Тепер стає цікаво.
Критерій: чим вища частота, тим більша передана енергія.
Дехто, можливо, знає, що радіосигнал — це хвиля, але водночас він схожий на маленьку гарматну кулю.
І чим вища частота, тим більша енергія, що міститься в цій речі.
Гаразд, тоді я нарешті хотів би представити першого доповідача.
Він відомий на всю країну не лише в нашому колі, а й далеко за його межами, адже мій надзвичайно приємний і всіма улюблений
колега по правлінню MWGFD, фізик, професор Вернер Бергхольц, також є експертом у складі різних слідчих
комісій — наприклад, щодо аналізу ситуації з коронавірусом у федеральних землях Бранденбург і Тюрінгія.
Він є колишнім професором електротехніки в Університеті Джейкобса в Бремені, а також протягом 17 років працював
у компанії «Siemens» у Мюнхені та Регенсбурзі як експерт з управління якістю та ризиками.
Ми з нетерпінням чекаємо, шановний Вернере, на те, що ти розповіси нам у своїй вступній доповіді на сьогоднішню тему
під назвою «Технологія мобільного зв’язку: фізичні основи та технічні переваги 5G», і з цими словами я передаю тобі слово.
Щиро дякую, дорогий Ронні, за ці приємні слова.
Я ж писав: «Фізичні основи та технічні переваги». Але — крапка, крапка, крапка...
Спочатку я розповім про основи, і, як я вже зазначив у прес-релізі, почну з Адама та Єви.
А тепер я покажу вам коротке відео, на якому камінь кидають у воду, і можна побачити, як поширюється хвиля.
Саме так можна уявити собі радіохвилі, і я одразу ж скажу дещо з цього приводу.
Давайте подивимося, чи це спрацює.
Отже, ще раз короткий огляд: Що таке радіохвиля — щоб трохи зрозуміти суть.
У чому ж полягає різниця між радіомовленням — яке, зрештою, існує вже понад 100 років — та мобільним
зв’язком, і чому для нього потрібні такі високі частоти?
І найголовніше: чому ці властивості високих частот не обов’язково є лише нешкідливими?
І про це детальніше розкажуть наступні доповідачі.
Отже, ось-ось камінь впаде.
Отже, ми побачили дві речі. Хвиля поширюється.
У цьому випадку це, так би мовити, двовимірна хвиля. Це рух речовини.
А на цьому знімку ще видно й інші хвилі.
І це цілком відповідає дійсності, що й становить частину небезпеки.
Якщо у мене є мобільний телефон у такій кімнаті — і давайте припустимо, що ми зараз не на лекції — то, можливо,
20 або більше людей саме користуються своїми смартфонами, а це означає, що утворюється «хаос хвиль».
Це схоже на вечірку.
Усі мають підвищити інтенсивність, але зараз це не обов’язково є бажаним.
Гаразд, отже, камінь у воду — ми це бачили, і вода рухається.
З радіохвилями ситуація приблизно така сама.
Антена випромінює сигнал, але тепер не у двовимірному просторі, а у сферичному.
І найголовніше — тут немає матерії, це працює навіть у вакуумі.
І зазвичай нічого не видно, нічого не чути.
А те, що таке взагалі існує і було науково досліджено, ми завдячуємо фізику Генріху Герцу, який — раптово
вимкнув сильний струм, а потім зібрав приймач, і там трохи пробігла іскра, тому це й називається «funken».
Є ще одна величезна відмінність, яка має велике значення на практиці: як ми бачили,
хвилі у воді поширювалися зі швидкістю 20 см/с.
Звукові хвилі — ми їх теж знаємо, 300 м/с — кожен хоч раз відчував їх під час грози.
Людина бачить блискавку, і залежно від того, де вона промайнула, проходить від однієї до десяти — або
навіть більше — секунд, перш ніж почути грім, 300 м/с.
Швидкість електромагнітних хвиль дещо вища: не 300 м/с, а 300 000 км/с.
Тобто 300 000 000 м/с, у мільйон разів швидше.
Це, звичайно, дуже важливо для практичного застосування.
Але щоб зрозуміти масштаб: якщо хтось на Місяці увімкне лазер, то пройде приблизно секунда, перш ніж це буде видно тут.
Якби те саме сталося на Сонці, на це знадобилося б вісім хвилин.
