ISM pásmo

ISM pásmo (tzv. bezlicenční pásmo) jsou mezinárodně stanovené části rádiového spektra určené pro průmyslové, vědecké a zdravotnickém použití vyjma telekomunikačního použití (zkratka ISM znamená industrial, scientific and medical).^[1] Tyto vyhrazené rádiové frekvence slouží k ohřívání v průmyslu, domácnostech (mikrovlnná trouba) a zdravotnictví (fyzioterapie, chirurgie) a šíří přitom do okolí elektromagnetické rušení, které nelze odstranit a ruší rádiovou komunikaci, a proto nemohou být státem pronajímány (licencované zpoplatněné využití). ISM pásma jsou deklarována jako volná, což znamená že je v nich při použití homologovaného (schváleného) zařízení dovolen telekomunikační provoz bez licenčních poplatků, avšak bez garance proti rušení. V Česku je využívání vymezených kmitočtů umožněno všeobecnými oprávněními,^[2] které vydává Český telekomunikační úřad, a které stanovuje konkrétní podmínky – frekvence, výkon (20 dBm = 100 mW), povinná detekce rušení srážkového meteorologického radaru atd).

Historicky k vyhrazení jednotných pásem ISM došlo právě kvůli potřebě regulovat komerční využití a omezit ho jen na určené kmitočty. Především průmysl a medicína úspěšně využívají radiofrekvenční ohřev nebo přenos energie na krátké vzdálenosti.

ISM pásmo bylo poprvé zavedeno na Mezinárodní telekomunikační konferenci ITU v Atlantic City v roce 1947. Americká delegace navrhla několik konkrétních frekvenčních pásem, včetně dnes již běžného pásma 2,4 GHz, aby došlo k přizpůsobení tehdy vznikajícímu procesu mikrovlnného ohřevu.^[3] Výroční zprávy FCC z té doby však naznačují, že před těmito prezentacemi proběhlo mnoho příprav.^[4] Důvodem bylo, že zařízení pro ohřev byla instalována do zaoceánských lodí a letadel a bylo žádoucí dosáhnout v tomto ohledu mezinárodní shody.^[5] Rádiové frekvence ISM pásma byly používány pro komunikační účely i přesto, že mohlo docházet k rušení od zařízení, které ke komunikaci nesloužily. Ve Spojených státech bylo již v roce 1958 občanské pásmo třídy D (Citizen Band), služba podle části 95, přiděleno frekvencím, které byly také přiděleny též ISM. Federální komunikační komise (FCC) poprvé zpřístupnila v USA nelicencované rozprostřené spektrum v pásmech ISM v pravidlech přijatých 9. května 1985.^[6] Toto opatření FCC navrhl Michael Marcus, zaměstnanec FCC, v roce 1980 a následné vytváření regulačního opatření trvalo dalších pět let. Bylo součástí širšího návrhu na povolení civilního využití technologie rozprostřeného spektra a v té době se proti němu postavili běžní výrobci zařízení a mnoho provozovatelů rádiových systémů.^[7]

Mnoho dalších zemí později vytvořilo podobné předpisy, které umožnily celosvětové používání této technologie.^[8]

Příkladem zařízení pracujících s velkými výkony je vysokofrekvenční ohřev a svařování plastických hmot, budiče CO₂ laserů nebo prohřívání a hypertermické ošetření tkání. V domácnostech pracuje v ISM pásmu (2,45 GHz) mikrovlnná trouba.

Protože výkonová zařízení pro radiofrekvenční (RF) ohřev nejsou příliš rozšířená a jejich vyzařování je většinou dosti odstíněné, využívají se tato průmyslová pásma (spolu s dalšími pásmy) i pro komunikační účely – tzv. zařízeními krátkého dosahu (SRD – Short Range Devices), což v Česku umožňuje Český telekomunikační úřad pomocí všeobecného oprávnění VO-R/10.^[9] Příkladem SRD jsou RF štítky (RFID) v obchodech i ve výrobě, přenos údajů od bezdrátových teploměrů, požárních hlásičů nebo od čidel vloupání, dálkové ovládání, radarové hlásiče pohybu (24 GHz), přenos obrazu (CCTV) a další.

Ve venkovských ale i městských oblastech mají velký význam poskytovatelé internetu, kteří provozují WiFi sítě (a obecně sítě WAS/RLAN) pro tzv. připojení poslední míle, v bezlicenčních pásmech 2,4 GHz, 5 GHz, 6 GHz a 60 GHz.^[10] Takový způsob využití spektra ale nespadá ani do pásem ISM, ani do zařízení krátkého dosahu, ale pod širokopásmový přenos dat, jehož podmínky jsou upraveny všeobecným oprávněním VO-R/12.^[11]

Pro komunikaci M2M (zařízení-zařízení, někdy překládáno také jako "stroj-stroj") nebo internet věcí (IoT) se využívá jak technologie Wi-Fi (WLAN) pro přenos většího objemu dat na krátkou vzdálenost, tak technologie na subgigahertzových pásmech s opačnými vlastnostmi (velký dosah, minimální objem dat, extrémní životnost baterie).

