Teraz robi się ciekawie.
Kryterium: Im wyższa częstotliwość, tym większa przekazywana energia.
Niektórzy z was być może wiedzą, że sygnał radiowy to fala, ale jednocześnie przypomina on też trochę małą kulę armatnią.
Im wyższa częstotliwość, tym większa energia tkwi w tym urządzeniu.
No dobrze, w takim razie chciałbym w końcu przedstawić pierwszego prelegenta.
Jest znany jak kolorowy pies, nie tylko w naszym środowisku, ale także daleko poza nim, ponieważ mój niezwykle sympatyczny i
powszechnie lubiany kolega z zarządu MWGFD, fizyk, profesor Werner Bergholz, jest również ekspertem w różnych komisjach
śledczych – na przykład zajmujących się analizą sytuacji związanej z koronawirusem w
krajach związkowych Brandenburgii i Turyngii.
Jest byłym profesorem elektrotechniki na Uniwersytecie Jacobs w Bremie, a przez 17 lat pracował również w
firmie Siemens w Monachium i Regensburgu jako ekspert ds. zarządzania jakością i ryzykiem.
Z niecierpliwością czekamy, drogi Wernerze, na to, co opowiesz nam w swoim wykładzie wprowadzającym na dzisiejszy temat,
zatytułowanym „Technologia telefonii komórkowej: podstawy fizyczne i zalety techniczne 5G”, a tym samym oddaję ci głos.
Bardzo dziękuję, drogi Ronny, za te miłe słowa.
Napisałem przecież: „Podstawy fizyczne i zalety techniczne”. Ale – kropka, kropka, kropka…
Najpierw omówię podstawy i, tak jak napisałem w materiale prasowym, zacznę od Adama i Ewy.
A teraz pokażę wam krótki filmik, na którym wrzuca się kamień do wody i widać, jak rozchodzi się fala.
Właśnie tak można sobie wyobrazić fale radiowe, a za chwilę coś o tym powiem.
Zobaczmy, czy to zadziała.
A więc jeszcze raz podsumowanie: Czym jest fala radiowa – żeby trochę to poczuć.
Jaka jest zatem różnica między radiem – które przecież istnieje już od ponad 100 lat – a telefonią
komórkową? Dlaczego używa się tak wysokich częstotliwości?
A co najważniejsze: dlaczego te właściwości wysokich częstotliwości niekoniecznie są tylko nieszkodliwe?
A na ten temat więcej powiedzą kolejni prelegenci.
No to za chwilę spadnie kamień.
No cóż, widzieliśmy dwie rzeczy. Fala się rozprzestrzenia.
W takim przypadku jest to fala praktycznie dwuwymiarowa. Jest to ruch materii.
A na tym zatrzymanym kadrze widać jeszcze inne fale.
I to dokładnie odpowiada rzeczywistości, co w pewnym sensie stanowi również źródło zagrożenia.
Gdybym miał przy sobie telefon w takim pomieszczeniu – a załóżmy, że nie jesteśmy akurat na wykładzie – to być może 20 osób
lub więcej korzystałoby w tej chwili ze swoich smartfonów, co oznaczałoby, że panuje tam prawdziwy chaos sygnałów.
To trochę jak na imprezie.
Wszyscy muszą zwiększyć intensywność, a niekoniecznie jest to teraz pożądane.
No dobrze, wrzuciliśmy kamień do wody, widzieliśmy to, a woda się porusza.
Z falami radiowymi jest podobnie.
Antena emituje sygnał, jednak nie jest to już promieniowanie dwuwymiarowe, lecz sferyczne.
A co najważniejsze, nie zawiera żadnej materii, więc działa to również w próżni.
I zazwyczaj nic się nie widzi, nic się nie słyszy.
A to, że coś takiego w ogóle istnieje i zostało zbadane naukowo, zawdzięczamy fizykowi Heinrichowi Hertzowi, który – nagle wyłączył
silny prąd, a następnie skonstruował odbiornik, po czym pojawiły się tam niewielkie iskry, i stąd wzięła się nazwa „funken”.
