Aktualizované: 16.10.2023

Mobilné telefóny (a dátové modemy)

  Mobilné telefóny prevyšovali počet bežných pevných telefónnych prípojok už v roku 2005. Od nástupu sietí tzv. druhej generácie je rádiový prenos plne digitálny a impulzný. Používané frekvencie sú v závislosti na sieti medzi 800 a 2700 MHz. Mobilný telefón komunikuje s tzv. základňovými stanicami (Base Transceiver Station - BTS), od ktorých dostáva všetky informácie o polohe v sieti a ktoré mu sprostredkúvajú všetky dátové informácie (volanie + internet) s druhým účastníkom. S každým príchodom nového operátora alebo technológie pribudnú stovky až tisíce nových základňových staníc. Čím viac základňových staníc, tým plynulejšie pokrytie signálom pre mobilný telefón.

Mobilné telefóny používajú tzv. adaptívne riadenie výkonu, počas spojenia so základňovou stanicou priebežne zvyšujú alebo znižujú ich vysielací výkon v závislosti od intenzity signálu, ktorý zo základňovej stanice prijímajú. To znamená: ak ste ďalej od najbližšej základňovej stanice počas volania, tým vyššia je expozícia žiarenia z mobilného telefónu. Detailný popis fungovania tohoto systému a rozdiely medzi jednotlivými režimami nájdete v tomto článku nižšie.

Prevádzkové režimy

O fungovaní mobilných telefónov sa šíri nielen na internetových diskusiách mnoho mýtov a dezinformácií, ktoré sa budeme snaži v tomto článku vyvráti a správne vysvetli. Na začiatok stručný popis režimov:

Režim "v lietadle"
  Akýkožvek telefón, ponechaný zapnutý v režime "V lietadle", sa javí z pohžadu elektromagnetických polí ako kompletne mŕtvy a nie je prihlásený na žiadnu sie. Jeho logické jednotky a systém síce stále bežia, ale udržujú len základné funkcie telefónu (čas, operačný systém). Táto aktivita je ažko nameratežná, nakožko všetky obvody telefónu (elektronika) je zapúzdrená v kovových ochranných štítoch, ktoré zabránia úniku tohoto elektromagnetického pola mimo telefón s výnimkou vežmi slabých nízkofrekvenčných magnetických polí. Rádiové moduly sú teda všetky deaktivované a žiadna anténa nevysiela signál.

Režim na sieti
  Pri tomto režime je telefón už aktívne prihlásený na jednu zo sietí, ale práve s ním netelefonujete a nemáte aktivované akékožvek bezdrôtové spojenie (teda dátový prenos do internetu, Wi-Fi, Bluetooth, apod). V tomto stave si telefón pravidelne kontroluje, či je pripojený na tú istú základňovú stanicu a silu jej signálu. Zabezpečujú to obvody prijímača v telefóne. Stále nie je vysielaný žiaden signál s výnimkou sporadického intervalu, kedy sa môže v rozpätí 1 až 12 hodín vysla krátky kontrolný impulz s očakávaním spätného potvrdenia o prítomnosti na sieti.
  Na telefón je možné sa dovola a je možné z neho vola, čo samozrejme v prípade uskutočnenia hovoru spôsobí aktiváciu rádiového modulu, ktorý (v závislosti od vybranej siete) spôsobí Vašu expozíciu elektromagnetickým vlnám. To isté platí o správach SMS, je ich možné prija a odosla, počas prijímania alebo odosielania ste vystavení elektromagnetickým vlnám.

Cestovanie s telefónom na sieti
  Ak sa s vyššie popísaným zapnutým telefónom pohybujete, budú v závislosti na rýchlosti pohybu a dostupnosti siete opakovane vysielané krátke impulzy pre odhlásenie sa z aktuálnej základňovej stanice a prihlásenie sa na najbližšiu vedžajšiu základňovú stanicu. V mestách môže by tento proces častejší než na vidieku, keďže základňové stanice v meste sú hustejšie usporiadané. Celkový počet takýchto preregistrácií závisí aj od Vašej rýchlosti pohybu (chôdza/vozidlo).

Telefón s aktivovanými dátovými službami
  Akonáhle sa na displeji Vášho telefónu zjaví vedža ukazovateža stavu signálu malé G, E, H, 4G, LTE alebo iné písmenko s dvoma šípkami, s najväčšou pravdepodobosou máte aktivovaný dátový prenos, resp. pripojenie do internetu. To znamená, že nezávisle od toho, či telefonujete alebo nie, prebieha na Vašom telefóne prenos dát z internetu, rádiový modul je aktívny a Vy ste vystavení elektromagnetickým vlnám. Prenos týchto informácií nemusí by kontinuálny, môže sa jedna o príležitostné aktualizácie software, aktuálnych správ, počasia, príp. správ zo sociálnych sietí. Pri každom prijatí alebo odoslaní údajov telefón aktivuje rádiový modul a ten vysiela elektromagnetické žiarenie. Ak máte režim dátových prenosov aktivovaný permanentne a nevypínate ho, ste vystavení elektromagnetickým poliam prakticky vždy keď máte telefón pri sebe, v náhodných intervaloch. Čo sa týka celkovej expozície, je vežký rozdiel, v akej dátovej sieti telefón pracuje, pozrite odstavec o porovnaní režimov.
V tomto režime dochádza k oveža rýchlejšiemu vybíjaniu batérie, nakožko rádiový modul je neustále v činnosti. Ak práve nepotrebujete dátové prenosy, vždy ich vypínajte deaktiváciou v menu. Vaša expozícia sa tak dramaticky znižuje.

Telefón s aktivovaným Bluetooth pripojením (a dátovými službami)
  Pri aktivácii Bluetooth nedochádza k žiadnej zvýšenej expozícii elektromagnetickým vlnám. Jedinou výnimkou je manuálne vyžiadaný prenos dát cez Bluetooth na iné zariadenie, ktoré na dáta čaká, alebo naopak ak je Vᚠtelefón v režime čakania na dáta z iného zariadenia (tzv. párovanie). Ak povolíte možnos "umožni iným zariadeniam vidie môj telefón", telefón bude aktívne vysiela signál o svojej prítomnosti s identifikačnými údajmi. V tomto prípade dochádza k zvýšeniu Vašej expozície elektromagnetickým vlnám. Samozrejme, počas reálneho prenosu dát (po spárovaní) dochádza k emisii elektromagnetických vĺn a teda k Vašej expozícii.

