Сега става интересно.
Критерий: Колкото по-висока е честотата, толкова по-голяма е предаваната енергия.
Някои от вас може би знаят, че радиосигналът е вълна, но в същото време той е и нещо като малко оръдейно ядро.
И колкото по-висока е честотата, толкова по-голяма е енергията, която се съдържа в това нещо.
Добре, тогава бих искал най-накрая да представя първия лектор.
Той е известен като колоритна личност, не само в нашата среда, но и далеч извън нея, тъй като моят изключително симпатичен и
всеобщо обичан колега от управителния съвет на MWGFD, физикът професор Вернер Бергхолц, е също така експерт-член в различни
разследващи комисии – например за разследване на ситуацията с коронавируса в федералните провинции Бранденбург и Тюрингия.
Той е бивш професор по електротехника в Университета „Джейкъбс“ в Бремен и е работил 17 години в „Сименс“ в Мюнхен и
Регенсбург като експерт по управление на качеството и риска.
С нетърпение очакваме, скъпи Вернер, какво ще ни разкажеш в своята встъпителна лекция по днешната тема, озаглавена
„Мобилни комуникационни технологии: физически основи и технически предимства на 5G“, и с това ти предоставям думата.
Много благодаря, скъпи Рони, за тези мили думи.
Аз вече написах: „Физически основи и технически предимства“. Но – точка, точка, точка...
Първо ще говоря за основите и, както написах в прессъобщението, ще започна с Адам и Ева.
А сега ще ви покажа едно кратко видео, в което хвърлят камък във водата и се вижда как се разпространява вълната.
Точно така може да си представим радиовълните, а аз ще кажа нещо по този повод веднага.
Да видим дали ще проработи.
И така, още веднъж накратко: Какво е радиовълна – за да си направите някаква представа.
Каква е разликата между радиоразпръскването – което, както знаем, съществува вече от 100 години и повече – и
мобилната връзка, и защо се използват толкова високи честоти?
И най-важното: защо тези свойства на високите честоти не са непременно само безвредни?
И по този въпрос следващите лектори ще кажат повече.
Е, камъкът ще падне всеки момент.
Е, видяхме две неща. Вълната се разпространява.
В този случай става дума за нещо като двуизмерна вълна. Това е движението на материята.
А на това, което се вижда сега на снимката, има и други вълни.
И това напълно съответства на реалността, което донякъде и е причината за опасността.
Ако имам мобилния си телефон в такава зала – и да приемем, че в момента не сме на лекция – тогава може би 20 или
повече души биха използвали смартфоните си в същия момент, а това би означавало, че има „смущение на сигналите“.
Прилича на парти.
Всички трябва да повишат интензивността си, а това в момента не е непременно желателно.
Добре, значи хвърлихме камък във водата и видяхме, че водата се раздвижи.
При радиовълните нещата стоят по подобен начин.
Антената излъчва, но вече не двуизмерно, а сферично.
И най-важното – в него няма материя, което означава, че работи и във вакуум.
И обикновено нищо не се вижда, нищо не се чува.
А това, че изобщо съществува нещо подобно и че е било изследвано научно, дължим на физика Хайнрих Херц, който – след като
внезапно прекъсна силен ток, а след това сглоби приемник, се получиха леки искри, и затова се нарича „funken“.
Има още една огромна разлика, която е много важна за практиката: както видяхме, водните вълни се движеха със скорост 20 см/с.
Звуковите вълни, които всички познаваме, се разпространяват със скорост 300 м/с – всеки е ги
усещал поне веднъж по време на гръмотевична буря.
Вижда се светкавицата и, в зависимост от това къде е била тя, минават от една до десет – или дори
повече – секунди, докато се чуе гръмът, 300 м/с.
Електромагнитните вълни се движат малко по-бързо, а именно не с 300 м/с, а с 300 000 км/с.
Тоест 300 000 000 м/с, един милион пъти по-бързо.
Това, разбира се, е много важно за практическото приложение.
Но за да поставим нещата в перспектива: ако някой на Луната включи лазер, ще мине около една секунда, докато го видим тук.
