Ochrona przed polami elektromagnetycznymi emitowanymi przez urządzenia komunikacji bezprzewodowej

„Ochrona przed polami elektromagnetycznymi polega na zapewnieniu jak najlepszego stanu środowiska poprzez utrzymanie ich poziomów poniżej lub na równi z dopuszczalnymi albo ich zmniejszeniu co najmniej do dopuszczalnych, gdy nie są one dotrzymane”.

Codziennie korzystamy z urządzeń zasilanych energią elektryczną. Każde urządzenie elektryczne wytwarza pole elektromagnetyczne. Sztuczne pole elektromagnetyczne może więc stanowić efekt zamierzony lub uboczny. Z zamierzenie wytwarzanym polem elektromagnetycznym mamy do czynienia w przypadku wszystkich urządzeń radiowych i mikrofalowych. Należą do nich nadawcze stacje radiowe i telewizyjne, stacje bazowe łączności radiowej, w tym telefonii komórkowej, stacje radiolokacyjne i radionawigacyjne, jak również zdecydowanie mniejsze urządzenia, takie jak piloty do zdalnego sterowania (np. centralnym zamkiem w samochodzie lub bramą garażową), urządzenia do identyfikacji radiowej RFID, punkty dostępowe sieci wi–fi, telefony bezsznurowe DECT, urządzenia wyposażone w interfejs Bluetooth i wiele, wiele innych. Szczególny rodzaj urządzeń celowo wytwarzających pole elektromagnetyczne stanowią urządzenia diagnostyczne stosowane w medycynie. Z polem elektromagnetycznym stanowiącym efekt uboczny mamy do czynienia w przypadku pozostałych urządzeń, np. elektrycznego sprzętu gospodarstwa domowego i powszechnego użytku, takiego jak chociażby odkurzacz, telewizor, komputer czy lodówka. Ponadto rozległa sieć napowietrznych linii elektroenergetycznych wysokiego i średniego napięcia wraz ze stacjami transformatorowymi i sieciami niskiego napięcia oraz instalacjami elektrycznymi, które służą do dostarczania energii elektrycznej u odbiorców, jak również sieć trakcji kolejowej czy tramwajowej także stanowią źródła sztucznego pola elektromagnetycznego.

O ile urządzenia nadawcze emitujące sygnał radia i telewizji wytwarzają pola elektromagnetyczne o stałych i znormalizowanych parametrach, o tyle urządzenia komunikacji bezprzewodowej potrafią wytworzyć pola o poziomach przekraczających nieraz znacznie poziomy dopuszczalne normami. Badania bezpieczeństwa elektrycznego sprzętu powszechnego użytku, dopuszczające je do rynku w Polsce i Europie, obejmują różnorakie testy bezpieczeństwa. Poza parametrami przeciwporażeniowymi sprawdza się takie urządzenia na okoliczność emisji zakłóceń radioelektrycznych, które mogłyby utrudniać lub uniemożliwiać pracę systemów łączności, aparatury medycznej, czy też zakłócać pracę odbiorników radiowych i telewizyjnych. Z każdej partii produkowanego sprzętu elektrycznego wybiera się kilkadziesiąt sztuk do badań. Po pozytywnym przejściu procedury sprawdzającej urządzenia otrzymują certyfikat bezpieczeństwa CE i można je wprowadzać do sprzedaży na unijnych rynkach.

Specyficzną grupę urządzeń stanowią systemy łączności bezprzewodowej, które oprócz zakłóceń emitują sygnały radiowe, czyli pola elektromagnetyczne będące nośnikiem przesyłanych informacji. Do najpopularniejszych możemy zaliczyć sieci GSM. Pierwsze sieci telefonii bezprzewodowej składały się z jednej stacji nadawczo–odbiorczej obsługującej dość duży obszar. Z powodu wysokiej ceny terminali numerów abonenckich było niewiele. Pojemność stacji przy takiej liczbie terminali wystarczała. Problem stanowiła jednak duża moc nadawanego sygnału radiowego stacji bazowej i terminali noszonych – te posiadały sporych rozmiarów nadajnik i duży akumulator. Sytuacja zmieniła się wraz z miniaturyzacją elektroniki. Urządzenia stawały się coraz tańsze, a co za tym idzie bardziej dostępne i pojemność stacji bazowej przestała być wystarczająca do obsługi rosnącej liczby abonentów. Specjaliści postanowili podzielić obszar obsługi stacji na małe sektory, tzw. komórki, z których każda miała własną stację bazową, a te spięte były z centralą telefoniczną liniami kablowymi lub radioliniami.

