Ohrožené radiokomunikační služby

RadioastronomieRadioamatérská Služba

František Janda, Ondřejov

Kritéria ohrožení

• Technická (např. rádiový smog).

• Ekonomická (např. nezájem trhu, cenová nedostupnost, kanibalizace jinými službami a jejich produkty).

• Jiná (např. nedocenění významu pro další vývoj společnosti, pro poznání světa).

Příklady ohrožení

Služby:

• Radioastronomie

• Radioamatérská služba

Ohrožující technologie:

• PLC/BPL

• UWB

Karl Guthe Jansky (22. 10. 1905 - 14. 2. 1950)

Bellovy laboratoře: hledání poruch při transatlantickém příjmu.

Dva druhy atmosfériků (přijímaných přízemní a prostorovou vlnou).

Třetí druh poruch, těsně nad vlastním šumem přijímače, registrovaných každých 23 hodin a 56 minut (doba zemské rotace vůči hvězdám). Směr: k souhvězdí Střelce.

Publikováno v New York Times 5. 5. 1933 - zrod nového oboru: radioastronomie.

Janského anténa pro kmitočet20,5 MHz

Současná citlivost radioteleskopů až 7 μJy, tj. 7 * 10-32 W/m2.Hz (zhruba o 12 řádů méně, než je

rádiový šum Slunce). Jen v letech 1940 až 1996 vzrostla citlivost radioteleskopů miliardkrát.

Kmitočtový rozsah vzrostl ještě více – z jednoho kmitočtu na pásmo od 10 MHz do 500 GHz

(pokud nepočítáme nepřímé radioastronomické metody, kde např. pozorování SEA – Sudden

Enhancements of Atmospherics, začínají již na 10 kHz, SFA – Sudden Field Anomalies jsou sledovány

na kmitočtech ve stovkách kHz, či SWF – Short - Wave Fadeout na kmitočtech řádu MHz).

Kompetitivní výhoda radioastronomie: její přístroje z principu „nejdále dohlédnou“.

V optickém oboru nelze pozorovat žádné útvary ve vesmíru, které by byly mladší než 200 milionů let po

velkém třesku (kdy ještě nebyly hvězdy) - takové objekty tehdy ještě neexistovaly.

Pro radioastronomii je tato hranice okolo 380 až 390 tisíc let po velkém třesku, což je doba, kdy se vesmír stal průzračným pro elektromagnetické

záření. Radioastronomie umožnila upřesnit stáří vesmíru

s nynější přesností 100 milionů roků (ještě nedávno jsme věděli pouze to, že vesmír je starší než 10 miliard a mladší než 15 miliard let (nejistota tedy

činila 5 miliard roků).

Radioastronomie = služba pasivní, naše technologie je pouze na přijímací straně, zatímco na vysílací straně je fyzikální proces, ne nějž nemáme vliv.

Přijímaná energie je v průměru o devět řádů slabší proti energii vysílačů, vytvořených člověkem.

Radioastronomie = služba mezinárodní, což je nutná podmínka např. pro VLBI (všechny stanice musí mít

stejné technické parametry i obdobné přijímací podmínky).

Mimoto observatoře přijímají astronomy z jiných zemí, aby zde konali svá pozorování. Úroveň ochrany kmitočtů pro radioastronomii v jedné zemi tak

ovlivňuje vývoj astronomie v zemích ostatních.

ESO + NSF = ALMA za 650 mil. dolarů, do r. 2011 bude v poušti Atacama v Chile v nadmořské výšce

5000 m vybudována soustava 64 pojízdných radioteleskopů s průměrem parabolických antén 12

m pro pásmo 30 - 900 GHz.

Za 35 mil. dolarů: 350 parabol o průměru 6,1 m s úhrnnou sběrnou plochou 1 hektar (odtud označení

1hT).Kromě čisté radioastronomie se bude věnovat také

programu SETI nové generace s podstatně výkonnějším softwarem.

V "mikrovlnném okně" na 1 – 12 GHz bude mít rozlišovací schopnost 20 úhlových vteřin.

Výhledově v příštím desetiletí ve spolupráci 15 zemí: mezinárodní projekt SKA (Square Kilometer Array) za cca. 1 mld. euro. Rozsah: 0,1 – 25 GHz, 2007 -

výběr místa, 2008 - výběr technologie, 2015 - provoz části systému, 2020 - plný provoz. Nejdelší základna:

alespoň 3000 km. Citlivost: 105 krát vyšší, než u současného 100 m radioteleskopu v Effelsbergu.

LOFAR (Low Frequency Array) pro pásmo 10 – 240 MHz. Holandský projekt za 52 mil. euro. Jedna

"stanice" má > 100 samostatných antén. Více než 100 stanic, efektivní plocha 1 km2. Rozšíří vědomosti

o raném vesmíru, kosmickém záření extrémních energií, struktuře Galaxie, rozložení plazmatu v

meziplanetárním prostoru a o zemské ionosféře.

VLA (Very Large Array): soustava 27 otáčivých radioteleskopů o průměru 25 m ve tvaru písmene Y s délkou ramene 36 km. Výstavba byla zahájena v roce 1971, do provozu v roce 1981. Nachází se na území Nového Mexika, západně od města Socorro. Údaje jednotlivých antén jsou skládány směšovačem a VLA

slouží jako radiointerferometr s rozlišením 0,04“.

VLBA (Very Long Baseline Array): síť 10 radioteleskopů o průměru 25 m, mezi Havajskými

ostrovy a Portorikem, základna přes 8000 km. Dokončeno v r. 1993.

V Evropě propojeno 18 radioteleskopů, mj. 100 m v Effelsbergu v Německu, 94 m ve Westerborku

v Holandsku a Lovellův 76 m Jodrell Banku.

Slunce: poměrně tuctová hvězda

na hlavní posloupnosti

Hertzsprungova-Russelova

diagramu. Máme možnost detailně

zkoumat procesy, které se

odehrávají na většině hvězd ve

vesmíru.

Praktický význam radioastronomie, konkrétně radioastronomie sluneční. Zejména částice

slunečního větru, vyvržené erupcemi, mohou působit škody na družicích a přímo ohrozit zdraví a život astronautů. Mimoto mohou mít důsledky jevů na

Slunci a jejich pokračování v zemské atmosféře přímý vliv až na zemském povrchu, přičemž se nejedná jen

o poruchy rozsáhlých sítí (energetických, telekomunikačních, plynovodných a ropovodných),

ale i o přímý vliv na chování a zdravotní stav člověka. Např. rádiová diagnostika výronu slunečního

plazmatu do meziplanetárního prostoru (CME) nám ukáže mohutnost a rychlost pohybu plazmového oblaku a tak pomůže předpovědět okamžik jeho

příchodu do okolí Země a intenzitu vyvolané poruchy.

Úzkopásmová měření:

ITU přiděluje kmitočtová pásma stanovuje limity,jakž-takž pokrývající alespoň nejdůležitější potřeby

radioastronomie.

Nyní jsou zpracovávány podstatně slabší signály, navíc v pásmech, kde se tak dříve nedělo, mimoto

máme technologie, které pracují v pásmech sousedních a vlivem nedostatečného potlačení

radioastronomii ruší. (Typický případ: IRIDIUM.)

Při spektrálním měření je nutno se na jedné straně smířit s tím, že je jeho část znehodnocena signály, přijímanými postranními svazky antény, na druhé

straně je nutné, aby šum na kmitočtech mezi obsazenými kanály byl co nejnižší.

Příklady: výrony slunečního plazmatu do meziplanetárního prostoru, tzv. CME (Coronal Mass Ejection), při němž s rostoucí výškou nad slunečním

povrchem a klesající hustotou sluneční atmosféry klesá kmitočet generovaného šumu.

Radioamatérská služba 

je podle definice ITU radiokomunikační

službou, mající za cíl sebevzdělání, vzájemnou komunikaci a technický

výzkum, prováděný radioamatéry, tj.

oprávněnými osobami, zabývajícími se

radiotechnikou výhradně z osobního zájmu a bez

zájmů finančních.

Vzájemně komunikují lidé různých národů, tříd, úrovní vzdělání, povolání, rozdílného původu, náležející k různým náboženstvím, politickým

stranám a hnutím.

Najdeme mezi nimi krále, prince, prezidenty, ministerské předsedy, generály, předsedy

politických stran, senátory a kongresmany a dokonce i „Miss Universe“ (za rok 1959), stejně jako lidi se základním vzděláním, či s tělesným

postižením, včetně slepců.

Vedle technického zájmu spojuje radioamatéry určitý pocit sounáležitosti, zakotvený v „pravidlech

HAM spiritu“ (též Amateur's Code), jehož nadčasovost lze vidět již v tom, že je stále

uznáván, ačkoli byl napsán již v roce 1928. Podle těchto pravidel je radioamatér ohleduplný, loajální,

pokrokový, přátelský, odpovědný a patriotický. K důsledkům existence a vžitého používání HAM

spiritu generacemi radioamatérů patří zcela samozřejmé používání převaděčů, majáků,

webových serverů, sítě packet radio, APRS a radioamatérských družic, nezávisle na tom, kdo je

vybudoval a udržuje v chodu a kdo platí jejich provoz.

První radioamatérská koncese ve Velké Británii byla vydána roku 1905, v USA legalizoval

amatérské stanice The Radio Act v roce 1912 a ve Francii došlo k legalizaci v roce 1921. U nás se

první zkoušky žadatelů o radioamatérské koncese uskutečnily až 19.května 1930 a toto datum

můžeme objektivně považovat za počátek legální existence radioamatérství u nás. Vysílalo se ale,

byť „načerno“, dříve. Prvním byl Pravoslav Motyčka, který pracoval v pražské Lucerně, jejíž

projekční kabina se stala dějištěm prvních radioamatérských pokusů. 8.listopadu 1924

navázal Motyčka první spojení. Koncem 30. let bylo v Československu několik set radioamatérů.

Kvalifikovaných radioamatérů s příslušným povolením je na světě něco přes milion a jen v USA a Japonsku po statisících, v Německu

desetitisíce a u nás zhruba sedm tisíc.

Navíc, předpokládáme-li stoupání životní úrovně v dnešních rozvojových zemích, mohl by jejich počet v dohledné budoucnosti ještě podstatně

vzrůst.

Radioamatérům je přiděleno celkem 21 pásem, z toho 10 pod a 11 nad 30 MHz. Všechna uvedená pásma jsou ještě rozdělena na segmenty, kde jsou používány různé druhy modulace a druhy provozu

(telegrafie, pomalá telegrafie, telefonie, radiodálnopis, digitální přenosové módy, vstupy a linky sítě packet radio, družicová služba, APRS, FAX, radioamatérské majáky, radioamatérské převaděče, spojení odrazem od meteorických

stop, spojení odrazem od měsíce, ARDF, provoz s velmi malým výkonem, dálková spojení).

Tísňová komunikace s pomocí radioamatérů se uplatní především při selhání běžných druhů spojení. Prvním známým příkladem byl v roce 1928 ruský radioamatér, který zachytil volání vzducholodi ITALIA ztroskotavší na cestě od

severního pólu. U nás se šířeji uplatnila například při povodních v roce 2002.

ITU vyhrazuje národním administracím právo používat některá pásma, přidělená

radioamatérům, v případě přírodních katastrof (konkrétně pásma 3.5 MHz, 7.0 MHz, 10.1 MHz, 14.0 MHz, 18.068 MHz, 21.0 MHz, 24.89 MHz a

145 MHz).

Podstatný rozdíl proti jiným službám: ke spojením dochází v naprosté většině náhodně. Tj. že jedna strana vyhledá volný kmitočet a poté na něm volá výzvu, zatímco druhá hledá stanice, volající výzvu, na kterou odpoví. Další odlišností je nedefinovaná a spíše malá výkonová rezerva, často jen několik dB nad úrovní, pod kterou již spojení není možné. Nutnou podmínkou pro existenci radioamatérské

služby je proto co nejnižší úroveň škodlivého rušení. Případné vypátrání a zejména odstranění

rušení může být v řadě případů nad síly jednotlivých radioamatérů a samotná jeho

existence narušuje mezilidské vztahy, například sousedské.

PLC (Power Line Communication), PLT (Power Line Technology), v USA BPL (Broadband over

Power Line). Technologie, umožňující přenos dat pomocí elektrovodné sítě až k síťové zásuvce

účastníka. K jedné přípojce je současně připojen větší počet účastníků, využívající společný rozvod

elektrické energie. Data jsou přenášena pomocí kmitočtů, ležících

zpravidla v pásmu 2 až 30 MHz, tj. na "krátkých“ či dekametrových vlnách (v dalším vývoji je

očekáváno využití kmitočtů až do 150 MHz).

Neřešitelný problém: silové rozvody nebyly konstruovány k přenášení vysokofrekvenční

energie. Výsledek: na rozdíl od běžně používaných vysokofrekvenčních vedení vyzařují

energii do okolí, tj. chovají se jako anténa vysílače prakticky v celém používaném pásmu, navíc často

v bezprostřední blízkosti přijímačů na stejných kmitočtech. Problém dále násobí neustálé změny

impedance v elektrovodné síti a četný výskyt nehomogenit.

Pečlivě skrývaný fakt: nízká efektivní přenosová rychlost. Teoretických až 14Mbit/s (při použití

pásma 1-30 MHz), je ideální případ v situaci, kdy by se na síti nevyskytovaly další rušivé signály,

nelinearity, nehomogenity apod. Výsledná přenosová rychlost je dále dělena počtem

připojených účastníků (sdílené médium). Proto bude PLC (BPL) mnohem pomalejší, než například ADSL nebo připojení pomocí kabelové televize a nepředstavuje žádnou technickou novinku – jde jen o širokopásmový přenos pomocí radiových

kmitočtů v pásmu krátkých vln. Dále jde o bezpečnost přenášených dat, kdy až stovky sousedů mohou „číst sousedova data přes

rameno".

Současná situace: neexistuje evropský předpis, který by stanovil požadavky na zařízení PLC.

Situaci neřeší ani norma EN 55022 (Meze a metody měření charakteristik rádiového rušení

zařízením informační techniky), v jejímž rámci jsou modemy pro PLC zařazeny do kategorie výrobků, u kterých je případné rušení řešeno až následně a na náklady provozovatele (na což samozřejmě ani výrobce, ani prodejce zákazníka neupozorní). Pro

komunikaci bez rušení je třeba, aby norma obsahovala hodnoty 30dB pod navrhovaným

limitem...

O UWB - Ultra Wide Band - hovořil Jan Kramosil v rámci konference RADIOKOMUNIKACE 2005. Přenos velmi krátkými impulsy se spektrem ve velmi širokém pásmu kmitočtů, ale jen s malou

úrovní. UWB může překrývat již používané kmitočtové spektrum, aniž by teoreticky rušil (nebo byl rušen).  Příklad konkrétních parametrů: norma ECMA-368 (High Rate Ultra - Wideband PHY and

MAC Standard) pro decentralizovaný systém pracující v UWB spektru 3,1 až 10,6 GHz.

Radioastronomická služba: u pásem pod 3,1 GHz a nad 10,6 GHz je poznámka o nepřípustnosti

jakéhokoliv vysílání. Představa o zajištění kompatibility tímto způsobem ale rozhodně není

realistická.

Závěr:

Tlaky na přidělení částí kmitočtového spektra, vyvolané novými technologiemi a jejich aplikacemi, v kombinaci se stále rychleji rostoucími požadavky

na počty datových přenosů a jejich rychlosti, v poslední době sílí. K tomu navíc výrobci hledají „skuliny v trhu“, do kterých by ještě bylo možné

proniknout. Situace je natolik napjatá, že vede až k potlačení ohledů vůči ostatním službám a míry serióznosti přístupu k odborné i laické veřejnosti.

U PLC se předstírá přenos energie pouze po vedení. Její značná část je ale vyzářena do okolí, kde interferuje především s rádiovými přenosy na dekametrových vlnách. K zamezení by bylo třeba

snížit výkonovou úroveň přibližně o 30 dB.  

Technologie UWB reaguje mezi jiným i na skutečnost, že je elektromagnetické spektrum

takříkajíc „vyprodáno“ a nabízí prodat jej znovu - u ostatních přenosů však poklesne poměr signálu k šumu. Tam, kde se pracuje se signály na úrovni,

blízké šumu, jsou ale důsledky dramatické až likvidační. Radioastronomie je ohrožena

civilizačním rušením snad ještě více, než optická astronomie přesvětlením noční oblohy.

Společným znakem ohrožených radiokomunikačních služeb je, že nepřinášejí

bezprostřední peněžní zisk. Jsou sice prospěšné pro společnost a efekt jejich existence pro stav

společnosti v budoucnosti je nemalý a především nenahraditelný, ekonomickými nástroji se ale

nesnadno prokazuje. Navíc provozovatelé těchto služeb nedisponují týmy právníků, což činí

vymáhání nápravy v případě rušení nerealistickým. Společné znaky ohrožujících technologií jsou přesně opačné – jsou sice nahraditelné, ale

generují zisk výrobcům a prodejcům. Obě zmíněné technologie rozhodně nejsou kompatibilní (nejen) s vyjmenovanými radiokomunikačními službami.