Telefón s aktivovaným Wi-Fi pripojením (a dátovými službami)
  Ak máte na telefóne aktivovaný i režim Wi-Fi, popri aktivovaných dátových službách dostávate najvyššiu možnú dávku expozície elektromagnetických vĺn. Rádiový modul sa počas Wi-Fi režimu aktivuje i keď nie ste pripojení na žiaden prístupový bod (router). Telefón v pravidelných intervaloch vysiela sériu impulzov s vlastnou identifikáciou (každých 15-30 sekúnd). V tomto režime dochádza spolu s aktivovanými dátovými službami k najrýchlejšiemu vybíjaniu batérie, rádiový modul je prakticky neustále v činnosti, aj keď neprenášate žiadne dáta. Počas prenosu dát ste vystavení silným elektromagnetickým poliam z Wi-Fi (viď nižšie - porovnanie výkonov v jednotlivých režimoch). Odporúčame nepoužíva Wi-Fi modul v telefóne vôbec, nanajvýš len ak je to nevyhnutné a nemáte k dispozícii iné alternatívne pripojenie.

Typy telefónov podža generácie siete

1G
je skratka pre bezdrôtové komunikačné technológie prvej generácie. Sie 1G tvoril plnoautomatický bunkový telefónny systém NMT (Nordic Mobile Telephone). Išlo o analógový systém pôvodne vyvinutý pre Fínsko, Dánsko, Nórsko a Švédsko. V roku 1991 bol ešte v bývalej ČSFR systém spustený spoločnosou Eurotel.

Frekvencie
Pre mobilné telefóny a modemy Flarion bola vyčlenená frekvencia 453 - 457.5 MHz.

Kapacita
Systém využíval nepulznú frekvenčnú moduláciu (FM) a metódu prístupu FDMA (Frequency Divission Multiple Access). Použitá frekvencia okolo 450 MHz mala nevýhody v podobe relatívne nízkej kapacity siete (úzke frekvenčné pásmo). Na druhej strane bolo výhodou vežmi dobré šírenie rádiových vĺn v rozžahlých a horských oblastiach z dôvodu ich lepšieho ohybu. Signál sa dobre šíril cez steny budov. Pokrytie bolo možné dosiahnu z vysoko položených základňových staníc.

Vysielacie výkony
NMT využíval duplexný prenos, umožňujúci súčasné prijímanie a vysielanie hlasu. Autotelefóny mali výkon až do 15 W, mobilné telefóny do 1 W.

Bezpečnos siete
U systému NMT bolo možné naladením správnej frekvencie odpočúva telefónny hovor.

Vypnutie sietí 1G
Zavedenie digitálnej mobilnej siete 2G (GSM) zmenšilo popularitu NMT až natožko, že mobilný operátor kompletne pozastavil jeho prevádzku v roku 2008. Frekvenčné pásmo však zostalo využité dodnes. Využíva ho služba Flash-OFDM (Fast Low-latency Access with Seamless Handoff). Ide o jeden z variantov mobilného širokopásmového internetového prístupu, ktorého plošná komerčná prevádzka bola spustená v októbri 2005 operátorom T-Mobile (Flarion). Technológia umožňuje komunikáciu aj pri nízkej úrovni signálu, rovnomernú dežbu prenosovej rýchlosti medzi užívatežmi, ako aj uplatňovanie systému priorít. Prenosové rýchlosti v praxi dosahujú pri optimálnych podmienkach 5.3 Mb/s. K 30.9.2015 Slovak Telecom túto službu vypol na celom území Slovenska s výnimkou Bratislavy a Košíc.

2G
je skratka pre bezdrôtové komunikačné technológie druhej generácie. Prvé 2G mobilné telekomunikačné siete boli komerčne spustené na štandarde GSM (Global System for Mobile Communications) v roku 1991. GSM systémy používajú vežké výkony na prenos relatívne malého množstva dát na úzkom rádiovom pásme. Zatiaž čo rádiové signály v sieach 1G boli analógové, rádiový signál na 2G sieti je digitálny. 2G sa postupne nahrádza novšími technológiami 3G a 4G, avšak siete 2G sa stále používajú v mnohých slabo pokrytých častiach sveta.

Frekvencie
Prvé pásmo zahŕňajú nižšie frekvencie 820 - 915 MHz. Druhé 1715 - 1765 MHz, ktoré je dnes zdiežané s technológiou sietí LTE (4G).

Kapacita
Použitie digitálneho signálu medzi telefónom a základňovou stanicou zvyšuje kapacitu systému dvomi spôsobmi:
• Digitálne hlasové dáta možno komprimova a multiplexova vo väčšej miere, než u analógového hlasového prenosu a to použitím rôznych kodekov, čo umožňuje viac hovorov, ktoré môžu by prenášané v rovnakej šírke rádiového pásma.
• Digitálne systémy boli navrhnuté tak, aby vyžarovali menej vysokofrekvenčnej energie z mobilných telefónov (postupným znižovaním výkonu telefónu). Základňové stanice sa mohli zmenši a ich výstavba bola lacnejšia.

Prenos dát
2G siete boli postavené predovšetkým pre hlasové služby a prenos dát nebol prioritou. Výnimku tvorili textové správy (tzv. SMS), multimediálne správy (tzv. MMS), kódy identifikácie volajúceho a presmerovanie hovorov.
Vylepšenia rýchlostí prenosu dát + zavedenie prístupu na internet
Systém GPRS (General Packet Radio Service) dosahuje maximálnu prenosovú rýchlos 40 kb/s.
Systém EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) dosahuje maximálnu prenosovú rýchlos 500 kb/s.