Rozwój informatyki spowodował odejście od klasycznych central telefonicznych, których rolę przejęła skomputeryzowana infrastruktura GSM. Z systemu o dużej mocy nadawania utworzono w ten sposób sieć o znacznym zagęszczeniu małych stacji bazowych mogących obsłużyć praktycznie nieograniczoną liczbę użytkowników. Kolejnym przełomowym krokiem było wprowadzenie usługi powszechnego Internetu do sieci GSM. Zmieniły się standardy transmisji, umożliwiając przesyłanie wielkiej ilości danych z dużą prędkością.

Zatrzymajmy się w tym miejscu, aby omówić system GSM od strony emisji promieniowania elektromagnetycznego. Stacja bazowa systemu telefonii komórkowej jest wyposażona w zestaw anten, które są zamontowane na konstrukcji wsporczej – maszcie lub wieży, posadowionej na powierzchni gruntu lub znajdującej się na dachu budynku. Anteny stosowane w rozwiązaniach telefonii komórkowej zwykle umieszcza się na maszcie w trzech zestawach. Każdy z nich odpowiada za pokrycie zasięgiem sektora o kącie około 120° (stąd właśnie anteny tego typu nazywane są antenami sektorowymi) w ściśle określonym kierunku, zwanym azymutem. Anteny sektorowe, ze względu na potrzebę pokrycia sygnałem większego obszaru, głównie w niewielkiej odległości od powierzchni ziemi, są w nieznacznym stopniu odchylane od pionu i kierowane w stronę powierzchni ziemi, czyli tam, gdzie przebywają użytkownicy. Anteny łączy się z urządzeniami nadawczo–odbiorczymi za pomocą kabli antenowych. W rozwiązaniu tradycyjnym urządzenia znajdują się w kontenerze posadowionym u podstawy masztu, a anteny dołącza się za pomocą długich, ciężkich, grubych i sztywnych kabli koncentrycznych. Ze względu na duży ruch abonentów w obrębie każdej komórki, nadajnik pracuje na kilkudziesięciu częstotliwościach fizycznych, a dzięki odpowiedniej modulacji na kilkuset kanałach logicznych, umożliwiając jednoczesną komunikację setkom abonentów w okolicy.

Moc sygnału radiowego, czyli pola elektromagnetycznego emitowanego przez anteny stacji bazowej GSM, jest rzędu 2–20 watów. Moce poszczególnych nadajników kanałowych dodają się jednak i antena emituje sygnał będący ich sumą. Promieniowanie elektromagnetyczne w pobliżu anteny jest znaczne, jednak już na powierzchni gruntu jego poziom nie zagraża w żaden sposób ludziom.

Aby terminale mogły logować się do sieci, stacja bazowa musi pełnić jeszcze funkcje dodatkowe. Przede wszystkim generuje ona tzw. kanał broadcastowy. W nim nadawane są stale informacje identyfikujące sieć. Telefon komórkowy odbiera te informacje i co 12 sekund nadaje impuls do stacji bazowej o swojej obecności w sieci. Moc pola elektromagnetycznego emitowanego przez aparat telefoniczny waha się w przedziale 0,002 wata na czuwaniu do 2 watów podczas prowadzenia transmisji. Po wybraniu przez abonenta numeru zestawiane jest w losowo przydzielonym kanale częstotliwościowym łącze radiowe. W zależności od odległości od stacji bazowej zmienia się moc jej nadawania i samego terminala. Jest to tzw. mechanizm sterowania mocą, którego zasadniczą funkcją jest utrzymanie emisji sygnału radiowego na poziomie minimalnym, wystarczającym do utrzymania usług (np. połączenia) na wymaganym poziomie jakości QoS (ang. Quality of Service). Inaczej ujmując, terminal pracuje z taką najniższą mocą, z jaką tylko może, aby poziom jakości był dotrzymany. Automatyczne korekcje mocy nadawania stosuje się dla ograniczenia poboru prądu oraz zmniejszenia szkodliwego wpływu fali elektromagnetycznej na ustrój człowieka. Ośrodki badawcze na całym świecie starają się sprawdzać wpływ oddziaływania pola elektromagnetycznego na organizm ludzki. Prowadzone w ostatnich latach badania nie napawają optymizmem użytkowników najnowszych technologii. Podczas rozmowy telefonicznej, trzymając telefon przy uchu, tkanka narażona jest tak bardzo na oddziaływanie sygnału radiowego, że podczas godzinnej pracy aparatu telefonicznego nagrzewa się aż o 2 stopnie Celsjusza. Komitety normalizacyjne rekomendują zatem używanie zestawów słuchawkowych lub trzymanie telefonu z dala od głowy.

