5G: sieci telekomunikacyjne nowej generacji

The Boston Consulting Group (BCG) jest międzynarodową firmą założoną w 1963 r., zajmującą się doradztwem strategicznym. Jest uważane za jednego z liderów consultingu, którzy zrewolucjonizowali naukę zarządzania. Zatrudnia absolwentów najlepszych uczelni biznesowych i technicznych oraz programów MBA, m.in. Harvard Business School, IESE, INSEAD czy London Business School.

Zaprezentowany dokument przedstawia problemy barier w rozwoju sieci komórkowych, w szczególności przyszłej sieci 5G, w kontekście obowiązujących w Polsce przepisów dotyczących dopuszczalnych wartości granicznych odnoszących się do pola elektromagnetycznego (PEM) w środowisku.

W dokumencie wskazano, że obowiązująca w Polsce wartość graniczna gęstości mocy PEM w środowisku, w zakresie częstotliwości pomiędzy 300 MHz a 300 GHz (tj. 0,1 W/m²), jest najniższa, a przez to najbardziej restrykcyjna w Europie. Co ciekawe, tak surowe wymagania odnośnie wartości granicznej gęstości mocy PEM w środowisku zostały wprowadzone jeszcze w 1984 r., w oparciu o normatywy obowiązujące wówczas w Związku Radzieckim.

Tymczasem, już na początku lat 90-tych XX wieku Światowa Organizacja Zdrowia (World Health Organization, WHO), w związku z lawinowo rosnącą liczbą powszechnie dostępnych urządzeń radiowych wytwarzających PEM (a zwłaszcza z upowszechnieniem się telefonów komórkowych i rozwojem sieci GSM), podjęła prace badawcze w zakresie biologicznych skutków oddziaływania fal o częstotliwościach radiowych. W 1998 r. Międzynarodowa Komisja Ochrony przed Promieniowaniem Niejonizującym (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP) we współpracy z WHO, określiła wytyczne dotyczące ograniczenia narażenia na PEM o częstotliwości do 300 GHz, mające zapewnić ochronę przed ewentualnym niekorzystnym wpływem na zdrowie ludzkie. Na podstawie tych wytycznych opracowano Zalecenie Rady Europejskiej w sprawie ograniczania ekspozycji ludności w polu elektromagnetycznym o częstotliwościach od 0 Hz do 300 GHz nr 1999/519/EC, przyjęte 12 lipca 1999 r., które jest traktowane, jako podstawowy akt Unii Europejskiej odnoszący się do ochrony ogółu ludności przed PEM.

Zalecenie 1999/519/EC, jako zbiór wytycznych, stało się podstawą do określenia granicznych wartości poziomów PEM w środowisku w przepisach krajowych państw członkowskich Unii Europejskiej. Natomiast państwa członkowskie, odpowiadając za ochronę swoich obywateli, mogą ustanawiać własne, w tym np.– bardziej rygorystyczne  ograniczenia niż zdefiniowane w zaleceniu 1999/519/EC. I tak, w 17 państwach członkowskich dopuszczalne poziomy PEM w środowisku ustalono zgodnie z zaleceniem 1999/519/EC, a w 9 państwach członkowskich, m.in. w Polsce, przyjęto własne uregulowania prawne w zakresie ochrony środowiska przed oddziaływaniem PEM. Dopuszczalne poziomy PEM w środowisku w Polsce określa rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 r. (dalej rozporządzenie MŚ).

W Zaleceniu 1999/519/EC ustalono m.in. poziomy odniesienia określone ze względu na potrzeby praktycznej oceny ryzyka przekroczenia ograniczeń podstawowych ekspozycji na PEM w środowisku, wyrażone jako wartości graniczne gęstości mocy, zależnie od zakresu częstotliwości radiowych. Wartość graniczną gęstości mocy [W/m²], w zakresie częstotliwości radiowych od 400 MHz do 2000 MHz, ustala się wg zależności: F [MHz] / 200. Natomiast w zakresie częstotliwości radiowych od 2 GHz do 300 GHz wartość graniczna gęstości mocy ma wartość stałą, równą 10 W/m².

Obowiązujące wartości graniczne, dla częstotliwości 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz oraz 2600 MHz, tj. dla tych na których pracują typowe stacje bazowe sieci komórkowych (SBTK), określane na podstawie Zalecenia 1999/519/EC oraz na podstawie rozporządzenia MŚ, przedstawiono w poniższej tabeli.