Vysielacie výkony
Mobilné telefóny patria v tejto sieti medzi najvýkonnejšie a v určitých podmienkach medzi zdravotne najohrozujúcejšie zariadenia. Ich maximálny výkon dosahuje 2 W (33 dBm), minimálny zhruba 2.5 mW (4 dBm). Expozícia hlavy vo vzdialenosti 5 cm je pri maximálnom výkone vyše 30 W/m², čo prekračuje i limity súčasnej platnej legislatívy, nielen v SR (pokiaž nepočítame s faktorom priemerovania impulzov).

Vypnutie sietí 2G
Austrália a USA oznámili zámer vypnutia GSM sietí do konca roka 2016. Vypnutie môže ma značný vplyv na elektronický bezpečnostný priemysel, keďže mnoho GSM zariadení stále využíva sie pre poplašný systém dispečingu. GSM zariadenia by mali tak by postupne nahradené novšími generáciami, aby sa zabránilo výpadkom služieb.

3G
je skratka pre tretiu generáciu mobilných telekomunikačných technológií. 3G nachádza uplatnenie v prenose hlasu, mobilnom prístupe k internetu, pevnom bezdrôtovom pripojení k internetu, videohovoroch a mobilnej televízii. 3G siete boli v roku 2001 komerčne spustené na štandarde UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Všetky moderné mobilné telefóny podporujú hybridnú prevádzku medzi systémom UMTS a GSM.

Frekvencie
Mobilné telefóny majú pridelené frekvenčné pásmo 1920 - 1980 MHz. Celková šírka pásma na jedno pripojenie je až 3.84 MHz.

Prenos dát
Pôvodné a najrozšírenejšie rádiové rozhranie sa nazýva WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Disponuje prenosovou rýchlosou minimálne 200 kb/s. Najnovšie UMTS systémy, tzv. HSPA+ (High Speed Packet Access Plus) poskytujú maximálne rýchlosti prenosu dát až do 56 Mb/s. Rádiové rozhranie je založené na rozptýlenom spektre rádiového prenosu. V súčasnosti ide o najzaužívanejší systém prenosu dát v smartfónoch a mobilných modemoch v prenosných počítačoch.

Bezpečnos siete
3G siete ponúkajú lepšie zabezpečenie než ich 2G predchodcovia. Používajú blokovú šifru Kasumi namiesto staršej prúdovej šifry. Napriek tomu, už niekožko vážnych slabín bolo v Kasumi šifre identifikovaných.

Vysielacie výkony
Výkony telefónov a modemov pracujúcich v režime 3G sú jedny z najnižších používaných vôbec. Maximálny výkon, ktorý telefón dosahuje v tejto sieti je 200 mW (23 dBm). Najnižší možný dosiahnutežný výkon sa pohybuje na úrovni len 10 nW (-50 dBm). Maximálny výkon telefón v bežných lepších príjmových podmienkach prakticky nedosahuje, viď porovnanie výkonov nižšie.
Podža najnovších informácií však z doterajších výskumov vyplýva, že kumulatívna (časová) expozícia pri type siete WCDMA/3G predstavuje pre užívateža telefónu takmer 4-násobné zvýšenie rizika vzniku mozgového nádoru v porovnaní s expozíciou v sieti GSM/2G (Morgan et al.,2016), a to i napriek niekožko rádov nižším intenzitám expozície. Istú úlohu tu teda hrá aj používaná frekvencia, typ modulácie, šírka použitého frekvenčného pásma, atď.

4G
je skratka pre štvrtú generáciu mobilných telekomunikačných technológií. Systém 4G, komerčne spustený v roku 2012 na štandarde LTE (Long Term Evolution), poskytuje okrem obvyklých hlasových služieb aj mobilné širokopásmové pripojenie k internetu pre notebooky s bezdrôtovým modemom, smartfóny, tablety a ďalšie mobilné zariadenia. Aplikácie zahŕňajú mobilný webový prístup, IP telefóniu, herné služby, HD mobilnú televíziu, videokonferencie, 3D televíziu a cloud computing.

Prenos dát
V porovnaní s UMTS (5 MHz) používa LTE väčšie flexibilné šírky pásma, 10, 15 a 20 MHz, čo umožňuje vyššiu rýchlos prenosu dát do 326 Mb/s. LTE je sie majoritne orientovaná na prenos dát (na báze IP), hlasu pomocou (VoLTE).
Pre ďalšie zvýšenie rýchlosti prenosu dát a spektrálnej účinnosti sa u LTE používa anténna technika MIMO (Multiple Input Multiple Output). MIMO používa viac ciest šírenia signálu medzi vysielačom a prijímačom. Používaním niekožkých antén na strane základňovej stanice a čiastočne na strane mobilného zariadenia sú umožnené viaceré dátové toky zároveň, čo vedie k väčšiemu rozsahu paralelne prenášaných dát (space multiplexing).
Pásma v nižšom frekvenčnom rozsahu 800 MHz sú pre šírenie signálu priaznivejšie z dôvodu lepšej penetrácie signálu cez pevné stavebné materiály a na väčšie vzdialenosti, než je tomu u rozsahu 2600 MHz. 800 MHz má z hžadiska dostupnosti signálu pri rovnakom výkone najvhodnejšie podmienky, lepšie než 1900 MHz UMTS a dokonca 900 MHz GSM. V dôsledku toho môžu by oveža väčšie povrchové plochy pokryté signálom základňovej stanice. Z rovnakého dôvodu, pokrytie vidieckych oblastí je priaznivejšie v pásme 800 MHz, než v 2 GHz pásme.

Kódovanie a modulácia
Flexibilita vo využití šírky pásma sa získava pomocou kódovania OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). V tejto metóde sa mnoho individuálnych nosných distribuuje cez kanálovú šírku pásma. Nealokované subkanály sú vypnuté, znižuje to spotrebu energie a znižuje rušenie.

Vysielacie výkony
Maximálny vyžiarený výkon je u LTE telefónu stanovený na 200 mW (23 dBm) a minimálny výkon na 100 nW (-40 dBm).
LTE/4G používa moduláciu tvorenú niekožkonásobne vyšším počtom nosných frekvencií. Prenos zabezpečujú súčasne viaceré antény. Očakáva sa, že LTE modulácia bude z hžadiska bio-aktivity najvplyvnejšia. Doposiaž neexistuje štúdia, ktorá skúma jej zdravotné riziká.

