Czy 5G jest groźne dla zdrowia? Różnice vs 4G. Wypowiedź eksperta

Już wcześniej staraliśmy się na łamach naszego portalu wyjaśnić co to jest 5G i czy 5G jest niebezpieczne dla ludzi.

To ważne pytania, które wymagają fachowych odpowiedzi. W tym artykule udziela ich prof. dr hab. inż. Krzysztof Wesołowski z Wydziału Informatyki i Telekomunikacji, Instytutu Radiokomunikacji Politechniki Poznańskiej. Lepiej trafić nie możecie.

• Jak działa łączność 5G
• Dlaczego 5G jest lepsze od 4G?
• Czy moc nadajników 5G jest większa od 4G?
• Czy 5G jest niebezpieczne dla ludzi?

Sprawne przekazywanie informacji, było bardzo istotne na każdym etapie rozwoju ludzkości. Szczególną wagę ma komunikacja na odległość, która pozwala przesyłać informacje z prędkością dźwięku, a nawet światła. Obecnie, w XXI wieku, nasz świat jest już tak uzależniony od szybkiej łączności w czasie rzeczywistym, że upadek sieci komunikacyjnych wiązałby się bardzo poważnymi i nieprzyjemnymi konsekwencjami, na skalę globalną.

Postępy w tej dziedzinie są po prostu konieczne. Nie ma możliwości, by w tej chwili rządy wszystkich krajów stwierdziły: 4G nam wystarczy, więcej nam nie potrzeba. To się nie stanie. Dopóki mocarstwa będą rywalizowały o wpływy wojskowe, polityczne, gospodarcze, to będą starały się wyprzedzić konkurentów pod każdym względem.

Samo dążenie do celu nie jest niczym złym. Problem jest wtedy, gdy cel osiągany jest za wszelką cenę. Znane są bowiem przypadki, w których dla dobra państwa (dla dobra ogółu), stosowane były środki, które po pewnym czasie okazywały się niekorzystne dla części ludzi.

Czy 5G takie właśnie jest? Obecnie wszystko wskazuje na to, że nie.

Technologia bezprzewodowa piątej generacji (5G) ma nam dać bardzo realne i wymierne korzyści: większą szybkość, mniejsze opóźnienia oraz możliwość swobodnej komunikacji wielu urządzeń. Z komunikacji 5G skorzysta prawie każda gałąź gospodarki, a także przeciętni użytkownicy, tacy jak my. 5G umożliwi budowę prawdziwego Internetu Rzeczy.

Połączone sieci sensorów domowych oraz noszonych na ciele, stały i szybki Internet w smartfonie, komputerze oraz samochodzie, bardziej stabilna i niezawodna łączność bezprzewodowa, a do tego znikome opóźnienia transmisji, które są istotne podczas komunikacji w czasie rzeczywistym (np. dla samochodów autonomicznych i nie tylko). To tylko część zalet, z których skorzystają firmy, osoby prywatne, rolnictwo, medycyna, nauka itp.

• Komercyjne 5G w Polsce dostępne jest od kilku dni w sieci Plus

Dalszy rozwój świata, wymaga łączności 5G, a po niej 6G, 7G itd. Pytanie tylko, czy rozwiązując jedne problemy, nie przysparzamy sobie innych?

Odpowiedzi na pytania udziela prof. dr hab. inż. Krzysztof Wesołowski z Politechniki Poznańskiej. Zapraszamy do lektury.

