okolo mobilných sietí sa šíri množstvo konšpiračných teórií, pričom možno s nástupom 5G rezonovali o to hlasnejšie, že nástup piatej generácie mobilných sietí prišiel v tom istom čase, kedy svet postihla globálna pandémia ochorenia COVID-19. (Už hneď začiatkom roku 2020 vychádzali články v duchu „náhoda? nemyslím…“). Vo všeobecnosti však tieto konšpiračné teórie nie sú ničím novým, v určitej miere sa tu objavujú od začiatkov 20. storočia, kedy boli na našom území inštalované prvé rádiové vysielače.
Väčšinou sa diskusia ohľadom škodlivosti mobilných sietí točí okolo vplyvu elektromagnetického žiarenia z vysielačov a mobilných telefónov. Dnes existuje množstvo štúdií, ktoré dokazujú, že 30 rokov našej koexistencie s mobilnými sieťami nemalo žiaden zásadný vplyv na incidenciu nádorov hlavy či množstva iných ochorení. Odporcovia mobilných sietí, aj z vedeckej komunity, však prezentujú svoje štúdie, v ktorých tvrdia opak. Vo svojej podstate je to dobré — neustálym spochybňovaním doterajšieho poznania, ak používame vhodné vedecké metódy a postupy, posúvame naše poznanie ďalej.
S nástupom 5G sietí dostali odporcovia „rádiových vĺn“ nový vietor do plachiet, 5G siete totiž so sebou prinášajú aj niektoré nové frekvenčné pásma (napríklad tzv. milimetrové vlny, čiže frekvencie od 10 GHz vyššie). Okolo toho sa začal nový krik o tom, ako práve tieto frekvencie zmenia všetko, čo doteraz o mobilných sieťach vieme a ako budú škodlivé. Rozsiahla prehľadová štúdia o vplyve nízkoúrovňového rádiového žiarenia vo frekvenciách nad 6 GHz publikovaná v Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology patriaceho pod vydavateľstvo Nature však čitateľa upokojuje — autori sa v štúdii zaoberali výsledkami 107 predchádzajúcich štúdií na túto tému a konštatujú, že „preskúmanie experimentálnych štúdií neposkytlo žiadny potvrdený dôkaz, že nízke hladiny MMW (milimetrových vĺn, pozn. autora) sú spojené s biologickými účinkami relevantnými pre ľudské zdravie.“ Štúdia je verejne dostupná, môžete si ju prečítať tu.
nové frekvencie — nové problémy
Poďme však k zaujímavejšej téme — odporcovia 5G radi argumentujú tým, že pri vyšších frekvenciách je prenikanie signálu cez prekážky (napr. stenu budov) problematickejšie, takže počet antén bude rásť a nikde sa im nevyhneme. Pýtal som sa na toto kolegov z prostredia mobilných operátorov a dostal som informáciu, že na Slovensku v dohľadnej dobe nasadzovanie 5G sietí nebude mať takmer žiadny vplyv na počet základňových staníc.
Zároveň, technicky zdatnejší odporcovia poukazujú na to, že mobilné siete nových generácií čoraz viac používajú technológiu Massive MIMO, ktorú zjednodušene môžeme vysvetliť tak, že tam, kde kedysi bola v krabici na streche bytovky jedna, dve, či štyri antény, môže byť teraz pokojne aj 128 antén (takémuto zoskupeniu antén hovoríme pole antén, pre pokračovanie článku je to dôležité). Netreba sa nijak obávať, že by to navonok na strechách vyzeralo inak. Tá krabica, kde je 128 antén môže byť pokojne aj menšia, než tie, ktoré vidíte na strechách domov dnes.
Vďaka technológii Massive MIMO dokáže operátor presne zacieliť rádiový lúč konkrétnym smerom — konšpirátori sa obávajú, že práve touto technológiou nás budú môcť tajné mocenské spolky ovládať, alebo rovno zabíjať na diaľku. Je zaujímavé, že keď prichádzali 3G a 4G siete, dezinfo scéna nepísala žiadne clickbait nadpisy, ako som našiel v súvislosti s 5G, ale chápem — nové frekvencie a nový typ antén môžu pôsobiť desivo. Jediná vec, ktorú si konšpirátori neuvedomujú je to, že tieto technológie v skutočnosti nie sú až tak veľmi nové, ako by sa mohlo zdať. Mimochodom, Massive MIMO sa začalo nasadzovať už pri LTE sieťach (štvrtá generácia), prečo tá hystéria prišla až s 5G som úplne nepochopil.