W ostatnich latach udział klasycznej telefonii rozmównej ustępuje miejsca dynamicznemu wzrostowi usług transmisji danych na potrzeby dostępu do Internetu, transmisji telewizyjnych, radiofonicznych oraz działania coraz większej liczby aplikacji wykorzystywanych przez użytkowników. Duże zapotrzebowanie na transmisję danych wymusiło stosowanie coraz szerszych zakresów częstotliwościowych z coraz wyższego widma radiowego. Obecnie obserwujemy ożywiony rozwój technologii 5G, która z jednej strony umożliwia olbrzymi w stosunku do poprzednich standardów skok prędkości transmisji danych, z drugiej zaś obserwujemy umiejscowienie użytkowego widma radiowego dla tej technologii w zakresie mikrofal. Oddziaływanie mikrofal na organizm ludzki jest bardziej odczuwalne niż widma radiowego klasycznej telefonii komórkowej, w związku z czym Główny Inspektorat Ochrony Środowiska w obawie o zdrowie użytkowników tych urządzeń prowadzi szeroko zakrojony monitoring poziomów promieniowania elektromagnetycznego.

Wielkie możliwości transmisyjne najnowszych technologii umożliwiają zupełnie nowe zastosowania. Do tej pory użytkownicy korzystali w większości z transmisji do terminala, w przypadku technologii szerokopasmowych udział transmisji wysyłanych z terminala znacznie wzrósł. Wiąże się to oczywiście ze zwiększeniem mocy pól elektromagnetycznych promieniowanych przez terminale abonenckie. Co prawda pojedynczy terminal szkody nie czyni, ale wyobraźmy sobie imprezę masową, z której setki stłoczonych na małym obszarze abonentów prowadzą transmisję na żywo do Internetu. W takim przypadku moc nadawanych przez nich sygnałów sumuje się, osiągając poziom niebezpieczny dla zdrowia przebywających w otoczeniu osób.

Jak już wspomniałem, GIOS prowadzi monitoring pól elektromagnetycznych. Obowiązujące od 1 stycznia ubiegłego roku rozporządzenie Ministra Klimatu i Środowiska (Dz.U. 2020 poz. 2311) nakłada na GIOS obowiązek pomiarów pól elektromagnetycznych w środowisku w zakresie częstotliwości do 60 GHz, a więc obejmującym najnowszą technologię 5G. Nowe rozporządzenie przewiduje, że punkty pomiarów są lokalizowane w miejscach potencjalnie największego narażenia na promieniowanie elektromagnetyczne, tj. tych dostępnych dla ludności. Zadaniem podsystemu monitoringu PEM jest ocena i obserwacja zmian wielkości pola elektromagnetycznego w polskich miastach o liczbie mieszkańców powyżej 250 tys. Obserwacja ta ma na celu śledzenie poziomów sztucznie wytworzonych pól elektromagnetycznych w środowisku w odniesieniu do wartości poziomów dopuszczalnych określonych dla miejsc dostępnych dla ludności.

Jeszcze 20 lat temu poziom tzw. tła elektromagnetycznego, czyli średni poziom emitowanych sygnałów radiowych oscylował w okolicach 27 dB/uV. Dla porównania poziom tła w rozwiniętej technologicznie Republice Federalnej Niemiec wynosił 40 dB/uV. Teraz, pomimo bardziej rygorystycznych norm, poziom promieniowania tła w naszym kraju przekroczył średnią europejską. Być może dlatego, że Polska jest liderem szerokopasmowym w Europie. Miejmy nadzieję, że ze wzrostem ilości promieniowania elektromagnetycznego wzrośnie również jakość ochrony przed nim. Przed rozwojem technologii nie można uciec. Można jednak zadbać, żeby były one bezpieczne dla użytkowników.

MACIEJ SKORASZEWSKI, Biuro PTPiREE

Czytaj dalej