Teď to začne být zajímavé.
Kritérium: Čím vyšší je frekvence, tím vyšší je přenášená energie.
Někdo z vás možná ví, že rádiový signál je vlna, ale zároveň je to i něco jako malá dělová koule.
A čím vyšší je frekvence, tím větší je energie, kterou ta věc obsahuje.
Dobře, tak teď bych ale konečně rád představil prvního přednášejícího.
Je známý jako „barevný pes“, a to nejen v našem prostředí, ale i daleko za jeho hranicemi, protože můj nesmírně sympatický a všemi
oblíbený kolega z představenstva MWGFD, fyzik a profesor Werner Bergholz, je také odborným členem různých vyšetřovacích
komisí – například komisí zabývajících se vyhodnocením situace kolem koronaviru v spolkových zemích Braniborsko a Durynsko.
Je bývalým profesorem elektrotechniky na Jacobs University v Brémách a 17 let působil také ve společnosti Siemens v
Mnichově a Řezně jako odborník na řízení kvality a rizik.
Jsme zvědaví, milý Wernere, co nám řekneš ve svém úvodním příspěvku k dnešnímu tématu s názvem „Mobilní
komunikační technologie: fyzikální základy a technické výhody 5G“, a tímto ti předávám slovo.
Mockrát děkuji, drahý Ronny, za tato milá slova.
Jak jsem už napsal: „Fyzikální základy a technické výhody“. Ale – tečka, tečka, tečka...
Nejprve se budu věnovat základům a, jak jsem uvedl v tiskové zprávě, začnu u Adama a Evy.
A teď vám ukážu krátké video, ve kterém někdo hodí kámen do vody a je vidět, jak se vlna šíří.
Přesně tak si lze představit rádiové vlny, a hned k tomu něco řeknu.
Uvidíme, jestli to bude fungovat.
Takže ještě jednou v kostce: Co je to rádiová vlna – aby si člověk udělal nějakou představu.
Jaký je vlastně rozdíl mezi rozhlasovým vysíláním – které přece máme už 100 let a déle – a mobilním
vysíláním? Proč se vlastně používají tak vysoké frekvence?
A co je nejdůležitější: Proč nejsou tyto vlastnosti vysokých frekvencí nutně jen neškodné?
A o tom pak více řeknou následující přednášející.
Tak, kámen už brzy spadne.
Tak, viděli jsme dvě věci. Vlna se šíří.
V takovém případě se jedná o takřka dvourozměrnou vlnu. Jedná se o pohyb hmoty.
A jak je teď vidět na snímku, jsou tam i další vlny.
A to přesně odpovídá skutečnosti, což je do jisté míry i důvodem, proč je to tak nebezpečné.
Když mám v takové místnosti mobil – a teď předpokládejme, že zrovna nejsme na přednášce –, pak by možná 20
lidí nebo i více právě používalo svůj smartphone, a to by znamenalo, že by tam panoval signální chaos.
Je to podobné jako na večírku.
Všichni tam musí zvýšit svou intenzitu, a to není zrovna to, o co by se teď mělo usilovat.
Dobře, takže jsme viděli, jak se kámen ponoří do vody, a voda se rozvíří.
U rádiových vln je to podobné.
Anténa vyzařuje, avšak nyní ne ve dvou rozměrech, nýbrž sféricky.
A co je nejdůležitější, neobsahuje žádnou hmotu, funguje to i ve vakuu.
A obvykle nic nevidíte, nic neslyšíte.
A to, že něco takového vůbec existuje a že se tím zabývali vědci, vděčíme fyzikovi Heinrichu Hertzovi, který – náhle
vypnul silný proud, poté sestavil přijímač a tam to pak trochu jiskřilo, a proto se tomu říká „funken“.
Existuje ještě jeden obrovský rozdíl, který je z praktického hlediska velmi důležitý: jak jsme
viděli, vodní vlny se šířily rychlostí 20 cm/s.
Zvukové vlny známe také – 300 m/s – každý je už někdy zažil při bouřce.
Vidíme blesk a v závislosti na tom, kde se objevil, trvá jedna až deset – nebo i více – sekund, než uslyšíme hrom, 300 m/s.
Elektromagnetické vlny se šíří o něco rychleji, a to nikoli rychlostí 300 m/s, ale 300 000 km/s.
Tedy 300 000 000 m/s, milionkrát rychleji.
To je samozřejmě pro praktické použití velmi důležité.
Abychom to ale uvedli do správné perspektivy: Pokud někdo na Měsíci zapne laser, trvá
to asi jednu sekundu, než to tady uvidíme.
