Den femte generationen av cellteknologi, 5G, är nästa stora språng i hastighet för trådlösa enheter. Denna hastighet inkluderar både den hastighet mobilanvändare kan ladda ner data till sina enheter och fördröjningen, eller fördröjningen, de upplever mellan att skicka och ta emot information.
5G syftar till att leverera datahastigheter som är 10 till 100 gånger snabbare än nuvarande 4G-nätverk. Användare bör förvänta sig att se nedladdningshastigheter i storleksordningen gigabit per sekund (Gb / s), mycket större än tiotals megabit per sekund (Mb / s) hastigheter på 4G.
"Det är betydelsefullt eftersom det kommer att möjliggöra nya applikationer som helt enkelt inte är möjliga idag", säger Harish Krishnaswamy, docent i elektroteknik vid Columbia University i New York. "Bara för ett exempel, med gigabits per sekund kan du ladda ner en film till din telefon eller surfplatta inom några sekunder. Den typen av datahastigheter kan möjliggöra virtual reality-applikationer eller autonoma körbilar."
Bortsett från att kräva höga datahastigheter, kommer nya tekniker som interagerar med användarens miljö som förstärkt verklighet eller självkörande bilar också kräver extremt låg latens. Av den anledningen är målet med 5G att uppnå latenser under 1-millisekundmärket. Mobila enheter kan skicka och ta emot information på mindre än en tusendels sekund och visas direkt för användaren. För att uppnå dessa hastigheter kräver utrullning av 5G ny teknik och infrastruktur.
Det nya nätverket
Sedan den tidigaste generationen av mobiltelefoner har trådlösa nätverk fungerat på samma radiofrekvensband i det elektromagnetiska spektrumet. Men när fler användare tränger in i nätverket och kräver mer data än någonsin tidigare, blir dessa radiovågsvägar allt mer överbelastade med mobiltrafik. För att kompensera vill mobiloperatörer expandera till de högre frekvenserna för millimetervågor.
Millimetervågor använder frekvenser från 30 till 300 gigahertz, som är 10 till 100 gånger högre än de radiovågor som används idag för 4G- och WiFi-nätverk. De kallas millimeter eftersom deras våglängder varierar mellan 1 och 10 millimeter, där som radiovågor är i storleksordningen centimeter.
Den högre frekvensen för millimetervågor kan skapa nya körfält på kommunikationsvägen, men det finns ett problem: Millimetervågor absorberas lätt av bladverk och byggnader och kommer att kräva många nära varandra basstationer, kallade små celler. Lyckligtvis är dessa stationer mycket mindre och kräver mindre kraft än traditionella celltorn och kan placeras ovanpå byggnader och ljusstolpar.
Miniatyriseringen av basstationer möjliggör också ytterligare ett teknologiskt genombrott för 5G: Massive MIMO. MIMO står för flera ingångar med flera ingångar och hänvisar till en konfiguration som utnyttjar de mindre antenner som behövs för millimetervågor genom att dramatiskt öka antalet antennportar i varje basstation.
"Med en enorm mängd antenner - tiotals till hundratals antenner vid varje basstation - kan du betjäna många olika användare på samma gång, vilket ökar datahastigheten," sade Krishnaswamy. På Columbia-höghastighets- och millimetervåg-IC (COSMIC) -laboratoriet designade Krishnaswamy och hans team chips som möjliggör både millimetervåg och MIMO-teknik. "Millimetervåg och massiv MIMO är de två största teknikerna som 5G kommer att använda för att leverera högre datahastigheter och lägre latens vi förväntar oss att se."
Är 5G farligt?
Även om 5G kan förbättra våra dagliga liv har vissa konsumenter uttryckt oro över potentiella hälsorisker. Många av dessa problem är över 5G: s användning av millimetervågstrålningen med högre energi.
"Det finns ofta förvirring mellan joniserande och icke-joniserande strålning eftersom termen strålning används för båda," sade Kenneth Foster, professor i bioingenjör vid Pennsylvania State University. "Allt ljus är strålning eftersom det helt enkelt är energi som rör sig genom rymden. Det är joniserande strålning som är farligt eftersom det kan bryta kemiska bindningar."
Joniserande strålning är anledningen till att vi bär solskyddsmedel utanför eftersom ultraviolett ljus med kort våglängd från himlen har tillräckligt med energi för att slå elektroner från deras atomer, skadar hudceller och DNA. Millimetervågor å andra sidan är icke-joniserande eftersom de har längre våglängder och inte tillräckligt med energi för att skada celler direkt.
"Den enda fastställda faran för icke-joniserande strålning är för mycket uppvärmning," sade Foster, som har studerat hälsoeffekterna av radiovågor i nästan 50 år. "Vid höga exponeringsnivåer kan radiofrekvensenergi verkligen vara farligt och ge brännskador eller andra termiska skador, men dessa exponeringar uppstår vanligtvis endast i arbetsmiljöer i närheten av högdrivna radiofrekvenssändare, eller ibland vid medicinska procedurer som har gått fel. "
Många av allmänhetens rop om antagandet av 5G-eko oroar tidigare generationer av cellteknologi. Skeptiker tror att exponering för icke-joniserande strålning fortfarande kan vara ansvarig för en rad sjukdomar, från hjärntumörer till kronisk huvudvärk. Under åren har det gjorts tusentals studier som undersöker dessa problem.
År 2018 släppte National Toxicology Program en decennium lång studie som funnit några bevis på en ökning av hjärn- och binjuretumörer hos hanråttor utsatta för RF-strålning som släppts ut av 2G- och 3G-mobiltelefoner, men inte hos möss eller kvinnliga råttor. Djuren exponerades för strålningsnivåer fyra gånger högre än den högsta tillåtna nivån för exponering för människor.
Många motståndare mot användning av RF-vågor körsbärsplockstudier som stöder deras argument, och ofta ignorerar kvaliteten på de experimentella metoderna eller inkonsekvensen i resultaten, sade Foster. Även om han inte håller med många av de slutsatser som skeptiker har om tidigare generationer av mobilnätverk, håller Foster med om att vi behöver fler studier om de potentiella hälsoeffekterna av 5G-nätverk.
"Alla jag känner, inklusive mig, rekommenderar mer forskning om 5G eftersom det inte finns många toxikologiska studier med denna teknik," sade Foster.
För förespråkarna för 5G tror många att fördelarna som 5G kan ge samhället överväger de okända.
"Jag tror att 5G kommer att ha en transformerande inverkan på våra liv och möjliggöra grundläggande nya saker," sade Krishnaswamy. "Vilken typ av applikationer kommer att vara och vilken inverkan det kan vi inte säga säkert just nu. Det kan vara något som överraskar oss och verkligen förändrar något för samhället. Om historien har lärt oss någonting vara ett annat exempel på vad trådlöst kan göra för oss. "
