ها هي الأمور تبدأ في أن تصبح مثيرة للاهتمام.
المعيار: كلما ارتفعت الترددات، زادت الطاقة المنقولة.
ربما يعلم البعض أن الإشارة اللاسلكية هي موجة، لكنها في الوقت نفسه تشبه قذيفة مدفع صغيرة.
وكلما ارتفعت الترددات، زادت الطاقة الكامنة في هذا الشيء.
حسنًا، أود الآن أخيرًا أن أقدم المتحدث الأول.
إنه شخصية معروفة للغاية، ليس فقط في دوائرنا، بل وأيضًا خارجها بكثير، فزميلي في مجلس إدارة MWGFD، الفيزيائي البروفيسور فيرنر
بيرغهولز، الذي يتمتع بشخصية محببة للغاية ويحظى بشعبية واسعة، هو أيضًا عضو خبير في العديد من لجان التحقيق –
مثل اللجان المعنية بتقييم أزمة كوفيد-19 في ولايتي براندنبورغ وتورينغن على سبيل المثال.
وهو أستاذ سابق في الهندسة الكهربائية بجامعة جاكوبس في بريمن، كما عمل لمدة 17 عامًا في شركة سيمنز في
ميونيخ وريغنسبورغ كخبير في إدارة الجودة والمخاطر.
نحن متشوقون، عزيزي فيرنر، لمعرفة ما ستخبرنا به في محاضرتك التمهيدية حول موضوع اليوم بعنوان «تكنولوجيا
الاتصالات المتنقلة: الأسس الفيزيائية والمزايا التقنية لشبكة الجيل الخامس (5G)»، وبهذا أعطيك الكلمة.
شكرًا جزيلاً، عزيزي روني، على هذه الكلمات اللطيفة.
لقد كتبت بالفعل: «الأساسيات الفيزيائية والمزايا التقنية». لكن — نقطة، نقطة، نقطة...
سأتحدث أولاً عن الأساسيات، وكما ذكرت في الملف الصحفي، سأبدأ بآدم وحواء.
وسأعرض عليكم الآن مقطع فيديو قصيرًا، يُلقى فيه حجر في الماء ويمكنكم رؤية كيف تنتشر الموجة.
هذه هي بالضبط الطريقة التي يمكننا بها تصور الموجات الراديوية، وسأتطرق إلى هذا الموضوع بعد قليل.
لنرى ما إذا كان ذلك سينجح.
إذن، لنلخص ما سبق: ما هي الموجة اللاسلكية — حتى نتمكن من تكوين فكرة بسيطة عنها.
ما الفرق إذن بين البث الإذاعي — الذي نستخدمه منذ 100 عام وأكثر — والاتصالات الخلوية، ولماذا تُستخدم ترددات عالية إلى هذا الحد؟
والأهم من ذلك: لماذا لا تعتبر خصائص الترددات العالية هذه غير ضارة بالضرورة؟
وسيتحدث المتحدثون التاليون بمزيد من التفصيل حول هذا الموضوع.
حسنًا، ستسقط الحجرة الآن.
حسناً، لقد لاحظنا أمرين. الموجة آخذة في الانتشار.
في هذه الحالة، تكون الموجة شبه ثنائية الأبعاد. وهذا هو حركة المادة.
وما يمكن رؤيته الآن في الصورة الثابتة، هناك موجات أخرى أيضًا.
وهذا يتطابق تمامًا مع الواقع، وهو ما يشكل جزءًا من خطورته أيضًا.
إذا كان هاتفي المحمول معي في غرفة كهذه – ولنفترض الآن أننا لسنا في محاضرة – فربما يكون هناك 20 شخصًا أو أكثر يستخدمون هواتفهم
الذكية في الوقت نفسه، وهذا يعني أن هناك تشويشًا في الموجات.
الأمر يشبه ما يحدث في الحفلات.
يجب على الجميع رفع مستوى أدائهم، وهذا ليس بالضرورة ما ينبغي السعي إليه في الوقت الحالي.
حسنًا، إذن، ألقينا حجرًا في الماء، ورأينا الماء يتحرك.