Prečo potrebujeme nové frekvencie? Tu je odpoveď jednoduchá — vyššie frekvencie znamenajú širšie kanály a to znamená, že môžeme v rovnakom čase preniesť omnoho väčšie množstvo informácií. Ak chceme mobilný internet v rýchlostiach v gigabitoch alebo desiatok gigabitov za sekundu, jednoducho musíme ísť do vyšších frekvencií. Nižšie frekvencie sa budú využívať aj naďalej, napr. v takom 700 MHz pásme síce neposkytnete používateľom desaťgigabitové rýchlosti, ale zasa pomerne jednoducho pokryjete veľkú časť územia s dobrou penetráciou signálu cez prekážky.
Avšak tam, kde sa nám pohybuje veľa ľudí pokope, ktorí chcú využívať kvalitné vysokorýchlostné dátové pripojenie s nízkou latenciou, potrebujeme vyššie frekvencie. Keďže v meste je veľa prekážok — budovy, podchody, podzemné garáže — potrebujeme aj viac bázových staníc (antén). Tie majú samozrejme svoj vysielací výkon prispôsobený tomu, že pokrývajú maličké územie rádovo v stovkách metrov okolo seba a nemusia žiariť tak silno, ako vysielače, ktoré pokrývajú územia v desiatkach kilometrov štvorcových.
Stále však platí, že nechceme do okolitého prostredia vypúšťať žiarenie zbytočne — jednak ide naozaj o to nevystavovať človeka žiareniu tam, kde to nie je potrebné, zároveň však ide o energetickú efektivitu — načo míňať zdroje tam, kde ich nikto nepotrebuje? A práve tu dostáva svoju príležitosť Massive MIMO a technológia známa v angličtine ako beamforming. Do slovenčiny by sme to mohli preložiť ako tvarovanie lúča. Poďme sa na to pozrieť trochu bližšie.
ako funguje anténa?
Ak chceme komunikovať bezdrôtovo pomocou rádiových vĺn, potrebujeme dva základné komponenty — rádiofrekvenčný (RF) modul (ľudovo ho môžeme pokojne volať „rádio“), ktorý na vstupe dostáva dáta, ktoré chceme bezdrôtovo preniesť a postará sa o kódovanie, moduláciu, či vysielací výkon, ktoré chceme použiť na bezdrôtový prenos. Ak to extrémne zjednoduším, RF modul vytvára z dát určených na prenos rádiovú vlnu, ktorá tieto dáta prenáša. A aby sme ju vedeli rozumne vyžiariť do okolia, potrebujeme k RF modulu pripojiť anténu. Anténa rádiový signál nevytvára, má však zásadný vplyv na to, ako sa tento signál bude šíriť do okolitého priestoru. Pri prijímaní signálu je proces rovnaký, iba opačným smerom.
Pri anténe si musíme zadefinovať dve veci — veľkosť (dĺžku) antény a požadovaný zisk. S dĺžkou je to v princípe jednoduché. Platí, že anténa (presnejšie dipól, konkrétny bežne používaný typ antény) by mala mať dĺžku rovnú 1/4 vlnovej dĺžky. A vlnová dĺžka je v priamom vzťahu s frekvenciou. Ak napr. Bluetooth využíva frekvenciu 2.4 GHz, vlnová dĺžka je približne 12.5 cm, takže dipól by mal mať ideálne dĺžku okolo 3cm. (Trochu to tu zjednodušujem, ale takto nám to zatiaľ stačí.)