Pracuje w Instytucie Radiokomunikacji Politechniki Poznańskiej. Zajmuje się badaniami systemów radiokomunikacyjnych i cyfrowych systemów telekomunikacyjnych. Jest autorem książek poświęconych tej tematyce: "Systemy radiokomunikacji ruchomej" (Wydawnictwa Komunikacji i Łączności 1998, 1999, 2003), "Mobile Communication Systems" John Wiley and Sons, Chichester 2003, "Sistiemy podwiżnoj radioswyiazi", Gorjaczaja Linija Telekom, Moskwa 2006, "Podstawy cyfrowych systemów telekomunikacyjnych" (Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 2003) oraz "Introduction to Digital Communication Systems" John Wiley and Sons, 2009. Opublikował wiele artykułów naukowych w czasopismach polskich i międzynarodowych poświęconych telekomunikacji. Kierował zespołem naukowym, który uczestniczył w kilku projektach naukowych Unii Europejskiej poświęconych radiokomunikacji, w tym systemom 4G i 5G. Jest promotorem kilkunastu prac doktorskich. W latach 2013 – 2019 pełnił funkcję Dziekana Wydziału Elektroniki i Telekomunikacji Politechniki Poznańskiej. Obecnie jest członkiem instytucji centralnej pn. Rada Doskonałości Naukowej.

Systemy łączności bezprzewodowej są przedmiotem nieustannych badań zarówno w firmach, jak i w świecie akademickim. Jak każdy rodzaj łączności, który ma działać w praktyce, musi być ostatecznie poddany standaryzacji i trzeba mu przydzielić określone pasmo fal elektromagnetycznych, w których może funkcjonować.

W przypadku systemów radiokomunikacyjnych najważniejszym, międzynarodowym ciałem standaryzacyjnym jest konsorcjum 3GPP (3rd Generation Partnership Project), które pomimo zawarcia w swojej nazwie skrótu 3G (trzecia generacja) definiuje normy kolejnych generacji systemów, aktualnie generacji piątej (5G). W skład konsorcjum 3GPP wchodzi siedem narodowych i regionalnych organizacji standaryzacyjnych z różnych części świata (np. ETSI – European Telecommunication Standards Institute) oraz główni producenci sprzętu telekomunikacyjnego.

1G – systemy analogowe (transmisja głosu odbywała się podobnie jak w radiu UKF) – przykładowy system w Polsce: NMT 450 Centertel, obecnie już nie działa,

2G – system cyfrowy wąskopasmowy, pasmo kanału rzędu 200 kHz, głos ludzki jest przetwarzany do postaci strumienia bitów i transmitowany tak jak dane, uboga możliwość usług transmisji danych – podstawowy system: GSM, działa jeszcze do dzisiaj,

2.5G – system GSM wzbogacony o pakietową transmisję danych z szybkością kilkudziesięciu kbit/s, przykład: GPRS a później EDGE GSM – działają do dziś np. w transmisji z terminali płatniczych i w przypadkach kiepskiego zasięgu systemów bardziej zaawansowanych,

3G -  system cyfrowy szerokopasmowy (pasmo kanału o szerokości 5 MHz) z tzw. rozpraszaniem widma o powiększonej pojemności sieci w porównaniu z 2G, z główną usługą w postaci transmisji sygnału mowy w wersji cyfrowej, i średnimi szybkościami transmisji danych (kilkaset kbit/s), przykład: system UMTS, 

3.5G – ulepszenia systemu 3G polegające na szybkiej pakietowej transmisji danych o podwyższonej szybkości, w niektórych wersjach do ponad 40 Mbit/s i wyższych (HSPA, HSPA+ z techniką wieloantenową MIMO – kilka anten w stacji bazowej i jedna lub więcej anten w stacji ruchomej),

3.9G – system LTE (3GPP Long Term Evolution), określany przez operatorów jako system 4G, choć nie spełnia on wszystkich wymagań systemu czwartej generacji zdefiniowanych przez Międzynarodową Unię Telekomunikacyjną (ITU); szerokości pasma kanału radiowego od 1.4 do 20 MHz, system w pełni oparty na transmisji pakietowej według protokołu IP z możliwością wykorzystania techniki wieloantenowej (MIMO), transmisja odbywa się równolegle na wielu sygnałach nośnych rozmieszczonych blisko siebie (tzw. transmisja wielotonowa, podobna do transmisji w telewizji naziemnej DVB-T/T2 lub WiFi – IEEE 802.11a/g/n i w jego kolejnych, bardziej zaawansowanych wersjach),  

