5G: sieci telekomunikacyjne nowej generacji

„Polaku – zrób to sam”. To bardzo popularne niegdyś w naszym kraju hasło, które w swojej oryginalnej intencji miało na celu zmobilizować naszych rodaków do wykonywania prostych i niezbyt czasochłonnych przydomowych „robótek” we własnym zakresie. Jednak jest zdecydowana różnica między pomalowaniem przęsła w ogrodzeniu działki, a fachowym wykonaniem pomiaru pola elektromagnetycznego (PEM) w środowisku. Jeszcze trudniejszą kwestią jest interpretacja uzyskanych wyników. Biorąc pod uwagę liczbę postów pojawiających się w mediach społecznościowych i „publikacji” przeróżnych materiałów przez samozwańczych ekspertów z tej dziedziny można byłoby dojść do przekonania, że pomiary PEM to czynność dziecinnie prosta. Czy w rzeczywistości każdy „pomiarowiec” – laik trzymający w dłoni azjatycki miernik PEM za 100 złotych może uzyskać miarodajny wynik pomiaru? O tym za chwilę.

O fachowym prowadzeniu pomiarów PEM napisano już wiele. A nawet bardzo wiele. Jednak niewielu adeptów tej sztuki pomiarowej uważa literaturę naukową za odpowiedni drogowskaz – wiadomo, trzeba byłoby poświęcić sporo czasu i to wszystko przeczytać. Od rzetelnej wiedzy wolą więc swoją praktykę, czyli zakup miernika PEM w wersji budżetowej na znanym portalu sprzedażowym i bezkrytyczne odczytywanie wyników z jego wyświetlacza. Dla podniesienia suspensu pokazują migające kolorowe diody i epatują dźwięk rodem z dozymetru użytego podczas pomiarów po eksplozji reaktora numer 4 w Czarnobylu. Jest to swego rodzaju science-fiction. Czujność i troska o bezpieczne środowisko jest bardzo dobrym objawem społecznictwa. Jednak tą dbałość należy przejawiać w sposób odpowiedzialny i prawidłowy. Stąd też zagadnienia związane z pomiarami PEM należą do obszaru regulowanego prawnie.

Z punktu widzenia pomiarów PEM istotne są dwa rozporządzenia: Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 17 grudnia 2019 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz Rozporządzenie Ministra Klimatu z dnia 17 lutego 2020 r. w sprawie sposobów sprawdzania dotrzymania dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku. Pierwsze rozporządzenie definiuje wartości dopuszczalne PEM w środowisku, żargonowo zwane limitami, natomiast drugie – określa metodykę wykonywania pomiarów PEM. Tylko pomiary wykonane zgodne z metodyką określoną w Rozporządzeniu Ministra Klimatu można uznać za obiektywne i miarodajne – mówiąc formalnym językiem systemu jakości laboratoryjnej – za ważne. Zgodnie z tą metodyką pomiary w otoczeniu stacji bazowych telefonii komórkowej wykonuje się w punktach pomiarowych położonych na wysokościach od 0,3 m do 2 m nad powierzchnią terenu albo nad innymi miejscami dostępnymi dla ludności, przyjmując za wynik pomiaru największą zmierzoną wartość np. natężenia składowej elektrycznej, uśrednioną w odpowiedni sposób. Pomiary wykonuje się na głównych (wzdłuż kierunku maksymalnego zasięgu) i pomocniczych (ustalonych zależnie od lokalizacji i warunków terenowych) kierunkach pomiarowych, a także w dodatkowych pionach pomiarowych w lokalach (także prywatnych) oraz na balkonach i tarasach. Nie bez znaczenia dla całego procesu pomiarowego pozostaje definicja miejsc dostępnych dla ludności, do których zalicza się wszystkie miejsca z wyjątkiem miejsc, do których dostęp ludności jest zabroniony lub niemożliwy bez użycia sprzętu technicznego.

Skoro wiemy jak mierzyć należy odpowiedzieć na pytanie „czym” mierzyć. Jak już wcześniej wspomnieliśmy materiał poglądowy zaczerpnięty ze znanych witryn internetowych i profili w mediach społecznościowych ukazuje rzeczywistość dosyć problematyczną. Osoby kwestionujące wiarygodność pomiarów wykonanych przez akredytowane laboratoria badawcze prezentują dosyć specyficzne rozwiązanie sprawy. Otóż wykonują własne pomiary PEM w pobliżu stacji bazowych telefonii komórkowej, posługując się wątpliwej jakości sprzętem, często w ogóle niedostosowanym do zadania pomiarowego. Całość zazwyczaj wygląda jak happening nie mający nic wspólnego z podejściem naukowym. Jednak te kolorowe lampki i popiskiwania wydobywające się ze „sprzętu pomiarowego” zestawione z wielkimi liczbami pokazywanymi na wyświetlaczu… to jest w istocie sedno całego przedsięwzięcia.