Istnieje jeszcze jedna ogromna różnica, która ma ogromne znaczenie w praktyce: jak widzieliśmy, fale
wodne rozprzestrzeniały się z prędkością 20 cm/s.
Fale dźwiękowe – to też znamy – 300 m/s; każdy z nas doświadczył ich kiedyś podczas burzy.
Widać błysk, a w zależności od tego, gdzie się pojawił, mija od jednej do dziesięciu – a nawet więcej – sekund,
zanim usłyszy się grzmot; prędkość dźwięku wynosi 300 m/s.
Fale elektromagnetyczne poruszają się nieco szybciej, a mianowicie nie z prędkością 300 m/s, lecz 300 000 km/s.
A więc 300 000 000 m/s, czyli milion razy szybciej.
To oczywiście ma ogromne znaczenie dla praktycznego zastosowania.
Ale żeby to spojrzeć z odpowiedniej perspektywy: jeśli ktoś na Księżycu włączy laser, to
minie około sekundy, zanim będzie to widać tutaj.
Gdyby to samo miało miejsce na Słońcu, zajęłoby to osiem minut.
To tylko przykład ilustrujący, jak ogromne są odległości w kosmosie.
To jest teraz jedyne równanie: długość fali jest powiązana z prędkością światła c, czyli
300 000 km/s podzieloną przez częstotliwość.
Można to sobie mniej więcej wyobrazić w ten sposób: tyle a tyle fal przepływa obok ciebie.
Oznacza to, że im wyższa częstotliwość, tym krótsza długość fali.
Obecna technologia 5G wykorzystuje fale o długościach w tym zakresie , a dawniej stosowano jeszcze fale średnie,
których długość wynosiła 1 000 metrów lub 1 600 metrów.
Tak zwane fale krótkie miały np. długość 49 metrów, co oznaczało, że nadal poruszano się w zakresie kiloherców (kHz).
I dopiero w przypadku UKW – fal ultrakrótkich, jak to wówczas nazywano (dziś byłaby to oczywiście wciąż
stosunkowo długa częstotliwość) – przeszło się do zakresu megaherców (MHz), czyli 1 mln drgań na sekundę.
No cóż, to tyle na początek, jeśli chodzi o kilka podstawowych kwestii.
Warto więc zapamiętać: fal elektromagnetycznych nie słychać ani nie widać.
Niektórzy to odczuwają, większość nie, ja też nie.
Rozprzestrzeniają się one niezwykle szybko, a długość fali lub częstotliwość nie są bez znaczenia.
No cóż, radio mamy już od „wieczności i trzech dni”.
Była tam jedna centralna stacja nadawcza – „wieczność i trzy dni” to mniej więcej 100 lat – wielu odbiorców, ale tylko
jedna stacja nadawcza, jak już wspomniałem, a przepływ informacji odbywał się tylko w jednym kierunku.
A zwłaszcza w przypadku fal średnich pasmo było niewielkie, ponieważ nadawano tam głównie mowę lub muzykę o skromnej jakości.
I to prowadzi nas teraz do pewnej kwestii:
Jeśli chcę przesyłać informacje – mowę, pliki muzyczne lub wideo – to nie wystarczy jedna
częstotliwość, ale potrzebna jest pewna szerokość pasma.
Więc muszę za to zapłacić.
W przypadku telefonii komórkowej nie mówimy już o kilohercach, na początku o megahercach, a obecnie o
gigahercach – w przypadku 5G jest to zakres do 6 lub 8 GHz.
Za chwilę wyjaśnię, dlaczego wysokie częstotliwości są tak ważne.
A więc teraz o sieci komórkowej – to jasne, mamy nadajnik, czyli stację bazową, zazwyczaj oddaloną o kilometr lub kilka kilometrów
– w przypadku 5G może to być nawet tylko 100 metrów – wiele telefonów pełni rolę odbiorników, a wiele telefonów jednocześnie
pełni rolę nadajników, o czym już krótko wspomniałem.
Wychodzi z tego niezły chaos, kiedy wszyscy robią coś w tym samym czasie.