الأمر مشابه إلى حد ما فيما يتعلق بالموجات الراديوية.
تُرسل الهوائي إشارات، لكن ليس بشكل ثنائي الأبعاد هذه المرة، بل بشكل كروي.
والأهم من ذلك كله، أنه لا يحتوي على أي مادة، وهو يعمل حتى في الفراغ.
وعادةً، لا ترى شيئًا، ولا تسمع شيئًا.
وإن وجود شيء كهذا أصلاً وتناوله العلم، فإن الفضل في ذلك يعود إلى الفيزيائي هاينريش هيرتز، الذي — قطع تيارًا
كهربائيًا قويًّا فجأة، ثم قام بتركيب جهاز استقبال، فحدثت شرارة صغيرة، ولهذا السبب يُطلق عليه اسم «الشرر».
هناك فرق كبير آخر، وهو مهم جدًا من الناحية العملية: فقد رأينا أن الموجات المائية تنتشر بسرعة تبلغ 20 سم/ثانية.
الموجات الصوتية، التي نعرفها جميعًا، بسرعة 300 م/ث، وقد اختبرها الجميع من قبل أثناء عاصفة رعدية.
ترى وميض البرق، واعتمادًا على مكان حدوثه، يستغرق الأمر من ثانية واحدة إلى عشر ثوانٍ —
أو أكثر — حتى تسمع صوت الرعد، بسرعة 300 م/ث.
تكون سرعة الموجات الكهرومغناطيسية أسرع قليلاً، أي أنها لا تبلغ 300 م/ث، بل 300,000 كم/ث.
إذن 300.000.000 م/ث، أي أسرع بمليون مرة.
وهذا بالطبع أمر بالغ الأهمية للتطبيق العملي.
ولكن لوضع الأمر في سياقه الصحيح: إذا قام أحدهم بتشغيل ليزر على سطح القمر، فسيستغرق الأمر حوالي ثانية واحدة حتى نراه هنا.
لو حدث الأمر نفسه على الشمس، لكان الأمر سيستغرق ثماني دقائق.
هذا على سبيل التوضيح لمدى ضخامة المسافات في الفضاء.
هذه هي الصيغة الوحيدة الآن: الطول الموجي مرتبط بسرعة الضوء c، أي 300.000 كم/ثانية مقسومة على التردد.
بهذه الطريقة، وبهذا العدد من الأمواج التي تمر من أمامك، يمكنك أن تتخيل الأمر تقريبًا.
وهذا يعني أنه كلما ارتفعت التردد، قل طول الموجة.
إذن، شبكة الجيل الخامس (5G) الحالية تعتمد على أطوال موجية في هذا النطاق ، أما الموجات المتوسطة فقد كانت
تُستخدم في الماضي، وكانت أطوالها تبلغ 1,000 متر أو 1,600 متر.
كانت ما تُعرف بـ«الموجات القصيرة» تبلغ، على سبيل المثال، 49 متراً، حيث كان النطاق آنذاك لا يزال في نطاق الكيلوهرتز (kHz).
ولم يتم الانتقال إلى نطاق الميغاهيرتز (MHz) — أي مليون ذبذبة في الثانية — إلا مع ظهور موجات UKW (الموجات
القصيرة جدًّا)، التي كانت تُعتبر في ذلك الوقت موجات قصيرة، لكنها بالطبع لا تزال طويلة نسبيًّا اليوم.
حسنًا، هذا أولًا بخصوص بعض الأمور الأساسية.
إذن، لنتذكر: الموجات الكهرومغناطيسية لا يمكن سماعها ولا رؤيتها.
البعض يشعر بها، لكن الغالبية لا تشعر بها، وأنا لا أشعر بها.
وهي تنتشر بسرعة هائلة، كما أن الطول الموجي أو التردد ليسا أمراً غير مهم تماماً.
حسنًا، لقد كان الإذاعة معنا منذ «زمن طويل جدًّا».
