5G: sieci telekomunikacyjne nowej generacji

Co więcej, nasz laptop lub jak się niebawem okazało – przede wszystkim telefon komórkowy, miały nam pozwolić na sprawdzanie maili albo przeglądanie wiadomości w zasadzie w dowolnym miejscu, w którym tylko sieć Wi-Fi byłaby dostępna. Wówczas nowinki dotyczące Wi-Fi faktycznie postrzegano w kategorii zmian niemalże rewolucyjnych, a dzisiaj – trudno sobie wyobrazić hotel, restaurację, biuro, czy nawet pociąg, w których publiczny dostęp do sieci bezprzewodowej nie funkcjonuje. Z początku możliwość skorzystania z Wi-Fi wywoływała sensację i pozytywne zaskoczenie. Dzisiaj, gdy korzystanie z urządzeń bezprzewodowych stało się tak oczywiste i niemalże naturalne, jak kiedyś korzystanie z zegarka, sensację prawie ocierającą się o skandal wywołuje brak dostępnej sieci Wi-Fi.

Stosowany powszechnie zwrot Wi-Fi to skrótowiec angielskiego "Wireless Fidelity", co można byłoby wprost przetłumaczyć, jako "Bezprzewodowa Dokładność". Oczywiście lepiej pozostać przy rozpoznawanym skrócie Wi-Fi i jego znaku graficznym, który w praktyce jest znakiem towarowym stowarzyszenia Wi-Fi Alliance, zrzeszającego producentów i zajmującego się między innymi wzajemną zgodnością pomiędzy urządzeniami, zasadami bezpieczeństwa i specyfikacjami technicznymi.

 

Gdy mówimy o Wi-Fi w rzeczywistości mamy na myśli sieci bezprzewodowe oparte o szereg norm IEEE 802.11 b/g/n/a/ac definiujących m.in.:

• sposób rozpraszania widma: DSSS (ang. Direct Sequence Spread Spectrum) lub OFDM (ang. Orthogonal Frequency Division Multiplexing);

• rodzaj stosowanych modulacji: od praktycznie najprostszej modulacji fazowej DBPSK do zdecydowanie bardziej skomplikowanych kwadraturowych wielowartościowych modulacji amplitudowo-fazowych QAM (np. 256-QAM);

• nominalne szybkości transmisji radiowej: od podstawowej 1 Mbit/s do przekraczającej Gbit/s – m.in. zależnie od szerokości wykorzystywanych kanałów, czy konfiguracji anten (MIMO).

Urządzenia pracujące w sieciach Wi-Fi są urządzeniami nadawczo-odbiorczymi, alokowanymi w pasmach częstotliwości 2,4 GHz i/lub 5 GHz. Oczywiście zarówno zakres możliwych do wykorzystania częstotliwości, jak i emitowane moce są przedmiotem ścisłych regulacji prawnych i normatywnych.

Ograniczenia są następujące:

 

• pasmo 2,4 GHz:

 

          - zakres częstotliwości: od 2400 MHz do 2483,5 MHz;

          - maksymalna moc promieniowana EIRP: do 100 mW;

 

• pasmo 5 GHz "dolne":

 

          - zakres częstotliwości: od 5150 MHz do 5350 MHz;

          - maksymalna moc promieniowana EIRP: do 200 mW ^/Uwaga;

 

• pasmo 5 GHz "górne":

 

          - zakres częstotliwości: od 5470 MHz do 5725 MHz;

          - maksymalna moc promieniowana EIRP: do 1 W^/Uwaga.

 

Uwaga: Pod warunkiem stosowania techniki TPC polegającej na regulacji mocy nadajnika w celu zmniejszenia interferencji z urządzeniami innych systemów radiowych.

Jak widać, ograniczenia co do mocy promieniowanej nadajnika, są ograniczeniami "od góry", co oznacza, że w dowolnej chwili czasu nadajnik nie może emitować mocy EIRP przekraczającej np. 100 mW w paśmie 2,4 GHz. Praca nadajnika z mocą maksymalną przez 100% czasu oznaczałaby, że w sposób ciągły, bez żadnych przerw, emitowany jest sygnał RF o mocy 100 mW. Tak jednak nie jest. W praktyce mamy do czynienia nie z mocą maksymalną, lecz z pewną mocą uśrednioną w czasie, mniejszą niż moc maksymalna – nadajnik emituje bowiem sygnał RF w krótkich przedziałach czasu (sygnał "pojawia się" na chwilę i "znika"), co skutkuje współczynnikiem aktywności poniżej 100%.

Urządzenia wyposażone w radiowy interfejs Wi-Fi, wykorzystujące pasma częstotliwości 2,4 GHz i/lub 5 GHz, pracują w mikrofalowym widmie fal elektromagnetycznych, które rozciąga się od 1 GHz do 300 GHz. Warto wspomnieć, że w paśmie częstotliwości 2,4 GHz, równie często jak z Wi-Fi, mamy do czynienia z powszechnie stosowanymi urządzeniami Bluetooth, takimi jak np. słuchawki, smartwatche, czy tzw. zestawy głośnomówiące zainstalowane w pojazdach samochodowych. Fale radiowe wykorzystywane w radiofonii, telewizji, systemach telefonii komórkowej, sieciach bezprzewodowych (w tym właśnie sieciach Wi-Fi) podlegają tym samym, niezmiennym prawom fizyki, a różnią się długością fali i wynikającym z tego sposobem interakcji z otoczeniem.

Można powiedzieć, że wspólnym mianownikiem dla wszystkich fal z radiowego zakresu częstotliwości jest fakt, że obejmują one część spektrum widma elektromagnetycznego określaną mianem promieniowania niejonizującego. Oznacza to, że energia fotonów tego promieniowania jest zbyt mała, aby wywołać jonizację, a przez to niezdolna do zmian w strukturze komórkowej materii, na którą oddziałuje. Jedyny efekt, jaki może zostać wywołany przez tego typu falę to efekt termiczny przejawiający się chwilowym podniesieniem temperatury ciała, z czym nasz organizm jest w stanie doskonale sobie poradzić dzięki mechanizmom termoregulacji. Na marginesie dodajmy, że zazwyczaj ogrzanie powierzchni głowy w okolic ucha podczas rozmowy przez telefon komórkowy, nie wynika z efektu termicznego, lecz z nagrzewania się baterii oraz ekranu smartphona, a także z pogorszenia ukrwienia, na skutek przyciskania telefonu do części głowy.

Przeciwieństwem do promieniowania niejonizującego jest promieniowanie jonizujące, które ze względu na znaczną energię fotonów (miliardy razy większą niż dla fal radiowych) może wywołać reakcje chemiczne wpływające na znajdujące się w komórkach organizmu DNA. Klasycznym przykładem promieniowania jonizującego jest promieniowanie rentgenowskie wykorzystywane przy radioterapii.

Przypomnijmy – promieniowanie z radiowego zakresu częstotliwości jest niejonizujące. Mimo tego, co pewien czas dyskusje nad szkodliwością fal radiowych nabierają rozpędu, co sprzyja pojawianiu się nierzetelnych lub zniekształconych informacji w tym zakresie. Doskonałym przykładem jest tutaj odbijające się echem na całym świecie, również w Polsce, działanie Francuskiego Parlamentu, który w 2018 r. wprowadził przepisy zabraniające korzystania ze smartfonów, tabletów i smartwatchy w szkołach podstawowych i średnich przez młodzież szkolną do 15 roku życia włącznie. Uzasadnieniem dla takiej regulacji była walka z uzależnieniem od smartfonów wśród uczniów, co miało pozytywnie wpłynąć na wyniki w edukacji i poprawę relacji koleżeńskich. Przez niektóre środowiska, nastawione negatywnie do technologii radiowych, zostało to jednak wprost uznane za niezbity dowód na szkodliwość pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez urządzenia Wi-Fi, i głośno komunikowane różnymi kanałami, min. z wykorzystaniem mediów społecznościowych.

Temat rzekomej "szkodliwości" fal radiowych jest odświeżany i celowo podsycany również podczas wdrażania kolejnych standardów sieci komórkowej: wcześniej 3G i 4G, aktualnie – 5G. Fakt, że pierwsze telefony komórkowe pracowały z dużo większą mocą niż te, z których korzystamy obecnie, a wraz z rozwojem technologii moce emitowane przez telefony są sukcesywnie obniżane, jest już pomijany. Warto także wiedzieć, że dostawcom usług telekomunikacyjnych nie zależy zarówno na nieuzasadnionym transmitowaniu sygnału radiowego z nadmierną mocą, jak i w tych kierunkach, w których nie ma użytkowników. Wszelkie działania związane z rozwojem technologicznym dążą wprost do ograniczenia niepotrzebnej emisji poprzez skierowanie jej wprost do użytkownika faktycznie zainteresowanego skorzystaniem z usług o dużej przepustowości, przy jednocześnie jak najniżej wymaganej mocy ze stacji bazowej. Stąd nowoczesne rozwiązania, projektowane do stosowania w sieciach 5G: wykorzystanie wielo antenowej techniki (mMIMO) zwiększającej przepustowość sieci, czy też zaawansowane kształtowanie wiązki (beamforming) mające na celu dynamiczne kierunkowanie transmisji sygnału. Rozwiązania te mają przynieść również wymierne skutki środowiskowe – w końcu nadawanie z niższą mocą wymaga chociażby zużycia mniejszej ilości energii elektrycznej.

Ludzie są otoczeni przez pole elektromagnetyczne z radiowego zakresu częstotliwości, wytwarzane przez człowieka, od ponad 100 lat, a od zawsze byli i są nadal eksponowani na działanie fal elektromagnetycznych docierających do Ziemi z kosmosu. Mimo wielu prowadzonych na szeroką skalę badań, nie istnieją jednoznacznie potwierdzone naukowo dowody na to, że Wi-Fi lub smartphony powodują wzrost nowotworów w okolicy głowy. Patrząc na okres, w którym korzystanie z telefonu komórkowego i Wi-Fi stało się powszechne – przyjmijmy okres 20 lat – częstość występowania guza mózgu istotnie się nie zmieniła. Przy kilkumiliardowej populacji ludzi korzystających codziennie z telefonu – już dziś, poprzez efekt skali, byłoby to zauważalne.

WHO (Światowa Organizacja Zdrowia) w ramach swoich działań prowadzi regularny przegląd badań z zakresu wpływu pola elektromagnetycznego na zdrowie człowieka. W jednym z podsumowań napisano: "Biorąc pod uwagę bardzo niskie poziomy ekspozycji i dotychczasowe wyniki badań, nie ma przekonujących dowodów naukowych na to, że słabe sygnały radiowe ze stacji bazowych i sieci bezprzewodowych powodują niekorzystne skutki dla zdrowia". W ciągu ostatnich 30 lat opublikowano kilkadziesiąt tysięcy artykułów dotyczących wpływu promieniowania niejonizującego na organizm człowieka, które nie potwierdzają istnienia wpływu ekspozycji na pole elektromagnetyczne niskiej wartości, na zdrowie. Podobne wnioski zostały wyprowadzone przez inne organizacje pracujące nad wpływem pola elektromagnetycznego na organizm ludzki – ICNIRP (Międzynarodowa Komisja ds. Ochrony Przed Promieniowaniem Niejonizującym) oraz SCENIHR (Komitet Naukowy ds. Pojawiających się i Nowo Rozpoznanych Zagrożeń dla Zdrowia).

Działania organizacji związanych z badaniem promieniowania elektromagnetycznego prowadzone są na bieżąco. Trwają kolejne prace mające na celu weryfikację poglądu dotyczącego potencjalnego wpływu pola elektromagnetycznego na zdrowie człowieka. Co to oznacza w praktyce? Nauka jest taką dziedziną, w której wciąż pojawiają się nowe odkrycia i płynące z nich wnioski. Stąd też ostrożne sformułowania o "dotychczasowym braku dowodów na występowanie negatywnego wpływu pola elektromagnetycznego na zdrowie". Jednocześnie żaden szanujący się naukowiec nie powie ze stu procentową pewnością, że używanie Wi-Fi jest zdrowe i bezpieczne. Ale czy taki naukowiec będzie ostrożny tylko wobec urządzeń Wi-Fi? Oczywiście nie… Podobną ostrożność z pewnością zachowa zapytany o to, czy codzienne spożywanie bananów przez okres 50 lat będzie bezpieczne. Wszakże banany zawierają izotopy radioaktywne, ilości nieznaczne, ale jednak… Co zatem powinna zrobić osoba świadomie dbająca o swoje zdrowie? Pozostawić działalność naukowo-badawczą specjalistom w swoich dziedzinach i zapoznawać się z ich pracami, jednocześnie nie powielając mitów opartych na nieuzasadnionych informacjach. Dlatego tak ważne jest, aby po dotarciu do źródła i znalezieniu w nim informacji na interesujący nas temat, ocenić wiarygodność i użyteczność tej informacji. Przede wszystkim poprzez weryfikację tego, gdzie informacja została opublikowana, kto jest jej autorem, czy zawiera fakty czy może opinie (jeśli fakty, to czy są one poparte dowodami, a w przypadku opinii czy są one poparte faktami), czy argumentacja jest emocjonalna i czy autor starał się zachować obiektywizm. Kluczowe jest także sprawdzenie, kiedy informacja została wytworzona i czy można znaleźć inne –wiarygodne – informacje potwierdzające postawioną tezę.

 

Autor: Jakub Kwiecień, Rafał Pawlak – Instytut Łączności – Państwowy Instytut Badawczy