4G – system LTE Advanced – ulepszona wersja systemu LTE o podniesionych szybkościach danych, z powiększoną liczbą anten nadawczych i odbiorczych, spełniająca wymogi postawione systemom 4G przez ITU,

5G – kolejna generacja rodziny systemów z szerokopasmową transmisją wielotonową o nowym zestawie parametrów transmisyjnych, nowych zakresach wykorzystywanych częstotliwości i szerokości stosowanych pasm umożliwiających znaczące podniesienie szybkości transmisji i jej niezawodności. Pod względem transmisyjnym systemy 5G są znaczącym rozwinięciem systemów 4G, ale zasady ich działania są podobne, choć oczywiście uwzględnia się w nich postęp technologiczny w zakresie systemów radiowych, zabezpieczenia informacji przed błędami (kodowanie korekcyjne), dopasowania do własności kanałów radiowych, struktury sieci stałej z rozwiązaniami programowalnymi, itp. Systemy 5G są obecnie ciągle w sferze standaryzacji. Podstawowe parametry tych systemów są zawarte już w Wydaniu 15 standardów 3GPP, co pozwala na instalację podstawowej wersji systemu 5G współpracującej z systemem 4G.

Czytaj dalej, by zapoznać się z kolejną odpowiedzią.

Kolejne generacje systemów radiokomunikacyjnych (komórkowych) powinny zapewniać obsługę coraz większej gamy, coraz bardziej zróżnicowanych pod względem wymagań usług. W tym aspekcie systemy 5G są znacznie bogatsze niż systemy 4G i niższych generacji. Mój zespół naukowy uczestniczył w pracach koncepcyjnych dotyczących systemów 5G, które były prowadzone jeszcze w ramach 7. Programu Ramowego Unii Europejskiej (projekt METIS). Zdefiniowano w nim podstawowe segmenty systemów 5G, nowe scenariusze wykorzystania, co właśnie stanowi jedną z podstawowych różnic w stosunku do systemów 4G. Są to:

Systemy eMBB (enhanced Mobile Broadband) – systemy szerokopasmowe do komunikacji z terminalami ruchomymi, o wzbogaconych możliwościach transmisyjnych, obecnie już zdefiniowane w standardach Wydania 15 3GPP, tzw. 5G  New Radio. Służą do transmisji treści multimedialnych o wysokiej rozdzielczości (np. filmów 4K, 8K, itp.) i dzięki swoim parametrom (szerokość pasma, przepustowość, jakość obsługi) zapewniają masowy dostęp do sieci stałej (np. do sieci na wielkich wydarzeniach sportowych i kulturalnych, do Internetu). Ten segment pozwala na znacznie wyższe szybkości transmisji w porównaniu z LTE czy LTE Advanced (4G). Określono szczytowe wymagania jako łączną szybkość w transmisji do terminali równą 20 Gbit/s, zaś w transmisji do stacji bazowych (łącznie) 10 Gbit/s. Aby było to możliwe, przewiduje się zastosowanie transmisji radiowej zarówno w paśmie poniżej 6 GHz, jak i w wybranych pasmach ponad 20 i ponad 30 GHz, czyli w zakresach fal o długościach milimetrowych.

Ten ostatni zakres częstotliwości stanowi szczególne wyzwanie realizacyjne. W zakresach 20 – 40 GHz sygnały radiowe podlegają znacznie silniejszym tłumieniom niż przy częstotliwościach poniżej 6 GHz, więc zasięgi stacji bazowych będą bardzo niewielkie. W konsekwencji przewiduje się zbudowanie ultra gęstych sieci z rozmieszczanymi gęsto stacjami bazowymi o bardzo małej mocy i małym zasięgu.

