O 5G s… Mgr. Ivom Balajom

Zakladateľ portálu Elektrosmog Info, ktorý už viac než 10 rokov informuje a vzdeláva v problematike nízkofrekvenčných a rádiofrekvenčných zdrojov. Od detstva je jeho koníčkom elektronika a výpočtová technika, od svojich 15 rokov sa zaujíma aj o rádioamatérske projekty. Od roku 2010 sa zaoberá tieniacimi materiálmi, návrhmi a realizáciou tienenia NF a RF EM polí a ich meraním.

1. Čo je to 5G sieť a kde už funguje?

5G alebo NR (“New Radio”) je skratka pre piatu generáciu mobilných telekomunikačných technológií, ktorá je momentálne na počiatku implementácie na Slovensku. Deklarované pozitíva 5G NR oproti 4G LTE sú:

  • rýchlosť prenosu dát 1 Gb/s
  • tisíce simultánnych pripojení
  • lepšie, homogénnejšie pokrytie signálom
  • nové využitie v automatizácii priemyslu, autonómne riadených vozidlách, internete vecí, životne dôležitých komunikačných trasách v čase pandémií a prírodných katastrof.

Môžeme povedať, že sieťou 5G NR je už čiastočne pokrytá aspoň jedna krajina na každom kontinente (s výnimkou Antarktídy). Implementácia je najrozsiahlejšia v Spojených štátoch amerických, Thajsku, Južnej Kórei, z Európy je to potom Švajčiarsko, Veľká Británia a Holandsko. Podrobné detaily pokrytia až na obce nájdeme na interaktívnej mape (https://www.nperf.com/en/map/5g):

2. Aké frekvencie budú využívané pre 5G siete na Slovensku?

Pôjde o tri hlavné frekvenčné pásma:

  • 700 MHz (po ukončení aukcie)
  • 3400 – 3800 MHz (môžu byť použité ihneď)
  • 26 GHz (cca v horizonte do 5 rokov)

3. Zástancovia 5G zväčša argumentujú tým, že sa nič nezmení, lebo budú využívané rovnaké frekvencie ako doteraz. Čo sa teda zmení?Napríklad frekvenčné pásmo 700 MHz doposiaľ vraj využívali výkonné TV vysielače a teraz ich majú nahradiť omnoho slabšie vysielače 5G siete…

Je pravdou, že 700 MHz pásmo využívalo dodnes televízne vysielanie, nie však celoplošne, nakoľko rozloženie kanálov televízneho pásma 470 – 790 MHz v rámci Slovenska bolo systematické pre zabránenie možným vzájomným (i cezhraničným) rušeniam. To však už od 1.6.2020 nie je aktuálne a k tomuto dátumu podľa nariadenia EU by už nemali byť v pásme 700 – 790 MHz v prevádzke žiadne TV vysielače.

Pre siete 5G NR však pribudne ďalšie frekvenčné pásmo 3.4 – 3.8 GHz, ktoré je od roku 2015 licencované pre tzv. fixné 4G LTE siete, to znamená fungujúce s pevne umiestnenými modemami a externými anténami. Na tomto rozsahu teda nejde o šírenie signálu pre bežné mobilné zariadenia. Tento typ sietí je v malom rozsahu rozšírený po rôznych mestách a obciach, kde poskytuje istú alternatívu mobilnému internetu (tzv. “internet na doma”). Vidiecke, ani veľkomestské aglomerácie však tieto pásma nevyužívajú, alebo len veľmi málo. Sú teda trvalo neobsadené. 5G NR sieť ich bude využívať na pokrytie signálom pre mobilné zariadenia. Tu treba zdôrazniť, že už dnes je na tomto pásme možné u viacerých operátorov spustiť 5G sieť.

Čo sa týka výkonov, tu musíme tvrdenie opraviť. Do roku 2012, kým bola v prevádzke analógová televízia, boli výkony vysielačov pomerne vysoké, niektoré dosahovali stovky kW ERP na kanál. Za posledných 8 rokov, od nástupu prevádzky výhradne digitálnych vysielačov, sa nepoužívajú výkony vyššie než 50 kW ERP na kanál, spravidla menej.