Ако същото се случи на Слънцето, това би отнело осем минути.
Ето това е пример за това колко големи са разстоянията в космоса.
Това е единствената формула: дължината на вълната е свързана със скоростта на светлината c, 300 000 км/с, разделена на честотата.
Толкова и толкова вълни преминават покрай теб – така можеш да си го представиш приблизително.
Това означава, че колкото по-висока е честотата, толкова по-къса е дължината на вълната.
Така че сегашната 5G използва дължини на вълните в този диапазон , а преди се използваше
средновълновата честота, която беше 1 000 метра или 1 600 метра.
Т.нар. къси вълни бяха например 49 метра, което все още беше в диапазона на килогерците (kHz).
И едва с UKW – ултракъси вълни, както се наричаше тогава (днес, разбира се, това също би било сравнително
дълго) – се премина в диапазона на мегахерците (MHz), т.е. в 1 млн. колебания в секунда.
Е, това засега по отношение на няколко основни неща.
Така че да запомним: електромагнитните вълни не се чуват и не се виждат.
Някои я усещат, повечето – не, аз – не.
И те се разпространяват изключително бързо, а дължината на вълната или честотата не е съвсем без значение.
Е, вече имаме радио от „векове и три дни“.
Имаше една централна станция – „вечност и три дни“ са приблизително 100 години –, много приемници,
но само една станция, както вече казах, и потокът от информация се движеше само в една посока.
И именно при средните вълни честотният диапазон е малък, тъй като по същество се предаваха реч или музика със скромно качество.
И това ни води до един въпрос:
Когато искам да предам информация – реч, музикални файлове или видео – това става не само с
една честота, а с определена честотна лента.
Значи трябва да платя за това.
Когато става дума за мобилни комуникации, не говорим за килохерци, в началото – за мегахерци, а сега –
за гигахерци – това е обхватът до 6 или 8 GHz при 5G.
Скоро ще се спра на това защо високите честоти са толкова важни.
И така, сега за мобилната връзка – ясно е, имаме предавател, базовата станция, обикновено на разстояние от един километър или
няколко километра – при 5G това може да са и само 100 метра – много телефони като приемници и много телефони
едновременно като предаватели, това вече го споменах накратко.
Получава се хубава „вълнова салата“, когато всички правят нещо едновременно.
А аз винаги се нуждая от по-голяма честотна лента и по-висока скорост на предаване на данни.
Между другото, това може да се представи по същия начин, както при федералния бюджет:
Това беше навремето, около 1950 г., когато се родих — в диапазона от 100 милиона, стотици милиони.
Така успях да финансирам проекти на стойност 2–3 милиона.
Сега става дума за милиарди, така че, разбира се, ще ми трябват около 500 милиарда от държавния бюджет.
Тук ситуацията е подобна – ако искам да прехвърлям големи обеми данни, ми е необходима много по-голяма пропускателна способност.
Ето един типичен пример: при оригиналната аналогова телевизия честотната лента беше около 5 MHz.
В цифров режим остава само около 1 MHz и малко повече.
При GHz всичко зависи от това, коя честотна лента използвам и колко данни искам да
прехвърля в момента, като това се извършва динамично.
И така, да се върнем отново на темата за честотния диапазон – всъщност току-що вече споменах, че аналоговото
радиоразпръскване е податливо на смущения, докато цифровата телевизия и радиоразпръскването са устойчиви на смущения.
Но аз просто споменах между другото, че цифровата телевизия има малки системни грешки.
Ако сред нас има футболни фенове, обърнете внимание: когато играчът е нисък, може би носи нещо червено и
тича по зелената трева, той винаги е обграден с тънка линия, ако се вгледате внимателно.
Това е грешка, но тя не се забелязва особено.
От математическа гледна точка това е т.нар. феномен на Гибс – повече няма да кажа по този въпрос.
И така, що се отнася до предаването – защо точно такива високи честоти, вече обясних.
Всяко предаване изисква определен честотен ресурс, т.е. честотна лента.
Това не трябва да се припокрива с останалите.