So ziskom antény (antenna gain) je to už trochu zložitejšie. Udáva sa v decibeloch (dB), čo je bezrozmerná jednotka, navyše v logaritmickej mierke. Keďže pri anténach sa toho v decibeloch udáva viac, ak hovoríme o zisku antény, používame skratku dBi. Mohli ste sa s ňou stretnúť, ak ste si niekedy kupovali nejakú anténku k domácemu Wi-Fi routeru alebo nejakej „smart hračke“. Základnou hodnotou je anténa so ziskom 0 dBi — je to takzvaná izotropná anténa, teda ideálna všesmerová anténa. Znamenalo by to, že rádiový signál od RF modulu takáto anténa vyžiari do svojho okolia v tvare ideálnej gule — všetkými smermi úplne rovnako a rovnomerne. Ale možno si zo strednej školy pamätáte, že ak vo fyzike niečo voláme „ideálne“, spravidla to znamená, že to v praxi neexistuje. Je tomu tak aj pri anténach. Navyše, ideálnu všesmerovú anténu vo väčšine prípadov ani nechceme.
Predstavte si napríklad, že chcete pokryť vašu väčšiu záhradu kvalitným Wi-Fi signálom — ak chcete „dosvietiť“ ďalej, potrebujete anténe dodať väčší výkon z RF modulu. Ak by ste použili izotropnú anténu, okrem toho, že časť tohto výkonu sa naozaj rozprestrie vašou záhradou, omnoho väčšie množstvo výkonu vyžiarite smerom k oblohe alebo smerom do zeme. My sme si ale povedali, že anténa síce rádiový signál nevytvára, avšak má zásadný vplyv na to, akým spôsobom ho vyžiari do okolia.
Zisk antény v dBi, ktorý si prečítate v popise produktu, keď budete hľadať novú anténku pre váš router tak hovorí o tom, ako táto anténa vyžaruje signál v porovnaní s ideálnou anténou so ziskom 0 dBi. Keďže výkon z RF modulu je rovnaký bez ohľadu na to, ako anténu použijete, ak anténa žiari iba niektorými smermi, pri rovnakom vysielacom výkone RF modulu takáto anténa dosvieti ďalej. Pre lepšiu predstavu vám pomôže nasledujúci obrázok. Vyšší zisk antény sa väčšinou prejaví na tom, že anténa bude fyzicky väčšia. Na prvý pohľad si človek povie, že väčšia anténa dosvieti ďalej. V tomto prípade to platí, ale pri vyšších ziskoch antény už musíte myslieť na to, že síce dosvieti ďalej, ale svieti iba niektorými smermi.
NetXLRôzny tvar elektromagnetického žiarenia v závislosti od zisku antény.Zisk antény a možnosť ovplyvniť smer vyžiareného výkonu je veľmi dôležité poznanie pre svet bezdrôtových komunikácií. Umožňuje nám na jednej strane pri rovnakom výkone dosvietiť ďalej, ak nám stačí úzky lúč, a zároveň nám umožňuje nesvietiť tam, kde to nie je potrebné. Ak však pripustíme možnosť, že zariadenie s ktorým komunikujeme sa hýbe (čo je v princípe prapodstatou mobilných sietí), ak chceme svietiť čo najpresnejšie k danému zariadeniu, museli by sme aktívne naklápať anténu tým smerom, akým sa hýbe zariadenie (toto poznáte zo satelitných sietí — parabolickú anténu treba nasmerovať konkrétnym smerom, inak je nám nanič). V prostredí mobilných sietí by ale takéto riešenie s naklápaním antén nebolo úplne praktické.
ako vytvarovať lúč a hýbať ním?
Tu prichádza na scénu už spomínaná technológia tvarovania lúča — beamforming. Ak totiž nepoužijete jednu anténu, ale použijete pole antén (veľa rovnakých antén vedľa seba) a všetky budú žiariť rovnako, ovplyvnia sa navzájom, čo má vplyv na výsledný lúč rádiového žiarenia. Opäť si pomôžeme obrázkom.
MetaswitchBeamforming v praxi.
