Piąta generacja technologii komórkowej, 5G, to kolejny wielki skok szybkości dla urządzeń bezprzewodowych. Szybkość ta obejmuje zarówno szybkość, z jaką użytkownicy mobilni mogą pobierać dane do swoich urządzeń, jak i opóźnienie lub opóźnienie, jakiego doświadczają między wysyłaniem a odbieraniem informacji.
5G ma na celu dostarczanie szybkości transmisji danych 10 do 100 razy szybszych niż obecne sieci 4G. Użytkownicy powinni spodziewać się prędkości pobierania rzędu gigabitów na sekundę (Gb / s), znacznie większej niż dziesiątki megabitów na sekundę (Mb / s) o prędkości 4G.
„Jest to istotne, ponieważ umożliwi nowe aplikacje, które dziś są po prostu niemożliwe”, powiedział Harish Krishnaswamy, profesor nadzwyczajny elektrotechniki na Columbia University w Nowym Jorku. „Dla przykładu, przy prędkości przesyłu danych w gigabitach na sekundę, możesz potencjalnie pobrać film na telefon lub tablet w ciągu kilku sekund. Takie prędkości przesyłu danych mogą umożliwić zastosowanie aplikacji rzeczywistości wirtualnej lub autonomicznych samochodów”.
Oprócz wysokich prędkości transmisji danych, pojawiające się technologie, które współdziałają ze środowiskiem użytkownika, takie jak rzeczywistość rozszerzona lub samochody samojezdne, będą również wymagały wyjątkowo niskiego opóźnienia. Z tego powodu celem 5G jest osiągnięcie opóźnień poniżej znaku 1 milisekundy. Urządzenia mobilne będą mogły wysyłać i odbierać informacje w czasie krótszym niż jedna tysięczna sekundy, pojawiając się natychmiastowo dla użytkownika. Aby osiągnąć te prędkości, wdrożenie 5G wymaga nowej technologii i infrastruktury.
Nowa sieć
Od najwcześniejszej generacji telefonów komórkowych sieci bezprzewodowe działały na tych samych pasmach częstotliwości widma elektromagnetycznego. Ale ponieważ coraz więcej użytkowników tłoczy się w sieci i żąda więcej danych niż kiedykolwiek wcześniej, te autostrady fal radiowych stają się coraz bardziej zatłoczone ruchem komórkowym. Aby to zrekompensować, operatorzy komórkowi chcą rozszerzyć się na wyższe częstotliwości fal milimetrowych.
Fale milimetrowe wykorzystują częstotliwości od 30 do 300 gigaherców, które są 10 do 100 razy wyższe niż fale radiowe stosowane obecnie w sieciach 4G i WiFi. Nazywa się je milimetrami, ponieważ ich długości fal wahają się od 1 do 10 milimetrów, podczas gdy fale radiowe są rzędu centymetrów.
Wyższa częstotliwość fal milimetrowych może tworzyć nowe pasy na autostradzie komunikacyjnej, ale jest jeden problem: fale milimetrowe są łatwo absorbowane przez liście i budynki i będą wymagały wielu ściśle rozmieszczonych stacji bazowych, zwanych małymi komórkami. Na szczęście stacje te są znacznie mniejsze i wymagają mniejszej mocy niż tradycyjne wieże komórkowe i można je umieścić na budynkach i słupach oświetleniowych.
Miniaturyzacja stacji bazowych umożliwia także kolejny przełom technologiczny dla 5G: Massive MIMO. MIMO oznacza wiele wejść i wiele wyjść i odnosi się do konfiguracji, która wykorzystuje mniejsze anteny potrzebne do fal milimetrowych poprzez radykalne zwiększenie liczby portów antenowych w każdej stacji bazowej.
„Dzięki ogromnej liczbie anten - od dziesiątek do setek anten na każdej stacji bazowej - możesz obsługiwać jednocześnie wielu różnych użytkowników, zwiększając szybkość transmisji danych” - powiedział Krishnaswamy. W laboratorium Columbia High-Speed i Millimeter-wave IC (COSMIC) Krishnaswamy i jego zespół zaprojektowali układy, które umożliwiają zarówno technologię fali milimetrowej, jak i technologię MIMO. „Fala milimetrowa i masywne MIMO to dwie największe technologie, które 5G zastosuje, aby zapewnić wyższe prędkości transmisji danych i mniejsze opóźnienia, których oczekujemy”.
Czy 5G jest niebezpieczne?
Chociaż 5G może poprawić nasze codzienne życie, niektórzy konsumenci wyrazili zaniepokojenie potencjalnymi zagrożeniami dla zdrowia. Wiele z tych obaw dotyczy wykorzystania przez 5G promieniowania o wyższej energii z fali milimetrowej.
„Często występuje pomieszanie między promieniowaniem jonizującym a promieniowaniem niejonizującym, ponieważ termin promieniowanie jest używany dla obu”, powiedział Kenneth Foster, profesor bioinżynierii na Uniwersytecie Stanowym Pensylwanii. „Całe światło jest promieniowaniem, ponieważ jest po prostu energią poruszającą się w przestrzeni. To promieniowanie jonizujące jest niebezpieczne, ponieważ może zerwać wiązania chemiczne”.
Promieniowanie jonizujące jest powodem, dla którego nosimy filtry przeciwsłoneczne na zewnątrz, ponieważ światło ultrafioletowe o krótkiej długości fali z nieba ma wystarczającą energię, aby wyrzucić elektrony z atomów, uszkadzając komórki skóry i DNA. Z drugiej strony fale milimetrowe nie są jonizujące, ponieważ mają dłuższe fale i nie mają wystarczającej energii, aby bezpośrednio uszkodzić komórki.
„Jedynym ustalonym zagrożeniem promieniowaniem niejonizującym jest zbyt duże nagrzewanie” - powiedział Foster, który badał wpływ fal radiowych na zdrowie od prawie 50 lat. „Przy wysokich poziomach narażenia energia o częstotliwości radiowej (RF) może rzeczywiście być niebezpieczna, powodując oparzenia lub inne uszkodzenia termiczne, ale ekspozycje te zwykle występują tylko w miejscach pracy w pobliżu nadajników radiowych o dużej mocy, lub czasami w nieudanych procedurach medycznych. „
Wiele obaw społeczeństwa związanych z przyjęciem echa 5G budzi obawy dotyczące poprzednich generacji technologii komórkowej. Sceptycy uważają, że narażenie na promieniowanie niejonizujące może być nadal odpowiedzialne za szereg chorób, od guzów mózgu po przewlekłe bóle głowy. Na przestrzeni lat przeprowadzono tysiące badań dotyczących tych problemów.
W 2018 roku Narodowy Program Toksykologiczny opublikował trwające dekadę badanie, w którym znaleziono pewne dowody na wzrost guzów mózgu i nadnerczy u samców szczurów narażonych na promieniowanie RF emitowane przez telefony komórkowe 2G i 3G, ale nie u myszy i samic szczurów. Zwierzęta były narażone na poziom promieniowania czterokrotnie wyższy niż maksymalny poziom dopuszczalny dla ekspozycji ludzi.
Foster powiedział, że wielu przeciwników korzystania z badań fal RF, które popierają ich argumenty, często ignorują jakość metod eksperymentalnych lub niespójność wyników. Chociaż nie zgadza się z wieloma wnioskami, jakie sceptycy mają na temat poprzednich generacji sieci komórkowych, Foster zgadza się, że potrzebujemy więcej badań na temat potencjalnych skutków zdrowotnych sieci 5G.
„Wszyscy, których znam, w tym ja, zalecają dalsze badania nad 5G, ponieważ nie ma wielu badań toksykologicznych z tą technologią” - powiedział Foster.
Dla zwolenników 5G wielu uważa, że korzyści, jakie 5G może zapewnić społeczeństwu, znacznie przewyższają nieznane.
„Myślę, że 5G będzie miało transformacyjny wpływ na nasze życie i umożliwi zasadniczo nowe rzeczy”, powiedział Krishnaswamy. „Jakie będą tego rodzaju aplikacje i jaki jest ich wpływ, nie możemy teraz stwierdzić z całą pewnością. Może to być coś, co nas zaskakuje i naprawdę zmienia coś dla społeczeństwa. Jeśli historia nas czegoś nauczyła, to 5G być kolejnym przykładem tego, co może zrobić dla nas sieć bezprzewodowa ”.