Kdyby se totéž stalo na Slunci, trvalo by to osm minut.
To je jen pro ilustraci, jak velké jsou vzdálenosti ve vesmíru.
To je nyní jediný vzorec: Vlnová délka souvisí s rychlostí světla c, tedy 300 000 km/s děleno frekvencí.
Takhle to lze zhruba představit – kolem člověka propluje tolik a tolik vln.
To znamená, že čím vyšší je frekvence, tím kratší je vlnová délka.
Takže současná síť 5G využívá vlnové délky v tomto rozsahu , a dříve se ještě používaly střední vlny,
které měly vlnové délky 1 000 metrů nebo 1 600 metrů.
Tzv. krátké vlny měly například délku 49 metrů, což ještě spadalo do rozsahu kilohertzů (kHz).
A teprve u UKW – ultrakrátkých vln, jak se tomu tehdy říkalo (dnes by to samozřejmě bylo stále relativně dlouhé) – se přešlo do
megahertzového rozsahu (MHz), tedy do 1 milionu kmitů za sekundu.
Tak, to by prozatím bylo k několika základním věcem.
Takže si zapamatujme: elektromagnetické vlny nelze slyšet ani vidět.
Někteří ji cítí, většina ne, já ne.
A šíří se neuvěřitelně rychle, přičemž vlnová délka či frekvence není úplně bez významu.
No, rozhlas už máme „věčnost a tři dny“.
Existovala jedna ústřední stanice – „věčnost a tři dny“ to je zhruba 100 let –, mnoho přijímačů, ale jak již bylo řečeno, pouze
jedna stanice, a tok informací probíhal pouze jedním směrem.
A právě u středních vln byla šířka pásma malá, protože se v podstatě vysílala řeč nebo hudba v průměrné kvalitě.
A to nás teď přivádí k jedné věci:
Pokud chci přenášet informace – řeč, hudební soubory nebo video –, není k tomu zapotřebí
pouze jedna frekvence, ale určitá šířka pásma.
Takže za to musím zaplatit.
V mobilní komunikaci se nemluví o kilohertzech, zpočátku se mluvilo o megahertzech a nyní o
gigahertzech – u 5G se jedná o rozsah až do 6 nebo 8 GHz.
Za chvilku se k tomu vrátím a vysvětlím, proč jsou vysoké frekvence tak důležité.
Takže teď k mobilní komunikaci, to je jasné, máme vysílač, základnovou stanici, obvykle vzdálenou jeden nebo několik
kilometrů – u 5G to může být i jen 100 metrů – mnoho telefonů jako přijímačů a mnoho telefonů
současně jako vysílačů, to jsem už krátce zmínil.
Když všichni dělají něco najednou, vznikne z toho pěkný zmatek.
A já pořád potřebuji větší šířku pásma a vyšší přenosovou rychlost.
To si ostatně lze představit podobně jako u federálního rozpočtu:
To bylo kdysi kolem roku 1950, kdy jsem se narodil, v řádu 100 milionů, stovek milionů.
Díky tomu jsem pak mohl financovat projekty v hodnotě 2–3 milionů.
Teď už mluvíme o miliardách, a k tomu samozřejmě potřebuji státní rozpočet ve výši 500 miliard nebo tak nějak.
Tady je to podobné – když chci přenášet velké objemy dat, potřebuji mnohem větší šířku pásma.
Typický příklad: u původního analogového televizního vysílání to byla šířka pásma přibližně 5 MHz.
V digitálním vysílání už jen asi 1 MHz a ještě trochu víc.
U GHz záleží na tom, jakou šířku pásma používám a kolik dat právě chci přenášet, a to se řídí dynamicky.
Takže ještě jednou k šířce pásma – vlastně jsem to už právě zmínil: analogové rozhlasové vysílání je náchylné k rušení,
zatímco digitální televize a rozhlas jsou vůči rušení odolné.
Ale jen tak mimochodem jsem zmínil, že digitální televize má malé systematické chyby.
Pokud jsou mezi námi fotbaloví fanoušci, všimněte si, že když je hráč malý, má třeba na sobě něco červeného a
běží po zeleném trávníku, vždycky ho obklopuje malá čára, pokud se na to dobře podíváte.
Je to chyba, ale nijak zvlášť nevadí.
Z matematického hlediska se jedná o tzv. Gibbsův jev – víc k tomu neřeknu.
Takže, co se týče přenosu, už jsem vysvětlil, proč jsou ty frekvence tak vysoké.
