Jak w uproszczeniu działa telefonia komórkowa? Kiedy do kogoś dzwonimy, aparat komórkowy łączy się - wytwarzając fale radiowe - z najbliższą stacją bazową i przesyła jej zaszyfrowane informacje o wywoływanym odbiorcy. Stacja przesyła tę informację dalej - tak, by dotarła on do stacji bazowej najbliższej odbiorcy. A tamta stacja bazowa - nadając sygnał radiowy - łączy się z aparatem rozmówcy.

Takie stacje bazowe telefonii komórkowej rozsiane są w całym kraju i na świecie. Dzielą obszar na „komórki” (stąd nazwa), w obrębie których jest zasięg i można połączyć się z siecią. Stacja bazowa obsługuje zwykle trzy takie „komórki”.

W Polsce odległości między stacjami bazowymi wynoszą teraz między 2 km (w miastach) a ponad 20 kilometrów (na terenach wiejskich). Obecnie w naszym kraju w użyciu są kolejne generacje sieci komórkowej: 2G, 3G i 4G.

Zwykle w sieci 4G do jednej „komórki” może być jednocześnie podłączonych około 1000 aktywnych urządzeń (takich, które w danym momencie transmitują dane). Wydawać się może, że to dużo, ale żyjemy jednak w czasach, kiedy popularność zyskuje Internet Rzeczy: z siecią łączą się nie tylko ludzie, ale i urządzenia rowery, hulajnogi elektryczne, samochody, kamery monitoringu, czy nawet żarówki albo zabawki dla dzieci. Trzeba się więc liczyć z tym, że za jakiś czas dojdziemy do technicznego limitu urządzeń przypadających na jedną taką „komórkę”.

Odpowiedzią na to wyzwanie miałaby być m.in. sieć 5G. "Dzięki niej będzie można połączyć z siecią nawet 1 mln urządzeń na 1 km kwadratowy" - mówi w rozmowie z PAP dr Jacek Wszołek z Katedry Telekomunikacji Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. A taki limit, nawet przy bardziej wymyślnych rozwiązaniach z zakresu Internetu Rzeczy, powinien nam na razie wystarczyć.

Czym sieć 5G różni się od obecnych generacji sieci telefonii komórkowej? Naukowiec zwraca uwagę, że sieci 5G wykorzystywać będą - oprócz obecnie wykorzystywanych przez sieci 2G, 3G i 4G częstotliwości - również inne częstotliwości fal radiowych. Teraz to np. zakres od 800 MHz do maksymalnie 5 GHz. A sieć 5G ma obsługiwać także jeszcze wyższe częstotliwości - nawet do ok. 52 GHz.

Dr Wszołek dodaje, że w nowym systemie pojedynczy kanał, którym będzie można przesyłać informacje, będzie o wiele szerszy (nawet do 400 MHz – w porównaniu z 20 MHz w systemach 4G). A to oznacza, że prędkość transmisji będzie znacznie większa niż teraz. Dzięki temu z siecią będzie się mogło łączyć nie tylko więcej urządzeń, ale będą one mogły przesyłać o wiele większe porcje danych.

Fale o większych częstotliwościach jednak mają trochę inne właściwości niż te o częstotliwościach obecnie wykorzystywanych w sieciach komórkowych. A mianowicie fale te są silniej tłumione i łatwiej rozpraszają się w ośrodkach, przez które przechodzą. Powietrze, ściany budynków, ludzkie ciało czy nawet liście na drzewach stanowią więc dla nich trudniejszą do przebycia przeszkodę niż dla fal o niższych częstotliwościach. Dlatego też, aby nie być zmuszonym to transmitowania sygnału z ogromnymi mocami, odległości między stacjami bazowymi muszą się zmniejszyć.

"W sieciach 5G odległości między stacjami bazowymi pracującymi na wysokich częstotliwościach będą wynosić nie kilometr czy 20 km - jak obecne stacje 2G, 3G i 4G - ale np. 200-500 m. Zagęszczenie stacji bazowych więc znacznie wzrośnie" - mówi naukowiec.

"Ludzie czasami się tego boją, bo sobie wyobrażają, że jak będzie więcej stacji, to będą one emitowały większe promieniowanie elektromagnetyczne. A wcale tak być nie musi" - podkreśla dr Wszołek. Zauważa, że obecnie, kiedy przykładamy telefon do ucha, musi się on połączyć ze stacją bazową odległą nawet o 20 km. Taki aparat musi nadać sygnał z mocą na tyle dużą, by stacja bazowa go usłyszała.

"A jeśli będziemy mieć stację bazową odległą tylko o 300 m, sygnał będzie mógł być nadany z mniejszą mocą" - dodaje rozmówca PAP. Wyjaśnia przy tym, że będzie to działało w obie strony - stacja bazowa też będzie mogła emitować sygnał z mniejszą mocą, bo fala radiowa nie będzie musiała dotrzeć aż na odległość 20 km, tylko na znacznie, znacznie mniejsze odległości.

Mija już 25 lat, od kiedy używamy telefonów komórkowych - przypomina naukowiec z AGH - a mimo to ciągle nie ma rzetelnych badań, które dowodzą jednoznacznie, że promieniowanie - czy to z aparatów komórkowych, czy to ze stacji bazowych - szkodzi. Tak samo jednak – dodaje - nie ma wiarygodnych badań pokazujących, że promieniowanie to nie szkodzi. W przypadku częstotliwości w sieciach 5G też nie ma żadnych dowodów naukowych potwierdzających lub obalających szkodliwość, jednak sieć 5G wciąż jest technologiczną nowinką, więc badań na dużą skalę jeszcze na dobre nie rozpoczęto.

Jak opisuje dr Wszołek, obecnie stosowane anteny na stacjach bazowych to skrzynki o wysokości ok. 1,5 m wysokości i szerokości i głębokości 20-40 cm. Aby łatwiej było uformować „komórkę” i osiągnąć efekt „świecenia” anteny z góry, urządzenia te umieszczane są na szczytach budynków czy na szczycie wysokich wież, przez co może się wydawać, że urządzenie emitujące fale jest całkiem spore.

W sieci 5G tymczasem stacje bazowe będą mniejsze, bo będą ustawione bliżej siebie i nie będą musiały emitować tak silnego dookolnego sygnału jak dotąd. Ponadto – jak tłumaczy rozmówca PAP - dzięki technologii kształtowania wiązki (beamforming) sygnał radiowy może być precyzyjnie wysyłany w kierunku użytkownika, a dzięki temu nie będzie on oddziaływał na wszystkich użytkowników znajdujących się w danej komórce, jak to było dotychczas.

"Taka stacja bazowa to będzie coś wielkości pudełka do butów, plus antena" - opowiada dr Wszołek. Dodaje, że takie anteny będą też mniejsze niż dziś. "Im wyższa częstotliwość fal, tym antena może być mniejsza" - tłumaczy.

Badacz z AGH wyjaśnia, że stacje 5G pracujące na wysokich częstotliwościach będą umieszczane albo w środku budynków, albo na poziomie ulic – np. na ścianie budynku czy niskim maszcie. A na wysokim maszcie – znacznie rzadziej.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ agt/