Na druhej strane, pre základňové stanice mobilnej siete je typicky vyžiarený výkon na 1 smer okolo 5 – 10 kW. Nie je teda celkom pravda, že by dnešné TV vysielače boli markantne výkonnejšie. Ak porovnávame TV alebo rozhlasové vysielače s bázovými stanicami mobilnej siete, je tu veľký rozdiel v expozícii obyvateľstva. Zatiaľ čo TV vysielače sú umiestnené prevažne na štítoch pohorí, kilometre vzdialených od obydlí a ich celkový počet vrátane dokrývačov nepresahuje celoplošne 160, u bázových staníc mobilnej siete je to markantne hustejšie. Vo veľkej miere sú v mestských lokalitách umiestnené len desiatky metrov od obydlí, od bytov alebo apartmánov. Ich počet v rámci Slovenska je už dnes 10 000 a stále rastie.

Ďalší rozdiel je v tom, že AM a FM rozhlas, ktorý vysiela na frekvenciách medzi 100 kHz a 100 MHz tzv. spojitou vlnou, nie je založený na impulzných signáloch. Podobne tak nebola ani analógová televízia. S príchodom digitálneho rozhlasového (DAB) a TV (DVB) vysielania sme začali používať impulzné modulácie, ktoré majú podobné charakteristiky, ako signály používané u mobilných sietí generácie 2G a vyšších. Impulzné charakteristiky však nikde prirodzene v prírode nenájdeme a nepoznali sme ich ani u rozhlasového a televízneho vysielania až do roku 2010.

4. Líši sa technologicky 5G sieť oproti dnes používaným 4G sieťam?

Samozrejme, už len tým, aké frekvenčné pásma bude používať a ako ich bude využívať. Ďalší veľký rozdiel je v modulácii, teda “kódovaní” prenosu údajov v rádiových vlnách. Práve táto časť zaujíma najviac biológov a biofyzikov, ktorí tu vidia potenciálny problém.

Impulzné rádiofrekvenčné polia prítomné v digitálnej komunikácii sú obzvlášť účinné na biologické procesy živých organizmov. Každá z emitovaných vĺn má impulzný charakter modulácie (“informačný obsah”). Výskum ukazuje, že použitá modulácia pravdepodobne narúša niektoré biologické procesy prebiehajúce v rámci tkanív. Je to v konečnom dôsledku povaha impulzov, ktorá je najdôležitejšia. Ak obsahuje frekvencie, ktoré majú korelačné a interferenčné charakteristiky so živými tkanivami, môže ísť o problém. Primárne faktory, ktoré robia rádiový zdroj žiarenia biologicky nebezpečný, sú najmä modulácia, frekvencia impulzov, čas expozície a stav organizmu, ktorý je príjemcom dávky (hydratácia, vodivosť, permitivita, apod.)

5. Ako vidíte porovnanie expozície elektromagnetického žiarenia z umelých zdrojov a slnečného žiarenia?Prečo sa v súvislosti s 5G mnohí ľudia obávajú o zdravie? Na internete sa živo diskutuje o tom, že Slnko je oveľa silnejší zdroj žiarenia a napriek tomu nás nezabije.

Na rozdiel od umelo vytvorených impulzných rádiových vĺn je príroda plná obvykle plynulých alebo rytmických sínusových vĺn. Platí to aj pre elektromagnetické žiarenie prichádzajúce na Zem zo Slnka, Schumannove rezonancie v atmosfére alebo pohyby vôd v moriach a oceánoch.

Len veľmi malé množstvo štandardného kozmického žiarenia v prírodnom prostredí obsahuje zložky rádiofrekvenčného žiarenia. V pásme ultrakrátkych, krátkych, veľmi krátkych vĺn a mikrovĺn (na frekvenciách od 300 kHz do 300 GHz) zo Slnka za jasného dňa takmer neexistuje, ide o milióntiny úrovní, ktorým sme exponovaní v bežnej miestnosti s Wi-Fi signálom. Takže aj keby bol charakter signálu zo Slnka rovnaký ako z Wi-Fi, alebo z 5G (čo nie je), toto tvrdenie je nezmysel. Slnko vyžaruje vlnenie cez veľkú časť elektromagnetického spektra, t.j. od röntgenového a ultrafialového žiarenia, cez viditeľné svetlo, infračervené žiarenie (teplo) až po rádiové vlny. Celkové množstvo energie, ktorú Zem prijme od Slnka na úrovni terénu v zenite, je približne 1 kW/m². Táto energia sa skladá z približne 53% infračerveného žiarenia (tepla), 44% viditeľného svetla, 3% ultrafialového žiarenia a NEPATRNÝ zlomok sú rádiové vlny a mikrovlny (asi 3 µW/m² a to najmä počas veľkých slnečných búrok). Veľkosť prirodzeného rádiofrekvenčného elektromagnetického pozadia z vesmíru počas normálnych kozmických aktivít je asi len milióntina až sto-miliárdtina µW/m².

Pre porovnanie so Slnkom za jasného dňa (3 µW/m²), dnes sú expozičné úrovne zo základňových staníc mobilnej siete asi 10 000 – 100 000 µW/m² vo vzdialenosti 100 m, v hlavnom laloku EM poľa. Keďže platí zákon prevrátených štvorcov, so zmenšujúcou sa vzdialenosťou k týmto zdrojom stúpa intenzita kvadraticky.

6. Ako sa zmení expozícia rádiovým frekvenciám- elektromagnetickému žiareniu pri zavedení 5G technológie oproti doterajšiemu vystaveniu žiareniu. Zvýši sa expozícia obyvateľstva elektromagnetickým žiarením po spustení siete 5G?

a) Zaručene a nie o málo! Keďže sieť 5G nie je náhradou súčasných sietí, ale ich ďalšou vrstvou, po spustení siete už na 700 MHz dôjde pravdepodobne na každej súčasnej BTS k navýšeniu výkonu z nových vysielačov.

b) Následne, po rekonfigurácii pásma 3400 – 3800 MHz, dôjde k inštalácii ďalších vysielačov, buď na existujúce základňové stanice, alebo môžu pribudnúť nové, menšie, ktoré budú dopĺňať existujúce. Nakoľko pri použití vyšších a vyšších frekvencií dochádza k stále väčšiemu útlmu signálu cez stavebné materiály, je zahusťovanie vysielačov opodstatnené. Pokiaľ nedôjde k zahusteniu, mohlo by to byť kompenzované zvýšením výkonu týchto vysielačov. Cieľ bude jasný: penetrácia signálu do budov. Objaviť sa môžu aj samostatné vykrývače 5G siete v budovách.

c) Tretia etapa, ktorá príde pravdepodobne do roku 2025, bude spustenie 5G siete na submilimetrovom rozsahu (26 GHz), čo však pre charakteristiku signálu na týchto vlnových dĺžkach bude znamenať, že pribudnú ďalšie vysielače, ktoré budú pokrývať len veľmi malé lokálne územia. Tieto vysielače nebudú mať veľký dosah, do budov takmer minimálny, ale to znova môže byť kompenzované dokrývačmi. V exteriéri a interiéri tak budeme týmito vlnami bombardovaní neustále.

7. V čom sú najväčšie riziká technológie 5G?

Najväčšími rizikami novej technológie 5G je nekontrolovane rastúca expozícia populácie RF EMP (najmä v mestách), spustením násobne vyššieho počtu základňových staníc na rôznych frekvenčných pásmach dôjde k zákonitému zvýšeniu intenzity pozadia RF EMP, a nielen pozadia, ale v konkrétnych lokalitách inštalácie staníc pôjde o  mohutné navýšenie intenzity. Nemusí sa to prejaviť v interiéroch. Použité vyššie frekvencie majú totiž značne horšiu schopnosť prenikať stavebnými materiálmi. U týchto vyšších frekvencií teda môžeme byť svedkami väčších rozdielov medzi expozíciou v interiéri a exteriéri, než tomu bolo doposiaľ.

8. A naopak, aký úžitok bude mať bežný človek z novej 5G technológie? Prečo potrebujeme 5G? Nestačí nám 4G?

Peniaze hýbu svetom a technologický pokrok je jedným z dôležitých faktorov, je to značka prestíže. V dnešnom svete by sa dalo povedať, že bežný smrteľník si vystačí s technológiou 4G, vyššie rýchlosti a odozvu už potrebuje len málokedy. Keď dosiahneme istú métu technologickej vyspelosti, spravidla predstavuje ďalší pokrok už len kozmetické zmeny, ktoré sa míňajú so skutočnou potrebou. Takýto prípad predstavujú napr. autonómne riadené autá. Otázka totiž stojí tak, či ich reálne potrebujeme a či sa vôbec chceme vzdať pôžitku pri šoférovaní. Následná otázka stojí tak, či autonómne autá potrebujú sieť 5G na to, aby spoľahlivo fungovali. Moderné vozidlá sú už dnes vybavené veľkým množstvom rôznych senzorov a kamier, takže či majú 5G sieť k dispozícii, alebo len 4G, asi nehrá veľkú rolu.

Kedy však budeme môcť povedať, že nám istý stupeň pokroku stačí a už nepotrebujeme zaberať ďalšie frekvenčné rozsahy pre ďalšie generácie bezdrôtových sietí? Skutočne potrebujeme mať obsadené všade a všetky frekvencie rádiových pásiem pre nejakú službu? Na tieto otázky neviem odpovedať.

9. Ako by ste z doterajších poznatkov charakterizovali milimetrové vlny, súčasť novej generácie mobilných sietí?Čo vlastne tie vyššie frekvencie znamenajú ačo môžu spôsobiť?

Bežne používaný pojem „mikrovlny” je definovaný ako elektromagnetické vlny s vlnovými dĺžkami od 1 m do 10 mm (300 MHz až 30 GHz), hoci z názvu by vyplývalo, že ide o “mikrometrové” vlnové dĺžky. “Milimetrové” vlny popisujú oveľa vyššie frekvencie, ktoré majú výrazne menší efektívny dosah a nie veľmi dobre prenikajú do budov. Ponúkajú však oveľa väčšiu šírku pásma („zmestí“ sa na ne viac informácií). Ich vlnové dĺžky sú dlhšie ako infračervené vlny, ale kratšie ako bežné “mikrovlny” (od 10 mm do 1 mm, čo predstavuje frekvencie 30 GHz až 300 GHz). Jednotlivé nosné frekvencie vhodné pre 5G majú rôzne vlastnosti, pričom niektoré budú prenášať dáta cez steny a iné prekážky, zatiaľ čo iné nosné frekvencie budú môcť byť použité len na krátke vzdialenosti s priamou viditeľnosťou vysielača a prijímača, ale za to v krátkom čase prenesú obrovské množstvo informácií.

Charakteristika šírenia milimetrových vĺn je úplne odlišná od mikrovĺn, ktoré dnes používame. Dosiahnuteľné vzdialenosti na prenos dát sú podstatne menšie a signály neprejdú cez steny a do iných častí budov. Milimetrové vlny budú pravdepodobne použité pre vonkajšie pokrytie pomocou hustých sietí, napr. v uliciach mesta. Rádius buniek by mohol byť v rozmedzí 200 až 300 m. Ďalším z problémov milimetrových vĺn je náchylnosť na rušenie prírodnými podmienkami, napr. dažďom alebo snehom. Mohlo by to spôsobiť značné zníženie úrovne signálu po celý čas trvania zrážok a zníženie pokrytia v určitých obdobiach. Simulácie ukázali, že ak by boli malé základňové bunky vhodne nastavené, poskytnú dobrú úroveň pokrytia. Celkovo však možno povedať, že 5G siete s hustým pokrytím nebudú krokom vpred k ekologickým zajtrajškom, skôr práve naopak.

Voda je veľmi dobrý absorbent milimetrových vĺn. Vlhký cement pohltí takmer všetky milimetrové vlny, ktoré dopadnú na jeho povrch. Ľudia a zver absorbujú 100% energie milimetrových vĺn, ktoré ich zasiahli. Či milimetrové vlny preniknú do domov, závisí od mnohých faktorov. Vlny s frekvenciou 30 GHz môžu napr. prechádzať cez dlhé štrbiny, ktoré sú v rámoch plastových okien, nakoľko pokovené jadrá okien sú obklopené len PVC výstužami. Kov odráža milimetrové vlny tak efektívne ako “mikrovlny”, ale napr. sieťky už natoľko účinné nie sú.

Vedci zistili, že menšie vlnové dĺžky, ktoré sú určené predovšetkým pre 5G technológiu, sú prednostne absorbované v potných kapilárach. Digitálne modulované milimetrové vlny však môžu prenikať aj hlbšie.

10. A čo pokrytie internetom z vesmíru (projekt satelitov Starlink)? Nemôže nás to ohrozovať?

Pravdepodobne nie. Na jednej strane to vyzerá tak, že popri súčasných GPS systémoch a TV satelitoch nás budú ožarovať ďalšie tisícky satelitov Elona Muska s internetovým signálom, ale skutočnosť je taká, že hoci budú tieto satelity na nízkej obežnej dráhe, teda v porovnaní s TV a GPS satelitmi zhruba stonásobne bližšie, neznamená to, že by pri výkone bežného satelitného vysielača (rádovo v stovkách W) došlo k markantne vysokým expozíciám na Zemi. Nakoľko systém GPS má na zemskom povrchu sotva zachytiteľnú intenzitu okolo 100 fW/m², systém Starlink bude ožarovať zemský povrch intenzitou asi 10000-násobne vyššou, teda asi 1 nW/m².

11. V minulosti bola expozícia obyvateľstva rádiofrekvenčným poliam asi nižšia než dnes… Vieme to nejako kvantifikovať?

Kým nezačalo pravidelné rozhlasové vysielanie v 30-tych rokoch 20. storočia, prakticky neexistovala žiadna expozícia z rádiofrekvenčných vĺn. Vysielače pribúdali len pomaly a až do 70-tych rokov ich bolo na území bývalého Československa len 10. Televízne vysielanie začalo v roku 1953 a sieť TV vysielačov a vykrývačov predstavovala prakticky len jeden TV kanál, po roku 1970 dva. Expozícia bola najvyššia bezprostredne pri vysielačoch, ktoré boli a dodnes sú situované na pohoriach a vysokých vrchoch. Intenzita EM poľa dosahovala bežne medzi 0.001 až 1 µW/m², markantne vyššie úrovne len v blízkosti vysielačov. Dnes sú úrovne intenzít z rozhlasových a televíznych vysielačov asi rovnaké, pribudli však expozície zo základňových staníc a to najmä v mestách. Intenzity “pozadia” dnes dosahujú priemer medzi 100 – 10 000 µW/m². Sú však aj prípady, kedy je bázová stanica len 10-20 m od protiľahlej budovy a v takom prípade môže ísť aj o 500 000 µW/m² v interiéri.

Jeden z mnohých príkladov nevhodne umiestnenej základňovej stanice, len 10 m od susedného domu. Expozície v protiľahlom byte sú tak enormné.

12. Čo by bolo podľa Vás riešením? Ako si predstavujete ideálny stav ohľadom expozície obyvateľov RF-EM žiarením, či zavádzania nových bezdrôtových technológií?

V dnešnej dobe je hlavným účelom mobilných sietí pripojenie bezdrôtových zariadení v exteriéri (napr. mobilného telefónu, tabletu a to najmä v mestských aglomeráciách), postranným účelom je tiež pripojenie domácnosti na internet, súkromných domov, chát a chalúp, príp. celých obytných a kancelárskych stavieb tam, kde nie je k dispozícii pripojenie pevným (káblovým) riešením (metalické/optické pripojenia). Týka sa to najmä vidieka, ale výnimkou nie sú ani prímestské inštalácie. Riešením s dlhodobým priaznivým dopadom na populáciu je každopádne presadzovanie pevných internetových pripojení namiesto bezdrôtových. Pevné káblové pripojenie je finančne menej nákladné (ide spravidla o jednorazovú inštaláciu s minimálnymi finančnými nákladmi na údržbu a prevádzku), najbezpečnejšie (čo sa týka úniku informácií) a najspoľahlivejšie.

Na vidieku vidím ideálne riešenie pripojenia cez existujúce bezdrôtové siete s využitím fixnej anténnej inštalácie na strešnej konštrukcii smerom na lokálnu BTS (základňovú stanicu mobilnej siete), ktorá je však mimo katastra obce, príp. mimo jej intravilánu. Takéto umiestnenie BTS nezaťažuje obec extrémnymi expozíciami RF EMP a pritom poskytuje dostatočne flexibilné spojenie.

Čo sa týka riešení v mestách, tie sú dnes majoritne pokryté vysokorýchlostnou metalickou a/alebo optickou sieťou. Pre lokálne pokrytie mobilných zariadení a logistiku postačujú existujúce bezdrôtové siete na báze WLAN, prípadne LoRaWAN, SigFox alebo Tetra. Pokrytie bezdrôtovou mobilnou sieťou s prístupom na internet teda nie je priamo nevyhnutné.

Odborníci a pokrokový trh budú namietať, že veď dnes už i platby môžeme realizovať cez mobil alebo cez hodinky. Skutočne to ale potrebujeme?
Pre zabezpečenie bezdrôtovej (mobilnej) komunikácie by stačilo ponechať polovicu dnešného počtu základňových staníc, sústredených do jednotlivých mestských častí v lokalitách s najmenšou obytnou zástavbou a vo vzdialenostiach nie menších ako 300m od najbližších obytných alebo kancelárskych budov. Veď už dnes máme vo veľkomestách lokality, kde je počet veľkých základňových staníc na 500 m2 viac než 10. Alternatívou by bolo zníženie výkonu všetkých základňových staníc o 10 dB (10-násobok), značne by to zmenšilo chronickú expozíciu populácie, nielen na uliciach, ale aj v budovách, pričom by to kvalitu spojenia podľa môjho názoru ovplyvnilo len zanedbateľne.

centrumBA
Jeden z príkladov súčasnej hustej siete základňových staníc v centre mesta. Na 500 m² je ich 11. Koľko-násobne viac ich pribudne nástupom siete 5G?
Pridajte svoj názor