А ако имам много канали, тогава просто ми трябва много по-голяма пропускателна способност, а
ако искам да прехвърлям много данни – още повече.
И така, видеото, както вече казах, е в MHz, с голям обем данни – от 10 до 100 MHz.
Вероятно може и повече, в зависимост от обстоятелствата.
При 6G със сигурност – но това винаги зависи и от това какви изисквания имаш в момента.
Добре, вече накратко споменах това устно, и то умишлено, защото когато просто разказвам нещо, хората обръщат повече
внимание, отколкото когато едновременно с това виждат нещо.
И така: 100 MHz съответства приблизително на това, че ми е необходим бюджет от милиарди евро
или ми е необходим честотен бюджет от гигахерци.
А на графиката, там вдясно, са показани честотните ленти, които например UMTS е използвал – това беше 3G,
след това LTE вече използваше значително повече, а сега 5G се нуждае от още много повече.
И, както казах, всичко зависи от конкретния случай, подходът е гъвкав, но това е приблизително как може да си го представите.
Е, сега вече имаме, така да се каже, основите, а това, което следва, нека го наречем „критичните моменти“.
Това бяха засега основните принципи. Ето отново спектрите.
Както се вижда, 5G изисква значително повече от 4G или LTE. Между другото, LTE е съкращение от „Long Term Evolution“.
Доста безсмислено нещо, има и различни етапи.
Сега нещата стават интересни от гледна точка на биологията или потенциалните вреди.
Има един критерий: колкото по-висока е честотата, толкова по-голяма е предаваната енергия.
Някои от вас може би знаят, че радиосигналът е вълна, но в същото време той е и нещо като малко оръдейно
ядро или фотон – при светлината го наричаме също фотон.
И колкото по-висока е честотата, толкова по-голяма е енергията, която се съдържа в това нещо.
И ако тази 5G вълна се абсорбира от кожата ми или от очите ми, тя има определена дълбочина на проникване и се абсорбира напълно.
И ако сега, да речем, говоря за 100 MHz в сравнение с 8 GHz, това означава, че енергията на всеки енергиен
пакет, който въздейства върху мен, е 80 пъти по-голяма.
То е едновременно вълна и нещо като пакет, в зависимост от това как го разглеждаме.
И това е най-лошото от всичко.
Чух в една лекция или презентация: „Да, това е чудесно“, или какво виждаме?
Тук виждаме, че колкото по-висока е честотата, толкова по-малка е дълбочината на проникване.
Това е дълбочината на проникване, това е честотата – и двете са логаритмични графики.
В противен случай нищо не би се виждало, ако беше линейно, и трябва да запомним само едно: колкото по-висока е
честотата, толкова по-малка е дълбочината на проникване.
Беше казано: „Това е добре, така няма да влезе толкова навътре.“
Освен всичко друго, имам и квалификация по радиационна безопасност, тъй като дълги
години съм работил с радиоактивни вещества.
Там научих, че колкото по-малка е дълбочината на проникване, толкова по-лошо. Защо?
Енергийната плътност – без значение дали става дума за радиоактивно йонизиращо лъчение или за нейонизиращо лъчение.
Колкото по-малка е дълбочината на проникване, толкова повече енергия се натрупва в даден обем.
И това, мисля, е логично: колкото повече енергия постъпва в даден обем, толкова по-голяма е
вероятността това да доведе до проблеми и да причини щети.
Всъщност се каза доста наивно: да, ионизиращото лъчение, разбира се, е вредно, но просто е така – следващите
оратори със сигурност ще го обяснят по-подробно – че и при това нейонизиращо лъчение също има проблеми.
Е, това може би е най-важният слайд от всички.
Малката дълбочина на проникване не е добра, а лоша.
Ето, отляво виждаме схематично изображение, типично за 5G.
Не става дума за цялата 5G мрежа – т.е. в отдалечените селски райони това няма да се случи – но в гъсто застроените райони ще
се използва не една-единствена антена, а т.нар. антенна матрица, например 8x8 предавателя, чрез
електротехническа манипулация, за да се генерира лъч.