A ja zawsze potrzebuję większej przepustowości i wyższej szybkości transmisji danych.
Można to zresztą porównać do budżetu federalnego:
To było kiedyś, około 1950 roku, kiedy się urodziłem – w przedziale 100 milionów, setek milionów.
Dzięki temu mogłem sfinansować projekty o wartości 2–3 mln.
Teraz mówimy o miliardach, więc oczywiście potrzebuję budżetu federalnego rzędu 500 miliardów czy coś w tym rodzaju.
Tutaj jest podobnie – jeśli chcę przesyłać duże ilości danych, potrzebuję znacznie większej przepustowości.
Typowy przykład: w przypadku oryginalnej telewizji analogowej szerokość pasma wynosiła około 5 MHz.
W wersji cyfrowej pozostało już tylko około 1 MHz i trochę więcej.
W przypadku GHz wszystko zależy od tego, jaką szerokość pasma wykorzystuję i ile danych chcę w
danym momencie przesłać – a to odbywa się dynamicznie.
Wracając więc do kwestii szerokości pasma – właściwie już o tym wspomniałem – radio analogowe jest podatne na zakłócenia,
natomiast telewizja i radio cyfrowe są odporne na zakłócenia.
Ale wspomniałem tylko mimochodem, że telewizja cyfrowa ma niewielkie błędy systematyczne.
Jeśli są wśród nas fani piłki nożnej, zwróćcie uwagę: jeśli zawodnik jest niski, ma na sobie coś czerwonego
i biegnie po zielonej murawie, to – jeśli się dobrze przyjrzeć – zawsze otacza go cienka linia.
To błąd, ale nie rzuca się w oczy.
Z matematycznego punktu widzenia jest to tzw. zjawisko Gibbsa – więcej na ten temat nie powiem.
No więc, jeśli chodzi o transmisję – dlaczego akurat tak wysokie częstotliwości – to właśnie to wyjaśniłem.
Każda transmisja wymaga pewnego zasobu częstotliwości, czyli pasma częstotliwości.
To nie może się pokrywać z innymi.
A jeśli mam wiele kanałów, to po prostu potrzebuję znacznie większej przepustowości, a jeśli chcę
przesyłać duże ilości danych, to jeszcze większej.
A więc wideo, jak już wspomniałem, MHz, duże ilości danych – od 10 do 100 MHz.
Prawdopodobnie da się osiągnąć jeszcze więcej, w zależności od sytuacji.
Jeśli chodzi o 6G, to na pewno – wszystko zależy od tego, jakie akurat mamy wymagania.
No dobrze, wspomniałem o tym już wcześniej krótko na głos, i to celowo, bo kiedy tylko coś opowiadam, ludzie
słuchają tego uważniej niż wtedy, gdy jednocześnie coś widzą.
A więc: 100 MHz odpowiada mniej więcej… potrzebuję budżetu rzędu miliardów euro albo
potrzebuję budżetu częstotliwościowego rzędu gigaherców.
A na wykresie, po prawej stronie, widać pasma, których potrzebowała np. technologia UMTS – to była
sieć 3G – potem LTE wymagało już znacznie więcej, a teraz 5G potrzebuje jeszcze znacznie więcej.
I, jak już wspomniałem, wszystko zależy od sytuacji, podchodzi się do tego elastycznie,
ale mniej więcej tak można to sobie wyobrazić.
No to mamy już, że tak powiem, podstawy, a teraz przejdźmy do tego, co można nazwać kwestiami kluczowymi.
To by były na razie podstawy. A oto jeszcze raz przedstawione widma.
Jak widać, 5G wymaga znacznie więcej niż 4G czy LTE. Nawiasem mówiąc, skrót LTE oznacza „Long Term Evolution”.
To dość nieznacząca rzecz, ma też różne etapy.
Teraz robi się ciekawie, jeśli chodzi o biologię lub potencjalne szkody.
Istnieje pewna zasada: im wyższa częstotliwość, tym większa przekazywana energia.
Niektórzy z was być może wiedzą, że sygnał radiowy to fala, ale jednocześnie przypomina on też małą kulę armatnią lub
foton – w przypadku światła nazywa się to właśnie fotonem.