Ak teda na strechu bytovky operátor neumiestni „jednu anténu“ ale „pole antén“, kým konšpirátorovi sa ježia vlasy na hlave, pretože žije v pocite, že 64-krát viac antén znamená 64-krát väčšie žiarenie na povrch jeho tela, v skutočnosti operátor využíva túto fyzikálnu vlastnosť poľa antén na to, aby nevyžaroval elektromagnetické vlny tam, kam netreba a sústredil vyžiarenú energiu smerom k zariadeniu, ktoré potrebuje komunikovať.
Výhodou takéhoto riešenia oproti použitiu jednej smerovej (napr. parabolickej) antény je to, že je možné takýmto lúčom hýbať v rôznych smeroch bez toho, aby ste fyzicky hýbali anténou, resp. poľom antén. Tu začíname hovoriť o tzv. beamsteeringu. Stačí na to zmeniť fázový posun rádiovej vlny. Bez ohľadu na to, aby sme sa tu zaťažovali fyzikou a vysvetľovaním fázového posunu, je to skrátka niečo, čo je možné ovplyvniť elektronicky v samotnom RF module a pole antén môže byť fixne pripevnené na stožiar. Navyše, ak má pole antén dostatočný počet antén, je možné vyžarovať niekoľko samostatných lúčov k niekoľkým samostatným zariadeniam a stále nevyžarovať výkon tam, kde ho nikto nepotrebuje.
MetaswitchBeamsteering.
Preto tu dnes máme už spomínané Massive MIMO, kde na streche bytovky má operátor pole antén pokojne aj o rozmere 64x64 (64 antén na príjem a 64 antén na vysielanie). A keď sa zariadenie pohybuje — lebo na to vznikli mobilné siete, inak by nám predsa stačila pevná linka — tak RF modul iba hýbe fázovým posunom a lúč mení svoj smer tak, aby stále sledoval zariadenie, ktoré potrebuje komunikovať. Výhodou tohto riešenia je aj to, že to funguje aj naopak — akonáhle na takéto pole antén dopadne signál z mobilného telefónu, RF modul si vie vypočítať tzv. uhol dopadu (Angle of Arrival), takže vie, z ktorého smeru zariadenie komunikuje a ktorým smerom musí k zariadeniu vysielať signál.
Veľmi pekné a zrozumiteľné vysvetlenie beamformingu a beamsteeringu aj s potrebnou matematikou nájdete napríklad na tomto odkaze.
Táto vlastnosť polí antén opäť nahráva konšpirátorom — prvoplánovo môžu použiť argument, že mobilné siete nás už fyzicky sledujú, priam až sledujú náš pohyb v reálnom čase. Zaujímavé je však to, že kým GPS senzor v našich mobiloch naozaj sleduje našu polohu a odovzdáva ju Googlu alebo Applu, alebo ďalším desiatkam aplikácií, ktorým sme to v nastaveniach nášho telefónu dovolili a denne ich používame, toto nikomu zásadne neprekáža. Prečo niekoho znervózňuje to, že mobilná sieť vie lúčom žiarenia sledovať mobil, ostáva pre mňa osobne záhadou. Najmä ak zohľadním fakt, že v krízových situáciách vie aj dnes už operátor technicky vynútiť zistenie polohy zariadenia z jeho GPS čipu — používa sa to napríklad keď voláte na tiesňovú linku.
Druhým argumentom konšpirátorov a odporcov 5G pri téme beamformingu a beamsteeringu je oháňanie sa fyzikou — tvrdia, že kým pri všesmerových anténach sme všetci boli ožiarení rovnomerne a iba trochu, teraz na nás antény žiaria úplne cielene a omnoho koncentrovanejšie. Vysvetľujú to nejak takto, viď obrázok nižšie.
IEEE AccessPopulárna argumentácia odporcov 5G sietí na tému beamformingu a beamsteeringu.
Obrázok sa nám snaží navodiť pocit, že síce teraz nežiarime tam kam netreba, ale na aktívnych používateľov mobilných sietí držiacich mobil pri hlave žiarime koncentrovaný lúč. Na niektorých „alternatívnych“ weboch som dokonca našiel obavu, že takto dokáže mobilný operátor na požiadanie zamieriť lúč na človeka a touto koncentrovanou energiou mu uvariť mozog, teda ho zabiť na pokyn na diaľku. Na pokyn koho som nenašiel, ale zrejme si tam treba dosadiť Sorosa alebo reptiliánov. Okrem toho, že je to blbosť na prvú — na uvarenie mozgu beamformingom by potrebovali mať RF moduly na strechách budov rádovo vyššie vysielacie výkony než majú, niekto sa už touto konšpiráciou stihol zaoberať aj vedecky.