Но когато чуем думата „лъч“, си представяме фенерче или лазер, а всъщност не е точно това.
Докато се подготвях за тази лекция, първо трябваше и аз да го науча.
И аз си го представях нещо такова.
Но не, не е точно така, наричат ги още „лъчи на молив“, а по-скоро е така: това е т.нар. полярна диаграма.
Това показва в каква посока е интензивността при толкова и толкова отделни антени, които излъчват
координирано помежду си, и виждаме в посока 0 градуса – това е главният лъч; тези неща се наричат още „лъчи“.
Това не е толкова локализирано и насочено, но, разбира се, за практическото приложение е много по-добро, отколкото ако
имаше всестранно излъчване, както видяхме при сферичните вълни.
То се насочва конкретно към този, който се нуждае от него, и донякъде към заобикалящата го среда,
а останалите вече не го забелязват толкова много.
Това вече е нещо положително, но този, който се намира в зоната на облъчване – а това не е само той, а може би и някой,
който случайно стои до него – естествено също ще бъде засегнат.
Но както вече казах, всъщност по-голямата опасност е самото устройство, поне когато го държиш така .
Когато ползваш функцията за свободно говорене и държиш телефона в ръка по този начин, е
много по-удобно, затова го препоръчвам горещо.
Добре, значи 5G е с честота 700 MHz, а тук пише „до 26 GHz“, така че според моите познания 5G достига само
до 8 GHz – точно както казват в Радио Ериван: „Зависи!“
Така че, ако имам селска местност, там използвам ниските честоти.
Защо? Защото те практически не се абсорбират от въздуха, така че за тази зона не ми е нужна базова станция.
Ако искам да работя с насочен лъч, т.е. с най-високите честоти, тогава, ако се съди по приблизителна преценка, вероятно ще ми
трябват 100 по-малки базови станции. А това е много по-скъпо.
И освен това има средна зона и по-тясна зона.
И така трябва да си го представите. Във Вилсбибург, който не е особено голям, мисля, че е по-скоро средно голям.
А когато сме в по-голям град, там 5G – най-вероятно, дали вече днес или някой ден в близко бъдеще – 5G, това
все пак отнема известно време, докато всичко това бъде реализирано от техническа гледна точка.
Все пак това струва малко пари.
Добре, така че това са – да речем – засега само техническите аспекти, които изложих, и донякъде
вече намекнах къде биха могли да възникнат проблеми.
Като цяло ми липсва така нареченият принцип на предпазливост.
Всъщност досега в ЕС беше обичайна практика нова технология да се въвежда едва след като чрез адекватен анализ
на риска и адекватна оценка на риска се стигне до убеждението, че тя всъщност е безопасна.
В САЩ нещата стоят малко по-различно.
Първо се действа, после се наблюдава дали ще се случи нещо, и ако се случи, се реагира, за да се предотврати.
Нашият скъп водещ Рони спомена по-рано и ваксината срещу коронавируса – в този случай
принципът на предпазливост далеч не се е спазвал.
Дори бившият ни федерален канцлер каза: „Всички ние сме опитни зайци“.
Но съм сигурен, че не много от тези, които седят тук, са се съгласили да бъдат използвани като опитни зайци.
И така, що се отнася до мобилната телефония, считам, че някъде принципът на предпазливост не е бил спазен.
И аз спазих 20-те си минути почти точно.
И така, да обобщим още веднъж: радиовълните не се виждат, разпространяват се във вакуум, но с огромна скорост.
И мобилната връзка без съмнение има полезно приложение, както вече спомена и Рони.
Но, както вече казах, всъщност важи принципът на предпазливостта.
Колкото по-висока е честотата, толкова по-голям е притокът на енергия, а при гъсто
застроени райони има или ще има насочено излъчване.
От една страна, това е добре, че общото натоварване се намалява малко, но от друга страна не е толкова добре –
който се намира в лъча, той просто е малко по-натоварен.
Да, това е всичко. Благодаря.
Излъчванията от мобилни телефони и Wi-Fi вредят на хората, животните и околната среда.
Нуждаем се от зони без излъчване! asza.org