В мире насчитывается более 8,2 миллиарда человек, 5,78 миллиарда из которых пользуются мобильными телефонами, что составляет 70,5% всего населения Земли. Примерно столько же — 5,56 миллиарда — насчитывается интернет-пользователей. Уровень охвата интернетом в России достигает 92,2%, но несмотря на повсеместное распространение связи, многие до сих пор опасаются вышек сотовых операторов. Людей беспокоит возможное вредное излучение, влияние на здоровье и таинственные «лучи 5G». Так ли опасны эти конструкции на самом деле? Ученый Пермского Политеха рассказал, как работают вышки, чем отличается 1G от 5G и есть ли реальные основания для страха.
Вышка сотовой связи / © Richard Burlton, unsplash
Современная мобильная связь работает так: ваш телефон отправляет радиосигнал на ближайшую вышку. Она передает данные через другие вышки или спутники, а уже от них приемник (другой телефон) получает информацию. Радиосигналы обладают разной частотой, которая определяет, с какой скоростью сигнал «колеблется» в воздухе. Высокие частоты (например, 5 ГГц) передают данные быстрее, но на меньшие расстояния, низкие частоты (например, 900 МГц) – медленнее, но дальнобойнее.
Качество связи постоянно улучшают, внедряют все новые ее поколения, которые обозначают латинской буквой G от английского generation и цифрами от 0 до 5 – порядковыми номерами технологических эпох. Переход на каждый новый этап эволюции мобильной коммуникации характеризуется ростом скорости передачи данных и появлением новых функций и возможностей. С середины 20 века по настоящее время мы прошли путь от 0G до 5G, а, значит, наблюдали пять технологических революций.
– Термин «0G» не относится к какому-либо конкретному стандарту или технологии. Он используется для описания аналоговых систем мобильной связи, таких как радиоприемники и магнитные кассеты, предшествующих цифровым технологиям, которые существовали с 1960-х по 1990-е годы, — комментирует доцент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ, кандидат технических наук Даниил Курушин.
Аналоговый сигнал – это электромагнитная волна, которая меняет свою частоту и амплитуду в зависимости от высоты и громкости голоса. У этой технологии существовали проблемы: надо было знать частоту абонента и настраивать ее вручную, любой владелец радиоприемника теоретически мог подслушать разговор, на одной частоте могла идти передача только одного передатчика. 0G работало на низких частотах – 30 кГц. Вышек на тот момент еще не было, только их прародители – антенны на зданиях и усилители сигнала на отдаленных территориях.
— В 1990-е появилось 1G — первое поколение сотовых сетей, основанное на аналоговой технологии. Характеризуются низкой скоростью передачи данных, в основном предназначены для голосовых звонков. 1G уже требовало частоту около 900 МГц — на несколько порядков больше, чем 0G, — делится Даниил Курушин.
Вышки появились вместе с 1G для того, чтобы его обслуживать. За каждой из них закреплена своя территория или «сота». Отсюда и название «сотовая связь». Такое разбиение позволило увеличить количество одновременных подключений и обеспечить непрерывность сигнала при движении абонента.
– Смартфон преобразует ваши сообщения в двоичный код, затем оператор связи шифрует эти данные. Вышка ловит их, преобразует в радиосигналы и отправляет в воздух, а другой телефон ловит эти волны и через тот же двоичный код расшифровывает обратно в сообщения, видео или звонки. На вышке расположены антенны – они отвечают за передачу и прием радиосигналов – и базовая станция – она обрабатывает сигналы, поступающие от антенн, а именно отфильтровывает помехи и посторонние шумы, проверяет качество передачи, определяет, куда направить данные: на другой телефон, если он находится в этой же соте или на соседнюю станцию, – комментирует Даниил Курушин.
2G — второе поколение сотовых сетей, оно пришло буквально через пять лет после появления 1G. Произошел переход к полностью цифровым системам, что улучшило качество связи и добавило новые функции, такие как возможность отправки текстовых сообщений SMS. А также внедрение шифрования для защиты передаваемой информации, теперь никто не может перехватить и подслушать чужой телефонный разговор. 2G работает на частотах 900 МГц и 1800 МГц.
В этот же период середины 1990-х годов появился Wi-Fi – технология, позволяющая получать интернет по кабелю и передавать его ограниченному кругу лиц. Кстати, само название Wi-Fi – это торговая марка, как, например, «Ксерокс» или «Памперс», а не техническая аббревиатура. Это имя и его расшифровку Wireless Fidelity — «беспроводная точность» — придумали специально нанятые маркетологи. Настоящее название технологии — «IEEE 802.11b Direct Sequence».
В 2000-х начало распространяться 3G — третье поколение сотовых сетей. Появилась широкополосная передача данных, что дало улучшение качества связи и увеличение ее скорости, а также возможность использования довольно быстрого интернета. Частота, нужная 3G, — 2100 МГц.
По словам экспертам ПНИПУ, мы переходим на новые поколения связи, потому что старые сети уже не справляются с нашими запросами. Чем современнее сеть, тем стабильнее идут видеозвонки, быстрее грузятся большие файлы и качественнее работают все технологии вокруг нас. Переход на каждое новое поколение достигается именно за счет увеличения частоты сигнала. Чем выше частота, тем больше колебаний совершает радиоволна и тем больше данных можно упаковать и передать в секунду.
− Но более высокочастотный сигнал хуже проходит через препятствия в виде стен зданий, особенно ослабляют его такие материалы как металл и бетон. За это приходится платить увеличением количества вышек и уменьшением расстояний между ними. Такое развитие технологий связи является экстенсивным, — отмечает Даниил Курушин.