V štúdii, ktorú robili na univerzite v Ríme a ktorá bola publikovaná v roku 2021 v časopise IEEE Access, sa autori zaoberali vplyvom žiarenia 5G sietí pri použití beamformingu v porovnaní s použitím klasických antén a ich závery neprekvapivo preukázali, že predpokladané zvýšenie vystaveniu elektromagnetickému poľu spojené s beamformingom nie je podložené vedeckými dôkazmi. Autori ďalej konštatujú, že „naopak, keď beamforming integruje údaje o polohe zariadenia, výrazné zníženie expozície (elektromagnetickým poľom, pozn. autora) sa pozoruje nielen nad miestami nasadenia, ale aj na celom území.“ Aj táto štúdia s komplexnou matematikou a fyzikou a opisom experimentov je verejne prístupná a pokojne si ju môžete prečítať tu.
zhrnutie
Ak sme si v nadpise položili provokačnú otázku, prečo nás mobilné siete sledujú, po prečítaní tohto textu si môže odpoveď povedať každý čitateľ sám — niekto za tým môže naďalej hľadať sprisahanie, kontrolu ľudstva a možnosť zabíjať na diaľku. Možno je to vysvetlenie lákavé, pretože ho netreba podložiť ničím, žiadnou fyzikou, žiadnou matematikou. Na popularizáciu tohto vysvetlenia stačí používať prirodzenú ľudskú vlastnosť — strach.
Kto však nepotrebuje za všetkým vidieť sprisahanie jašterov a vesmírnych ľudí, ktorí nás čipujú proti našej vôli, nájde vysvetlenie vo fyzike. A táto fyzika vôbec nie je nová — teórii elektromagnetizmu a existencii rádiových vĺn sa začal venovať už v 19. storočí James Clerk Maxwell a v roku 1905 Jozef Murgaš, rodák z Tajova, uskutočnil v USA úspešný prenos rádiového signálu na vzdialenosť 32 kilometrov, pričom rádiovými vlnami prenášal Morseovu abecedu.
Odvtedy svet bezdrôtových komunikácií prešiel cestu od rozhlasového vysielania cez digitálne televízie až po dnešné vysokorýchlostné mobilné siete, ktoré zmenili spôsob nášho života tak, ako si ľudia pred 100-rokmi dokázali predstaviť iba v sci-fi príbehoch. Skúste sa zamyslieť, ako by vyzeral váš bežný deň, keby ste museli fungovať bez mobilného internetu a bez Wi-Fi pripojenia.
A že vás dnes mobilné siete a bezdrôtové zariadenia sledujú? Kým je to len sledovanie na úrovni rádiového signálu, tešte sa — je to pre to, aby vás antény ožarovali menej a aby sme neplytvali elektrickou energiou pri prevádzke bezdrôtových sietí, na ktoré dnes máme extrémne nároky. Ak máte obavy o tom, kto vás sleduje a prečo, radšej si prejdite zoznam nainštalovaných aplikácií vo vašom telefóne a zamyslite sa nad tým, komu odovzdávate o sebe aké informácie a prečo vlastne. Anténam sú vaše údaje úplne ukradnuté.
Autor je odborným asistentom na Fakulte informatiky a informačných technológií Slovenskej technickej univerzity v Bratislave, kde v súčasnosti pôsobí ako vedúci Automotive Innovation Lab @ FIIT STU. Laboratórium je zamerané na bezdrôtovú komunikáciu najmä pre aplikácie prepojenej a automatizovanej mobility. Viac informácií o laboratóriu nájdete tu:
Ak si predplatíte tlačený .týždeň na ďalší rok, pomôžete nám prežiť a robiť to, čo vieme. Vopred ďakujeme.