W Polsce kończy się przepustowość internetu mobilnego. Wyższe limity PEM są konieczne

Polska przygotowuje się do wdrożenia nowego standardu łączności mobilnej. 5G ma nam zagwarantować przepustowości sięgające 100 Gb/s i minimalne opóźnienia. Operatorzy już zacierają ręce, testują sieci 5G na uczelniach i w wybranych miastach, albo przynajmniej ogłaszają, że są 5G Ready, cokolwiek to znaczy. Wdrożenie nie będzie jednak proste. Zapotrzebowanie na mobilny dostęp do internetu rośnie, a dostępne częstotliwości i normy nie są z gumy. Pojemność sieci mobilnej w Polsce powoli się wyczerpuje. Nie jest to problem nie do rozwiązania, ale na drodze stoją sztuczne i historyczne ograniczenia.

O palących problemach z łącznością mobilną informowali 8 marca przedstawiciele Polskiej Izby Informatyki i Telekomunikacji oraz Instytutu Łączności. Jednostki te przygotowały prognozę dla polskich łączy mobilnych na najbliższe lata. Prezentację prowadził dr inż. Jacek Niewęgłowski z PIIT i dr inż. Krzysztof Bronk z Instytutu Łączności.

Zapotrzebowanie na transmisję mobilną rośnie w ogromnym tempie. Niezależnie od metody badań i obliczeń, prognozy są zgodne – ruch wzrasta dwukrotnie co około 2 lata. Na tym etapie nie pytamy już, czy skończy nam się pojemność pasm transmisji mobilnej, ale kiedy to nastąpi. Będzie to już niedługo, zwłaszcza że w Polsce internet mobilny cieszy się niespotykaną w Unii Europejskiej popularnością.

Europejska średnia korzystania z internetu mobilnego to zaledwie 6 proc., w Polsce udział tego sposobu łączenia się z globalną siecią wynosi aż 14 proc. Po części winna jest geografia, po części historia i raczej się to nie zmieni.

Pewnym zaskoczeniem dla mnie był fakt, że wsie i mniejsze miasta, które często nie oferują mieszkańcom dobrej jakości stałych łączy, generują tylko 21 proc. łącznej mobilnej transmisji danych w kraju. Za większość odpowiadają duże miasta i obszary podmiejskie.

Za wzrost zużycia danych nie odpowiada wprost rosnąca liczba urządzeń mobilnych, jakich używamy w Polsce. Winne są zmiany w zwyczajach konsumentów, głównie wzrost popularności strumieniowania wideo. Dokładają się też inne wymagające usługi. W 2017 roku z jednej karty SIM średnio przesyłane było 3,5 GB danych, w 2025 będzie to 51,65 GB według CISCO lub 85,86 GB według prognozy wykładniczej.

Według prognoz w 2024 oglądanie filmów będzie generowało 75% całości ruchu mobilnego. Prognozy na dalszą przyszłość nie zostały przedstawione, gdyż okazały się zbyt niepewne, ale najbliższe 5 lat daje nam wyraźny obraz – w tym czasie w Polsce zabraknie przepustowości łączy mobilnych. Na obszarach wiejskich, gdzie inwestycje w infrastrukturę są mniej opłacalne dla operatorów, problemy zaczną się już w tym roku, w centrach dużych miast w 2020.

Zmiany są niezbędne. Bez nich jakość usług świadczonych przez operatorów spadnie, a ceny mogą drastycznie wzrosnąć. Mogą też pojawić się bardziej nietypowe rozwiązania jak priorytety dla konkretnych usług czy różne „lejki”.

Specjaliści opracowali dwa scenariusze, które mogą temu zaradzić. W raporcie znajdują się analizy konsekwencji dwóch działań.

Po pierwsze, można jeszcze trochę „wyciągnąć” z używanej obecnie infrastruktury bez dobudowywania dodatkowych stacji bazowych i zagęszczania sieci. Odpowiednie manewrowanie modulacją sygnału i kodowaniem (250 QAM, MIMO 4×4) mogą zapewnić nam kolejne 2-3 lata spokojnego korzystania z internetu mobilnego. Nie będzie to miało wpływu na poziom PEM, ale jedynie odwlecze nieuniknione zmiany. W końcu internet mobilny tak zwolni, że w większości kraju nie będzie się nadawał do użytku.

Drugą opcją jest dodanie do działających obecnie nadajników obsługi kolejnych pasm częstotliwości. Może to być na przykład 700 MHz, odzyskiwane obecnie po telewizji. Pasmo 2,6 GHz jest coraz intensywniej wykorzystywane przez sieć w standardzie 4G. Kolejnym oddanym do użytku zakresem będzie 3,6 GHz, na którym jeszcze przed wdrożeniem 5G można by było uruchomić LTE TDD. Ponadto siatka stacji bazowych może zostać zagęszczona. Bez dodawania kolejnych pasm w wielu miejscach miałoby to skutki odwrotne do zamierzonych przez wzrost interferencji.

Rozbudowa infrastruktury nie jest jednak możliwa w stopniu, który zapewni odpowiedni dostęp do internetu mobilnego Polakom za 3, 5 lub 10 lat. Specjaliści obwiniają za to normę PEM, czyli graniczna wartość irradiancji dopuszczalnego na terenie kraju promieniowania elektromagnetycznego (odpowiada mocy przenoszonej przez jednostkę powierzchni przez promieniowanie. W Polsce obowiązuje norma 0,1 W/m2, ustalona arbitralnie w dawnym ustroju.

Były to czasy, gdy do szczęścia obywateli potrzebny był nadajnik radiowy i telewizyjny, telefonia komórkowa była w powijakach i nikt nie myślał o komunikacji radiowej na skalę, jaką obserwujemy dziś. Przeciwnie – władze cieszyły się z możliwości ograniczenia obywatelom dostępu do łączności. Z perspektywy operatorów i regulatorów polskie normy PEM są nie tylko przestarzałe, ale i sztuczne. W dzisiejszych warunkach zupełnie nie mają uzasadnienia naukowego ani politycznego.

Normy Europejskie są znacznie wyższe – dokładnie 100 razy wyższe i wynoszą 10 W/m2. Dodatkowo sposoby pomiaru są bardziej liberalne i podczas gdy w Polsce brane jest natężenie chwilowe, w większości krajów Unii Europejskiej wyciągana jest średnia czasowa. Norma ta jest zgodna z wytycznymi WHO, aktualizowana co 4 lata (ostatnio w czerwcu 2018, została podniesiona) i opracowana na podstawie badań nad wpływem promieniowania elektromagnetycznego na żywe organizmy z różnych części świata.

Obecne normy PEM w Polsce stanowią wąskie gardło rozbudowy infrastruktury. Specjaliści doszli do wniosku, że jeśli chcą zapewnić przepustowość łączy do prognozowanych potrzeb Polaków, nie da się tego zrobić z poszanowaniem drakońskiej normy PEM. Jest to niewykonalne zarówno w miastach, jak i na wsiach. Poniżej można zobaczyć cztery przykłady zastosowania różnych scenariuszy rozbudowy sieci.

W żadnej z symulacji nie udało się zachować normy PEM. Z tego samego powodu 5G nie da się uruchomić na 80 proc. terenu województwa mazowieckiego. To po prostu fizycznie niemożliwe, jeśli sieć ma zapewnić stabilny zasięg i wysoką przepustowość. PIIT pracuje z instytutami naukowymi i regulatorami europejskimi nad wpływem dostępnych częstotliwości nasze zdrowie, ale teraz wszystko jest w rękach Ministerstwa Cyfryzacji, które może podnieść normę do poziomu europejskiego.

Co ważne, nie musi to wiązać się ze wzrostem mocy pojedynczych urządzeń. Gdyby tak było, czas pracy smartfonów na akumulatorach byłby krótszy, a nie o to chodzi. Zwiększanie mocy nadajników to także więcej zakłóceń transmisji, dlatego standardy łączności mobilnej posuwają się raczej w kierunku gęstszej sieci nadajników o mniejszej mocy.

Zmiana norm ma jeszcze jedną zaletę. Polska może być dzięki temu ładniejsza, gdyż nadajniki nie będą musiały być montowane na mierzących 10-12 m słupach. Oczywiście nie możemy spodziewać się, że operatorzy usuną swoje maszty następnego dnia po przyjęciu zmian w prawie, ale z czasem może do tego dojść.

Mimo wielu argumentów naukowych i anegdotycznych, podnoszenie limitów PEM ma zagorzałych przeciwników. Mieszkańcy Gliwic protestowali przeciwko testom 5G, twierdząc, że nowy standard sieci „usmaży ich jak parówki w mikrofalówce”. W Polsce działa też kilka innych grup przeciwnych podnoszeniu norm PEM, ale ich działania są dość chaotyczne. Dość wspomnieć, że przeciwko 5G wypowiadają się osoby ze stopniami naukowymi z dziedzin niepowiązanych z fizyką czy medycyną, na przykład… z hipnoterapii.

Podczas prezentacji analizowany był obecny kształt sieci i możliwości rozwijania obecnych systemów. Strszy standard 2G jest stopniowo wygaszany, ale zwolnione pasmo będzie niewielkie, gdyz są to niższe częstotliwości z pasma 900 MHz. Poza tym, ze względu na wysoką potrzebę dostępności usług nie możemy od razu zrezygnować z 2G na skalę kraju.

W niektórych miejscach pasma z zakresu 900 MHz są już przekazywane z 2G na 3G i czasami też 4G. Na terenach ze „słabym zasięgiem” jednak całkowite wyłączenie 2G jeszcze długo nie będzie możiwe.

Z rozmów z przedstawicielami PIIT i IŁ można wyciągnąć jeden ważny wniosek. Bez zwiększenia dopuszczalnych norm dla PEM Polska może zapomnieć o wdrożeniu szumnie ogłaszanego 5G. Operatorzy i przedsiębiorcy już nie mogą się doczekać, ale obecnie nie mają jak tego zrobić. W dalszej perspektywie Polska może stracić atrakcyjność biznesową, a obywatelom mieszkać się będzie gorzej bez możliwości korzystania z szybkich łączy mobilnych.

Do takich samych wniosków doszła Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna, która ostrzega, że 5G w Polsce nie da się zbudować, korzystając z aktualnej infrastruktury i przepisów. Podniesienie limitów PEM wiele by ułatwiło.