كان هناك محطة إرسال مركزية واحدة — «إلى الأبد وثلاثة أيام» تعني حوالي 100 عام —، والعديد من أجهزة الاستقبال، لكن محطة إرسال
واحدة فقط، كما قلت، وكان تدفق المعلومات يسير في اتجاه واحد فقط.
وعلى الموجة المتوسطة على وجه الخصوص، كان النطاق الترددي ضيقًا، لأن البث كان يقتصر في الأساس على الكلام أو الموسيقى بجودة متواضعة.
وهذا يقودنا الآن إلى نقطة مهمة:
عندما أرغب في نقل معلومات – سواء كانت صوتًا أو ملفات موسيقية أو مقاطع فيديو – فإن ذلك لا يتم
باستخدام تردد واحد فحسب، بل باستخدام نطاق ترددي معين.
إذن، عليّ أن أدفع ثمن ذلك.
في مجال الاتصالات الخلوية، لا نتحدث عن الكيلوهرتز، بل كنا في البداية نتحدث عن الميغاهرتز، والآن نتحدث عن الجيجاهرتز —
وهذا النطاق يصل إلى 6 أو 8 جيجاهرتز في شبكات الجيل الخامس (5G).
سأعود بعد قليل إلى سبب أهمية الترددات العالية.
حسنًا، الآن فيما يتعلق بشبكات الهاتف المحمول، الأمر واضح، لدينا محطة إرسال، وهي المحطة الأساسية، التي تقع عادةً على بعد كيلومتر
واحد أو بضعة كيلومترات – وقد لا يتجاوز هذا المسافة 100 متر في شبكات الجيل الخامس (5G) – والعديد من الهواتف
تعمل كمستقبلات، والعديد منها يعمل في الوقت نفسه كمحطات إرسال، وقد ذكرت ذلك بإيجاز من قبل.
يكون ذلك بمثابة موجة جميلة من الفوضى عندما يقوم الجميع بشيء ما في نفس الوقت.
وأنا بحاجة دائمًا إلى نطاق ترددي أوسع ومعدل نقل بيانات أعلى.
وبالمناسبة، يمكن تصور الأمر على غرار الميزانية الفيدرالية:
كان ذلك في الماضي، حوالي عام 1950، عندما ولدتُ، وكان الرقم في حدود 100 مليون، بل مئات الملايين.
وبذلك تمكنت من تمويل مشاريع بقيمة 2-3 ملايين.
نحن نتحدث الآن عن المليارات، وبالطبع سأحتاج إلى ميزانية اتحادية تبلغ 500 مليار أو ما يقارب ذلك.
الأمر مشابه هنا؛ فعندما أرغب في نقل معدلات بيانات عالية، أحتاج إلى نطاق ترددي أكبر بكثير.
إذن، كمثال نموذجي، كان عرض النطاق في التلفزيون التناظري الأصلي يبلغ حوالي 5 ميغاهرتز.
رقميًا، لم يتبقَ سوى حوالي 1 ميغاهرتز وقليلًا أكثر.
في حالة GHz، يعتمد الأمر على النطاق الترددي الذي أستخدمه، وكمية البيانات التي أرغب في
نقلها في الوقت الحالي، ويتم ذلك بشكل ديناميكي.
حسناً، لنعد مرة أخرى إلى موضوع النطاق الترددي، الذي كنت قد تحدثت عنه للتو في الواقع: البث الإذاعي التناظري عرضة
للتشويش، بينما التلفزيون والإذاعة الرقميان مقاومان للتشويش.
لكنني ذكرت ذلك بشكل عابر، أن التلفزيون الرقمي يعاني من أخطاء منهجية بسيطة.
إذا كان بيننا من يحب كرة القدم، فليلاحظوا أنه عندما يكون اللاعب قصير القامة، وربما يرتدي شيئًا أحمر اللون، ويركض فوق
العشب الأخضر، فإنه يحيط به دائمًا خط صغير، إذا انتبهتم لذلك.
هذا خطأ، لكنه لا يلفت الانتباه بشكل كبير.
من الناحية الرياضية، يُعرف هذا بما يُسمى «ظاهرة جيبس» – ولن أقول أكثر من ذلك.
حسنًا، فيما يتعلق بالبث، لقد أوضحتُ للتو سبب استخدام ترددات عالية إلى هذا الحد.
يتطلب كل إرسال ميزانية معينة من الترددات، أي نطاق ترددي.
يجب ألا يتداخل ذلك مع الأمور الأخرى.
وإذا كان لديّ عدد كبير من القنوات، فسأحتاج إلى نطاق ترددي أكبر بكثير، وإذا أردت نقل كميات كبيرة
من البيانات، فسأحتاج إلى نطاق ترددي أكبر من ذلك.
إذن، الفيديو، كما قلت من قبل، ميغاهرتز، بيانات كثيرة تتراوح بين 10 و100 ميغاهرتز.
من المحتمل أن يكون هناك المزيد أيضًا، حسب الحالة.
بالتأكيد مع 6G – الأمر يعتمد دائمًا على المتطلبات التي لديك في ذلك الوقت.
حسنًا، لقد أشرت إلى ذلك شفهيًا من قبل بشكل موجز، عن قصد، لأن الناس يولون اهتمامًا أكبر لما أقوله عندما أكتفي
بالكلام فقط، مقارنةً بما يحدث عندما يرون شيئًا في الوقت نفسه.
إذن: 100 ميغاهرتز تعادل تقريبًا، إما أنني أحتاج إلى ميزانية بمليارات اليورو، أو أنني أحتاج إلى ميزانية ترددات بالجيغاهرتز.
وفي الرسم البياني، هناك على اليمين، تظهر النطاقات الترددية التي استخدمتها تقنية UMTS على سبيل المثال، وهي تقنية الجيل
الثالث (3G)، ثم تقنية LTE التي استخدمت نطاقات أوسع بكثير، أما تقنية الجيل الخامس (5G) الحالية فتحتاج إلى نطاقات أوسع بكثير.
وكما قلت، الأمر يعتمد على الحالة، ويتم التعامل معه بمرونة، لكن هذا هو تقريبًا ما يمكن للمرء أن يتصوره.
حسنًا، والآن أصبح لدينا، إذا جاز التعبير، الأساسيات، وما سيأتي بعد ذلك، لنقل، ما هي النقاط الحاسمة.
هذه كانت الأساسيات في البداية. وإليكم مرة أخرى عرض الأطياف.
من الواضح أن شبكة الجيل الخامس (5G) تتطلب موارد أكثر بكثير من شبكة الجيل الرابع (4G) أو LTE.
وبالمناسبة، فإن LTE هي اختصار لعبارة «Long Term Evolution».
شيء لا معنى له إلى حد كبير، وله مراحل مختلفة أيضًا.
هنا يصبح الأمر مثيرًا للاهتمام من الناحية البيولوجية أو من حيث الأضرار المحتملة.
هناك معيار واحد: كلما ارتفعت الترددات، زادت الطاقة المنقولة.
ربما يعلم البعض أن الإشارة اللاسلكية هي موجة، لكنها في الوقت نفسه تشبه قذيفة مدفع صغيرة أو فوتونًا
– ففي حالة الضوء، يُطلق عليها أيضًا اسم «فوتون».
وكلما ارتفعت الترددات، زادت الطاقة الكامنة في هذا الشيء.
وإذا تم امتصاص موجة 5G هذه في جلدي أو في عيني، فإن لها عمق اختراق معين وتُمتص بالكامل.
وإذا تحدثت الآن، على سبيل المثال، عن 100 ميجاهرتز مقارنة بـ 8 جيجاهرتز، فهذا يعني أن الطاقة
التي تؤثر عليّ هناك تبلغ 80 ضعفًا لكل حزمة طاقة.
إنها في الوقت نفسه موجة وحزمة من هذا النوع، حسب الطريقة التي ينظر إليها المرء.
وهذا هو أسوأ شيء على الإطلاق.
سمعت في محاضرة أو عرض تقديمي: «نعم، هذا رائع»، أو ماذا نرى؟
نلاحظ هنا أنه كلما ارتفعت الترددات، انخفضت عمق الاختراق.
هذا هو عمق الاختراق، وهذا هو التردد – وكلاهما تمثيلان لوغاريتميان.
وإلا لما رأينا شيئًا لو كان خطيًّا، ونكتفي بتذكر ما يلي: كلما ارتفعت التردد، انخفضت عمق الاختراق.
وقد قيل ما يلي: «هذا جيد، فهذا يعني أنه لن يدخل إلى عمق كبير.»
من بين أمور أخرى، أنا متخصص في الحماية من الإشعاع، لأنني عملت لسنوات عديدة مع المواد المشعة.
وهناك تعلمت أن كلما قلت عمق الاختراق، كان ذلك أسوأ. لماذا؟
كثافة الطاقة، سواء كانت إشعاعات مشعة مؤينة أم إشعاعات غير مؤينة.
كلما قلت عمق الاختراق، زادت الطاقة المخزنة في حجم معين.
وأعتقد أن هذا أمر بديهي: فكلما زادت كمية الطاقة التي تصل إلى حجم معين، زادت احتمالية أن تتسبب في مشاكل وأضرار.
لقد قيل في الواقع، وببراءة شديدة، نعم، من الواضح أن الإشعاع المؤين يسبب الضرر، لكن الحقيقة هي — وهو ما سيشرحه
المتحدثون التاليون بالتأكيد بمزيد من التفصيل — أن الإشعاع غير المؤين هذا ينطوي هو الآخر على مشاكل.
حسناً، ربما تكون هذه الشريحة هي الأهم على الإطلاق.
عمق الاختراق المنخفض ليس جيدًا، بل سيئًا.
حسنًا، نرى على اليسار رسمًا تخطيطيًّا نموذجيًّا لشبكة الجيل الخامس (5G).
ليس كل شبكات الجيل الخامس (5G) – أي أنها غير متوفرة في المناطق الريفية النائية – ولكن في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية،
سيتم تشغيلها بحيث لا يتم استخدام هوائي واحد، بل ما يُعرف بـ«مصفوفة الهوائيات»، على سبيل المثال 8×8 محطات
إرسال، لتوليد حزمة إشعاعية من خلال معالجة كهربائية.
لكن عندما نسمع كلمة «شعاع»، قد يتبادر إلى الذهن مصباح يدوي أو ليزر، لكن الأمر ليس كذلك.
أثناء التحضير لهذه المحاضرة، كان عليّ أن أتعلم ذلك أولاً.
كنت قد تصورت الأمر هكذا نوعًا ما أيضًا.
لكن لا، الأمر ليس كذلك، يُطلق عليها أيضًا اسم «أشعة القلم الرصاص»، بل الأمر أقرب إلى ما
يلي: هذا ما يُعرف باسم «الرسم البياني القطبي».
وهذا يوضح الاتجاه الذي تتجه إليه شدة الإشارة عند وجود عدد كذا وكذا من الهوائيات الفردية التي تبث إشاراتها بشكل منسق مع
بعضها البعض، ونحن ننظر في اتجاه 0 درجة، وهذا هو الحزمة الرئيسية – ويُطلق على هذه الهوائيات أيضًا اسم «الحزمات».
هذا النوع من الإشعاع ليس محددًا في مكان معين ولا موجهًا بشكل دقيق، لكنه بالطبع أفضل بكثير للاستخدام
مقارنةً بالإشعاع الشامل، كما رأينا في حالة الموجات الكروية.
إنه يستهدف بشكل محدد من يحتاج إليه، ويؤثر قليلاً على محيطه، أما البقية فلا يلاحظون الكثير.
هذا أمر إيجابي في حد ذاته، لكن الشخص الذي يتعرض للإشعاع — وليس هو وحده، بل ربما أيضًا أي
شخص يقف بجانبه صدفةً — سيتأثر به بالطبع أيضًا.
لكن كما قلت من قبل، الخطر الأكبر هو في الواقع الجهاز نفسه، على الأقل عندما يستخدمه المرء بهذه الطريقة .
عند استخدام ميزة التحدث الحر، يكون من الأفضل بكثير حمل الجهاز باليد والإمساك به بهذه الطريقة، لذا لا يسعني إلا أن أوصي به.
حسنًا، إذن تبلغ ترددات شبكة الجيل الخامس 700 ميجاهرتز، وهنا مكتوب «حتى 26 جيجاهرتز»، لذا فحسب علمي، لا تتجاوز شبكة الجيل الخامس 8
جيجاهرتز — تمامًا كما يقول راديو يريفان: «هذا يعتمد على الحالة!»
إذن، إذا كان لدي منطقة ريفية، فسأستخدم الترددات المنخفضة هناك.
لماذا؟ لأن هذه الموجات لا تمتصها الهواء عملياً، لذا لا أحتاج إلى محطة قاعدية في هذه المنطقة.
إذا أردت العمل باستخدام حزمة موجهة، أي باستخدام أعلى الترددات، فسأحتاج على الأرجح — وفقًا لتقدير تقريبي — إلى
100 محطة قاعدية أصغر حجمًا. وهذا بالطبع أكثر تكلفة بكثير.
وهناك أيضًا المنطقة الوسطى والمنطقة الأضيق.
وهكذا يجب أن نتخيل الأمر. إذن، في فيلسبيبورغ، وهي ليست كبيرة بشكل خاص، أعتقد أنها تقع في الفئة المتوسطة.
وعندما نكون في مدينة أكبر، فإن شبكة الجيل الخامس (5G) هناك – على الأرجح، سواء كان ذلك اليوم أو في وقت قريب
– ستستغرق بعض الوقت حتى يتم تنفيذها تقنيًّا بالكامل.
إنها تكلف بعض المال أيضًا.
حسنًا، إذن هذه الآن — سأقول — لقد عرضتُ الجانب التقني فقط وألمحتُ قليلاً إلى الأماكن التي قد تنشأ فيها المشاكل.
بشكل عام، أفتقد ما يُعرف بـ«مبدأ التحوط».
في الاتحاد الأوروبي، كان من المعتاد حتى الآن ألا يتم إدخال أي تقنية جديدة إلا بعد إجراء تحليل معقول
للمخاطر وتقييم معقول لها، للتأكد من أنها آمنة بالفعل.
أما في الولايات المتحدة، فالأمر معكوس بعض الشيء.
في البداية تقوم بالأمر، ثم تراقب ما إذا كان سيحدث شيء ما، ثم تقوم بإيقافه إذا حدث شيء ما.
لقد أشار مقدم البرنامج العزيز روني قبل قليل أيضًا إلى لقاح كوفيد-19، حيث لم يُطبق مبدأ التحوط هناك بأي حال من الأحوال.
حتى رئيس وزرائنا السابق قال: «نحن جميعًا فئران تجارب».
لكنني متأكد من أن قلة من الجالسين هنا قد وافقوا على أن يكونوا «فئران تجارب».
وبالتالي، فيما يتعلق بالاتصالات الخلوية، أرى أنه في مكان ما لم يتم الالتزام بمبدأ التحوط.
وقد التزمت بـ 20 دقيقة تقريبًا.
إذن، لنلخص مرة أخرى: الموجات الراديوية، لا يمكن رؤيتها، وهي تنتشر في الفراغ، ولكن بسرعة هائلة.
ولا شك أن الهواتف المحمولة لها تطبيقات مفيدة، وهذا ما ذكره روني بالفعل.
لكن، كما قلت، مبدأ التحوط هو الذي يسري في الواقع.
كلما ارتفعت الترددات، زاد مدخل الطاقة، وفي المناطق ذات الكثافة العمرانية العالية، يوجد أو سيكون هناك إشعاع موجه.
من ناحية، هذا أمر جيد لأن الحمل العام ينخفض قليلاً، لكن من ناحية أخرى، هذا ليس جيدًا تمامًا، فمن
يتواجد في مسار الشعاع سيتحمل عبئًا أكبر قليلاً.
نعم، هذا كل شيء. شكرًا.
إشعاعات الهواتف المحمولة وشبكات الواي فاي تضر بالبشر والحيوانات والبيئة. نحن بحاجة إلى مناطق خالية من الإشعاعات! asza.org