Každý přenos vyžaduje určitý frekvenční rozměr, tedy frekvenční pásmo.
To se nesmí překrývat s ostatními.
A když mám hodně stanic, potřebuji prostě mnohem větší šířku pásma, a když chci přenášet velké množství dat, tak ještě větší.
Takže video, jak jsem už říkal, MHz, spousta dat, 10 až 100 MHz.
Pravděpodobně by to šlo i víc, záleží na okolnostech.
U 6G určitě – záleží samozřejmě vždy na tom, jaké požadavky zrovna máte.
Dobře, už jsem to krátce naznačil ústně, a to záměrně, protože když jen něco vyprávím, lidé tomu
věnují větší pozornost, než když to zároveň vidí.
Takže: 100 MHz odpovídá přibližně tomu, že potřebuji rozpočet v řádu miliard eur, nebo že
potřebuji frekvenční rozpočet v řádu gigahertzů.
A na tom grafu, tam vpravo, jsou uvedeny šířky pásma, které například potřebovalo UMTS – to byla 3G –, pak LTE už
potřebovalo výrazně více a nyní 5G potřebuje ještě mnohem více.
A jak už bylo řečeno, záleží na konkrétní situaci, přistupuje se k tomu flexibilně, ale takhle si to zhruba můžete představit.
Tak a teď máme, řekněme, základy a to, co přijde teď, jsou, řekněme, ty klíčové věci.
To byly prozatím základy. Zde jsou ještě jednou znázorněna spektra.
Je vidět, že 5G vyžaduje podstatně více než 4G nebo LTE. LTE mimochodem znamená „Long Term Evolution“.
Docela nic neříkající věc, má i různá stádia.
Teď to začíná být zajímavé z hlediska biologie nebo možného poškození.
Existuje jedno kritérium: Čím vyšší je frekvence, tím vyšší je přenášená energie.
Někteří z vás možná vědí, že rádiový signál je vlna, ale zároveň je to něco jako malá dělová
koule nebo foton – u světla se tomu také říká foton.
A čím vyšší je frekvence, tím větší je energie, kterou ta věc obsahuje.
A pokud je tato vlna 5G absorbována mou kůží nebo očima, má určitou hloubku proniknutí a je zcela absorbována.
A když teď mluvím, řekněme, o 100 MHz ve srovnání s 8 GHz, znamená to, že na mě tam působí
80krát více energie na jeden energetický balíček.
Je to zároveň vlna i takový balíček, podle toho, jak se na to díváte.
A to je to nejhorší ze všeho.
Slyšel jsem v nějaké přednášce nebo prezentaci: „Jo, to je super“, nebo co vidíme?
Zde vidíme, že čím vyšší je frekvence, tím menší je hloubka pronikání.
Toto je hloubka proniknutí, toto je frekvence – v obou případech se jedná o logaritmické grafy.
Jinak by nebylo nic vidět, kdyby to bylo lineární, a zapamatujme si jen toto: čím vyšší frekvence, tím menší hloubka pronikání.
Bylo řečeno: „To je přece dobře, pak to nezajde tak hluboko.“
Jsem mimo jiné také kvalifikovaný pracovník v oblasti radiační ochrany, protože jsem
mnoho let pracoval s radioaktivními látkami.
Tam jsem se naučil, že čím menší je hloubka proniknutí, tím horší to je. Proč?
Energetická hustota – nezáleží na tom, zda se jedná o radioaktivní ionizující záření, nebo o neionizující záření.
Čím menší je hloubka proniknutí, tím více energie se v daném objemu akumuluje.
A to je, myslím, logické: čím více energie dopadne na určitý objem, tím větší je šance, že to může způsobit problémy a škody.
Vlastně se tu docela naivně říkalo: ano, ionizující záření – to je jasné, že je samozřejmě škodlivé, ale je to prostě tak
– což následující řečníci jistě ještě podrobněji vysvětlí –, že i u tohoto neionizujícího záření existují problémy.
No, tohle je možná vůbec nejdůležitější snímek.
Malá hloubka proniknutí není dobrá, ale špatná.
Tak, vlevo vidíme schématické znázornění, které je typické pro 5G.
Ne ve všech případech 5G – tedy na venkově to tak nebude – ale v hustě zastavěných oblastech to bude fungovat tak, že se pomocí
elektrotechnické manipulace vytvoří paprsek nikoli pomocí jedné antény, ale pomocí tzv. anténní matice, např. 8×8 vysílačů.
Ale když se řekne „paprsek“, člověk si představí baterku nebo laser, ale o to tady nejde.
