5G: sieci telekomunikacyjne nowej generacji

*Felieton inżynierów – zawiera opinie i oceny.

Człowiek uczy się całe życie. Czasem natknie się na coś, co wydaje się zupełnie nowym, niespodziewanym czy zaskakującym. Zwłaszcza dla odkrywcy. Często jednak są to zagadnienia z kategorii tych, które świat zna od dość dawna. Fakt ich „odkrycia” wiąże się więc raczej z brakiem powszechnej wiedzy w pewnym obszarze, aczkolwiek wiedzy, która specjalistom jest dobrze znana. 

Takie oto rzekome rewelacje można „odkryć” czytając chociażby Instrukcję użytkowania elektronicznego termometru bezdotykowego. Lojalnie uprzedzamy: lektura dalszej części materiału na własną odpowiedzialność czytającego. No bo kto w ogóle czyta instrukcje jakiekolwiek. A więc jak już zacznie, wiedza w nich zawarta może być przerażająca i trudna do wymazania z pamięci. 

Nas „zmusił” do pochylenie się nad instrukcją pewien wpis na jednym z portali społecznościowych:

Otóż w takiej instrukcji znajdujemy wyjaśnienie szeregu stosowanych symboli, dzięki którym dowiadujemy się, np. że termometru nie należy wystawiać na działanie wysokich temperatur, dużej wilgotności oraz bezpośrednie działanie promieni słonecznych, a materiały, z których został on wykonany – można poddać recyklingowi. Producent deklaruje również w jakim środowisku elektromagnetycznym urządzenie może być używane. Informuje nas także, że termometr jest oznakowany znakiem CE 0197, a jego wykonanie spełnia wymagania Dyrektywy Rady 93/42/EWG z dnia 14 czerwca 1993 r. dotyczącej wyrobów medycznych.

Zabrzmiało poważnie i tak w istocie jest. A nawet znacznie poważniej niż na pierwszy rzut oka wydawać by się mogło. Wkraczamy bowiem na rozległy i merytorycznie mocno skomplikowany grunt swobodnego przepływu towarów na jednolitym rynku Unii Europejskiej, wynikających z dyrektyw nowego podejścia zasad wewnątrzwspólnotowego wprowadzania urządzeń do obrotu, a także koncepcji spełnienia wymagań zasadniczych powiązanej z domniemaniem zgodności w oparciu o zastosowanie norm zharmonizowanych.

Wprowadzenie do obrotu urządzenia elektrycznego/elektronicznego wiąże się z koniecznością przeprowadzenia procesu oceny zgodności w celu zweryfikowania zgodności wykonania takiego urządzenia z wymaganiami zasadniczymi zdefiniowanymi we wszystkich mających zastosowanie dyrektywach. Pełną odpowiedzialność w tym zakresie ponosi producent urządzenia. Jego podstawowym zadaniem jest zapewnienie takiej konstrukcji urządzenia, aby było one bezpieczne dla użytkownika i otoczenia, ponieważ wyłącznie takie urządzenia mogą być wprowadzane do obrotu. Przy czym wspomniane bezpieczeństwo urządzenia jest pojęciem bardzo szerokim i przyjmuje zdecydowanie różne znaczenia, w zależności od rodzaju urządzenia, którego dotyczy. Innego zdefiniowania wymaga np. bezpieczeństwo wiertarki, innego – zbiornika ciśnieniowego, innego – maszyny z wirującymi częściami, a jeszcze innego – np. telefonu komórkowego.

Odpowiedni poziom bezpieczeństwa osiągany jest poprzez spełnienie wymagań zasadniczych – jak wspomniano wcześniej – wszystkich dyrektyw, które odnoszą się do danego rodzaju urządzenia. Najprostszą i powszechnie stosowaną metodą weryfikacji spełnienia wymagań zasadniczych konkretnej dyrektywy jest przeprowadzenie serii badań laboratoryjnych, wykonywanych według szczegółowego programu opracowanego w oparciu o odpowiednio wybrane normy zharmonizowane z tą dyrektywą. W przypadku pozytywnego wyniku wszystkich badań laboratoryjnych, producent ma prawo skorzystać z tzw. zasady domniemania zgodności, gdyż zastosowanie norm zharmonizowanych pozwala uznać zgodność z ujętymi w tych normach wymaganiami zasadniczymi. Producent potwierdza zgodności wykonania urządzenia z odpowiednim wymaganiami zasadniczymi wystawiając tzw. deklarację zgodności oraz umieszczając na urządzeniu znak CE. Na tej podstawie producent może wprowadzić urządzenie do obrotu. Natomiast w przypadku negatywnego wyniku badań laboratoryjnych urządzenie nie może zostać wprowadzone do obrotu.