Koncepcja ta ma zastosowanie w centrach miast i miejscach o dużej liczbie terminali. W zakresach częstotliwości poniżej 6 GHz dostęp do pasma jest bardzo ograniczony, w odróżnieniu od pasma fal milimetrowych. Tak wysokie częstotliwości pozwalają również na zastosowanie istotnej, nowej technologii wieloantenowej zwanej massive MIMO (masowe tablice antenowe stacji bazowych pozwalające na skierowanie wąskiego strumienia fal radiowych do konkretnych terminali dysponujących kilkoma antenami będących w zasięgu tej stacji).

Systemy URLLC (Ultra Reliable Low-Latency Communications) – systemy o szczególnie wysokiej niezawodności i niskich opóźnieniach o niższej przepływności w porównaniu z systemami eMBB. Znajdą zastosowanie w komunikacji z pojazdami autonomicznymi, pomiędzy pojazdami oraz pomiędzy pojazdami i infrastrukturą drogową, w telemedycynie, w tym realizacji operacji chirurgicznych na odległość za pomocą robotów chirurgicznych, niezawodnej komunikacji bezprzewodowej między robotami działającymi hali produkcyjnej, itp. Systemy URLLC są obecnie przedmiotem prac standaryzacyjnych. 

Systemy mMTC (massive Machine-Type Communications) – systemy o niskich przepływnościach i niewielkich intensywnościach transmisji, za to o bardzo wielkiej liczbie terminali zasilanych bateryjnie, których trwałość źródła zasilania jest szacowana na około 10 lat. Będą to np. terminale obsługujące różnego rodzaju czujniki, sterowniki, itp. zainstalowane w budynkach, fabrykach, sieciach gazowniczych, energetycznych i wielu innych. Pozwolą one na realizację m.in. idei Internetu Rzeczy. Bardzo istotną cechą tej transmisji jest jej wysoka efektywność energetyczna i bardzo duża liczba terminali obsługiwanych przez stacje bazowe.

• Smart Home (czujniki, automatyka domowa)
• Smart City (infrastruktura drogowa, czujniki, monitoring, automatyka miejska)
• komunikacja między pojazdami, w tym pojazdami autonomicznymi
• automatyzacja przemysłowa
• telemedycyna, e-zdrowie
• drony
• strumieniowanie wideo 4K, 8K, wideo 3D
• granie w chmurze
• rzeczywistość wirtualna (VR) i rzeczywistość rozszerzona (AR)
• zdalne nauczanie, rozmowy wideo w wysokiej jakości
• symulacje i szkolenia w czasie rzeczywistym

Czytaj dalej, by zapoznać się z kolejną odpowiedzią.

Moc nadajników jest ograniczona normami emisyjnymi, które w Polsce są bardziej wymagające niż w wielu innych krajach (np. w USA). Instalacja stacji bazowych i ich uruchomienie wymaga przeprowadzenia pomiarów poziomu emisji fal elektromagnetycznych w odpowiedniej odległości, w której mogą znajdować się ludzie.

Z tego faktu, z zastosowanej częstotliwości w kanałach (kilkaset MHz, kilka GHz czy kilkadziesiąt GHz) oraz konieczności unikania interferencji między stacjami bazowymi korzystającymi z tych samych częstotliwości wynikają zasięgi stacji bazowych, a także zastosowane moce nadawanych sygnałów.

Projektanci systemów komórkowych zawsze minimalizują moce stacji bazowych z powyższych przyczyn, motywowani również minimalizacją kosztów ich eksploatacji (OPEX – Operational Costs). Gdy stacje bazowe są gęsto rozmieszczone, w sposób naturalny ich moce są niewielkie, ale można zastosować wyższe częstotliwości kanałów. Gdy komórki (obszar pokrywany przez zasięg stacji bazowej, nie zaś telefony komórkowe często tak popularnie nazywane) są wielkie, chcąc uzyskać zasięg na ich skraju przy niewielkiej mocy nadawanej, stosuje się niższe częstotliwości lub węższe pasmo sygnału nadawanego (a więc zapewnia się niższe przepływności).

