Badanie poziomów pola elektromagnetycznego w technologii 5G w Szwajcarii

Monitorowanie emisji pola elektromagnetycznego (PEM) generowanego w sieci telekomunikacyjnej 5G jest bardzo ważnym elementem badań w obszarze oceny ryzyka PEM. Przeciwnicy telekomunikacji bezprzewodowej angażują się w dokonywanie pomiarów PEM przy użyciu ogólnie dostępnej, a zatem o małej dokładności, aparatury pomiarowej i nie używając do pomiaru procedur właściwych takim pomiarom. Badania z właściwą metodyką wykonywane są przez ośrodki naukowo-akademickie, które nie zawsze przekonująco dokonują transferu wyników swoich badań do przestrzeni publicznej. A wyniki tych właśnie badań stanowią jedyny argument w dyskusji ryzyka PEM. Chcąc przeciwdziałać takiej sytuacji, przedstawione zostaną w sposób możliwy do percepcji przez szeroką publiczność badania opisane w artykule międzynarodowej grupy badaczy, który został opublikowany na początku 2025 roku w czasopiśmie Environmental Research (vol. 266, 1.02.2025, No. 120550) pod tytułem Exploring RF-EMF levels in Swiss microenvironments: An evaluation of environmental and auto-induced downlink and uplink exposure in the era of 5G (Badanie poziomów PEM w szwajcarskich mikrośrodowiskach: ocena środowiskowego i automatycznie indukowanego narażenia na łącza w dół i w górę w erze 5G). Badania przedstawione w publikacji są częścią projektu badawczego realizowanego w międzynarodowym programie badawczym GOLIAT „Nowa metoda pomiaru promieniowania 5G z telefonów komórkowych i stacji bazowych”. Nadrzędnym celem Programu GOLIAT (5G Exposure, Causal Effects and Risk Perception through Citizen Engagement) jest scharakteryzowanie i monitorowanie ekspozycji na pole elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej (rPEM), w szczególności 5G, dostarczenie nowych informacji na temat potencjalnych przyczynowych skutków neuropsychologicznych i biologicznych oraz zrozumienie percepcji ryzyka i komunikacji poprzez zaangażowanie obywateli przy użyciu integracyjnego i transdyscyplinarnego podejścia ogólnoeuropejskiego.

Badania przeprowadzono w Szwajcarii, jednym z pierwszych krajów w Europie, który wprowadził technologię 5G na dużą skalę.

Naukowcy zmierzyli poziomy (rPEM) w trzech różnych scenariuszach: gdy urządzenie mobilne jest w trybie samolotowym (wyłączone z aktywności), gdy telefon komórkowy jest intensywnie używany do pobierania sygnału (downloading DL), gdy telefon komórkowy pracuje w trybie wysyłania sygnału (uploading UL). Wybrano pięć obszarów badawczych o różnym stopniu urbanizacji, w których zdefiniowano mikrośrodowiska w celu oceny ekspozycji na PEM w populacji. Szczególnie interesujące jest wprowadzenie pasma 3,5 GHz, ponieważ wiąże się ono z implementacją masywnych anten Multiple-Input Multiple-Output (mMIMO). Te stacje bazowe mogą konfigurować amplitudę i fazę swoich elementów antenowych, aby zapewnić konstruktywne sygnały elektromagnetyczne w zamierzonym miejscu (telefon komórkowy użytkownika) i destrukcyjne (szum) w niezamierzonych miejscach. Stosunek sygnału do szumu jest zatem maksymalizowany poprzez skierowanie wiązki w kierunku lokalizacji użytkownika, co skutkuje lepszą wydajnością komunikacji i wyższą przepustowością danych. Proces ten jest często określany jako formowanie wiązki. Formowanie wiązki oznacza, że PEM o częstotliwości radiowej przesyłane ze stacji bazowych 5G jest obecnie bardzo dynamiczne w czasie i przestrzeni i mogą się różnić w zależności od tego, czy i w jakim stopniu ludzie korzystają z sieci, co stawia nowe wyzwania przed badaniami oceny ekspozycji na fale radiowe PEM w porównaniu z poprzednimi konfiguracjami sieci.

Cele badania były następujące: i) przedstawienie poziomów RF-EMF mierzonych w różnych obszarach i mikrośrodowiskach; (ii) zbadanie, w jaki sposób poziomy narażenia różnią się w zależności od scenariuszy transmisji danych; oraz (iii) zbadanie, które pasma częstotliwości w największym stopniu przyczyniają się do całkowitych poziomów narażenia w różnych obszarach i scenariuszach transmisji danych.

Dokładne badania oceny ekspozycji są bardzo ważne dla badań epidemiologicznych mających na celu ocenę możliwych zagrożeń dla zdrowia związanych z ekspozycją na RF-EMF. Jednym z możliwych sposobów oszacowania narażenia na rPEM jest przeprowadzenie badań mikrośrodowiskowych. Mikrośrodowisko definiuje się jako małe środowisko o wyraźnej funkcji, takie jak obszar mieszkalny, obszar przemysłowy, szkoła, park publiczny lub transport publiczny. Jedną z głównych zalet realizacji badań mikrośrodowiskowych jest to, że pozwalają one na uchwycenie dużej zmienności przestrzennej RF-EMF w środowisku. Ponadto są one przeprowadzane przez przeszkolonych badaczy, co zwiększa przestrzeganie wytycznych protokołu, jednocześnie kontrolując potencjał podczas przenoszenia urządzeń pomiarowych, takich jak osłona ciała. Do tej pory badania mikrośrodowiskowe koncentrowały się na pomiarze narażenia na łącze w dół (DL) z nadajników stacjonarnych (np. stacji bazowych telefonii komórkowej, masztów telewizyjnych/radiowych), a także narażenia na łącze od telefonów komórkowych (UL) innych użytkowników. Jednak ani automatycznie indukowana ekspozycja UL, która odnosi się do łącza nadrzędnego z własnego telefonu komórkowego, ani automatycznie indukowany składnik DL w wyniku kształtowania wiązki nie były wcześniej brane pod uwagę. Ignorowanie tego aspektu w dzisiejszych czasach skutkowałoby zbyt niskim poziomem ekspozycji dla typowej osoby, która od czasu do czasu korzysta z telefonu komórkowego i w ten sposób generuje automatycznie indukowane UL i DL.

Do przeprowadzenia badań wybrano pięć obszarów na obszarze Szwajcarii na podstawie stopnia urbanizacji i gęstości zaludnienia. Badane obszary to dwa obszary miejskie (Zurych i Bazylea) i trzy obszary wiejskie (Hergiswil, Willisau i Dagmersellen), aby uwzględnić możliwą niejednorodność ekspozycji na rPEM. W ramach każdego obszaru badawczego zdefiniowano zestaw mikrośrodowisk w celu oceny typowego narażenia na rPEM dla populacji ogólnej. Wybrane mikrośrodowiska pogrupowano w trzy główne kategorie: tereny zewnętrzne, przestrzenie publiczne i transport publiczny. Obszary zewnętrzne zostały scharakteryzowane ścieżką spacerową w obszarach zainteresowania w każdym obszarze miejskim/wiejskim (np. centrum miejskie/wiejskie, dzielnica mieszkaniowa i obszar przemysłowy). Przestrzenie publiczne składały się z połączenia różnych mikrośrodowisk wewnętrznych i zewnętrznych, odwiedzanych przez młodych ludzi (np. szkoły, uniwersytety, parki publiczne, centra handlowe itp.). Zarówno dla obszarów zewnętrznych, jak i przestrzeni publicznych, pomiary przeprowadzono w trybie spacerowym z przybliżonym czasem trwania 15 minut dla każdego mikrośrodowiska. Pomiary wewnątrz transportu publicznego (np. autobusu, tramwaju, metra lub pociągu) zostały wykonane podczas przemieszczania się między środowiskami. Kampania pomiarowa w Szwajcarii była prowadzona w okresie od 20 lutego do 5 kwietnia 2023 r. w godzinach pracy (tj. w godzinach 08:00–17:00).

Międzynarodowy zespół badaczy wyraża opinię, że przeprowadzone przez nich badania są pierwszymi na świecie badaniami uwzględniającymi zarówno mikrośrodowiska, jak i różne rodzaje pracy badanego systemu telekomunikacyjnego.

Łącznie przeanalizowano ponad 30 000 punktów danych. Podczas korzystania z telefonu komórkowego w scenariuszu trybu samolotowego ekspozycja na rPEM pochodzi głównie ze stacji bazowych telefonii komórkowej. Naukowcy odkryli, że poziomy ekspozycji wzrastały wraz ze wzrostem gęstości zaludnienia. Średnia dla wsi wynosiła 0,17 mW/m², podczas gdy średnia dla miast wynosiła 0,33 mW/m² dla Bazylei i 0,48 mW/m² dla Zurychu. „Najwyższe poziomy stwierdzono w miejskich obszarach biznesowych i transporcie publicznym, które były nadal ponad sto razy niższe od międzynarodowych wartości wytycznych” – mówi Martin Röösli, badacz ze szwajcarskiej uczelni tropików i zdrowia publicznego (Swiss TPH) i współautor badania.

W scenariuszu, w którym uruchomiono pobieranie maksymalnych danych (telefon badacza był ustawiony na pobieranie dużych plików – tryb DL), poziom rPEM znacznie wzrósł do średniej wartości 6-7 mW/m². Autorzy przypisują ten wzrost częściowo formowaniu wiązki, która kieruje sygnały wydajniej do użytkownika, co prowadzi do wyższych poziomów ekspozycji podczas pobierania danych. Ekspozycja była ogólnie wyższa w obu miastach, prawdopodobnie z powodu większej liczby stacji bazowych 5G.

Wreszcie scenariusz, w którym odnotowano najwyższe poziomy rPEM, to scenariusz maksymalnego przesyłania danych, w którym telefon komórkowy badacza był ustawiony na ciągłe przesyłanie dużych plików – tryb UL. Średnia ekspozycja wynosiła około 16 mW/m² w miastach i prawie dwukrotnie wyższa na wsiach (29 mW/m²). W tym scenariuszu największym źródłem promieniowania był telefon wysyłający dane, a ekspozycja była znacznie wyższa na wsiach, ze względu na mniejszą gęstość stacji bazowych, co obniża jakość sygnału i zmusza urządzenia do używania większej mocy do przesyłania danych.

„Musimy pamiętać, że w naszym badaniu telefon znajdował się około 30 cm od urządzenia pomiarowego, co oznacza, że nasze wyniki mogą nie doszacować rzeczywistego narażenia. Użytkownik telefonu komórkowego będzie trzymał telefon bliżej ciała, a zatem narażenie na RF-EMF może być nawet 10 razy wyższe” – mówi Adriana Fernandes Veludo, badaczka ze szwajcarskiego TPH i współautorka badania.

„Podsumowując, badanie to pokazuje, że narażenie środowiskowe jest niższe, gdy gęstość stacji bazowych jest niska. Jednak w takiej sytuacji emisja z telefonów komórkowych jest o rzędy wielkości wyższa” – mówi Adriana Fernandes Veludo. „Ma to paradoksalną konsekwencję, że typowy użytkownik telefonu komórkowego jest bardziej narażony na RF-EMF w obszarach o niskiej gęstości stacji bazowych”.

To pierwsze tego typu badanie, które dostarczyło istotnych danych na temat poziomów 5G w środowisku i z własnego telefonu. Pomiary będą teraz przeprowadzane dwukrotnie w ciągu 3 lat w dziewięciu kolejnych krajach europejskich, co umożliwi monitorowanie potencjalnych zmian w ekspozycji populacji na rPEM w miarę wdrażania 5G.

Badanie pokazuje, że ekspozycja na rPEM ze stacji bazowej telefonu komórkowego wzrasta wraz ze wzrostem gęstości zaludnienia. Jednak telefony komórkowe nadają najsilniej w obszarach o słabej jakości sieci. Badania pokazują jednoznacznie, że wszystkie wyniki pomiarów są znacznie poniżej wartości normatywnych, zarówno UE, jak i polskich.

Na zakończenie prezentacji wyników badań międzynarodowej grupy uczonych warto podać kilka informacji o projekcie, w ramach którego badania te wykonano. Program, którego akronimiczna forma została zdefiniowana w tekście artykułu, jest pięcioletnim (2022–2027) projektem, mającym na celu sformułowanie odpowiedzi na pytania generowane przez nowe bezprzewodowe technologie, a szczególnie przez technologię 5G.

Szczegółowym celem projektu GOLIAT jest monitorowanie narażenia na pola elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej (RF-EMF), w szczególności na sieć 5G, dostarczenie nowych informacji na temat jej potencjalnych skutków zdrowotnych oraz zrozumienie, w jaki sposób narażenie i ryzyko są postrzegane i najlepiej komunikowane przy użyciu zaangażowania obywateli.

Łączne finansowanie projektu wynosi 9,3 mln euro, z czego 7 mln zostało zapewnione przez program Unii Europejskiej w zakresie badań naukowych i innowacji „Horyzont Europa” na podstawie umowy o udzielenie dotacji nr 101057262.