5G
je skratka pre piatu generáciu mobilných telekomunikačných technológií, ktorá je momentálne vo vývoji.
Požiadavky pre siete 5G sú:
• rýchlos prenosu dát aspoň 1 Gb/s
• tisíce súčasných pripojení
• lepšie pokrytie signálom
• nové využitie, internet vecí, životne dôležité komunikačné trasy v čase prírodnej katastrofy

Vízia
Každej novej mobilnej generácii sú zvyčajne priradené nové frekvenčné pásma, avšak v súčasnosti je už vo vožnom frekvenčnom pásme pomerne málo priestoru pre väčšie šírky pásma nových kanálov vhodných pre pozemné a mobilné vysielače. Super-rýchla mobilná sie zahŕňa novú generáciu malých, husto zoskupených buniek, ktoré by mali poskytnú súvislé pokrytie minimálne v mestských lokalitách. Vyžadovalo by to však prístup k frekvenčnému spektru nad 4 GHz. Tzv. milimetrové vlny v pásme 20-60 GHz a použitie viacerých antén (Multiple Input - Multiple Output) by umožnilo vežmi vežkú šírku pásma pre rádiové kanály, schopnú podporova rýchlosti prenosu dát až do 10 Gb/s. Spojenia by predstavovali "krátke" bezdrôtové trasy na konci miestnych optických káblov. Išlo by teda skôr o "lokálne" služby (podobne ako Wi-Fi), než o širokopásmové "mobilné" služby.
Lokálne Wi-Fi siete by mohli by alternatívne nahradené použitím svetelného spektra pre šírenie dát pomocou LED svetidiel (Li-Fi). V tejto časti spektra je možné dosiahnu obrovské prenosové rýchlosti práve vďaka širokému frekvenčnému spektru.

Frekvencie používané telefónmi na jednotlivých sieach

Downlink/uplink
Prenos údajov medzi základňovou stanicou a telefónom prebieha vždy dvoma smermi. Downlink označuje trasu signálu od základňovej stanice smerom k mobilnému telefónu. Uplink je opak downlinku, označuje trasu signálu vysielaného mobilným telefónom smerom k základňovej stanici.

FDD/TDD
FDD (Frequency Division Duplex) je metóda, pri ktorej základňová stanica a telefón môžu súčasne vysiela a prijíma signál medzi sebou na dvoch rôznych nosných frekvenciách. Pri TDD (Time Division Duplex) metóde používa základňová stanica a telefón rovnakú nosnú frekvenciu pre vzájomnú komunikáciu a cesty sú oddelené pevným časovým harmonogramom.

Plánovanie a prenosová bilancia
Bilancia prenosu je súčasou procesu plánovania telekomunikačnej siete, pomáha dimenzova pokrytie, požadovanú kapacitu a kvalitu služieb siete. Pokrytie pre uplink sietí 3G a 4G je značne obmedzené, pretože mobilné telefóny majú obmedzenú úroveň výkonu na 200mW. Downlink obmedzuje dostupnú kapacitu bunky a vysielaný výkon (typicky 20-40W bez smerového zisku antén) a musí by rozdelený na všetkých užívatežov. V prostredí siete je pokrytie a kapacita vždy spojená s interferenciami. Zhoršenie jednej trasy prenosu zároveň zhorší spätnú trasu. Systém je teda zámerne vožne vyvážený. Výsledná strata po trase umožňuje podža určitých algoritmov stanovi maximálny dosah jednej základňovej stanice. Ciežom bilancie je výpočet výslednej straty za daných kritérií:

Rovnica prenosovej bilancie vyzerá asi takto:
P{Rx} = P{Tx} + G{Tx} - L{Tx} - L{Fs} + G{Rx} - L{Rx} - LM, kde:
P{Rx} = prijímaný výkon (dBm)
P{Tx} = výstupný výkon vysielača (dBm)
G{Tx} = zisk antény vysielača (v danom smere) (dBi)
L{Tx} = straty na vysielači (káble, konektory...) (dB)
L{Fs} = strata signálu po ceste alebo v otvorenom priestore (dB)
G{Rx} = zisk antény prijímača (v danom smere) (dBi)
L{Rx} = straty na prijímači (káble, konektory...) (dB)
LM = rôzne iné straty (strata v tele zariadenia, pomerové straty...) (dB)

Konkrétny príklad výpočtu prenosovej bilancie (bilancia musí by vyvážená pre downlink a uplink súčasne):

Porovnanie výkonu telefónov
v režime WCDMA (UMTS/3G), GSM (2G), LTE (4G), Wi-Fi a Bluetooth

  Nedávna štúdia skúmala mieru zníženia výstupného výkonu zariadenia (mobilného telefónu) v režime UMTS v porovnaní s režimom GSM, LTE, Wi-Fi a Bluetooth. Prechod na UMTS bol navrhnutý ako jednoduchý spôsob, ako zníži expozíciu elektromagnetickým vlnám z mobilného telefónu. 

  Po spustení sietí UMTS v rokoch 2001-2006, tiež známych ako mobilný systém tretej generácie, jednoducho 3G, sa očakávalo, že rýchlo nahradia starší, ale vežmi úspešný GSM systém. Toto sa však nestalo a vežká čas užívatežov mobilných telefónov používa na telefonovanie stále sie GSM. 