A jak sytuacja wygląda przy podejściu profesjonalnym? Aby laboratorium badawcze mogło aspirować do wykonania akredytowanych pomiarów PEM, które zostaną uznane za ważne, musi przede wszystkim spełniać wymagania międzynarodowej normy ISO/IEC 17025:2017, a także wykazać się wiedzą i kompetencjami w wykonywaniu pomiarów PEM. Przywołana norma ustanawia m.in. wymagania dotyczące procesu potwierdzenia ważności wyników, który wiąże się bezpośrednio ze sprawowaniem właściwego nadzoru metrologicznego nad posiadaną aparaturą pomiarową. W uproszczeniu chodzi o to, aby użyta aparatura była odpowiednio dobrana. Wybrany sprzęt powinien gwarantować wysoką jakość pomiarów. Ponadto powinien być systematycznie wzorcowany w akredytowanym laboratorium wzorcującym. Tylko takie podejście gwarantuje uzyskanie miarodajnych i powtarzalnych, a więc ważnych w rozumieniu normy akredytacyjnej, wyników pomiarów oraz rzetelne oszacowanie budżetu niepewności pomiaru.

Profesjonalne mierniki używane w celu uzyskania rzetelnych pomiarów PEM są bardzo drogie. Ich ceny mogą się kształtować na poziomie ok. 7 000 EUR w przypadku mierników szerokopasmowych lub nawet powyżej 20 000 EUR w przypadku mierników selektywnych. Ich ostateczna cena jest uzależniona od indywidualnej konfiguracji miernika. Można oczywiście znaleźć ofertę mierników znacznie tańszych, dostępnych już nawet za kilkadziesiąt lub kilkaset złotych. Nie jest to jednak sprzęt do końca miarodajny, gdyż często nie pozwala nawet jednoznacznie stwierdzić czy tak naprawdę mierzy PEM pochodzące od stacji bazowej, czy może od sieci energetycznej 50 Hz.

Wykonanie samego pomiaru to jednak nie wszystko. Należy jeszcze prawidłowo odczytać jego wynik, który składa się z liczby oraz odpowiedniej jednostki, zależnej od mierzonej wielkości. W przypadku pomiaru natężenia pola elektrycznego E stosuje się jednostkę wolt na metr [V/m], a w przypadku natężenia pola magnetycznego H – amper na metr [A/m]. Mierniki zazwyczaj pozwalają również na określenie gęstości mocy S wyrażanej w watach na metr kwadratowy [W/m²]. Gęstość mocy S jest jednak miarą wyliczaną (a nie mierzoną) przez miernik na podstawie zmierzonych wartości natężenia pola, zazwyczaj elektrycznego E, z zależności: S = E² / 377.

Przykład wyniku pomiaru natężenia pola elektrycznego E: 12,56 V/m. Tej wartości natężenia pola E odpowiada obliczona gęstość mocy S: 0,42 W/m².

W przypadku uzyskiwania bardzo małych wartości można stosować przedrostki do tworzenia jednostek podwielokrotnych, takie jak np. "mili" (oznaczenie m), czy "mikro" (oznaczenie µ). I tak "mili" oznacza część tysięczną (czyli 0,001), a "mikro" – część milionową (czyli 0,000001). Tak naprawdę jednostek podwielokrotnych używamy bardzo często w życiu codziennym, czasem nawet nie zdając sobie z tego sprawy (np. podając wymiar 24 mm = 0,024 m, co oznacza 24 tysięczne metra). Jednostki podwielokrotne powinny być jednak używane w określony sposób, zgodnie z dobrą praktyką inżynierską w celu prawidłowego określenia wartości liczbowej. Jeśli np. mierzymy długość stołu to zdroworozsądkowo wynik pomiaru podamy np. jako 1,6 m lub zwyczajowo 160 cm, a nie jako 1600 mm lub 1600000 µm, co dodatkowo w ogóle zaburza czytelność przekazywanej informacji. W przypadku PEM jest podobnie, a ponadto podanie wyniku w jednostkach podwielokrotnych utrudnia odniesienie do obowiązujących poziomów dopuszczalnych PEM.