Im wyższa częstotliwość, tym większa energia tkwi w tym urządzeniu.
A jeśli ta fala 5G zostanie pochłonięta przez moją skórę lub oczy, to ma ona określoną
głębokość penetracji i zostanie całkowicie pochłonięta.
A jeśli teraz, powiedzmy, mówię o 100 MHz w porównaniu z 8 GHz, to oznacza to, że na każdy pakiet energii
przypada 80 razy więcej energii, która na mnie oddziałuje.
To jednocześnie fala i coś w rodzaju pakietu – w zależności od tego, jak na to spojrzeć.
A to jest najgorsze ze wszystkiego.
Słyszałem podczas wykładu lub prezentacji: „Tak, to świetnie”, a co my widzimy?
Widzimy tutaj, że im wyższa częstotliwość, tym mniejsza głębokość penetracji.
To jest głębokość penetracji, a to częstotliwość – oba wykresy są logarytmiczne.
W przeciwnym razie nie widać by nic, gdyby zależność była liniowa, a my zapamiętujemy tylko jedno: im
wyższa częstotliwość, tym mniejsza głębokość penetracji.
Tak to zostało przedstawione: „To przecież dobrze, w ten sposób nie wchodzi aż tak głęboko”.
Jestem między innymi wykwalifikowanym specjalistą ds. ochrony przed promieniowaniem, ponieważ przez
wiele lat pracowałem z substancjami radioaktywnymi.
Tam nauczyłem się, że im mniejsza głębokość penetracji, tym gorzej. Dlaczego?
Gęstość energii – nie ma znaczenia, czy chodzi o promieniowanie jonizujące, czy o promieniowanie niejonizujące.
Im mniejsza głębokość penetracji, tym więcej energii jest magazynowane w danej objętości.
I wydaje mi się, że to oczywiste: im więcej energii dostanie się do danej objętości, tym większe jest prawdopodobieństwo,
że może to spowodować problemy i wyrządzić szkody.
Powiedziano to właściwie dość naiwnie: tak, promieniowanie jonizujące – to jasne, że jest szkodliwe – ale tak po prostu jest
– kolejni mówcy z pewnością przedstawią to jeszcze bardziej szczegółowo – że również w przypadku tego
promieniowania niejonizującego występują pewne problemy.
To chyba najważniejszy slajd ze wszystkich.
Mała głębokość wnikania to nie zaleta, a wada.
No więc, po lewej stronie widzimy schematyczny rysunek, który jest typowy dla sieci 5G.
Nie chodzi o całą sieć 5G – na odludnych terenach 5G po prostu nie działa – ale w gęsto zabudowanych obszarach będzie to
działało w ten sposób, że zamiast pojedynczej anteny wykorzystuje się tzw. matrycę antenową, np. 8x8 nadajników, i za
pomocą manipulacji elektrotechnicznej wytwarza się wiązkę.
Ale promień – można by pomyśleć, że to latarka albo laser, ale to nie to.
Przygotowując się do tego wykładu, sam musiałem się tego najpierw nauczyć.
Ja też sobie to mniej więcej tak wyobrażałem.
Ale nie, to nie tak, nazywa się je też promieniami ołówkowymi, a raczej tak: to jest tak zwany wykres biegunowy.
To pokazuje, w jakim kierunku, przy takiej a takiej liczbie pojedynczych anten nadających w sposób skoordynowany,
występuje największe natężenie, a patrzymy w kierunku 0 stopni – to jest główna wiązka; te elementy nazywa się też wiązkami.
Nie jest to tak zlokalizowane ani tak ukierunkowane, ale oczywiście z punktu widzenia zastosowania jest
to o wiele lepsze niż promieniowanie dookoła, jak to miało miejsce w przypadku fal kulistych.
Skupia się konkretnie na tym, kto tego potrzebuje, i trochę na jego otoczeniu, a reszta nie zwraca już na to tak dużej uwagi.
