Bo 5G poslabšal vremenske napovedi?

Objavljeno: 27.8.2019 | Avtor: Matej Huš | Kategorija: Nove tehnologije | Revija: September 2019

Moderni svet je tako kompleksen in prepleten, da razvoj na nekem področju včasih nehote zadene ob na videz popolnoma nepovezano področje. S prizadevanji za razvoj hitrejših mobilnih povezav 5G smo trčili ob vremenske satelite, ki omogočajo napovedovanje vremena in predvidevanje poti hurikanov. Bomo prisiljena izbirati med 5G in vremenskimi napovedmi?

Evropski sateliti MetOp za opazovanje Zemlje snemajo tudi v pasu 23,8 GHz. Slika: ESA

Navajeni smo, da lahko z nekaj kliki pridemo do vremenske napovedi, ki je vsaj za nekaj dni zelo natančna. Prav tako pa smo se navadili, da se naše brezžične naprave sorazmerno hitro povezujejo z internetom, kjer si vsako leto želimo več hitrosti. Prihajajoči standard 5G obljublja še bistveno večje hitrosti. Dandanes naprav, ki bi podpirale 5G, še ni veliko, prav tako se omrežja šele gradijo. Običajni uporabniki pa niso pomislili, da imajo vremenske napovedi in 5G kaj skupnega, a v ZDA se operaterji in NASA zaradi tega precej glasno prepirajo, potrebe meteorologov pa upoštevajo tudi drugod po svetu.

Zakaj ravno 23,8 GHz?

Molekule so aktivne pri tisti frekvenci elektromagnetnega, ko energija tega sevanja oziroma fotonov ravno ustreza neki spremembi v molekuli. Pri vodi gre za rotacije in vibracije molekule, elektronske prehode itd. V mikrovalovnem delu spektra (GHz) gre v glavnem za rotacije, ki jih je zaradi nizke stopnje simetrije vodne molekule in bogatega omrežja vodikovih vezi, ki omogočajo povezovanje v skupke, zelo veliko. Rezultat je širok spekter v mikrovalovnem delu. Frekvenca 23,8 GHz se že dolgo vrsto let uporablja, ker ima tam spekter vode enega izmed vrhov in ker v atmosferi ni veliko molekul, ki bi motile. Pametne alternative ni in je tudi ne bo.

Spekter elektromagnetnega valovanja je omejen in zato predstavlja regulirano dobrino. Del je odprt, tako da lahko postavimo Wi-Fi, uporabljamo mikrovalovno pečico, se pogovarjamo z voki-tokiji ali radioamaterji itd. Del spektra je neuporaben, ker ni primernih oddajnikov, valovi ne potujejo dovolj daleč, prepustnost je premajhna, ker je motenj preveč ipd. Preostanek pa je natančno razdeljen, da ga lahko vsi zainteresirani deležniki uporabljajo brez medsebojnih motenj. Pri tem se vsakokrat tehtajo koristi in interesi celotne družbe.

V ZDA je Zvezna komisija za telekomunikacije (FCC) marca letos razdelila frekvence za 5G, med katerimi je tudi pas okoli 24 GHz. Odtlej se je okrepila debata med Nacionalno oceanografsko in atmosfersko agencijo (NOAA) in NASO na eni strani ter FCC in operaterji na drugi. Konec marca je na splet pricurljala okrožnica ameriške mornarice, v kateri svarijo pred interferenco pri meritvah vodne pare v ozračju zaradi uporabe 24-gigaherčnega pasu za 5G. Vrhunec je spor dosegel 22. maja, ko je vršilec dolžnosti direktorja NOAA Neil Jacobs pred ameriškim kongresom pojasnjeval težavo in zatrdil, da bi zaradi uporabe 5G lahko natančnost vremenskih napovedi upadla za 30 odstotkov. To bi nas vrnilo v leto 1980, pri napovedih potovanja hurikanov pa bi izgubili dva ali tri dni natančnosti.

Iz Agencije za komunikacijska omrežja in storitve Republike Slovenije (AKOS) pa so nam sporočili, da bodo razpis za javno dražbo frekvenc za 5G pripravili do konca leta, do 30. 6. 2020 pa jih bodo potem tudi dejansko podelili.