Ось це — для ілюстрації того, наскільки великі відстані у космосі.
Це тепер єдина формула: довжина хвилі пов’язана зі швидкістю світла c — 300 000 км/с, поділена на частоту.
Ось так, коли повз тебе пропливає стільки-то хвиль — приблизно так це можна уявити.
Тобто, чим вища частота, тим коротша довжина хвилі.
Отже, сучасний 5G — це довжини хвиль у цьому діапазоні , а раніше ще використовували середні
хвилі, довжина яких становила 1 000 або 1 600 метрів.
Так звані короткі хвилі, наприклад, становили 49 метрів, тобто це ще був діапазон кілогерц (кГц).
І лише з появою UKW — ультракоротких хвиль, як тоді казали (хоча сьогодні це, звісно, теж вважається відносно
довгою хвилею), — відбувся перехід у діапазон мегагерц (МГц), тобто до 1 млн коливань за секунду.
Отже, спочатку про кілька основних речей.
Отже, запам’ятаємо: електромагнітні хвилі не чути і не видно.
Дехто її відчуває, більшість — ні, я — теж ні.
І вони поширюються надзвичайно швидко, причому довжина хвилі або частота відіграють певну роль.
Отже, радіо у нас вже «цілу вічність і три дні».
Існував один центральний передавач — «вічно і три дні» дорівнюють приблизно 100 рокам —, багато приймачів, але,
як уже зазначалося, лише один передавач, і потік інформації рухався лише в одному напрямку.
І саме на середніх хвилях пропускна здатність була невеликою, адже там, по суті,
передавали мовлення або музику досить низької якості.
І це підводить нас до одного питання:
Якщо я хочу передати інформацію — мову, музику чи відео — то для цього потрібна не лише частота, а й певна пропускна здатність.
Отже, я мушу за це заплатити.
У сфері мобільного зв’язку ми не говоримо про кілогерци, спочатку йшлося про мегагерци, а зараз — про
гігагерци: у мережі 5G це діапазон до 6 або 8 ГГц.
Я зараз розповім, чому високі частоти такі важливі.
Отже, що стосується мобільного зв’язку, то все зрозуміло: у нас є передавач, базова станція, зазвичай на відстані одного або
кількох кілометрів — у випадку 5G це можуть бути навіть лише 100 метрів — багато телефонів як приймачі та багато телефонів
одночасно як передавачі, про це я вже коротко згадував.
Виходить гарний «хвилястий» салат, коли всі одночасно щось роблять.
І мені завжди потрібна більша пропускна здатність і вища швидкість передачі даних.
До речі, це можна уявити собі так само, як у федеральному бюджеті:
Це було ще раніше, близько 1950 року, коли я народився, — у межах 100 мільйонів, сотні мільйонів.
Тоді я міг фінансувати проекти вартістю 2–3 млн.
Тепер мова йде про мільярди, і для цього мені, звісно, знадобиться федеральний бюджет у розмірі 500 мільярдів чи щось таке.
Тут ситуація приблизно така: якщо я хочу передавати великі обсяги даних, мені потрібна набагато більша пропускна здатність.
Отже, типовий приклад: у оригінальному аналоговому телебаченні пропускна здатність становила приблизно 5 МГц.
У цифровому режимі залишилося лише приблизно 1 МГц і трохи більше.
Що стосується ГГц, то все залежить від того, яку пропускну здатність я використовую, скільки даних я хочу
передати в даний момент, і це відбувається динамічно.
Отже, ще раз щодо пропускної здатності — я, власне, щойно вже про це розповідав: аналогове радіомовлення схильне до перешкод,
а цифрове телебачення та радіомовлення стійкі до перешкод.
Але я лише мимохідь зазначив, що цифрове телебачення має невеликі систематичні помилки.
Якщо серед нас є вболівальники футболу, зверніть увагу: якщо гравець невисокий, можливо, одягнений у щось
червоне, і біжить по зеленому газону, то, якщо придивитися, навколо нього завжди видніється тоненька лінія.
Це помилка, але вона не дуже кидається в очі.
З математичної точки зору це так зване явище Гіббса — більше я про це не скажу.
Отже, щодо передачі: чому саме такі високі частоти — я щойно пояснив.
Кожна передача вимагає певного частотного ресурсу, тобто частотного діапазону.
Це не повинно перетинатися з іншими.
І якщо у мене багато каналів, то мені, звісно, потрібна набагато більша пропускна здатність, а якщо я
хочу передавати великий обсяг даних — то ще більша.
Отже, відео, як я вже казав, МГц, великий обсяг даних — від 10 до 100 МГц.
Ймовірно, можна досягти ще більшого, залежно від обставин.
Щодо 6G — це, звичайно, завжди залежить від того, які саме вимоги у вас на даний момент.
Гаразд, я вже коротко згадував про це усно, і це було навмисно, бо коли я просто розповідаю, люди приділяють
цьому більше уваги, ніж коли вони одночасно щось бачать.
Отже: 100 МГц відповідає приблизно… мені потрібен бюджет у мільярди євро або мені потрібен частотний бюджет у гігагерцах.
А на графіку, праворуч, показані діапазони частот, які, наприклад, використовував UMTS — це був 3G, потім LTE вже мав
значно ширший діапазон, а тепер 5G потребує ще набагато ширшого.
І, як уже було сказано, все залежить від обставин, підхід є гнучким, але приблизно так це і можна собі уявити.
Отже, тепер ми, так би мовити, маємо основи, а далі, скажімо так, розглянемо найважливіші моменти.
Ось, по-перше, основні поняття. А ось ще раз зображення спектрів.
Як бачимо, для 5G потрібно значно більше, ніж для 4G або LTE. До речі, LTE розшифровується як «Long Term Evolution».
Досить ні про що не свідчить, але має різні стадії.
Тепер це стає цікавим з точки зору біології або можливого шкоди.
Існує такий критерій: чим вища частота, тим більша передана енергія.
Можливо, хтось із вас знає, що радіосигнал — це хвиля, але водночас він також схожий на маленьку гарматну кулю або
фотон — у випадку зі світлом його також називають фотоном.
І чим вища частота, тим більша енергія, що міститься в цій речі.
І якщо ця хвиля 5G поглинається моєю шкірою або очима, вона має певну глибину проникнення і поглинається повністю.
І якщо я зараз, скажімо, говорю про 100 МГц у порівнянні з 8 ГГц, то це в 80 разів більше енергії на
кожен енергетичний пакет, який на мене там впливає.
Це одночасно і хвиля, і такий собі пакет — залежно від того, як на це дивитися.
І це найгірше, що може бути.
Я чув у якійсь лекції чи презентації: «Так, це ж чудово», або що ми бачимо?
Звідси бачимо: чим вища частота, тим менша глибина проникнення.
Ось глибина проникнення, ось частота — обидва графіки побудовані за логарифмічною шкалою.
Інакше нічого б не було видно, якби це було лінійним, і ми просто запам’ятаємо: чим вища частота, тим менша глибина проникнення.
Було сказано: «Це ж добре, тоді він не заходить так глибоко».
Я, серед іншого, також маю кваліфікацію фахівця з радіаційного захисту, оскільки багато
років працював з радіоактивними речовинами.
Там я дізнався, що чим менша глибина проникнення, тим гірше. Чому?
Енергетична щільність — незалежно від того, чи йдеться про радіоактивне іонізуюче
випромінювання, чи про неіонізуюче випромінювання.
Чим менша глибина проникнення, тим більше енергії накопичується в певному об’ємі.
І це, на мою думку, цілком зрозуміло: чим більше енергії надходить у певний об’єм, тим більша
ймовірність, що це може спричинити проблеми та завдати шкоди.
Насправді це було сказано досить наївно: так, іонізуюче випромінювання, звісно, завдає шкоди, але справа в тому — про
що наступні доповідачі, безсумнівно, розкажуть детальніше — що й з цим неіонізуючим випромінюванням також існують проблеми.
Мабуть, це найважливіший слайд із усіх.
Невелика глибина проникнення — це не добре, а погано.
Отже, ліворуч ми бачимо схематичне зображення, характерне для 5G.
Не у всьому 5G — тобто у сільській місцевості 5G цього не передбачає — але в густозаселених районах це працюватиме так, що
для формування променя використовуватиметься не одна антена, а так звана антенна матриця, наприклад, 8x8
передавачів, за допомогою електротехнічних маніпуляцій.
Але коли чуєш слово «промінь», то спадає на думку ліхтарик чи лазер, але це не те.
Готуючись до цієї доповіді, мені теж спочатку довелося це вивчити.
Я теж так собі це уявляв.
Але ні, це не так, їх також називають «променями олівця», а скоріше це так: це так звана полярна діаграма.
Це показує, у якому напрямку при такій-то кількості окремих антен, що координовано випромінюють сигнал, спостерігається
найбільша інтенсивність, і ми бачимо, що в напрямку 0 градусів знаходиться головний
пелюсток — ці елементи ще називають пелюстками.
Це не настільки локалізовано і не настільки спрямовано, але, звісно, для застосування це набагато краще,
ніж у випадку всенаправленого випромінювання, як ми бачили на прикладі сферичних хвиль.
Вона спрямована саме на того, хто її потребує, і трохи на його оточення, а решта вже не так багато помічає.
Це, звичайно, позитивний момент, але той, хто перебуває в зоні опромінення, — а це не тільки він сам, а,
можливо, й той, хто випадково стоїть поруч із ним, — звичайно ж, теж отримає дозу опромінення.
Але, як я вже казав, насправді більшу небезпеку становить саме власний пристрій, принаймні якщо ним користуватися ось так .
Якщо користуватися функцією «вільного розмови», тримаючи пристрій у руці саме так, це
набагато зручніше, тому я можу тільки рекомендувати.
Гаразд, отже, 5G працює на частоті 700 МГц, а тут вказано — до 26 ГГц, тож, наскільки я розумію, 5G працює лише
до 8 ГГц — як у передачі «Радіо Єреван»: «Це залежить!»
Отже, якщо у мене є сільська місцевість, там я використовую низькі частоти.
Чому? Тому що вони практично не поглинаються повітрям, тому мені не потрібна базова станція для цієї території.
Якщо я хочу працювати з спрямованим променем, тобто на найвищих частотах, то, судячи з приблизних розрахунків, мені, ймовірно,
знадобиться 100 менших базових станцій. А це ж набагато дорожче.
А ще є середня зона та вузька зона.
Ось як це треба уявити. Отже, Вілсбібург — це не надто велике місто, я думаю, воно скоріше середнього розміру.
А якщо ми перебуваємо у великому місті, то там 5G — що, найімовірніше, стане реальністю вже сьогодні
або найближчим часом — 5G, адже на технічну реалізацію всього цього знадобиться певний час.
Це ж теж коштує трохи грошей.
Гаразд, отже, це зараз — скажімо так — я лише виклав технічну сторону питання і трохи натякнув, де можуть виникнути проблеми.
Якщо говорити в загальному, мені бракує так званого принципу попереджувального підходу.
У ЄС досі, власне, було прийнято, що нову технологію впроваджують лише після того, як на основі обґрунтованого
аналізу ризиків та обґрунтованої оцінки ризиків переконаються, що вона насправді безпечна.
У США все трохи навпаки.
Спочатку просто робиш, потім дивишся, чи щось відбувається, а якщо щось трапляється — то гальмуєш.
Наш шановний ведучий Ронні щойно також згадав про вакцинацію від коронавірусу — у цьому випадку
принцип обережності вже давно не застосовувався.
Адже навіть наш колишній федеральний канцлер сказав: «Ми всі — піддослідні кролики».
Але я впевнений, що небагато хто з тих, хто тут сидить, погодився стати піддослідним кроликом.
Отже, що стосується мобільного зв’язку, я вважаю, що десь тут не було дотримано принципу попереджувального підходу.
І я майже точно вклався у свої 20 хвилин.
Отже, ще раз підсумуємо: радіохвилі — їх не видно, вони поширюються у вакуумі, але з величезною швидкістю.
І мобільний зв'язок, без сумніву, має корисне застосування, про що вже згадував Ронні.
Але, як уже було сказано, принцип обережності все-таки діє.
Чим вища частота, тим більший приплив енергії, а в районах з щільною забудовою вже
спостерігається або з’явиться спрямоване випромінювання.
З одного боку, це добре, що загальне навантаження трохи зменшується, але з іншого боку, це не дуже добре: той, хто
опиниться під струменем, зазнає трохи більшого навантаження.
Так, це все. Дякую.
Випромінювання мобільних телефонів та Wi-Fi шкодить людям, тваринам та навколишньому середовищу. Нам
потрібні зони, вільні від випромінювання! asza.org