Niektóre dyrektywy w procesie oceny zgodności przewidują udział zewnętrznej organizacji zwanej Jednostką Notyfikowaną. Jej zadaniem może być np. ocena dokumentacji technicznej urządzenia, ocena sprawozdań z badań laboratoryjnych (czyli dowodów zgodności z wymaganiami zasadniczymi), przeprowadzenie dodatkowych badań kontrolnych, a nawet kompleksowy nadzór nad całym systemem jakości produkcji – w tym prowadzenie audytów – począwszy od fazy projektowej, na ocenie technik produkcyjnych i kontroli zapewnienia jakości skończywszy. Jeśli ocena zgodności prowadzona przez Jednostkę Notyfikowaną zakończy się pozytywnie, wówczas na urządzeniu umieszczany jest znak CE wraz z czterocyfrowym numerem identyfikującym tą jednostkę.

W przypadku takich urządzeń elektronicznych, jak elektroniczne termometry bezdotykowe, zastosowanie znajduje wspomniana już wcześniej dyrektywa 93/42/EWG. Wykazanie zgodności wykonania termometru polega na wykonaniu zestawu badań laboratoryjnych wg programu określonego na podstawie odpowiednio dobranych norm zharmonizowanych z tą dyrektywą, których odniesienia i tytuły są ogłoszone w Decyzji wykonawczej komisji (UE) 2020/437 z dnia 24 marca 2020 r. w sprawie norm zharmonizowanych dotyczących wyrobów medycznych, opracowanych na potrzeby dyrektywy Rady 93/42/EWG. Zastosowanie będą miały normy z serii EN 60601, a dokładnie:

• EN 60601:2006 +A1:2013 Medyczne urządzenia elektryczne - Część 1: Wymagania ogólne dotyczące podstawowego bezpieczeństwa i zasadniczych parametrów funkcjonalnych.
• EN 60601-1-2:2015 Medyczne urządzenia elektryczne - Część 1-2: Wymagania ogólne dotyczące bezpieczeństwa podstawowego oraz funkcjonowania zasadniczego - Norma uzupełniająca: Zakłócenia elektromagnetyczne - Wymagania i badania.
• EN 60601-1-11:2010 Medyczne urządzenia elektryczne - Część 1-11: Wymagania ogólne dotyczące bezpieczeństwa podstawowego oraz funkcjonowania zasadniczego - Norma uzupełniająca: Wymagania dotyczące medycznych urządzeń elektrycznych i medycznych systemów elektrycznych stosowanych w środowisku domowej opieki medycznej.

Wspomniane wcześniej bezpieczeństwo urządzeń, w tym także termometru, odnosi się m.in. do tego, aby urządzenia te w środowisku, w którym pracują nie wytwarzały emisji powyżej pewnego, ściśle określonego dopuszczalnego poziomu i jednocześnie były odporne na różnego rodzaju zaburzenia elektromagnetyczne występujące w tym środowisku. Kluczowym jest zatem wybór odpowiedniego środowiska, co następnie bezpośrednio wpływa na ustalenie poziomów probierczych zaburzeń elektromagnetycznych. Dlaczego to takie istotne? Otóż z tego powodu, że to właśnie w takim środowisku zostanie sprawdzone, że urządzenie zachowuje kompatybilność elektromagnetyczną w stosunku do otaczającego świata. Poniżej kilka definicji na podstawie normy EN 60601-1-2:2015:

• Kompatybilność elektromagnetyczna: zdolność sprzętu lub systemu medycznego do zadowalającego funkcjonowania w swoim środowisku elektromagnetycznym bez wprowadzania niedopuszczalnych zakłóceń elektromagnetycznych do tego środowiska.
• Środowisko elektromagnetyczne: ogół zjawisk elektromagnetycznych zachodzących w danym miejscu.
• Odporność na zaburzenia elektromagnetyczne: zdolność sprzętu lub systemu medycznego do działania bez pogorszenia funkcjonalności w czasie występowania zakłóceń elektromagnetycznych.
• Poziom probierczy: poziom sygnału testowego używanego do symulacji zaburzenia elektromagnetycznego podczas wykonywania badań odporności.