В 2010-х годах пришло четвертое поколение сотовых сетей 4G. Благодаря LTE (Long Term Evolution) — технологии, разработанной для обеспечения передачи данных — удалось добиться значительно более высокой скорости и надежности сигнала по сравнению с предыдущими этапами. Для 4G требуются частоты до 2,6 ГГц.
− А с 2020 года постепенно внедряют 5G — пятое поколение сотовых сетей. Оно предлагает еще более высокую скорость передачи данных, низкую задержку и новые возможности для дальнейшего развития технологий. Теперь скорость связи в стандарте 5G сопоставима со скоростью доступа к данным внутри компьютера, и в идеальных условиях достигает 20 Гбит/с. Это возможно благодаря использованию более высоких частот – около 6 ГГц. Скорее всего, вышки 6G будут работать по таким же принципам. Более высокая частота, большая плотность размещения, объединение нескольких антенн для одновременной передачи и приема данных, — рассказывает Даниил Курушин.
Вопрос влияния вышек сотовой связи на здоровье волнует население по сей день. Люди боятся облучения, считая, что постоянное воздействие радиосигналов может привести к серьезным заболеваниям, включая онкологию, неврологические расстройства и нарушения иммунной системы.
Существуют разные виды электромагнитных излучений: радиоактивное, рентгеновское, ультрафиолетовое, которые считаются опасными, а также тепловое, световое, радио (в вышках и Wi-Fi-роутерах) – они являются незначительными.
Излучение от вышек сотовой связи относится к категории радиоволн, которые являются частью спектра электромагнитного излучения. Это тип неионизирующего излучения, что означает, что волны недостаточно сильны, чтобы выбивать электроны из атомов и молекул, как это делают рентгеновские лучи или гамма-излучение. Под действием такого излучения наша кожа поглощает энергию, что может приводить к повышению температуры тканей. Например, мобильный телефон может генерировать тепло вблизи уха или головы, но это чрезвычайно мало для негативного влияния на здоровье человека.
− Вышки сотовой связи излучают радиоволны различных частот. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) классифицирует радиочастотное излучение как возможно опасное для человека. Однако большинство исследований показывают отсутствие риска при соблюдении установленных норм. Опасность волн зависит от частоты и интенсивности излучения. Более высокие частоты (например, микроволновое излучение) могут иметь более выраженное биологическое влияние по сравнению с низкими частотами. Но даже оно не представляет вреда для здоровья человека.
При нахождении на расстоянии 40 метров от вышки в течение 100 лет человек получит излучение в один Зиверт (в зивертах измеряется уровень излучения), тогда как просто от естественного фона (солнечного света, элементов в почве и пище) человек накопит 2-3 Зиверта.
Принятые нормы не допускают строительство вышек ближе некоторого расстояния от жилья. Рекомендуемое СанПиНом расстояние до жилых помещений систем 2G, 3G, 4G – 25-50 метров, 5G – 10-20 метров из-за меньшей дальности сигнала (на высоких частотах она уменьшается). В городах вышки часто ставят на крышах домов, но антенны направляют в сторону улиц, а не окон, так что нарушением это не считается.
− При этом важно учитывать, что на пути сигнала могут быть препятствия, которые снижают воздействие радиоволн. Например, оконное стекло уменьшает силу излучения более чем вдвое, а железобетонная стена — в 30 раз, — добавляет Даниил Курушин.
На сегодняшний день не существует исследований, полностью подтверждающих или опровергающих вред излучения вышек для человека и окружающей среды в долгосрочной перспективе. Но, все-таки существует санитарная зона 5-15 метров, куда заходить во время работы вышки может быть небезопасно.
− На 2025 год в России распределение передачи данных следующее: 3G — 12%, 4G — 50%, 5G — 38%. При этом в сельской местности и развивающихся странах продолжается эксплуатация сетей 2G для звонков и 3G для интернета, а новые базовые станции поддерживают этот стандарт. За внедрение 5G в России отвечает Минцифры. Согласно планам ведомства, до 2028 года технологию должны внедрить во всех городах с населением более одного миллиона человек, — комментирует Даниил Курушин.
Для дальнейшего экстенсивного развития технологий связи потребуется переход на все более высокие частоты, а в диапазоне от 24 ГГц сигнал начинает затухать, потому что короткие и частые волны более подвержены поглощению молекулами кислорода и воды из атмосферы. Кроме того, чтобы передавать данные на таких частотах, требуется больший расход энергии и больше самих вышек. Так что в какой-то момент развитие новых поколений связи (6G, 7G и далее) действительно столкнется с физическими и техническими ограничениями.
− Если обратиться к известной научно-фантастической футурологической работе Ивана Ефремова «Туманность Андромеды» и заглянуть в далекое будущее, можно предположить постепенный отказ от широкого использования существующих радиоволновых технологий (еще в 1957 году он считал их потенциально вредными) и замену их направленными передатчиками световых сигналов. Это позволит с одной стороны отказаться от вопроса о «вредном излучении вышек», а с другой — получить еще более высокую скорость связи. А в ближайшем будущем технологии искусственного интеллекта могут помочь оптимизировать работу сети, интеграция со спутниковой связью — обеспечить покрытие в труднодоступных районах, — рассказывает Даниил Курушин.
Технологию передачи данных с помощью световых сигналов пока что не используют, потому что дождь, туман, снег, пыль, смог сильно рассеивают оптический луч, снижая дальность и надежность связи. К тому же он эффективен только на расстояниях до 1–5 километров, и для покрытия города потребовались бы тысячи передатчиков, что сложнее и дороже, чем соты 4G/5G.
Комментарии (8)