Podałem w tej odpowiedzi ogólne zasady doboru mocy stacji bazowych, zaś na tak ogólne pytanie nie można jednoznacznie odpowiedzieć. Generowana przez stacje bazowe moc jest zawsze minimalizowana. Dotyczy to również samych telefonów komórkowych, aby nie wprowadzały one interferencji w innych łączach radiowych (innych połączeń telefonów ze stacjami bazowymi).

Od Redakcji:

Podstawowa zasada jest prosta - jeśli coś ma być nadawane na bardzo dalekie odległości z jednego miejsca, to używa się niskich częstotliwości i wysokiej mocy. Łączność 5G działa inaczej. Korzysta z wielu mniejszych anten, które muszą być rozmieszczone relatywnie gęsto, a także używa wysokich częstotliwości (sub 6 GHz) oraz bardzo wysokich mmWave (powyżej 24 GHz).

Ograniczenia pod względem propagacji są duże. Niewiele osób wie, że sygnał 5G może być silnie zakłócony, nawet przez opady deszczu. Dużą barierę stanowią też ściany, budynki i inne konstrukcje. Dla typowego sygnału 5G, zgodnego z normami emisyjnymi, nawet skóra stanowi nie lada przeszkodę. Od skóry odbijają się przede wszystkim fale milimetrowe, czyli te z zakresu 20 - 40 GHz. Wysokie częstotliwości mają duży problem, żeby wniknąć głębiej, a jeśli nawet, to nie będą miały one mocy, choćby zbliżonej do niebezpiecznej.

Czytaj dalej, by zapoznać się z kolejną odpowiedzią.

Jeśli przestrzegane są normy emisji, które jak dotąd w Polsce były bardzo wyśrubowane, to systemy komórkowe nie powinny być niebezpieczne dla ludzi. Oddziaływanie fal elektromagnetycznych na organizmy żywe jest różnorakiego rodzaju. Podstawowy rodzaj oddziaływania to podgrzewanie tkanek. Inny rodzaj to oddziaływanie na poziomie molekularnym.

Dla porównania, w kuchence mikrofalowej intencjonalnie podgrzewamy produkty zawierające wodę (np. płyny, mięso, warzywa, itp.), stosując promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości 2.45 GHz o dużej mocy (rzędu 800 – 1000 W). Uszkodzona kuchenka mikrofalowa, z której w wyniku nieszczelności ekranowania promieniowanie EM wydostaje się na zewnątrz, może być dla zdrowia szkodliwa. Telefon komórkowy używany wiele godzin na dobę i przytknięty do naszej głowy też podgrzewa ją swoim emitowanym promieniowaniem, ale nieznacznie, w stopniu zgodnym z normami emisyjnymi.

Kupując nowy telefon (smartfon), należy zapoznać się z jego parametrami nie tylko użytkowymi (wielkość pamięci wewnętrznej, szybkość procesora, rozdzielczość aparatów fotograficznych i ekranu, jego jasność, itp.), ale również sprawdzić dla wybranego modelu parametr SAR. Skrót SAR (Specific Absorption Rate) [W/kg] oznacza jednostkę mocy fal radiowych pochłanianej przez kilogram ciała użytkownika podczas korzystania z telefonu komórkowego. Współczynnik SAR jest określany na najwyższym certyfikowanym poziomie mocy w warunkach laboratoryjnych, ale rzeczywista wartość współczynnika SAR podczas korzystania z telefonu może być znacznie niższa. Wynika to z tego, że telefon został zaprojektowany w celu wykorzystania minimalnej mocy wymaganej do połączenia się z siecią (bateria wystarcza na dłużej).