Tato pásma používají např. vysílačky RC modelů apod., vedle těchto využití se využívají také komerčně.

• Bluetooth – pásmo 2,4 GHz
• IEEE 802.11/Wi-Fi – pásmo 2,4 GHz a 5 GHz
• Sigfox, LoRa (169, 433 a 868 MHz)

Pásmo 2,4 GHz zahrnuje standardy IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n a IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6). V pásmu 2,4 GHz je definováno 14 kanálů, které jsou od sebe vzdáleny 5 MHz s výjimkou 12 MHz prostoru před kanálem 14.^[12] Při šířce pásma 20 MHz jsou tedy reálně využitelné jen 3 kanály (1, 6, 11); používání jiných kanálů vede k rušení, se kterým si účastnická zařízení nedokážou poradit na rozdíl od vysílání na témže kanále, kdy se o frekvenční pásmo dokáží podělit.

Pásmo 5 GHz zahrnuje standardy IEEE 802.11a, IEEE 802.11n, IEEE 802.11ac, IEEE 802.11ax, IEEE 802.11be. V pásmu 5 GHz je až 200 kanálů, ale nejsou všechny definovány. Číslo kanálu určuje střední frekvenci a šířku kanálu. Kanály s větší šířkou překrývají ty s menší šířkou, takže je k dispozici například 38 nepřekrývajících se kanálů o šířce 20 MHz. Pro některé frekvence nejsou menší (10 MHz) nebo větší šířky (40, 80 a 160 MHz) definovány, takže jsou k dispozici například jen tři nepřekrývající se kanály 160 MHz, ale nejsou pro ně využity všechny dostupné frekvence.

V USA připouští Federální komise pro komunikace (FCC) použití tzv. Unlicensed National Information Infrastructure pásma UNII-3/ISM od 5,725 až 5,850 GHz, kde může být výkon zařízení až 1 Watt. Zahrnuje kanály 149, 153, 157, 161 a 165, používá se především pro pokrytí větších venkovních území a Wi-Fi zařízení musí splňovat určené technické požadavky.

Americká FCC alokovala téměř celé 6 GHz pásmo pro bezlicenční použití, primárně pro Wi-Fi. Jedná se o 1 200 MHz v rozsahu 5,925 až 7,125 GHz (pásma UNII-5, UNII-6, UNII-7 a UNII-8).^[14] Předpokladem pro toto rozhodnutí bylo, že většinu telefonních volání budou v budoucnosti zajišťovat Wi-Fi sítě (Voice over Wireless LAN, resp. VoWiFi). Standardy Wi-Fi 6E a Wi-Fi 7 podporují šířku kanálů 20, 40, 80, 160 a 320 MHz (v závislosti na zařízení a podmínkách).

Evropská unie (a v ČR oprávněním VO-R/12 od ČTÚ) na rozdíl od USA uvolnila pouze 480 MHz v rozsahu 5,945 až 6,425 GHz (v tabulce zeleně).^[15]

Čínský regulátor v roce 2023 oznámil, že pásmo 6,425 až 7,125 GHz přidělí mobilním operátorům stávajících 5G a budoucích 6G sítí, což by západní provozovatele mobilních sítí znevýhodnilo.^[16]

Legenda pozadí:

• Zelená – Pásmo dostupné v EU i USA

Pásmo 60 GHz je používáno pro ultra-vysokorychlostní bezdrátovou komunikaci na krátkou vzdálenost. Nejznámější technologie v tomto pásmu je WiGig, definovaná standardy IEEE 802.11ad (první generace, pouze 4 kanály o šířce 2,16 GHz, propustnost až ~7 Gbps) a IEEE 802.11ay (druhá generace, až 176 Gbps s agregací 2 až 4 kanálů pro MIMO). Pro pásmo je uvolněno 9 GHz v rozsahu 57 až 64 GHz (celosvětově), v EU 57 až 66 GHz, v USA a dalších vybraných zemích 57 až 71 GHz.

Na základě oprávnění ČTÚ č. VO-R/23/08.2017-6 je pro spoje nutné provést bezplatnou registraci na adrese https://rlan.ctu.cz/.^[17]

Pro datové přenosy (fixní mikrovlnné spoje) jsou uvolněna pásma 10 až 17 GHz, ale není zde definován žádný Wi-Fi standard a není dovoleno ani (bezplatné) veřejné využití.^[15] Za využití těchto frekvencí je nutné platit za frekvenční licenci od národního operátora (v ČR je to ČTÚ). Pro amatérské licencované datové přenosy je určeno také pásmo 24 GHz.