Należy bowiem pamiętać, że po wykonaniu pomiaru i ustaleniu wyniku, wynik ten porównuje się z odpowiednimi, obowiązującymi prawnie (czyli "legalnymi") poziomami dopuszczalnymi. Uzyskany wynik natężenia pola elektrycznego porównuje się z dopuszczalnym poziomem ustalonym dla pola elektrycznego, ewentualnie wynik gęstości mocy – z dopuszczalnym poziomem ustalonym dla gęstości mocy. W zakresie częstotliwości radiowych zazwyczaj odnosimy się do poziomów dopuszczalnych wyrażonych w V/m, więc wynik pomiaru natężenia pola elektrycznego również powinien być wyrażony w V/m. W przypadku gęstości mocy poziomy dopuszczalne wyrażone są w W/m², więc wynik pomiaru także należy wyrażać w W/m². Jeżeli uzyskany wynik pomiaru jest wyrażony w jednostce podwielokrotnej (mV/m, µW/m²), należy ją przeliczyć na jednostkę podstawową (V/m, W/m²) i dopiero wówczas porównać z poziomem dopuszczalnym. W innym przypadku ocena wyniku zostanie przeprowadzona nieprawidłowo. Posłużmy się przykładem: uzyskana w wyniku pomiaru gęstość mocy S = 147000 µW/m² jest liczbowo równa S = 0,147 W/m². Prawidłowo podany wynik, po zaokrągleniu, wynosi S = 0,15 W/m² i dopiero tą wartość porównuje się z poziomem dopuszczalnym, np. 2 W/m².

Choć obydwie miary (natężenie i gęstość mocy) dotyczą tego samego zjawiska, nie wolno ich ze sobą mylić i odnosić do niewłaściwych poziomów dopuszczalnych. Zmierzonego natężenia pola elektrycznego w V/m nie można porównywać z dopuszczalnym poziomem ustalonym dla gęstości mocy w W/m² i vice versa. Przykład: zmierzonego natężenia pola elektrycznego E = 12,56 V/m nie można porównywać np. z poziomem dopuszczalnym 2 W/m² ustalonym dla gęstości mocy.

Wspomnianych wcześniej poziomów dopuszczalnych nie należy mylić z funkcjonującą w przestrzeni publicznej, lecz nie mającą żadnego umocowania prawnego, tzw. "normą biologiczną", która wskazuje, aby PEM ograniczać do poziomu nie tylko uniemożliwiającego rozwój telekomunikacji i energetyki, ale nie pozwalającego nawet na funkcjonowanie obecnie wykorzystywanych systemów łączności, np. ratunkowej.

Jak widać nie tylko samo wykonanie pomiarów PEM, ale także interpretacja uzyskanych wyników jest trudnym etapem całego procesu badawczego. Dlatego bezrefleksyjne odczyty liczb pojawiających się na wyświetlaczu urządzenia pomiarowego nie prowadzą do obiektywnych konkluzji.

20 lipca 2021 roku rusza platforma systemu SI2PEM, czyli Systemu Informacyjnego o Instalacjach wytwarzających Promieniowanie ElektroMagnetyczne. Dzięki dedykowanej stronie internetowej każdy użytkownik nieodpłatnie będzie mógł sprawdzić poziom natężenia pola elektromagnetycznego w swojej najbliższej okolicy i nie tylko. System SI2PEM będzie gromadził i przetwarzał dane uzyskane z pomiarów PEM wykonanych przez akredytowane laboratoria. Pozwoli na zdalny dostęp do informacji o:

• instalacjach wytwarzających PEM,
• wynikach obliczeń ciągłych rozkładów PEM o częstotliwościach radiowych na terenie całego kraju,
• wynikach pomiarów PEM wykonanych przez akredytowane laboratoria w otoczeniu takich źródeł pola elektromagnetycznego jak np. stacje bazowe telefonii komórkowej),
• wynikach pomiarów PEM uzyskanych od Głównego Inspektora Ochrony Środowiska w ramach monitorowania środowiska.

System SI2PEM powstał dzięki współpracy Instytutu Łączności – Państwowego Instytutu Badawczego i Kancelarii Prezesa Rady Ministrów w projekcie realizowanym w ramach Programu Operacyjnego Polska Cyfrowa. Prace nad budową systemu rozpoczęły się w 2019 roku i za kilka dni zostaną zwieńczone otwarciem jednej z najbardziej wyczekiwanych witryn związanych z tematyką PEM. Dlatego każdy zatroskany obywatel, już od 20 lipca br. samodzielnie będzie mógł sprawdzić PEM w swoim otoczeniu.

O projekcie

Projekt „Sprawna telekomunikacja mobilna jako klucz do rozwoju i bezpieczeństwa" realizowany przez KPRM we współpracy z Instytutem Łączności - Państwowym Instytutem Badawczym w ramach Programu Operacyjnego Polska Cyfrowa Działanie 3.4. Kampania ma na celu zwiększenie świadomości Polaków w zakresie działania, wykorzystania, bezpieczeństwa i znaczenia mobilnych sieci telekomunikacyjnych, a tym samym usług (w tym publicznych) opartych o te sieci. W ramach projektu zrealizowane zostaną działania w następujących obszarach: walka z dezinformacją, edukacja, podstawy prawne procesu inwestycyjnego, bezpieczeństwo i jakość życia.