Oferowane na rynku telefony komórkowe różnią się wartościami współczynnika SAR w szerokim zakresie. Modne smartfony renomowanych firm mają czasami wysokie wartości współczynnika SAR! Należy wybierać taki model, który charakteryzuje się niewielką wartością tego współczynnika w porównaniu z innymi ofertami rynkowymi. Taki telefon jest z pewnością bezpieczniejszy dla naszego zdrowia, choć w moim przekonaniu jest to i tak przysłowiowe „dmuchanie na zimne”.

Kupując więc nowy smartfon, który umożliwia transmisję w systemie 5G, a których oferta na świecie jest coraz bogatsza, należy brać pod uwagę również współczynnik SAR. Taki smartfon będzie wtedy z pewnością bezpieczniejszy dla użytkownika niż kiepski model z wysokim SAR.

W ostatnich miesiącach wobec instalacji stacji bazowych systemów 5G pojawiły się protesty przeciw tym systemom w niektórych krajach (np. w Wielkiej Brytanii lub Holandii) a nawet akty wandalizmu. Moim zdaniem protesty te wynikają z niewiedzy na temat zasad działania systemów radiowych, czasami intencjonalnie podsycane przez ośrodki rozsiewające tzw. fakenewsy.

Szczytem głupoty jest wiązanie systemów 5G z pojawieniem się epidemii koronawirusa. Nie ma związku przyczynowo-skutkowego pomiędzy tymi wydarzeniami. Obecnie systemy 5G są w fazie instalacji testowych, zaś epidemia choroby COVID-19 objęła prawie całą Ziemię.

W historii ludzkiej cywilizacji często nowe technologie wiązały się z protestami, szczególnie osób niewykształconych i nieposiadających odpowiedniej wiedzy. Przykładów jest wiele: niszczenie maszyn włókienniczych przez tkaczy ręcznych w osiemnastym wieku to tylko jeden z takich przykładów. Obawa przed stacjami bazowymi GSM we wczesnych latach dziewięćdziesiątych w Polsce to inny przykład.

Z pewnością bardziej szkodliwe dla środowiska i zdrowia człowieka jest zapylenie i zatrucie powietrza wyziewami pieców grzewczych oraz spalin samochodowych. Szacuje się, że w ich wyniku umiera rocznie w Polsce kilkadziesiąt tysięcy ludzi. Nie stwierdzono natomiast śmierci ludzi z powodu użytkowania telefonii komórkowej. Systemy 5G nie będą pod tym względem inne niż systemy poprzednich generacji.

Od Redakcji:

Gorąco polecamy zapoznanie się z publikacją The Truth is Out There: Examining the Science Around 5G Paranoia (https://www.comsoc.org/publications/ctn/truth-out-there-examining-science-around-5g-paranoia). Obala ona mity związane z oddziaływaniem łączności bezprzewodowej 5G na człowieka. Tekst jest w języku angielskim.

Dziękujemy Panu prof. Krzysztofowi Wesołowskiemu z Politechniki Poznańskiej, za fachowy wkład merytoryczny. Wszystkim natomiast życzymy pogłębiania wiedzy na temat 5G i zapoznawania się z naukowymi publikacjami na ten temat. W tak ważnych kwestiach nie warto polegać na plotkach i fake newsach. Obalajmy mity związane z 5G, nie dajmy się ponieść paranoi.

Zachęcamy do merytorycznej dyskusji w komentarzach.

Zobacz również: 

• Nadchodzi ID2020, cyfrowa tożsamość dla każdego
• Dobry telefon z 5G - Samsung Galaxy S20 Ultra
• Plus uruchamia pierwszą komercyjną sieć 5G

Autorzy: prof. dr hab. inż. Krzysztof Wesołowski, Tomasz Duda (Redakcja)

Źródła: www.comsoc.org/publications/ctn/truth-out-there-examining-science-around-5g-paranoia, www.element14.com/community, a także źródła własne