Norma EN 60601-1-2:2015, zależnie od rodzaju miejsca, w którym dopuszcza się używanie urządzenia, identyfikuje trzy rodzaje środowisk elektromagnetycznych:

• Domowa opieka zdrowotna – do tych miejsc zaliczają się m.in.: restauracje, kawiarnie, sklepy, centra handlowe, szkoły, kościoły, biblioteki, miejsca ogólnodostępne (ulice, chodniki, parki), miejsca zamieszkania (domy, mieszkania, domy opieki), pojazdy (samochody, autobusy, tramwaje, samoloty), dworce kolejowe, przystanki autobusowe, lotniska, hotele, pensjonaty, muzea, teatry.
• Placówki profesjonalnej opieki zdrowotnej – do tych miejsc zaliczają się m.in.: gabinety lekarskie, gabinety dentystyczne, kliniki, ośrodki ograniczonej opieki, centra chirurgiczne, centra porodowe, szpitale (izby przyjęć, sale pacjentów, intensywna terapia, sale operacyjne itp.).
• Środowisko specjalne – do tych miejsc zaliczają się m.in.: obszary wojskowe (okręty podwodne, otoczenie instalacji radarowych oraz systemów kontroli uzbrojenia), obszary przemysłu ciężkiego (elektrownie, huty, odlewnie, fabryki samochodów, rafinerie ropy i gazu), obszary lecznicze, na których wykorzystywany jest sprzęt wysokiej mocy.

Dla każdego środowiska, biorąc pod uwagę w sposób racjonalny przewidywalne maksymalne poziomy mogących wystąpić zjawisk elektromagnetycznych (w szczególności takich jak pola promieniowane niskich i wysokich częstotliwości oraz wyładowania elektrostatyczne), zdefiniowane są odpowiednie poziomy probiercze zaburzeń elektromagnetycznych. Środowisko domowej opieki zdrowotnej, w porównaniu do placówek profesjonalnej opieki zdrowotnej, jest znacznie bardziej zróżnicowane (bo występuje znacznie więcej źródeł zjawisk elektromagnetycznych), a przez to gorzej kontrolowane i słabiej scharakteryzowane np. pod względem prawdopodobieństwa wystąpienia pewnych zjawisk. Dlatego też dla środowiska domowej opieki zdrowotnej zdefiniowano wyższe poziomy probiercze zaburzeń elektromagnetycznych niż dla placówek profesjonalnej opieki zdrowotnej.

Termometr należy zakwalifikować do urządzeń, które mogą być używane w środowisku określanym w normie EN 60601-1-2:2015 mianem domowej opieki zdrowotnej. Zważywszy, jakie miejsca zaliczają się do domowej opieki zdrowotnej, można stwierdzić, że jest to odpowiednik środowiska ogólnego. Norma EN 60601-1-2:2015 przewiduje następujące narażenia dotyczące portu obudowy urządzenia w tym środowisku:

• Odporność na wyładowania elektrostatyczne: napięcie ±8 kV (narażenia kontaktowe) oraz ±2 kV, ±4 kV, ±8 kV, ±15 kV (narażenia z powietrza).
• Odporność na pole magnetyczne o częstotliwości sieci energetycznej: natężenie 30 A/m, częstotliwość 50 Hz lub 60 Hz.
• Odporność na promieniowane pole RF: natężenie 10 V/m w zakresie częstotliwości 80 MHz do 2,7 GHz, modulacja AM, 80%, sygnał modulujący 1 kHz (sinus).
• Odporność na promieniowane pole RF urządzeń radiokomunikacyjnych: według poniższej tabeli:

Jak widać, jednym z kilku zjawisk elektromagnetycznych, oddziałujących na obudowę urządzenia, jest promieniowane pole RF. Ponieważ poziomy probiercze poszczególnych mogących wystąpić zjawisk elektromagnetycznych ustalono biorąc pod uwagę w sposób racjonalny przewidywalne poziomy maksymalne tych zjawisk, więc można domniemywać, że termometr, którego konstrukcja spełnia wymagania normy EN 60601-1-2:2015 odnośnie środowiska domowej opieki zdrowotnej, może być bezpiecznie i bez utraty funkcjonalności używany w środowisku ogólnym, w którym poziomy pól elektromagnetycznych nie przekraczają poziomów odniesienia zdefiniowanych w Table 2 Zalecenia Rady Europejskiej 1999/519/EC z dnia 12 lipca 1999 r. w sprawie ograniczania ekspozycji ludności w polu elektromagnetycznym o częstotliwościach od 0 Hz do 300 GHz. Obowiązujące w Polsce od dnia 1 stycznia 2020 r. wartości dopuszczalne pól elektromagnetycznych w środowisku, ustalone w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia z dnia 17 grudnia 2019 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku (Dz. U. z 2019 r., poz. 2448), w zakresie częstotliwości radiowych są w pełni zharmonizowane z poziomami odniesienia określonymi w Zaleceniu 1999/519/EC. Zgodnie z ustawą z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska (t.j. Dz. U. z 2020 r. poz. 1219, 1378, 1565, 2127, 2338) dopuszczalne poziomy pól elektromagnetycznych nie mogą być przekraczane. Stąd, przez analogię, wniosek – termometr, którego konstrukcja spełnia wymagania normy EN 60601-1-2:2015 odnośnie środowiska domowej opieki zdrowotnej, może być bezpiecznie i bez utraty funkcjonalności używany również w Polsce w środowisku ogólnym, ponieważ poziomy pól elektromagnetycznych nie mogą przekraczać wartości dopuszczalnych. 