Při přípravě na tuto přednášku jsem se to také nejprve musel naučit.
Tak nějak jsem si to taky představoval.
Ale ne, tak to není, říká se jim také „tužkové paprsky“, ale spíš je to takhle: Tohle je takzvaný polární diagram.
To ukazuje, jaká je intenzita signálu při takovém a takovém počtu jednotlivých antén, které vysílají koordinovaně,
a když se podíváme ve směru 0 stupňů, vidíme hlavní paprsek – těmto útvarům se také říká paprsky.
Není to tak lokalizované a tak směrované, ale pro dané použití je to samozřejmě mnohem lepší, než kdyby šlo o
všesměrové vyzařování, jak jsme to viděli u sférických vln.
Zaměřuje se konkrétně na toho, kdo to potřebuje, a trochu i na jeho okolí, zatímco ostatní si toho už tolik nevšimnou.
To je sice pozitivní věc, ale ten, kdo se nachází v dosahu záření – a to není jen on, ale možná i někdo, kdo
náhodou stojí vedle něj – tomu to samozřejmě také schytá.
Ale jak jsem už řekl, větší nebezpečí vlastně představuje vlastní zařízení, alespoň pokud s ním zacházíte takhle .
Když telefonujete s volnou rukou a držíte ho v ruce takhle, je to mnohem lepší, takže to mohu jen doporučit.
No dobře, 5G má tedy 700 MHz, tady se píše až 26 GHz, takže podle mých informací dosahuje 5G jen do 8
GHz – přesně jako v rádiu Jerevan: „Záleží na tom!“
Takže pokud mám venkovskou oblast, tam využiji nízké frekvence.
Proč? Protože je vzduch prakticky neabsorbuje, takže pro tuto oblast nepotřebuji základnovou stanici.
Pokud chci pracovat s usměrněným paprskem, tedy s nejvyššími frekvencemi, pak podle „odhadu z hlavy“ budu
pravděpodobně potřebovat 100 menších základnových stanic. To je samozřejmě mnohem dražší.
A pak je tu střední část a užší část.
A tak si to musíte představit. Vilsbiburg není nijak zvlášť velký, řekl bych, že spíš patří k těm středně velkým.
A když jsme ve větším městě, tam se tomu říká 5G – s velkou pravděpodobností, ať už dnes nebo někdy v
blízké budoucnosti – 5G, protože to přece chvíli trvá, než se to všechno technicky zrealizuje.
Vždyť to taky něco stojí.
Dobře, takže to je teď – řekněme – představil jsem zatím jen technickou stránku věci a
trochu jsem naznačil, kde by mohly být problémy.
Obecně řečeno mi chybí takzvaná zásada předběžné opatrnosti.
V EU bylo dosud vlastně běžné, že se nová technologie zavádí teprve tehdy, když se na základě řádné analýzy rizik a
řádného posouzení rizik ověří, že je skutečně v pořádku.
V USA je to trochu naopak.
Nejdřív to zkusíš, pak se podíváš, jestli se něco stane, a když se něco stane, tak to zastavíš.
Náš milý moderátor Ronny se před chvílí zmínil i o vakcíně proti koronaviru – v tomto případě se
zásada předběžné opatrnosti zdaleka neuplatňovala.
Vždyť dokonce i náš bývalý spolkový kancléř řekl: „Všichni jsme pokusní králíci.“
Jsem si ale jistý, že málokdo z těch, kteří tu sedí, se nechal využít jako pokusný králík.
A pokud jde o mobilní komunikaci, domnívám se, že v tomto ohledu nebylo dodrženo zásada předběžné opatrnosti.
A těch 20 minut se mi podařilo dodržet téměř přesně.
Takže ještě jednou shrnutí: rádiové vlny, nejsou vidět, šíří se ve vakuu, ale opravdu obrovskou rychlostí.
A mobilní komunikace má bezpochyby užitečné využití, jak už zmínil i Ronny.
Ale, jak už jsem řekl, zásada předběžné opatrnosti vlastně platí.
Čím vyšší je frekvence, tím vyšší je přísun energie, a v hustě zastavěných oblastech
dochází nebo bude docházet k směrovému vyzařování.
Na jednu stranu je to dobré, že se celkové zatížení trochu sníží, ale na druhou stranu to zase není tak dobré – ten,
kdo se ocitne v tom proudu, je pak prostě o něco více zatížen.
Ano, to je vše. Děkuji.
Záření z mobilních telefonů a Wi-Fi škodí lidem, zvířatům a životnímu prostředí. Potřebujeme zóny bez záření! asza.org