Пятое поколение сотовых технологий, 5G, является очередным большим скачком в скорости для беспроводных устройств. Эта скорость включает как скорость, с которой мобильные пользователи могут загружать данные на свои устройства, так и задержку или задержку, которую они испытывают между отправкой и получением информации.
5G стремится обеспечить скорость передачи данных, которая в 10-100 раз выше, чем в современных сетях 4G. Пользователи должны ожидать скоростей загрузки порядка порядка гигабит в секунду (Гбит / с), намного превышающих скорости 4G в десятках мегабит в секунду (Мбит / с).
«Это важно, потому что это даст новые возможности, которые сегодня просто невозможны», - сказал Хариш Кришнасвами, доцент кафедры электротехники в Колумбийском университете в Нью-Йорке. «Например, при скоростях передачи данных в гигабитах в секунду вы потенциально можете загрузить фильм на свой телефон или планшет за считанные секунды. Такие скорости передачи данных могут включать приложения виртуальной реальности или автономное вождение автомобиля».
Помимо высоких скоростей передачи данных, для новых технологий, которые взаимодействуют со средой пользователя, такой как дополненная реальность или автомобили с автоматическим управлением, также требуется чрезвычайно низкая задержка. По этой причине целью 5G является достижение задержек ниже отметки в 1 миллисекунду. Мобильные устройства смогут отправлять и получать информацию менее чем за одну тысячную секунды, появляясь мгновенно для пользователя. Для достижения этих скоростей развертывание 5G требует новых технологий и инфраструктуры.
Новая сеть
Начиная с самого раннего поколения мобильных телефонов, беспроводные сети работали в тех же радиочастотных диапазонах электромагнитного спектра. Но поскольку все больше пользователей переполняют сеть и требуют больше данных, чем когда-либо прежде, эти радиоволновые магистрали становятся все более перегруженными сотовым трафиком. Чтобы компенсировать это, поставщики услуг сотовой связи хотят расширяться до более высоких частот миллиметровых волн.
В миллиметровых волнах используются частоты от 30 до 300 гигагерц, что в 10-100 раз выше, чем у радиоволн, используемых сегодня для сетей 4G и WiFi. Их называют миллиметрами, потому что их длины волн варьируются от 1 до 10 миллиметров, а радиоволны имеют порядок сантиметров.
Более высокая частота миллиметровых волн может создать новые полосы на коммуникационной магистрали, но есть одна проблема: миллиметровые волны легко поглощаются листвой и зданиями и требуют много близко расположенных базовых станций, называемых небольшими ячейками. К счастью, эти станции намного меньше и требуют меньше энергии, чем традиционные вышки сотовой связи, и их можно размещать на зданиях и световых столбах.
Миниатюризация базовых станций также обеспечивает еще один технологический прорыв для 5G: Massive MIMO. MIMO означает множественный вход и несколько выходов и относится к конфигурации, которая использует преимущества меньших антенн, необходимых для миллиметровых волн, за счет значительного увеличения количества антенных портов в каждой базовой станции.
«С огромным количеством антенн - от десятков до сотен антенн на каждой базовой станции - вы можете одновременно обслуживать много разных пользователей, увеличивая скорость передачи данных», - сказал Кришнасвами. В лаборатории высокоскоростных и миллиметровых микросхем Columbia (COSMIC) Кришнасвами и его команда разработали микросхемы, поддерживающие технологии как миллиметрового, так и MIMO. «Миллиметровая волна и массивный MIMO - две самые большие технологии, которые 5G будет использовать, чтобы обеспечить более высокие скорости передачи данных и меньшую задержку, которую мы ожидаем увидеть».
5G опасно?
Хотя 5G может улучшить нашу повседневную жизнь, некоторые потребители высказывают опасения по поводу потенциальной опасности для здоровья. Многие из этих проблем связаны с использованием 5G излучения с более высокой энергией в миллиметровом диапазоне.
«Часто возникает путаница между ионизирующим и неионизирующим излучением, потому что термин« излучение »используется для обоих», - сказал Кеннет Фостер, профессор биоинженерии в Университете штата Пенсильвания. «Весь свет - это излучение, потому что это просто энергия, движущаяся в пространстве. Ионизирующее излучение опасно, потому что оно может разорвать химические связи».
Ионизирующее излучение - причина, по которой мы носим солнцезащитный крем снаружи, потому что у коротковолнового ультрафиолетового света с неба достаточно энергии, чтобы выбить электроны из их атомов, повреждая клетки кожи и ДНК. Миллиметровые волны, с другой стороны, неионизирующие, потому что они имеют большую длину волны и недостаточно энергии для непосредственного повреждения клеток.
«Единственная установленная опасность неионизирующего излучения - это слишком сильное нагревание», - сказал Фостер, который изучал влияние радиоволн на здоровье почти 50 лет. «При высоких уровнях воздействия радиочастотная (РЧ) энергия действительно может быть опасной, вызывая ожоги или другие термические повреждения, но эти воздействия, как правило, возникают только в профессиональных условиях вблизи мощных радиочастотных передатчиков, а иногда и при неправильных медицинских процедурах. "
Многие протесты общественности по поводу принятия 5G отражают озабоченность по поводу предыдущих поколений сотовых технологий. Скептики считают, что воздействие неионизирующей радиации все еще может быть причиной целого ряда заболеваний, от опухолей головного мозга до хронических головных болей. За эти годы были тысячи исследований, исследующих эти проблемы.
В 2018 году Национальная токсикологическая программа выпустила десятилетнее исследование, в котором были обнаружены некоторые свидетельства увеличения опухолей головного мозга и надпочечников у самцов крыс, подвергшихся воздействию радиочастотного излучения, испускаемого мобильными телефонами 2G и 3G, но не у мышей или самок крыс. Животные подвергались воздействию радиации, в четыре раза превышающей максимально допустимый уровень воздействия на человека.
По словам Фостера, многие противники использования радиочастотных исследований, которые подтверждают их аргументы и часто игнорируют качество экспериментальных методов или несоответствие результатов. Хотя он не согласен со многими выводами скептиков относительно предыдущих поколений сетей сотовой связи, Фостер согласен с тем, что нам необходимо больше исследований о потенциальных последствиях для сетей 5G для здоровья.
«Все, кого я знаю, включая меня, рекомендуют больше исследований по 5G, потому что с этой технологией мало токсикологических исследований», - сказал Фостер.
Для сторонников 5G многие считают, что преимущества, которые 5G может предоставить обществу, намного перевешивают неизвестных.
«Я думаю, что 5G окажет трансформационное воздействие на нашу жизнь и даст возможность принципиально новых вещей», - сказал Кришнасвами. «Какими будут эти типы приложений и каково это влияние, мы не можем сказать наверняка прямо сейчас. Это может быть чем-то, что застигнет нас врасплох и действительно изменит что-то для общества. Если история научит нас чему-то, то 5G будет быть еще одним примером того, что беспроводной может сделать для нас. "
