zmiňuje pásmo 3650 až 3700 MHz. Toho se však nebudou chtít vzdát ani v Evropě, ani za oceánem, protože je určeno pro pevnou satelitní službu. Možností v pásmu nad 4 GHz je o poznání více.
Výše zmiňovaný 1 GHz frekvenčního spektra by měl být k dispozici do roku 2020, kdy se předpokládá, že nároky na přenosové rychlosti se budou pohybovat mezi 100 Mbit/s až 1 Gbit/s. Závěr Závěrem bych se rád zmínil o celkové současné situaci mobilní sítě třetí generace. Tyto sítě se příliš rychle neprosazují, ne že by se nakonec neprosadily, ale potrvá to určitě podstatně déle než většina odborníků předpokládala. Nový mobilní operátor - U:fon na již tak přeplněném trhu bude zřejmě výrazně tlačit na ostatní operátory pomocí nízkých cen. Nic jiného mu ostatně nezbývá, chce-li uspět. Ostatně tento operátor pořídí tuto technologii mnohem levněji než ostatní operátoři, kteří ji uspěchali. Sítě 4G, které podle odhadů na přelomu tisíciletí, měly nastoupit kolem roku 2010, určitě nenastoupí a odsouvají se zatím na neurčito. Jednou z posledních nadějí na výrazný a hlavně rychlý úspěch vidí operátoři v technologii DVB-H. Což je televizní vysílání přijímatelné na mobilních přístrojích. DVB-H je schopno pracovat ve třech pásmech: VHF-III (170-230 MHz), UHF-IV/V (470-862 MHz) a L (1.452-1.492 GHz). Snad tato technologie dojde rychlého komerčního úspěchu, aby mobilním operátorům přinesla finance na opětovný dynamický rozvoj mobilních sítí a technologií. Literatura ostatní zdroje: [1] Autorský kolektiv: Sborník přednášek specializovaného vzdělávacího kurzu RADIOKOMUNIKACE 2000, Katedra radioelektroniky FEL ČVUT, Praha 2000 [2] Server www.lupa.cz [3] Wikipedia