Skąd zatem tak wyraźne, wręcz wyeksponowane, zapisy w Instrukcji użytkowania termometru, opisujące środowisko elektromagnetyczne, w którym może być on używany? Czy jest to jakieś dodatkowe działanie zapobiegawcze? Może chytry wybieg producenta stosowany w celu uniknięcia odpowiedzialności? Nie! Wręcz przeciwnie. Taki obowiązek informowania nakłada na wytwórcę urządzenia dyrektywa 93/42/EWG w Załączniku I, p. 13.1: „Każdemu wyrobowi musi towarzyszyć informacja konieczna do bezpiecznego jego używania i do zidentyfikowania wytwórcy, z uwzględnieniem przeszkolenia i wiedzy potencjalnych użytkowników. Informacja ta obejmuje szczegóły na etykiecie i dane w instrukcjach używania”. Nie ma w tym ani nic nadzwyczajnego, ani żadnych ukrytych wiadomości na poziomie przekazu podprogowego dotyczącego pola elektromagnetycznego. Tak po prostu jest, bo tego wymaga dyrektywa – tyle, że trzeba o tym wiedzieć.

To właśnie z tego powodu także, aby precyzyjnie wskazać w jakim środowisku elektromagnetycznym termometr może być używany, w Instrukcji użytkowania pojawiły się stosowne zapisy. I w takim samym stopniu dotyczą one odporności na wyładowania elektrostatyczne, odporności na pole magnetyczne o częstotliwości sieci energetycznej, jak i odporności na promieniowane pole RF. Bez faworyzowania któregokolwiek z tych zjawisk elektromagnetycznych.

Jeśli ktoś ciekawy świata chciałby więc zweryfikować, czy warunki te są dotrzymane, musiałby upewnić się co do każdego z nich. I pewnie nawet sensowniej byłoby zastanowić się nad tym, czy pomiar temperatury nie jest aby przypadkiem wykonywany obok jakiegoś działającego urządzenia dołączonego do sieci 230 V AC (z uwagi na wytwarzane pole magnetyczne) bądź też czy nasz potencjał elektrostatyczny nie jest zbyt wysoki (bo przemieszczamy się po dywanie w pomieszczeniu o niskiej wilgotności, więc naładowanie do napięcia 20 kV i więcej jest prawdopodobne), albo czy chociażby temperatura otoczenia nie przekracza wartości granicznych (wcale o to nie trudno, ale na szczęście odpowiedni komunikat w przypadku przekroczenia dozwolonego zakresu pojawia się na ekranie), niźli skupiać się nad poziomem pola elektromagnetycznego. Ale to już jak kto woli. Każdy jakieś hobby ma 😉

PS 1. Określenie wymagań co do wyładowań elektrostatycznych jest dość ciekawym przypadkiem. Otóż w instrukcji znajdziemy zapis: „Podłogi powinny być drewniane, betonowe lub wykonane z płytek ceramicznych. Jeśli podłogi pokryte są materiałem syntetycznym, wilgotność względna powinna wynosić przynajmniej 30%”. Można byłoby rzec: Zanim zmierzysz sobie temperaturę, to zmierz wilgotność powietrza.

PS 2. Warto czytać Instrukcję użytkowania. A najlepiej czytać i uważnie, i ze zrozumieniem (jednocześnie). Również z tego powodu, że można wychwycić błędy, niestety także te techniczne. Tyle, że tu sprawa jest utrudniona, albowiem w tym celu trzeba posiadać choć minimum wiedzy z zakresu znajomości normy. I tak w Instrukcji doszukamy się informacji nt. maksymalnej wartości pola magnetycznego 3 A/m. Błąd – norma EN 60601-1-2:2015 wymaga poziomu probierczego 30 A/m a nie 3 A/m. Natomiast dla zakresu częstotliwości od 150 kHz do 80 MHz określono poziom probierczy 3 V/m. Co prawda jest informacja, że wymaganie nie ma zastosowania (bo dotyczy interfejsów przewodowych, a termometr w takowe nie został wyposażony), ale norma EN 60601-1-2:2015 wymaga poziomu probierczego 3 V a nie 3 V/m (w badaniu chodzi o napięcie indukowane, a nie natężenie pola sygnału promieniowanego).

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.