Hitro se je odzvalo združenje operaterjev CITA (Cellular Telecommunications Industry Association), ki je napovedi o negativnih vplivih uporabe 5G na meteorološke meritve označilo kot napačne. Podobno meni FCC, ki prav tako to skrb označuje kot pretiravanje. Za kaj sploh gre?

Srž problema

V zgodbi je pomembno elektromagnetno valovanje s frekvenco 23,8 GHz, ker pri tej frekvenci vodna para v ozračju oddaja šibek signal. Okrog Zemlje zato kroži kopica satelitov (v Evropi serija MetOp), ki merijo sevanje s to frekvenco. Na ta način je moč natančno izmeriti vlažnost (vodno paro) v ozračju, ne glede na čas dneva (noč ali dan) in morebitno oblačnost. Tako pridobljeni podatki so izjemno pomembni, saj so vhodni parametri za vremenske modele, ki potem omogočajo napovedi neviht, neurja, hurikanov itd.

Posnetki Zemlje v pasu 23,8 GHz. Slika: NOAA

Če bi imeli na Zemlji močan umetni vir elektromagnetnega valovanja s to frekvenco, ne bi mogli ugotoviti, ali sateliti merijo vodno paro v ozračju ali te umetne signale. To pa pomeni, da bi izgubili pomembno informacijo o stanju v atmosferi. Problem predstavlja dejstvo, da se iz političnih razlogov s 5G mudi, študije o morebitnih interferencah pa še niso končane.

Meteorolog Jordan Gerth z univerze Wisconsin-Madison pojasnjuje, da raziskave o vplivu interferenc v pasu 23,8 GHz na kakovost vremenskih napovedi ta hip še nimamo. NOAA in NASA sta o tem izvedli obsežno študijo, a izsledki še niso javno znani. Že leta 2010 je Ameriška akademija za znanost, inženirstvo in medicino ugotovila, da bi izpad pasu 23,8 GHz iz vremenskih napovedi pomenil izgubo 30 odstotkov vseh podatkov iz mikrovalovnih frekvenc, kar bi pomembno vplivalo na kakovost napovedi. Za zdaj znanost ostaja pri stališču, da je interferenca mogoča, in dokler ne pridobimo natančnejših informacij, ni smiselno podeljevati frekvenc v okolici 23,8 GHz brez strogih omejitev glede jakosti oddajanja. In te omejitve so v ZDA zelo ohlapne, v EU pa zelo stroge.

Ameriška mornarica, Ameriško združenje meteorologov, NASA, NOAA, Boeing, Accuweather in druge organizacije so zato FCC pozvale, naj počaka. Toda FCC je menil drugače in je že marca letos zaključil dražbi, na katerih je za 28 GHz iztržil 700 milijonov dolarjev, za 24-gigaherčni pas pa dve milijardi dolarjev. To je bila prva javna dražba frekvenc v milimetrskem delu spektra v ZDA. AT&T je kupil približno polovico razpoložljivega spektra 24 GHz, T-Mobile pa 40 odstotkov. Verizon je kupil 72 odstotkov spektra 28 GHz. Znesek, za katerega so se prodajale frekvence, je sorazmerno nizek, kar kaže na zavedanje operaterjev, da je 24-gigaherčni pas zaradi kratkega dosega omejeno uporaben.

Sateliti v orbiti

Opazovanje Zemlje, ki ga izvajajo sateliti v orbiti, poteka v bližnjih frekvenčnih pasovih. Gre za pasivno rabo, torej za merjenje sevanja, ki ga oddaja atmosfera. To se imenuje EESS (Earth exploration-satellite service) in zajema radijsko komunikacijo med zemeljskimi postajami ter sateliti, kjer gre za aktivno ali pasivno merjenje lastnosti Zemlje in naravnih pojavov (vključno s podatki o stanju okolja). Po domače povedano, gre za meritve stanja na Zemlji, denimo temperature, koncentracije spojin v atmosferi, albeda, vremena itd.

Kaj so decibelvati (dBW)?

Decibelvat (dBW) je širši javnosti nekoliko manj znana enota, ki se uporablja za meritve jakosti signala, izraženega v decibelih v primerjavi z 1 W. Ker je skala logaritemska, je tako mogoče enostavno izraziti velik razpon količin. Tako 1 W ustreza 0 dBW. Potemtakem velja 1 mW je –30 dBW, 1 kW = 30 dBW itd. Desetkratno povečanje signala ustreza povečanju dBW za deset enot.

NASA in NOAA imata program GOES-R (Geostationary Operational Environmental Satellite), v okviru katerega okrog Zemlje krožijo skoraj tri tone težki sateliti, ki snemajo tako Zemljo kakor Sonce. Zemljo merita instrumenta ABI (Advanced Baseline Imager) in GLM (Geostationary Lightning Mapper), ki snemata več kot 20 parametrov, denimo aerosole (prah, dim), vse podatke o oblakih (višino, temperaturo, tlak, fazo, optično debelino), temperaturo površja, padavine, pokritost s snegom, vlago v ozračju, strele itd. GOES-R ima tudi instrumente za spremljanje dogajanja na Soncu in delcev, ki letijo na Zemljo.

Pasovi, ki jih merita instrumenta AMSU-A in MHS na satelitih MetOp, ter spektra kisika in vodne pare. S 5G bi lahko interferirala rdeča kanala 1–2. Slika: Eumetsat

Soroden evropski program je MetOp, ki teče od leta 2006 in ga sestavljajo skupine treh satelitov (MetOp-A, MetOp-B, MetOp-C) v nizkih polarnih orbitah. Imajo tudi detektor AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit-A), ki meri vodo v vseh oblikah, torej tudi paro pri 23,8 GHz.

Sateliti poleg 23,8 GHz uporabljajo številne druge frekvence, denimo 36–37 GHz za merjenje dežja in snega, 50,2–50,4 GHz za merjenje temperature in 80–90 GHz za spremljanje oblakov in ledu.

Situacija v Evropi

V Evropi trenutno težav ni pričakovati, ker je v EU omejitev decibelov oddajanja bistveno strožja kakor v ZDA, prav tako pa pas 24 GHz večinoma še ni podeljen. To je le en izmed pasov, ki so predvideni pri postavljanju omrežij 5G. Bistveno pomembnejši so pasovi pod 6 GHz.

Letos oktobra bo potekala Svetovna radijska konferenca (WRC-19). Na tem srečanju, ki se odvija vsaka štiri leta, se bo določalo tudi o reviziji regulative radijskega spektra, kjer je za konkretni primer pomemben pas 24,25–27,5 GHz. Stališči EU (v obliki skupnega evropskega predloga – ECP) sta podpora primarni mobilni dodelitvi pasu 24,25–25,25 GHz in identifikacija pasu 24,25–27,5 GHz za mednarodne mobilne komunikacije (IMT). Predlagane omejitve sevanj so –42 dBW/200 MHz za bazne postaje in –38 dBW/200 MHz za mobilne terminale v pasu 23,6–24 GHz. S tem EU izrecno prepoznava potrebo po združljivosti med satelitskimi storitvami raziskovanja Zemlje (pasivna raba) in telekomunikacijami (aktivna raba). To je tudi bistvena razlika med EU in ZDA. Medtem ko je v ZDA predpisana omejitev zgolj –20 dBW, bo v EU očitno –42 dBW, Svetovna meteorološka organizacija (WMO) pa zagovarja celo –55 dBW. V EU je ta omejitev postavljena prav z namenom varovanja EESS.

Slovenija podpira sklep EU 2019/784 in ECC/DEC/(18)06 o harmonizaciji pasov 24,25 GHz–27,5 GHz, s čimer bodo namenjeni prizemnim sistemom, ki lahko zagotavljajo brezžične širokopasovne elektronske komunikacijske storitve (MFCN). Hkrati se s tem varujejo satelitsko raziskovanje Zemlje in radioastronomske storitve (23,6-24,0 GHz), komunikacije vesolje–Zemlja za satelitsko raziskovanje Zemlje in vesoljske raziskave (25,5–27,0 GHz), komunikacija Zemlja–vesolje za fiksne satelitske storitve (24,65–25,25 GHz) in medsatelitske komunikacije (24,45–24,75 GHz in 25,25–27,5 GHz) na podlagi upravljanja souporabe spektra. Z drugimi besedami: v tem delu spektra je precejšnja gneča, zato je treba poskrbeti, da naš 5G ne bo motil ostalih uporab. K sreči je pri teh frekvencah domet majhen, za širjenje valovanja pa je potrebna vidna linija, zato je interferenc manj, kot bi jih bilo pri nižjih frekvencah.

V Sloveniji dražba še letos

Pri A1 so nam povedali, da so z razpravo o morebitnih vplivih teh frekvenc na vremenske satelite v ZDA seznanjeni zgolj iz medijev, v Evropi pa so omejitve tako in tako strožje. Ob tem dodajajo, da je domet frekvenc 24 GHz za prenos podatkov zelo majhen, zato jih v vsaj v prvi fazi postavljanja novih omrežij najverjetneje ne bodo uporabljali.

Podobno pravijo tudi v Telekomu Slovenije. Poudarili so, da bo v Evropi 5G v glavnem uporabljal pasove 700 MHz, 2.100–2.400 MHz in zlasti 3.400–3.800 MHz. Glede pasu 24–28 GHz dodajajo, da bo zaradi slabega dometa na voljo le blizu anten in na vidni liniji, zato se bo verjetno uporabljal v notranjih prostorih (npr. v nakupovalnih središčih, na stadionih, v poslovnih prostorih, kongresnih centrih).

Z Agencijo Republike Slovenije za okolje (ARSO) v nobenem izmed podjetij o tem vprašanju niso imeli pogovorov. Prav tako se ARSO ni odzval na našo prošnjo za komentar.

5G in metode za opazovanje Zemlje delijo številne frekvence. Slika: Nature

Iz Agencije za komunikacijska omrežja in storitve Republike Slovenije (AKOS) pa so nam sporočili, da bodo razpis za javno dražbo frekvenc za 5G pripravili do konca leta, do 30. 6. 2020 pa jih bodo potem tudi dejansko podelili. Točna časovnica je odvisna od Strategije upravljanja z radiofrekvenčnim spektrom, ki jo je AKOS že pripravil, zdaj pa jo mora potrditi še vlada. Slovensko stališče, ki ga bodo predstavili na WRC-19, je osnovano na javnem posvetovanju o točkah dnevnega reda, ki je potekalo do maja letos in je usklajeno z evropskim.

5G bo, vreme tudi

Zgodba o vremenskih napovedih in 5G je pravzaprav neverjetno klišejska. Moderna tehnologija je naletela na precej starejši sistem, ki deluje že desetletja, zagotavlja zelo pomembno funkcijo in za katerega povprečen človek še ni slišal. Strokovnjakom je vse skupaj seveda jasno že dlje časa in so pripravili tudi ustrezne omejitve, ki bodo preprečile težave. V EU so te omejitve bistveno strožje kakor v ZDA, zato težav ni pričakovati, medtem ko so v ZDA pač bolj nagnjeni k šovu. Tamkajšnji regulator si omejitve predstavlja zelo velikodušno, zato so se NASA in ostali odzvali v enakem slogu ter nazorno zagrozili, da se lahko vremenske napovedi vrnejo v leto 1980, in ob tem seveda omenili hurikane.

Na koncu se ne bo zgodilo nič od tega. 5G bo deloval v več pasovih, kjer bo 24-gigaherčni predstavljal manjši del. Sprejeta bo ustrezna regulativna, ki bo omejila moč oddajanja, da bodo sateliti še vedno lahko spremljali Zemljo. Fizika bo ostala enaka, kar velja tudi za slab domet mikrovalovnih valovanj in potrebo po vidni liniji. In tako bomo imeli 5G, vremensko napoved pa tudi.

Tabela [PDF]

Naroči se na redna tedenska ali mesečna obvestila o novih prispevkih na naši spletni strani!
Prijava

ph

Komentirajo lahko le prijavljeni uporabniki