 

 

 

Jak wynika z powyższego zestawienia, wartości graniczne zdefiniowane wg zalecenia 1999/519/EC są znacznie wyższe (czyli łagodniejsze) niż wartości graniczne zdefiniowane w rozporządzeniu MŚ, co de factooznacza, że np. w zakresie częstotliwości powyżej 2 GHz dopuszczalna wartość graniczna gęstości mocy obowiązująca w Polsce jest 100-krotnie niższa (bardziej restrykcyjna) niż w większości krajów Unii Europejskiej.

Obowiązująca w Polsce wartość graniczna gęstości mocy 0,1 W/m² już obecnie, w wyraźnie negatywny sposób, wpływa na efektywność i elastyczność budowy SBTK, współdzielenie lokalizacji dedykowanych dla instalacji antenowych oraz na gospodarowanie zasobami częstotliwości wykorzystywanych w sieciach komórkowych 4G. Szybkość Internetu 4G w Polsce jest najmniejsza w całej Europie (niespełna 20 Mbit/s w IV kwartale 2017 r. w porównaniu np. z 42 Mbit/s w Norwegii), pomimo, że  jednocześnie nakłady inwestycyjne polskich operatorów na rozwój infrastruktury kształtują się na poziomie średniej europejskiej. Biorąc powyższe pod uwagę prognozuje się, że w niedalekiej przyszłości, bo już w 2020 r., ponad 20% zapotrzebowania na ruch danych nie będzie mogło być skutecznie/w pełni obsłużone przez istniejącą infrastrukturę sieciową.

W omawianym dokumencie BCG przeanalizowano bezpośredni związek granicznej wartości gęstości mocy 0,1 W/m² z czynnikami warunkującymi rozwój sieci 5G. Zwrócono uwagę, że tak niska wartość graniczna gęstości mocy, w kontekście zmian infrastrukturalnych wymaganych do budowy sieci 5G:

• uniemożliwi pełne wykorzystanie widma częstotliwości radiowych udostępnianych na potrzeby sieci 5G, a zatem spotęguje jeszcze silnie nieracjonalne gospodarowanie zasobami częstotliwości;

• znacznie ograniczy możliwość wykorzystania nowoczesnych technologii, takich jak np. Massive MIMO (jednoczesne wysyłanie i odbiór z matrycy antenowej zbudowanej z ponad kilkudziesięciu lub nawet kilkuset anten) czy 3D Beamforming (możliwość przestrzennego formowania i kierowania wielu różnych wiązek antenowych), krytycznych dla funkcjonowania sieci 5G na wymaganym poziomie usług;

• wywoła eskalację trudności w pozyskaniu nowych lokalizacji pod budowę SBTK, co w efekcie pogorszy, i tak już w wielu obszarach nieefektywną, topologię sieci.

W związku z tym problematyczna lub wręcz niemożliwa budowa nowych SBTK nie będzie w stanie zniwelować negatywnych efektów związanych z niepełnym wykorzystaniem widma częstotliwości radiowych oraz ograniczeniami w wykorzystaniu nowoczesnych technologii. Zdaniem autorów dokumentu BCG zjawisko to będzie szczególnie widoczne na obszarach miejskich charakteryzujących się dużą gęstością zaludnienia i wysokim zapotrzebowaniem na różnego rodzaju usługi transmisji danych.

Zgodnie z wnioskami wynikającymi z dokumentu BCG – restrykcyjna wartość graniczna gęstości mocy 0,1 W/m² stanowi zatem niezwykle istotną barierę uniemożliwiającą pełne, skuteczne i efektywne wdrożenie sieci 5G w Polsce. Bezpośrednim efektem utrzymania w Polsce granicznej wartości gęstości mocy na aktualnym poziomie będzie zahamowanie rozwoju sieci 5G, co w konsekwencji uniemożliwi rozwój technologii i ostatecznie przyczyni się np. do braku możliwości zwiększania szybkości transmisji danych.

Dokument podsumowano stwierdzeniem, że cyt. "Polska powinna zharmonizować swoje limity gęstości mocy z normami przyjętymi za bezpieczne przez WHO oraz ICNIRP [10 W/m²] aby zapobiec negatywnym efektom społecznym i gospodarczym wynikającym z obecnych ograniczeń". W praktyce oznacza to, że skuteczny rozwój infrastruktury na potrzeby technologii 5G w Polsce będzie wymagał rewizji przedmiotowych regulacji odnoszących się do wartości granicznych PEM w środowisku. Otwartym tematem pozostaje także nie tylko aktualizacja, ale także opracowanie nowej metodyki pomiarów wartości charakteryzujących PEM w środowisku. Nowa metodyka powinna uwzględniać problemy związane z krótkoterminowym i długoterminowym uśrednianiem czasowym i przestrzennym oraz zagadnienia wprost związane i wynikające z technologii 5G.