To już na pewno pozytywna rzecz, ale ten, kto znajduje się w zasięgu promieniowania – a nie tylko on, ale być może także ktoś,
kto przypadkowo stoi obok niego – oczywiście też to odczuwa.
Ale jak już wspomniałem, większym zagrożeniem jest właściwie samo urządzenie, przynajmniej jeśli używa się go w ten sposób .
Jeśli korzystasz z trybu głośnomówiącego, a telefon trzymasz w dłoni w ten sposób, to
jest o wiele wygodniej, więc gorąco to polecam.
No cóż, 5G ma więc 700 MHz, a tutaj jest napisane „do 26 GHz”, więc z tego, co wiem, 5G sięga tylko do 8
GHz – tak jak w audycji „Radio Eriwan”: „To zależy!”
No więc, jeśli mam obszar wiejski, to tam wykorzystuję niskie częstotliwości.
Dlaczego? Ponieważ fale te praktycznie nie są pochłaniane przez powietrze, więc nie potrzebuję stacji bazowej na tym obszarze.
Jeśli chcę pracować z wiązką skierowaną, czyli z najwyższymi częstotliwościami, to – według „szacunków z
głowy” – prawdopodobnie będę potrzebował 100 mniejszych stacji bazowych. To przecież znacznie droższe.
Jest też obszar środkowy i obszar węższy.
Trzeba to sobie tak wyobrazić. No więc Vilsbiburg nie jest zbyt duże, wydaje mi się, że to raczej średniej wielkości miasto.
A jeśli jesteśmy w większym mieście, to tam 5G – co jest bardzo prawdopodobne, czy to już dzisiaj, czy w najbliższej
przyszłości – 5G, bo przecież zajmuje to trochę czasu, zanim wszystko zostanie zrealizowane pod względem technicznym.
To przecież trochę kosztuje.
No dobrze, więc to są teraz – powiedzmy – przedstawiłem tylko kwestie techniczne i nieco
zasugerowałem, gdzie mogą pojawić się problemy.
Ogólnie rzecz biorąc, brakuje mi tak zwanej zasady ostrożności.
W UE dotychczas panowała przecież zasada, że nowa technologia jest wprowadzana dopiero wtedy, gdy na podstawie
rzetelnej analizy ryzyka i rzetelnej oceny ryzyka upewniono się, że jest ona rzeczywiście bezpieczna.
W Stanach Zjednoczonych jest trochę odwrotnie.
Najpierw się to robi, potem się obserwuje, czy coś się dzieje, a jeśli coś się wydarzy, to się to hamuje.
Nasz drogi prowadzący Ronny wspomniał przecież przed chwilą o szczepionce przeciwko koronawirusowi – w tym
przypadku zasada ostrożności już dawno przestała obowiązywać.
Nawet nasz były kanclerz powiedział: „Wszyscy jesteśmy królikami doświadczalnymi”.
Ale jestem pewien, że niewielu spośród tych, którzy tu siedzą, zgodziło się zostać królikami doświadczalnymi.
Uważam więc, że w dziedzinie telefonii komórkowej gdzieś nie przestrzegano zasady ostrożności.
I udało mi się dość dokładnie zmieścić w tych 20 minutach.
A więc jeszcze raz podsumowanie: fale radiowe – nie widać ich, rozchodzą się w próżni, ale z ogromną prędkością.
A telefonia komórkowa ma bez wątpienia swoje przydatne zastosowania, o czym wspomniał już Ronny.
Ale, jak już wspomniałem, zasada ostrożności faktycznie obowiązuje.
Im wyższa częstotliwość, tym większy wkład energii, a w przypadku gęstej zabudowy występuje
lub będzie występować promieniowanie skierowane.
Z jednej strony to dobrze, że ogólne obciążenie nieco się zmniejsza, ale z drugiej strony nie jest to aż
tak dobre – ten, kto znajdzie się w strumieniu, jest wtedy po prostu nieco bardziej obciążony.
Tak, to wszystko. Dziękuję.
Promieniowanie telefonów komórkowych i sieci Wi-Fi szkodzi ludziom, zwierzętom i środowisku.
Potrzebujemy stref wolnych od promieniowania! asza.org