  V dnešnej dobe nestále rastú obavy užívatežov mobilných telefónov, pokiaž ide o možné zdravotné riziká, spôsobené emisiami elektromagnetických polí (EMP). Podža súčasných európskych predpisov expozície EMP, expozícia vytvorená mobilným telefónom počas hovoru je charakterizovaná pomocou lokalizovaného špecifického absorpčného pomeru (hodnoty SAR), ktorý je obmedzený na 2W/kg v priemere na 10g tkaniva. Výsledky meraní ukazujú, že v niektorých scenároch expozície je možné, aby lokalizovaný SAR prekročil súčasné obmedzenia u niektorých vnútorných orgánov. 
  Za týchto okolností je žiadúce, aby sa znížila expozícia z mobilného telefónu. Jednou z relatívne účinných metód je použitie káblového handsfree, ktoré vytvára odstup medzi hlavou a mobilným telefónom a tým sa znižuje absorbovanú energiu asi 5 až 10-krát. Pri použití handsfree s gumenými dutými zvukovodmi (tzv. air-tube) môže by expozícia znížená 50 až 100-krát. Samozrejme, v závislosti na tom, kde je prístroj umiestnený v priebehu hovoru pomocou handsfree, môže expozícia narás v iných častiach tela, napr. na páse, na ruke, atď. Musíme spomenú tiež možné nepohodlie, kedy užívatež musí používa telefón spôsobom, na ktorý nie je zvyknutý.
  Treba si uvedomi, že hodnota SAR sa počíta pri hodnotách maximálneho vysielacieho výkonu telefónu a nie pri obvyklom vysielacom výkone, ktorý je vo väčšine prípadov nižší. Skutočná úroveň závisí od prostredia, v ktorom sa užívatež nachádza a tiež na spôsobe, akým je telefón používaný. Popri týchto faktoroch je dôležitý faktor použitej technológie, resp. typu siete. UMTS sie 3G bola navrhnutá tak, aby pracovala účinnejšie než GSM, pokiaž ide o prenosové výkony a má niekožko zásadných výhod oproti predchádzajúcej generácii, ktoré znižujú expozíciu používateža.

Analýza vysielacieho výkonu zariadení GSM, UMTS, LTE
  Jedným zo základných rozdielov medzi systémami GSM, UMTS a LTE je, že prvá z nich používa systém TDMA, zatiaž čo druhá využíva systém WCDMA, tretia využíva SC-FDMA. Napr. v rovnakom časovom intervale dva alebo viaceré mobilné telefóny prenášajú údaje na rôznych frekvenčných kanáloch v systéme GSM, ale v systéme UMTS budú používa rovnaký kanál. Takže UMTS systém je oveža citlivejší na úrovne výkonu emitovaného v uplinku (trase signálu smerom z mobilného telefónu na základňovú stanicu) a na riadenie výkonu bol vyvinutý vhodný algoritmus, aby sa čo možno najviac zabránilo vzniku situácie, v ktorej by jeden z mobilov zablokoval prijímač základňovej stanice.
  V režime GSM začína mobilný telefón hovor s plným výkonom a po niekožkých sekundách vstavaný algoritmus na reguláciu výkonu zníži výkon na minimum potrebné na udržanie rádiového spojenia. Tento postup sa obnovuje po každom prechode do inej bunky siete, teda na inú základňovú stanicu. Toto správanie systému viedlo k všeobecnému odporúčaniu pre obmedzené použitie mobilného telefónu pri rýchlej jazde (rýchla zmena buniek) a tiež proti začatiu hovoru s telefónom vedža hlavy.
  V režime UMTS začína hovor vysielaním na najnižšom možnom výkone a postupne sa výkon zvyšuje, až kým základňová stanica prijme jeho žiados o prístup a odošle spä potvrdenie. Týmto postupom sa zabráni zbytočnému zvýšeniu vzostupného šumu základňovej stanice a je zaručené, že inicializácia sa vykonáva na minimálny vysielací výkon, ktorý vyžaduje rádiové spojenie. Podobne sú riešené aj prechody medzi bunkami siete, bez zvýšenia výkonu telefónu.
  V režime LTE sa vysielací výkon mení obdobne ako u UMTS, avšak priemerný výkon je o 40 dB vyšší než u UMTS.

  Na obr. 1 je vidie porovnanie vývoja vysielacieho výkonu GSM, UMTS a LTE telefónu, umiestneného v lokalite s dobrým pokrytím všetkých troch typov sietí. GSM telefón začína vysiela na 33 dBm (2W) a potom znižuje výkon až na minimálnu hodnotu 4 dBm (2.5mW). Ako sa mobilný telefón dostáva do oblasti s horším signálom, zvyšuje svoj výkon. Telefón UMTS začína v blízkosti minimálneho vysielacieho výkonu -50 dBm (10 nW) a podža pokrytia siete výkon stúpa. Avšak maximálny výkon 21 dBm (125 mW) prakticky nikdy nedosiahne. Ďalšie pozorovania sa týkajú periód zmien vysielacieho výkonu, vzhžadom na rozdiely v algoritme riadenia výkonu. V UMTS sú zmeny vežmi rýchle, s ciežom kompenzova rýchly efekt útlmu, zatiaž čo u GSM trvajú zmeny výkonu dlhšie a prebiehajú len v relatívne obmedzených krokoch.

Obr.1 Porovnanie zmien vysielacieho výkonu zariadení GSM, UMTS a LTE

   Avšak mechanizmus riadenia výkonu nie je úplne relevantný v zlých podmienkach pokrytia, kedy je mobilný telefón nútený vysiela takmer maximálnym alebo aj maximálnym výkonom, aby bola zachovaná kontinuita rádiového spojenia. Za týchto okolností je požadovaná vyššia citlivos od základňovej stanice.
  V tabužke prenosovej bilancie (viď vyššie) môžeme nájs úroveň minimálneho detekovatežného signálu základňovej stanice GSM, UMTS a LTE, založený na štandardnej rovnici minimálneho detekovatežného signálu rádiového prijímača. Minimálny detekovatežný signál je u základňovej stanice GSM -114 dBm a u UMTS/LTE je -123.4 dBm, čo je 9.4 dB nižšie. To znamená, že vzhžadom na tú istú stratu pri šírení signálu, zariadeniu UMTS/LTE postačuje vysiela výkonom o 10 dB nižším, než je tomu u GSM zariadenia.
  Ďalším obmedzením GSM telefónov je dynamický rozsah výstupného výkonu, a to len 30 dB. Úroveň minimálneho a maximálneho výkonu sa pohybuje teda od 33 do 3 dBm. Teda aj v dobrých podmienkach šírenia signálu pokračuje vysielanie pomerne vysokým výkonom, hoci by mohol by nižší ako 3 dBm, GSM telefón nie je schopný klesnú výkonom pod túto hodnotu.
  Režim UMTS/LTE má však oveža širší dynamický rozsah, asi 70 dB, úrovne jeho výkonu sa menia od 21, resp. 23 dBm po asi -50 dBm. Umožňuje teda prenáša signál oveža nižším výkonom, pokiaž to dovolia podmienky rádiového prenosu.

Obr. 2. Variácie vysielacieho výkonu zariadenia GSM a UMTS v porovnaní s WiFi a Bluetooth

  Siete GSM, UMTS a LTE sú zvyčajne rozmiestnené v rôznych frekvenčných pásmach, z ktorých najčastejšie je 900 MHz pridelená pre GSM a 1900 MHz pre UMTS. Šírenie signálu bude ma teda na rovnakom mieste rôzne vlastnosti, u UMTS/LTE budú straty vyššie než u GSM a tým aj úroveň prijatého signálu na základňovej stanici bude nižšia.
  Strata signálu v režime UMTS a LTE je podža modelu vožného šírenia signálu, v priestore v rovnakej vzdialenosti medzi základňovou stanicou a mobilným telefónom, daná logaritmom pomeru frekvencií, v našom prípade asi 3.5 dB, čo znamená, že sa úroveň výkonu prenášaného z telefónu UMTS bude najmenej o 7 dB nižšia, než by bolo nevyhnutné pre GSM telefón. Je zrejmé, že faktory ovplyvňujúce šírenie signálu rôznych frekvencií sú zložitejšie a presný rozdiel sa bude líši prípad od prípadu.
  Ak vezmeme do úvahy faktory uvedené vyššie, UMTS telefón má v priemere viac šancí vyžarova menej elektromagnetického žiarenia počas hovoru než telefón GSM. Na účely presnejších výsledkov a väčšej istoty bolo vykonaných niekožko meraní.

Výsledky meraní GSM (2G) vs UMTS (3G)
  Pre každé meranie boli zaznamenané dva protokoly: jeden pre GSM volania a druhý pre UMTS volania. Hlavným parametrom, ktorý nás zaujímal, bol výstupný výkon zariadenia. Vzorky boli odoberané každých 500 ms.
  Na obr. 3 a 4 sú zaznačené priemerné hodnoty zaznamenané v priebehu merania. Tie sú rozdelené do dvoch kategórií: 10 meraní na rovnakom mieste a 6 meraní počas pohybu. Lokalitami bol vidiek so slabším pokrytím a ulice mesta s dobrým pokrytím.

Obr. 3. Distribúcia priemerného vysielacieho výkonu zariadenia GSM a UMTS na jednom mieste

Obr. 4. Distribúcia priemerného vysielacieho výkonu zariadenia GSM a UMTS počas pohybu

  Ako sa dalo očakáva, priemerný vysielací výkon GSM telefónu bol oveža vyšší a pohyboval sa v rozmedzí 8 až 27 dBm (6 až 500 mW), zatiaž čo u telefónu UMTS sa pohyboval medzi -45 dBm až -3 dBm (30 nW až 0.5 mW). Rozdiel medzi nimi nie je konštantný. Závisí na podmienkach šírenia mikrovlnného signálu. V prípade meraní v pohybe je rozdiel medzi priemerným vysielacím výkonom oboch technológií zhruba podobný.

Obr. 5. Rozdiel medzi priemerným vysielacím výkonom zariadenia GSM a UMTS

  V prípade stacionárnych meraní je možné pozorova výrazný rozdiel medzi priemerným vysielacím výkonom z UMTS a GSM telefónov, kde je k dispozícii dobré pokrytie signálom. Tento rozdiel môže dosiahnu až 59 dB (800000-násobok), viac než rozdiel medzi minimálnym výkonom oboch systémov, ktorý je len 53 dB. Na príčine je algoritmus adaptívneho riadenia výkonu systému GSM, ktorý nie je schopný znižova výstupný výkon telefónu dostatočne rýchlo. Tým pádom je aj priemerná hodnota výkonu podstatne vyššia, než by mohla by v ideálnom prípade.
  V porovnaní s výsledkami stacionárnych meraní, merania vykonané v pohybe odrážajú relatívne menší rozdiel v podobných podmienkach šírenia signálu. Avšak absolútna hodnota rozdielu je stále vysoká, okolo 40 dB. Je to kvôli vyšším výkonom telefónu UMTS, kým je v pohybe. Pokrytie signálom bolo na miestach meraní dobré, merania boli vykonané v uliciach, v otvorenom priestore tak, aby bolo možné realizova niekožko "prepnutí" medzi základňovými stanicami.
  Priemerný výkon telefónu UMTS počas hovoru je minimálne 1000-krát nižší, než je priemerný výkon telefónu GSM za rovnakých podmienok. Z tohto dôvodu bude elektromagnetické pole vznikajúce pri UMTS hovore nižšie než elektromagnetické pole počas GSM hovoru.
  Keďže intenzita elektrického pola a špecifická miera absorpcie (SAR) sa používajú na kvantifikáciu expozície elektromagnetickým vlnám, obe hodnoty sa znížia, ak dôjde k zníženiu priemerného vyžarovaného výkon telefónu.

  S ciežom dosiahnu presnejšiu predstavu o celkovej expozícii je ale potrebné bra ohžad aj na energiu emitovanú počas vysielania, teda zobra do úvahy aj dobu trvania časového intervalu, v ktorom prebieha skutočné vysielanie. U GSM systému má jeden hovor vyhradený jeden časový úsek z celkovo ôsmich, takže môžeme uvažova, že mobilný telefón GSM vysiela len 1/8 celkového času. Je tu tiež možnos uvažova o mechanizme pulzujúceho prerušovaného vysielania, kde medzi jednotlivými impulzami nedochádza k emisii elektromagnetických polí. Počet vyslaných impulzov tiež závisí od toho, či užívatež hovorí, alebo len počúva. Tento efekt je oveža ažšie modelova dostatočne presne, ale možno predpoklada, že polovica z celkovej doby hovoru bude užívatež hovori a ďalšiu polovicu počúva. V priemere je možné konštatova, že GSM telefón vysiela 1/16 alebo 1/15 času.

  Na rozdiel od systému GSM, UMTS telefón emituje elektromagnetické pole trvalo, aspoň pre vyhradený riadiaci kanál. Hlas je transportovaný cez vyhradený dátový kanál, pokiaž užívatež hovorí. Intenzita prenášaná na riadiacom kanále je zvyčajne rovnaká, ale na dátovom kanále sa možno domnieva, že polovica z času výkonu vyžarovaného telefónom bude polovica menovitého výkonu dátového kanálu a druhú polovicu, ak užívatež rozpráva, bude tvori plný vysielaný výkon riadiaci+dátový kanál.

  Počnúc štandardom 3GPP verzie 7 je UMTS telefón schopný zastavi prenos riadiaceho kanála, pokiaž nie je potrebný. Umožňuje to šetri batériu a zníži hladinu rušenia v základňovej stanici. U týchto telefónov môže by v priemere len 3/4 výkonu skutočne využitých. Podža vyššie spomínaných úvah je možné pomer medzi priemernou energiou vyžiarenou z GSM a UMTS telefónu počas hovoru opísa rovnicou:

  Ak by sme medzi rozdiely priemerných výkonov z GSM a UMTS telefónov započítali rozdiely energie vyžiarenej počas skutočného vysielania hlasu alebo dát, namerané hodnoty rozdielu by sme museli zníži o 10.8 dB: od 59 dB do 48.2 dB pri dobrom pokrytí siete a od 28.6 dB do 17.8 dB pri zlom pokrytí siete.

Záver
  Z teoretickej analýzy a aj z merania v teréne vyplýva, že výstupný výkon telefónu UMTS je oveža menší než telefónu GSM v podobných situáciách. Používanie siete WCDMA/3G vedie k zníženiu expozície užívateža elektromagnetickým vlnám z mobilného telefónu. Celková expozícia môže by v konečnom dôsledku o niekožko rádov nižšia a nevyžaduje žiadnu zmenu v denno-dennom používaní telefónu.

  Pri dobrých podmienkach pokrytia môže by expozícia z WCDMA/3G telefónu značne nižšia, než zo základňových staníc umiestnených na okolitých domoch a tiež mnohonásobne nižšia než zo zabudovaného rádiového modulu Wi-Fi alebo Bluetooth. Pri používaní WCDMA/3G technológie je teda pre hovory použitie Bluetooth handsfree sady kontraindikáciou zníženiu expozície, nakožko technológia Bluetooth používa vyššie priemerné vysielacie výkony než WCMDA/3G telefón a expozícia hlavy môže by niekožkonásobne vyššia.
  Počas používania dátových služieb (pripojenie na internet) je z hžadiska expozície VÝHODNEJŠIE použi priamu komunikáciu telefónu so základňovou stanicou WCDMA/3G namiesto lokálneho Wi-Fi pripojenia. Wi-Fi prenos vytvára druhú najvyššíu expozíciu hneď po režime GSM. Dlhodobá expozícia signálu LTE/4G, ktorý dosahuje v rovnakých podmienkach vyššie výkony, je v porovnaní s WCDMA/3G menej vhodná.
  Dôležité: Podža najnovších informácií však z doterajších výskumov vyplýva, že kumulatívna (časová) expozícia pri type siete WCDMA/3G predstavuje pre užívateža telefónu takmer 4-násobné zvýšenie rizika vzniku mozgového nádoru v porovnaní s expozíciou v sieti GSM/2G (Morgan et al., 2016), a to i napriek niekožko rádov nižším intenzitám expozície. Istú úlohu tu teda hrá aj používaná frekvencia, typ modulácie, šírka použitého frekvenčného pásma, atď.

Ako sa chráni pred expozíciou
rádiofrekvenčných polí (nielen) z mobilného telefónu
  Sme ešte stále len v začiatkoch vedy o elektromagnetických poliach, ktorá sa vzahuje k pochopeniu mechanizmu účinkov na žudské zdravie, ale už dnes máme dostatočne pevné dôkazy o tom, že zjavne existuje vežmi reálne riziko. Je čas na uplatňovanie zásad obozretnosti, ale majme tiež na pamäti, že úplná eliminácia expozície je takmer nemožná. Dokonca aj keď Vy osobne nebudete používa mobilný telefón a Vᚠdomov bude bez akýchkožvek bezdrôtových zariadení, môžete by vystavení mikrovlnným poliam bezdrôtových zariadení Vášho suseda alebo pri pohybe na ulici, na cestách, v blízkosti základňových staníc mobilnej siete, v dopravných prostriedkoch, v hoteloch, apod. Je tu však ešte pár možností, čo môžete urobi, aby sa minimalizovala Vaša expozícia a ochránili ste Vaše zdravie a zdravie Vašich detí:

Frekvencie, časový priebeh, modulácia:

Mobilné siete - mobilné telefóny a modemy (klienti - uplink)
ZDROJ	FREKVENČNÁ DOMÉNA	ČASOVÁ DOMÉNA
GSM (2G) KLIENT 885 - 915 MHz Prvé digitálne telefóny a modemy, dnes ešte vo vežkej miere vyžívané v rôznych dátových zariadeniach. Modulácia GMSK, šírka kanála 200 kHz, frekvenčné skoky (FHSS), frekvencia impulzov 8.33 / 217 Hz, dĺžka impulzu 570 ľs
GSM (2G) KLIENT 885 - 915 MHz Prvé digitálne telefóny a modemy, dnes ešte vo vežkej miere vyžívané v rôznych dátových zariadeniach. Modulácia GMSK, šírka kanála 200 kHz, frekvenčné skoky (FHSS), frekvencia impulzov 8.33 / 217 Hz, dĺžka impulzu 570 ľs
UMTS (3G) KLIENT pásmo 900 + 1900 MHz Smartfóny, telefóny a modemy. Modulácia DQPSK, prístup WCDMA, šírka kanála 5 MHz, nepulzný priebeh
UMTS (3G) KLIENT pásmo 900 + 1900 MHz Smartfóny, telefóny a modemy. Modulácia DQPSK, prístup WCDMA, šírka kanála 5 MHz, nepulzný priebeh
LTE (4G) KLIENT pásmo 700 + 800 + 1700 + 2500 MHz Smartfóny, tablety a modemy. Modulácia SC-FDMA, šírka kanála 10 MHz, frekvenčné skoky (FHSS), frekvencia impulzov 25, 200, 2000, 4000 Hz, dĺžka impulzu 120 - 970 ľs
LTE (4G) KLIENT pásmo 700 + 800 + 1700 + 2500 MHz Smartfóny, tablety a modemy. Modulácia SC-FDMA, šírka kanála 10 MHz, frekvenčné skoky (FHSS), frekvencia impulzov 25, 200, 2000, 4000 Hz, dĺžka impulzu 120 - 970 ľs
NR (5G) KLIENT pásmo 1700 + 1900 + 3500 + 3700 MHz Smartfóny, tablety, modemy. Modulácia SC-FDMA, šírka kanála 20 MHz, frekvenčné skoky (FHSS), frekvencia impulzov 50, 100, 500, 1500 Hz a harmonické, dĺžka impulzu 120 - 970 ľs
NR (5G) KLIENT pásmo 1700 + 1900 + 3500 + 3700 MHz Smartfóny, tablety, modemy. Modulácia SC-FDMA, šírka kanála 20 MHz, frekvenčné skoky (FHSS), frekvencia impulzov 50, 100, 500, 1500 Hz a harmonické, dĺžka impulzu 120 - 970 ľs

Normy a limitné úrovne expozície pre bežné obyvatežstvo:

Vežkos intenzity elektrického poža [E] sa udáva v jednotkách Volt na meter (V/m).
Vežkos hustoty výkonového toku [S] sa udáva v jednotkách Watt na meter štvorcový (W/m²).
Watt na meter štvorcový je však príliš vežká jednotka, častejšie sa preto používa jednotka menšia -
miliWatt (1 W/m² = 1000 mW/m²), resp. mikroWatt (1 mW/m² = 1000 ľW/m²) na meter štvorcový.
Medzi E a S platí vzah: S = E² / 377, resp. E = √S x 377   (1 ľW/m² = 0.194 V/m, 1 V/m = 2653 ľW/m²)

Vežkos merného absorbovaného výkonu [SAR] (fyzikálnej veličiny používanej k popisu absorpcie RF výkonu živým tkanivom) sa udáva v jednotkách Watt na kilogram (W/kg). Absorpcia má vzah k elektrickej vodivosti, mernej hustote tkaniva a intenzite elektrického poža.

Chcete si premera úrovne u Vás doma alebo na pracovisku?
Z našej požičovne si môžete prenaja:

	SAFE AND SOUND PRO II  - presný vreckový merač RF polí v rozsahu 200 MHz - 8 GHz Extrémne citlivý, zabudovaná všesmerová anténa, úroveň intenzity zobrazená číselne na OLED displeji, vynikajúca viditežnos aj v tme, 4 farebné LED pre indikáciu expozície, revolučná odozva < 3 ľs (!), zvuková demodulácia signálu (3 úrovne hlasitosti), meranie špičky a priemeru, podržanie špičky MAX, tlačidlo nulovania MAX, výstup na slúchadlá, možnos napájania cez USB. Rozsah merania: 0.001 - 3 000 000 ľW/m²  (0.001 - 30 V/m) Zmeria:  základňové stanice mobilnej siete 2G/3G/4G/5G, mobilné telefóny (GSM/UMTS/LTE/NR), bezdrôtové telefóny (DECT), Bluetooth, Wi-Fi 2.4/5, WiMAX, mikrovlnné rúry, TV vysielače, TETRA, radary, inteligentné zariadenia, Internet vecí Zapožičanie: 35 €/24 hodín, vratná kaucia 400 € (+ poštovné)
	SAFE AND SOUND MICRO  - náramkový detektor RF polí v rozsahu 700 MHz - 9 GHz Jedinečný detektor s vizuálnou indikáciou expozície pomocou 4 farebných LED (8 hladín) so vstavaným vibračným alarmom (4 stupne vibrácie). Programovatežná úroveň pre alarm, ovládanie jedným tlačidlom, vynikajúca viditežnos aj v tme, odozva < 5 ľs, zabudovaný akumulátor, nepretržitý monitoring 3 dni na jedno nabitie, USB-C nabíjací konektor. Rozsah merania: 0.1 - 1 000 000 ľW/m²  (0.006 - 19.4 V/m) Zmeria:  základňové stanice mobilnej siete 2G/3G/4G/5G, mobilné telefóny (GSM/UMTS/LTE/NR), bezdrôtové telefóny (DECT), Bluetooth, Wi-Fi 2.4/5, WiMAX, mikrovlnné rúry, radary, inteligentné zariadenia, Internet vecí Zapožičanie: 30 €/24 hodín, vratná kaucia 300 € (+ poštovné)
	ARINST SIGNAL HUNTER  - real-time spektrálny RF analyzátor v rozsahu 35 MHz - 6.2 GHz Plnofarebný dotykový displej, vynikajúca citlivos, externá anténa, žubovolný rozsah (SPAN), 4 markery špičky, rýchlos skenu 2 GHz/s, odozva < 5 ľs, waterfall, phosphor, trace min/max, možnos napájania cez USB, robustné kovové puzdro, vreckový. Rozsah merania: od -120 dBm do -30 dBm Zmeria:  základňové stanice mobilnej siete 2G/3G/4G/5G, mobilné telefóny (GSM/UMTS/LTE/NR), bezdrôtové telefóny (DECT), Bluetooth, Wi-Fi 2.4/5, rozhlasové a TV vysielače, TETRA, radary, inteligentné zariadenia, Internet vecí Zapožičanie: 45 €/24 hodín, vratná kaucia 450 € (+ poštovné)

V našom eshope nájdete:

Merače RF polí

Tieniace tkaniny

Tieniace tapety

Tieniace pletivá a flísy

Tieniace okenné fólie

Tieniace odevy

Príslušenstvo k telefónom

Súvisiace články: