Aktualizované: 7.11.2023

Základňové stanice mobilnej siete (BTS)

  Základňové stanice mobilnej dátovej siete (z angl. BTS - Base Transceiver Station) sú základnými elementami tvoriacimi pozemnú sieť pre fungovanie mobilnej (celulárnej, bunkovej) komunikácie. Sú to v súčasnosti najpočetnejšie intenzívne zdroje rádiofrekvenčných elektromagnetických polí v blízkosti obydlí. Sieť týchto neustále aktívnych vysielačov tvorí základ pokrytia signálom pre mobilné telefóny, modemy a ďalšie telekomunikačné zariadenia. Pokrytím chápeme zabezpečenie signálu vždy aspoň z jednej stanice, ideálne z dvoch a viacerých. Topológia siete pripomína včelí plást a v každej jeho časti je umiestnená stanica - zjednodušene "bunka" (z angl. "cell").

  Všetky bunky dohromady tvoria mohutný vysielač, rozložený po krajine, pracujúci pre konkrétneho užívateľa siete. Väčšina operátorov si buduje vlastnú sieť týchto buniek. Pokiaľ jeden operátor potrebuje na ideálne pokrytie krajiny napr. 3000 základňových staníc, znásobením počtu operátorov sa znásobuje aj počet základňových staníc a sieť sa zahusťuje (pre 4 operátorov to môže byť už 12000 staníc). 

Tento trend má však z pohľadu nežiaducej expozície jednoznačne negatívny dopad na obyvateľstvo, nakoľko s nárastom počtu staníc stúpa aj priestorovo rozložená rádiofrekvenčná expozícia, najmä v mestách a veľkomestách. Dnes sa však už aj z finančného hľadiska objavujú náznaky a snahy o zdieľanie fyzických sietí viacerými operátormi.

Ako funguje mobilná sieť

  Pre jednoduchosť opíšme konkrétny prípad s mobilným telefónom, ktorý používa takmer každý z nás. Mobilný telefón je po aktivácii SIM karty pripojený na sieť zazmluvneného operátora. SIM karta, ktorú operátor poskytol, nesie údaje aj o frekvenčných pásmach, ktoré má daný operátor licencované. Telefón teda bude komunikovať výhradne na týchto pásmach a bude vždy pripojený k základňovej stanici, ktorá mu poskytuje najsilnejší signál (spravidla tá, ktorá je k nemu najbližšie). Pokiaľ SIM karta v telefóne nie je, alebo je neaktívna, telefón sa obvykle po zapnutí pripojí selektívne na mobilnú sieť, ktorá má najsilnejší signál a zostane k nej pripojený, pokiaľ sa pokrytie nestratí, príp. ho nevypneme, alebo neaktivujeme SIM kartu. Týmto spôsobom je zabezpečené, že sa dovoláme napr. na tiesňovú linku vždy, keď je to nutné. A bezplatne, bez SIM karty.

  Pokiaľ telefónom nemení polohu/lokalitu, bude pripojený k rovnakej základňovej stanici dovtedy, kým mu bude poskytovať najideálnejšie podmienky pre spojenie. Telefón si však neustále monitoruje úrovne signálu z iných dostupných staníc rovnakej siete a v prípade potreby sa automaticky prepne na tú stanicu, ktorá mu poskytne signál s vyššou intenzitou alebo kvalitnejší príjem. To platí najmä vtedy, ak sa telefón začne premiestňovať, resp. meniť svoju lokalitu (počas cestovania). Sieť týmto spôsobom telefón neustále sleduje. Užívateľ máte teda trvalé, optimálne pripojenie, bez výpadkov. Spôsob a početnosť prepnutí sú pre bežného užívateľa vo väčšine prípadov nepozorovateľné, za predpokladu, že pokrytie je stále rovnako intenzívne a na ceste neexistujú lokality bez pokrytia.

  Sú však oblasti, kde pokrytie idálne nie je, napriek ideálnemu rozloženiu staníc. Sú to mestské oblasti s nerovnomernou zástavbou a kopcovitý terén. Ako kompenzácia sa používa zhustenie základňových staníc v oblasti s horším pokrytím, zvýšenie výkonu niektorých staníc a smerovanie signálu (z angl. beamforming) pomocou špeciálnych sektorových antén.

  Základňová stanica sa prevažne skladá z počítačovej elektroniky, ktorá celú stanicu riadi a umožňuje digitálne spracované údaje (hlas a dáta) prijímať a vysielať. Každá stanica obsahuje vysokofrekvenčný modulátor (mikrovlnný vysielač), ktorý spolu s prijímačom tvorí komunikačný celok stanice (transceiver). Transceiver a zvyšok elektroniky spolu so sieťovým a záložným napájacím zdrojom bývajú umiestnené v špeciálnom kontajneri, ktorý je káblami prepojený s anténnym systémom.

  V prípade že je na okolí len málo zákazníkov vyžadujúcich služby, základňové stanice majú inštalovanú len "všesmerovú" prútovú anténu. Elektromagnetické pole v ich okolí je takmer rovnomerné vo všetkých smeroch.

  Väčšina základňových staníc však poskytuje služby oveľa väčšiemu počtu zákazníkov (najmä v mestách). Antény tak potom poskytujú služby len pre určitý smer (tzv. sektory). Pomocou tejto technológie antény dosahujú výrazne vyšší vysielací výkon na rovnakom priestore a v rovnakej licenčnej triede. Vo väčšine prípadov nájdeme verziu s tromi sektorovými anténami (trojuholníková inštalácia, 3 sektory, každý zahŕňa 120 stupňov horizontálne). Konštrukcia týchto antén je značne odlišná od bežne používaných prútových antén, podobá sa skôr akémusi "plotu".

  Sektorová anténa nemá v každom smere rovnakú účinnosť. Efektivita vyžiareného výkonu je daná tzv. vyžarovacím diagramom. U väčšiny sektorových antén je najúčinnejší horizontálny vyžarovací uhol 120° (60° od stredu antény do strán) a vertikálny vyžarovací uhol 5°-10° (mierne dolu od horizontálnej roviny). Smerovanie vertikálneho uhla je možné elektricky nastaviť spravidla v rozmedzí 2°-14°. Tieto parametre spôsobia, že predný lalok má najvyššiu účinnosť vyžarovania a "za, resp. pod anténou" je vyžarovanie značne potlačené. Sektorové antény majú pomerne vysoký zisk (15-20 dB), čo základňovej stanici umožňuje dosiahnuť veľký vyžiarený výkon EIRP (do 2 kW na 1 anténu) za relatívne malého výkonu koncového stupňa modulátora (do 50 W).

  Z danej charakteristiky je teda zrejmé, že ak sú antény vo výške 15-50 m nad terénom (na stožiari alebo na budove) a pozorovateľ stojí na zemi, najvyššia intenzita pola z antény bude na mieste vzdialenom 50-300 m od päty stožiara alebo budovy. Samozrejme, čím vyššie je umiestnený pozorovateľ (napr. v protiľahlom dome na vyššom poschodí), tým väčšie elektromagnetické pole ho obklopuje.

---

  Rádius (dosah) buniek je vysoko premenlivý a záleží nielen od výkonu základňovej stanice a parametrov antén, ale aj od terénnych podmienok a kapacity siete. Vo veľkých mestách nájdeme stovky rôznych makrobuniek. Keďže ich kapacita a dosah často nestačí, bývajú často rozdelené znovu do menších, tzv. mikrobuniek. Ak ani tie nie sú dosť malé, sú ďalej rozdelené do tzv. pikobuniek. Mikro a pikobunky sú veľmi nenápadné, pretože sú väčšinou namontované bez akéhokoľvek stožiaru alebo veže a sú extrémne malé. Tisícky mikro a pikobuniek možno nájsť na stenách budov, ale aj vo vnútri budov (napr. v stropných podhľadoch).

Makrobunka
  Antény pre makrobunky bývajú zväčša namontované na pozemných stožiaroch, na strechách budov alebo na iných existujúcich štruktúrach, vo výške, ktorá poskytuje priamy výhľad na okolité budovy a terén. Oblasť pokrytia makrobunkou je veľmi variabilná, zhruba od 500 m až do 35 km v závislosti na kapacite a miere zahltenia pásma a s tým súvisiaceho rušenia. Celkový výkon závisí od počtu aktívnych prvkov a zisku anténneho systému, čo vedie k hodnotám EIRP od 50W do 1.5kW (17 - 32 dBW) na 1 službu jedného operátora. Antény a základňové stanice však môžu byť aj zdieľané, na jednom stožiari môžu mať antény aj viacerí operátori. Tiež pri viacerých službách (2G/3G/4G) môže byť počet antén väčší (podľa využívaných frekvencií a parametrov antén). Výkon makrobunky je tak znásobený nielen počtom operátorov ale i počtom prevádzkovaných služieb. V dobrých geografických podmienkach a s malým počtom užívateľov je rádius v rozpätí niekoľkých km. Takže vo vidieckych oblastiach môžete cestovať aj niekoľko kilometrov, kým dôjde k zmene bunky. To je dôvod, prečo je v týchto oblastiach väčšinou len niekoľko veľkých základových staníc. Naopak, ak sa dá očakávať veľa používateľov a kvalita príjmu klesá, môžu mať tieto bunky len rádius 100m.

Mikrobunka
  Mikrobunky sú navrhnuté tak, aby vyplnili pokrytie a pridali ďalšiu kapacitu siete v husto obývaných lokalitách v mestských a prímestských oblastiach, a to ako vonku, tak aj vo vnútri budov. Sú menšie ako makrobunky a ak sú namontované na existujúce štruktúry, môžu byť často zamaskované ako stavebné prvky. Antény mikrobuniek sú umiestňované nižšie ako strechy budov, napríklad na vonkajších stenách existujúcich štruktúr, stĺpoch verejného osvetlenia a ďalšom mobiliári, takže oblasť pokrytia je primárne definovaná usporiadaním ulice. Pokrytie je zvyčajne od 200 do 500 m. Typické vyžarovacie výkony by mali byť len niekoľko wattov, čo má za následok hodnotu ekvivalentného vyžiareného výkonu EIRP v rozmedzí od 1.6 do 30W (2 - 15 dBW) na 1 službu jedného operátora.

Pikobunka
  Pikobunky poskytujú lokálne pokrytie, ako napríklad vo vnútri budov, kde je zlé pokrytie alebo existuje vysoký počet užívateľov, ako sú nákupné areály, podzemné garáže, letiská a stanice. Antény pikobuniek sú umiestnené vo vnútri budov, na stenách alebo v stropných podhľadoch. Ak je potrebné pokryť celú budovu, je zväčša nutné použiť niekoľko pikobuniek. Užívatelia pikobuniek môžu byť pevní aj pohybliví; pevní užívatelia sú napríklad bezdrôtové miestne siete (WLAN) medzi počítačmi. Pokrytie je definované tvarom a vlastnosťami miestností a kvalita služby je daná zariadením miestností a prítomnosťou ľudí. Pikobunky majú nižšie výstupné výkony než mikrobunky, zvyčajne EIRP menej ako 1W - teda porovnateľné s výkonom mobilného telefónu.

Princíp komunikácie so základňovou stanicou

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 vysielať a prijímať 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 súčasťou procesu plánovania telekomunikačnej siete, pomáha dimenzovať 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 20-80W bez smerového zisku antén) a musí byť rozdelený na všetkých užívateľov. V prostredí siete je pokrytie a kapacita vždy spojená s interferenciami. Zhoršenie jednej trasy prenosu zároveň zhorší spätnú trasu. Systém je teda zámerne voľne vyvážený. Výsledná strata po trase umožňuje podľa určitých algoritmov stanoviť maximálny dosah jednej základňovej stanice. Cieľom 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)

  V mestských oblastiach je kapacita limitujúcim faktorom, takže mestské bunky sú dimenzované podľa požadovanej kapacity, počtu užívateľov na km². Maximálny rádius určuje teda najmä kapacita a tiež podmienky prieniku signálu cez väčšie množstvo stavebného materiálu. Vo vidieckych oblastiach bude bilancia určovať maximálny rádius buniek, kde nedochádza k ich preťaženiu. Bežný rádius buniek vo vidieckych oblastiach môže byť až niekoľko kilometrov, v závislosti od terénu.
  Plánovanie sa opiera o podrobný model šírenia signálu. Často sa používajú automatické nástroje plánovania, ktoré poskytujú detailné predpovede. Model šírenia signálu berie do úvahy vlastnosti vybranej antény a terénu. Výstupom je počet staníc, ich umiestnenie, výška, anténne azimuty a sklony.

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

  Z bilancie jasne vyplýva fakt, že vysoký výkon základňovej stanice kompenzuje relatívne malú citlivosť mobilného telefónu. Zároveň nízke výkony mobilného telefónu kompenzuje základňová stanica citlivým prijímačom a sektorovými anténami s vysokým ziskom.

1G
  je skratka pre bezdrôtové komunikačné technológie prvej generácie. Sieť 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 spoločnosťou Eurotel.

Frekvencie
 Pre základňové stanice bola vyčlenená frekvencia 463 - 467.5 MHz, pre mobilné telefóny 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 veľmi dobré šírenie rádiových vĺn v rozľahlých a horských oblastiach z dôvodu ich lepšieho ohybu. Signál sa dobre šíril cez steny budov. Pokrytie bolo možné dosiahnuť z vysoko položených základňových staníc.

Vysielacie výkony
  Rádius bunky v NMT sieti mal veľkosť od 2 do 30 km. NMT využíval duplexný prenos, umožňujúci súčasné prijímanie a vysielanie hlasu. Autotelefóny mali výkon až do 15 W, mobilné telefóny do 1 W.

Bezpečnosť siete
  U systému NMT bolo možné naladením správnej frekvencie odpočúvať telefónny hovor.

Vypnutie sietí 1G
 Zavedenie digitálnej mobilnej siete 2G (GSM) zmenšilo popularitu NMT až natoľko, 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 deľbu prenosovej rýchlosti medzi užívateľmi, 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 veľké výkony na prenos relatívne malého množstva dát na úzkom rádiovom pásme. Zatiaľ čo rádiové signály v sieťach 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
  Základňové stanice 2G siete majú pridelené frekvenčné pásmo 925 - 960 MHz. Na tomto pásme vysielajú základňové stanice všetkých operátorov. Celková šírka pásma na jednu službu je 1.6 MHz, 8 kanálov x 200 kHz. Druhé (u nás menej používané pásmo) je 1805 - 1875 MHz so šírkou pásma 3 MHz, ktoré je dnes zdieľané s technológiou sietí LTE (4G).

Kapacita
  Použitie digitálneho signálu medzi telefónom a základňovou stanicou zvyšuje kapacitu systému dvomi spôsobmi:
• Digitálne hlasové dáta možno komprimovať a multiplexovať vo väčšej miere, než u analógového hlasového prenosu a to použitím rôznych kodekov, čo umožňuje viac hovorov, ktoré môžu byť 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 zmenšiť 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 rýchlosť 40 kb/s.
Systém EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) dosahuje maximálnu prenosovú rýchlosť 500 kb/s.

Vysielacie výkony
  Makrobunky základňových staníc GSM dosahujú výkony zhruba 40 W (45 dBm), pričom antény majú zisk okolo 17 dB. Vyžiarený výkon EIRP jednej bunky stanice dosahuje okolo 1 kW (60 dBm). Pri súčasnej existencii viacerých GSM staníc na jednom stanovišti  môže byť úhrnný výkon násobne vyšší.
   GSM základňové stanice zvyčajne vysielajú na kanáli 2 s reguláciou výkonu, zatiaľ čo kanál 1 (signalizačný riadiaci kanál, tzv. BCCH) vysiela trvalo s maximálnym vysielacím výkonom. Celková veľkosť elektromagnetického pola je teda premenlivá a závisí od momentálnej prevádzky. Meranie zväčša zahŕňa aplikáciu faktora 2 pri stanovovaní celkovej expozície. Pri demodulácii počuť kmitočet 1733 Hz.

Vypnutie sietí 2G
  Austrália a USA oznámili zámer vypnutia GSM sietí do konca roka 2016. Vypnutie môže mať značný vplyv na elektronický bezpečnostný priemysel, keďže mnoho GSM zariadení stále využíva sieť pre poplašný systém dispečingu. GSM zariadenia by mali tak byť 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
  Základňové stanice 3G siete majú pridelené frekvenčné pásmo 2110 - 2170 MHz. Na tomto pásme vysielajú základňové stanice všetkých operátorov. Celková šírka pásma na jednu službu je 5 MHz.

Prenos dát
  Pôvodné a najrozšírenejšie rádiové rozhranie sa nazýva WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Disponuje prenosovou rýchlosťou 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.

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

Vysielacie výkony
  Makrobunky základňových staníc GSM dosahujú výkony zhruba 40 W (45 dBm), pričom antény majú zisk okolo 18 dB. Vyžiarený výkon EIRP jednej bunky stanice dosahuje okolo 1 kW (60 dBm). Pri súčasnej existencii viacerých UMTS alebo GSM staníc na jednom stanovišti môže byť úhrnný výkon násobne vyšší.

Štruktúra signálu základňovej stanice UMTS
  Signál UMTS základňovej stanice je charakteristický vysokým činiteľom výkyvu amplitúdy. Signalizačný signál (spoločný pilotný kanál, tzv. CPICH) je vysielaný definovaným, konštantným výkonom. Intenzita poľa každého existujúceho CPICH sa dá určiť na základe selektívneho merania. Maximálna veľkosť elektromagnetického pola sa vypočíta ako veľkosť intenzity nameraného CPICH kanála vynásobeného faktorom vyplývajúcim z aktuálne nastavenej úrovne CPICH a maximálneho požadovaného vysielacieho výkonu výsledného frekvenčného kanála. Faktor má zvyčajne hodnotu 10 (ref. prevádzkovateľov siete). Pri demodulácii počuť charakteristický "šum" CPICH s frekvenciou 15 kHz s impulznou frázou. Činiteľom výkyvu je modulácia podobná digitálnej TV - DVB (Digital Video Broadcasting). 

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.

  LTE, podobne ako iné rádiové štandardy mobilnej technológie, používajú rôzne signalizačné kanály. Tieto signalizačné kanály, zložené zo synchronizačných signálov a vysielacích kanálov (kanály obsahujú dátové informácie), sú v podstate sústredené v centre celej šírky pásma LTE signálu. Má to výhodu v tom, že signalizačné pole je vždy nezávislé od použitej kanálovej šírky pásma a pripájané zariadenia vždy nájdu potrebné informácie na rovnakom mieste vo frekvenčnom spektre. Pri demodulácii počuť kmitočet 2000 Hz.

Prenos dát
  V porovnaní s UMTS (5 MHz) používa LTE väčšie flexibilné šírky pásma, 10, 15 a 20 MHz, čo umožňuje vyššiu rýchlosť prenosu dát do 326 Mb/s. LTE je sieť majoritne orientovaná na prenos dát (na báze IP).
  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 niekoľkých 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 hľadiska dostupnosti signálu pri rovnakom výkone najvhodnejšie podmienky, lepšie než 2100 MHz UMTS a dokonca 900 MHz GSM. V dôsledku toho môžu byť oveľa 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. Frekvenčný rozostup nosných je 15 kHz. Pre kanálovú šírku pásma 20 MHz sa teda použije 1200 nosných, čo zodpovedá skutočnej obsadenej šírke pásma 18 MHz. OFDMA používa aj digitálny rozhlas DAB a digitálna televízia DVB-T.

Dynamika
  OFDM signály majú vysoký činiteľ výkyvu. To znamená, že špičkový výkon je oveľa vyšší, než je priemerný výkon. Keďže sa však žiaľ pri hygienických meraniach berú do úvahy len tepelné účinky, zvyčajne sa meria pomocou detektora RMS (Root Mean Square).

Vysielacie výkony
  Výkon je u každého kanálu LTE podobný ako pri GSM a UMTS systémoch a u makrobunky sa pohybuje medzi 20 až 50 W. Antény majú zisk 15-20 dB, takže ekvivalentný vyžiarený výkon dosahuje okolo 1-2 kW.

Štruktúra signálu základňovej stanice LTE
  Najmenšia časová jednotka LTE signálu má dĺžku asi 71 µs a je nazývaná "symbol". 7 po sebe idúcich symbolov tvorí "slot" (doba trvania: 0.5 ms) a 20 po sebe idúcich slotov tvorí "LTE-Frame" (doba trvania: 10 ms). Najmenšia časovo-frekvenčná jednotka (subkanál) v jednom symbole (15 kHz x 71 µs) sa nazýva "Resource element". Elementy sa používajú na prenos užívateľských dát."Reference Signal", ktorý je pravidelne rozložený medzi elementy po celej šírke signálu a má konštantný výstupný výkon, sa používa pre stanovenie kvality rádiového signálu a je ho možné použiť na odhad celkovej expozície aplikovaním faktora 20. Pokiaľ na základňovej stanici neprebieha žiaden prenos dát, "resource elementy" sú väčšinou prázdne (t.j. príslušné subkanály sú vypnuté). V praxi to znamená, že veľkosť prevádzky a zaťaženie siete ovplyvňuje štruktúru signálu základňovej stanice.

Priemerovanie
  Na rozdiel od GSM a UMTS, neexistuje žiadna časová konštanta a teda trvalo vysielaný signál v LTE. Preto je nutné vždy vytvoriť strednú hodnotu po určitú dobu, aby sa získal stabilný výsledok merania. Jediné v praxi užitočné vodítko pre určenie maximálnych možných expozícií môže poskytnúť iba stanovenie konštantného, pokiaľ možno cez celú šírku pásma distribuovaného signálu. Jediné signály v LTE, ktoré spĺňajú požiadavky, sú referenčné signály. Sú rozložené po celom kanáli a vysielané s konštantným výkonom. Meraním všetkých referenčných signálov cez celú šírku pásma LTE kanála môže byť určená veľkosť expozície. Ale dôležité je poznať vysielací výkon referenčných symbolov, pretože tieto sa môžu líšiť od ostatných symbolov (prevádzka a synchronizácia). Často sú referenčné symboly vysielané s vyšším vysielacím výkonom, takže pripájané zariadenia dosahujú lepší odhad kvality signálu.

5G
  je skratka pre piatu generáciu mobilných telekomunikačných technológií NR (New Radio), ktorá je momentálne vo fáze nasadenia v niektorých krajinách.
Požiadavky pre siete 5G sú:
• rýchlosť 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 voľnom frekvenčnom pásme pomerne málo priestoru pre väčšie šírky pásma nových kanálov vhodných pre pozemné a mobilné vysielače. Super-rýchla mobilná sieť zahŕňa novú generáciu malých, husto zoskupených buniek, ktoré by mali poskytnúť 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 veľmi veľkú šírku pásma pre rádiové kanály, schopnú podporovať 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 byť alternatívne nahradené použitím svetelného spektra pre šírenie dát pomocou LED svetidiel (Li-Fi). V tejto časti spektra je možné dosiahnuť obrovské prenosové rýchlosti práve vďaka širokému frekvenčnému spektru.

Šírenie milimetrových vĺn
  Charakteristika šírenia milimetrových vĺn (20-60 GHz) je úplne odlišná od mikrovĺn v pásme do 4 GHz. Dosiahnuteľné vzdialenosti na prenos dát sú podstatne menšie a signály neprejdú cez steny a do iných častí budov. Milimetrové vlny budú pravdepodobne použité pre vonkajšie pokrytie pomocou hustých sietí, napr. v uliciach mesta. Rádius buniek by mohol byť v rozmedzí 200 až 300 m.
  Ďalším z problémov milimetrových vĺn je náchylnosť na rušenie prírodnými podmienkami, napr. dažďom. Mohlo by to spôsobiť značné zníženie úrovne signálu po celý čas trvania zrážok a zníženie pokrytia v určitých obdobiach.
  Simulácie ukázali, že ak by boli malé základňové bunky vhodne nastavené, poskytnú dobrú úroveň pokrytia. Prirodzene však určite nižšiu, než je tomu u dnešných makrobuniek. Môže to byť krok k celkovému zníženiu škodlivej globálnej expozície zo základňových staníc. Celkovo však možno povedať, že 5G siete s hustým pokrytím nebudú krokom vpred k ekologickým zajtrajškom. Možno práve naopak...

Podrobné informácie o novej technológii nájdete v rubrike Všetko o 5G.

Frekvencie používané operátormi na jednotlivých sieťach

  Keďže ľudia čoraz viac protestujú proti umiestňovaniu veľkých základňových staníc v blízkosti obydlí, bývajú čoraz častejšie ukrývané alebo maskované. Vhodným úkrytom sú billboardy, firemné logá, veže kostolov, strechy budov, apod., niekedy sú premaľované farbou strechy alebo steny, aby lepšie splynuli s nosnou stavbou. 

  V kontexte výstavby základňových staníc mobilných sietí platí, že čím väčší dopyt po službe (čím väčšia hustota ľudí na jednotku plochy, ktorí používajú mobilné komunikačné zariadenie), tým viac nových základňových staníc a vykrývačov je nutné vybudovať, aby sieť spoľahlivo fungovala. Od počtu operátorov na trhu sa lineárne odvíja aj počet potrebných základňových staníc umiestnených v krajine. Vo väčšine prípadov sa od počtu ponúkaných služieb (2G/3G/4G/...) lineárne odvíja aj počet antén na stožiaroch a celkový výkon základňových staníc sa násobne zvyšuje. Je dobré preto priebežne kontrolovať Vaše expozície častejšie, i keď nevidíte žiadne nové antény vo Vašom okolí.

Mapa lokalít základňových staníc mobilných sietí na Slovensku  Mapa vznikla v spolupráci s o.z. Elektrosmog a zdravie a v prevažnej miere sa na nej podieľajú dobrovoľníci v teréne. Mapa je priebežne aktualizovaná o nové lokality, nakoľko viaceré z nich zatiaľ nie sú kompletne zmapované. Označený prevádzkovateľ nemusí vždy zodpovedať realite (bez záruky správnosti údajov)
● Orange ● T-Mobile ● 4-ka ● O₂ ○ zatiaľ nekategorizované

Frekvencie, časový priebeh, modulácia:

Mobilné siete - základňové stanice (BTS - downlink)
ZDROJ	FREKVENČNÁ DOMÉNA	ČASOVÁ DOMÉNA
GSM (2G) MOBILNÁ SIEŤ 930 - 960 MHz Sieť s najlepším pokrytím, i mimo osídlených oblastí. Zabezpečuje prenos hlasu aj dát (GPRS / EDGE). Modulácia GMSK, prístup TDMA. Šírka kanála 200 kHz. Frekvencia impulzov 1733 Hz, dĺžka impulzu 570 µs
GSM (2G) MOBILNÁ SIEŤ 930 - 960 MHz Sieť s najlepším pokrytím, i mimo osídlených oblastí. Zabezpečuje prenos hlasu aj dát (GPRS / EDGE). Modulácia GMSK, prístup TDMA. Šírka kanála 200 kHz. Frekvencia impulzov 1733 Hz, dĺžka impulzu 570 µs
UMTS (3G) MOBILNÁ SIEŤ pásmo 900 + 2100 MHz Sieť určená na prenos hlasu a dát. Modulácia QPSK, prístup WCDMA. Šírka kanála 5 MHz, nepulzná, avšak spektrum obsahuje diskrétne frekvencie, najmä 3 kHz a 15 kHz
UMTS (3G) MOBILNÁ SIEŤ pásmo 900 + 2100 MHz Sieť určená na prenos hlasu a dát. Modulácia QPSK, prístup WCDMA. Šírka kanála 5 MHz, nepulzná, avšak spektrum obsahuje diskrétne frekvencie, najmä 3 kHz a 15 kHz
LTE (4G) MOBILNÁ SIEŤ pásmo 750 + 800 + 1800 + 2600 MHz Sieť určená na prenos hlasu a dát. Modulácia OFDM / QAM, prístup OFDMA, šírka kanála 10 MHz, 600 subnosných. Frekvencia impulzov 25, 200, 2000, 4000 Hz, dĺžka impulzu 71 - 285 µs
LTE (4G) MOBILNÁ SIEŤ pásmo 750 + 800 + 1800 + 2600 MHz Sieť určená na prenos hlasu a dát. Modulácia OFDM / QAM, prístup OFDMA, šírka kanála 10 MHz, 600 subnosných. Frekvencia impulzov 25, 200, 2000, 4000 Hz, dĺžka impulzu 71 - 285 µs
NR (5G) MOBILNÁ SIEŤ pásmo 1800 + 2100 + 3500 + 3700 MHz Sieť určená na prenos dát. Modulácia CP-OFDM / QPSK / QAM, šírka kanála 100 MHz, max. 3300 subnosných. Frekvencia impulzov 50 Hz, dĺžka impulzu 850 µs
NR (5G) MOBILNÁ SIEŤ pásmo 1800 + 2100 + 3500 + 3700 MHz Sieť určená na prenos dát. Modulácia CP-OFDM / QPSK / QAM, šírka kanála 100 MHz, max. 3300 subnosných. Frekvencia impulzov 50 Hz, dĺžka impulzu 850 µs

Normy a limitné úrovne expozície pre bežné obyvateľstvo:

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

Chcete si premerať úrovne u Vás doma alebo na pracovisku?
Z našej požičovne si môžete prenajať:

	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 viditeľnosť aj v tme, 4 farebné LED pre indikáciu expozície, revolučná odozva < 3 µs (!), zvuková demodulácia signálu (3 úrovne hlasitosti), meranie špičky a priemeru, podržanie špičky MAX, tlačidlo nulovania MAX, výstup na slúchadlá, možnosť napájania cez USB. Rozsah merania: 0.001 - 3 000 000 µW/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). Programovateľná úroveň pre alarm, ovládanie jedným tlačidlom, vynikajúca viditeľnosť aj v tme, odozva < 5 µs, zabudovaný akumulátor, nepretržitý monitoring 3 dni na jedno nabitie, USB-C nabíjací konektor. Rozsah merania: 0.1 - 1 000 000 µW/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 citlivosť, externá anténa, ľubovolný rozsah (SPAN), 4 markery špičky, rýchlosť skenu 2 GHz/s, odozva < 5 µs, waterfall, phosphor, trace min/max, možnosť 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

Súvisiace články: