Den femte generasjonen av cellulær teknologi, 5G, er det neste store spranget i hastighet for trådløse enheter. Denne hastigheten inkluderer både hastigheten som mobilbrukere kan laste ned data til enhetene sine, og forsinkelsen, eller forsinkelse, de opplever mellom sending og mottak av informasjon.
5G har som mål å levere datahastigheter som er 10 til 100 ganger raskere enn nåværende 4G-nettverk. Brukere bør forvente å se nedlastingshastigheter i størrelsesorden gigabits per sekund (Gb / s), mye større enn titalls megabit per sekund (Mb / s) hastigheter på 4G.
"Det er viktig fordi det vil muliggjøre nye applikasjoner som bare ikke er mulig i dag," sa Harish Krishnaswamy, en førsteamanuensis i elektroteknikk ved Columbia University i New York. "Bare for et eksempel, med datapriser per gigabit per sekund, kan du potensielt laste ned en film til telefonen eller nettbrettet ditt i løpet av sekunder. Denne typen datahastigheter kan muliggjøre virtual reality-applikasjoner eller autonome kjøretøyer."
Bortsett fra å kreve høye datahastigheter, vil nye teknologier som samhandler med brukerens miljø, som augmented reality eller selvkjørende biler, også kreve ekstremt lav ventetid. Av den grunn er målet med 5G å oppnå latenstid under 1-millisekundmerket. Mobil enheter kan sende og motta informasjon på mindre enn en promille av et sekund, og vises øyeblikkelig for brukeren. For å oppnå disse hastighetene, krever utrulling av 5G ny teknologi og infrastruktur.
Det nye nettverket
Siden den tidligste generasjonen av mobiltelefoner har trådløse nettverk operert på de samme radiofrekvensbåndene i det elektromagnetiske spekteret. Men etter hvert som flere brukere publiserer nettverket og krever mer data enn noen gang før, blir disse radiobølgesveiene stadig mer overbelastet av mobiltelefon. For å kompensere, ønsker mobiltelefonleverandører å utvide til de høyere frekvensene av millimeterbølger.
Millimeterbølger bruker frekvenser fra 30 til 300 gigahertz, som er 10 til 100 ganger høyere enn radiobølgene som brukes i dag for 4G- og WiFi-nettverk. De kalles millimeter fordi bølgelengdene deres varierer mellom 1 og 10 millimeter, hvor radiobølger er i størrelsesorden centimeter.
Den høyere frekvensen av millimeterbølger kan skape nye baner på kommunikasjonsveien, men det er ett problem: Millimeterbølger blir lett absorbert av løvverk og bygninger og vil kreve mange tett avstand basestasjoner, kalt små celler. Heldigvis er disse stasjonene mye mindre og krever mindre strøm enn tradisjonelle celletårn og kan plasseres på toppen av bygninger og lysstolper.
Miniaturiseringen av basestasjoner muliggjør også et nytt teknologisk gjennombrudd for 5G: Massive MIMO. MIMO står for flere innganger med flere innganger, og viser til en konfigurasjon som drar nytte av de mindre antennene som trengs for millimeterbølger ved dramatisk å øke antallet antenneporter i hver basestasjon.
"Med en enorm mengde antenner - titalls til hundrevis av antenner på hver basestasjon - kan du betjene mange forskjellige brukere på samme måte, og øke datahastigheten," sa Krishnaswamy. På Columbia High-Speed og Millimeter-wave IC (COSMIC) laboratorium designet Krishnaswamy og teamet hans brikker som muliggjør både millimeterbølge- og MIMO-teknologi. "Millimeterbølge og massiv MIMO er de to største teknologiene 5G vil bruke for å levere høyere datahastigheter og lavere latenstid vi forventer å se."
Er 5G farlig?
Selv om 5G kan forbedre våre daglige liv, har noen forbrukere uttrykt bekymring for potensielle helsefarer. Mange av disse bekymringene er over 5Gs bruk av millimeterbølgestrålingen med høyere energi.
"Det er ofte forvirring mellom ioniserende og ikke-ioniserende stråling fordi betegnelsen stråling brukes for begge deler," sa Kenneth Foster, professor i bioingeniør ved Pennsylvania State University. "Alt lys er stråling fordi det ganske enkelt er energi som beveger seg gjennom rommet. Det er ioniserende stråling som er farlig fordi det kan bryte kjemiske bindinger."
Ioniserende stråling er grunnen til at vi bruker solkrem utenfor fordi kortbølgelengde ultrafiolett lys fra himmelen har nok energi til å banke elektroner fra atomene deres, og ødelegge hudceller og DNA. Millimeterbølger er derimot ikke-ioniserende fordi de har lengre bølgelengder og ikke nok energi til å skade celler direkte.
"Den eneste etablerte faren for ikke-ioniserende stråling er for mye oppvarming," sa Foster, som har studert helseeffektene av radiobølger i nesten 50 år. "Ved høye eksponeringsnivåer kan radiofrekvensenergi riktignok være farlig, forårsake brannskader eller andre termiske skader, men disse eksponeringene oppstår vanligvis bare i yrkesmessige omgivelser i nærheten av høydrevne radiofrekvenssendere, eller noen ganger i medisinske prosedyrer gått galt. "
Mange av publikums rop over vedtakelsen av 5G ekko bekymringer over tidligere generasjoner av cellulær teknologi. Skeptikere mener eksponering for ikke-ioniserende stråling fortsatt kan være ansvarlig for en rekke sykdommer, fra hjernesvulster til kronisk hodepine. Gjennom årene har det vært tusenvis av studier som undersøker disse bekymringene.
I 2018 ga National Toxicology Program ut en tiårs lang studie som fant noen bevis for en økning i hjerne- og binyresvulster hos hannrotter utsatt for RF-strålingen som sendes ut av 2G- og 3G-mobiltelefoner, men ikke hos mus eller hunnrotter. Dyrene ble utsatt for strålingsnivåer fire ganger høyere enn det maksimale nivået tillatt for eksponering av mennesker.
Mange motstandere av bruken av RF-bølger med kirsebærplukkstudier som støtter deres argument, og ofte ignorerer kvaliteten på de eksperimentelle metodene eller inkonsekvensen av resultatene, sa Foster. Selv om han er uenig i mange av konklusjonene som skeptikere har om tidligere generasjoner av mobilnett, er Foster enig i at vi trenger flere studier på potensielle helseeffekter av 5G-nettverk.
"Alle jeg kjenner, inkludert meg, anbefaler mer forskning på 5G fordi det ikke er mye toksikologiske studier med denne teknologien," sa Foster.
For tilhengerne av 5G tror mange fordelene 5G kan gi samfunnet langt oppveier de ukjente.
"Jeg tror 5G vil ha en transformasjonseffekt på livene våre og muliggjøre grunnleggende nye ting," sa Krishnaswamy. "Hva disse typer applikasjoner vil være og hva den innvirkningen er, kan vi ikke si med sikkerhet akkurat nå. Det kan være noe som overrasker oss og virkelig endrer noe for samfunnet. Hvis historien har lært oss noe, vil 5G være et annet eksempel på hva trådløs kan gjøre for oss. "
