De vijfde generatie cellulaire technologie, 5G, is de volgende grote sprong in snelheid voor draadloze apparaten. Deze snelheid omvat zowel de snelheid waarmee mobiele gebruikers gegevens naar hun apparaten kunnen downloaden als de latentie of vertraging die ze ervaren tussen het verzenden en ontvangen van informatie.
5G streeft naar datasnelheden die 10 tot 100 keer sneller zijn dan de huidige 4G-netwerken. Gebruikers moeten downloadsnelheden verwachten in de orde van gigabits per seconde (Gb / s), veel groter dan de tientallen megabits per seconde (Mb / s) snelheden van 4G.
"Dat is belangrijk omdat het nieuwe toepassingen mogelijk maakt die vandaag de dag gewoon niet mogelijk zijn", zegt Harish Krishnaswamy, universitair hoofddocent elektrotechniek aan de Columbia University in New York. "Bijvoorbeeld, met datasnelheden van gigabits per seconde, kunt u mogelijk binnen enkele seconden een film downloaden naar uw telefoon of tablet. Dat soort gegevenssnelheden kan virtual reality-toepassingen of autonoom rijdende auto's mogelijk maken."
Afgezien van het vereisen van hoge datasnelheden, vereisen opkomende technologieën die interageren met de omgeving van de gebruiker, zoals augmented reality of zelfrijdende auto's, ook een extreem lage latentie. Om die reden is het doel van 5G om latenties te behalen onder de 1 milliseconde. Mobiele apparaten kunnen informatie verzenden en ontvangen in minder dan een duizendste van een seconde, en verschijnen onmiddellijk voor de gebruiker. Om deze snelheden te bereiken, vereist de uitrol van 5G nieuwe technologie en infrastructuur.
Het nieuwe netwerk
Sinds de eerste generatie mobiele telefoons werken draadloze netwerken op dezelfde radiofrequentiebanden van het elektromagnetische spectrum. Maar naarmate meer gebruikers het netwerk verdringen en meer gegevens vragen dan ooit tevoren, raken deze radiogolfsnelwegen steeds meer overbelast met mobiel verkeer. Om dit te compenseren, willen mobiele providers uitbreiden naar de hogere frequenties van millimetergolven.
Millimetergolven gebruiken frequenties van 30 tot 300 gigahertz, die 10 tot 100 keer hoger zijn dan de radiogolven die tegenwoordig worden gebruikt voor 4G- en WiFi-netwerken. Ze worden millimeter genoemd omdat hun golflengte varieert tussen 1 en 10 millimeter, waar radiogolven in de orde van centimeters liggen.
De hogere frequentie van millimetergolven kan nieuwe rijstroken creëren op de communicatiesnelweg, maar er is één probleem: millimetergolven worden gemakkelijk geabsorbeerd door gebladerte en gebouwen en vereisen veel dicht bij elkaar gelegen basisstations, kleine cellen genaamd. Gelukkig zijn deze stations veel kleiner en hebben ze minder stroom nodig dan traditionele zendmasten en kunnen ze bovenop gebouwen en lichtmasten worden geplaatst.
De miniaturisatie van basisstations maakt ook een nieuwe technologische doorbraak mogelijk voor 5G: Massive MIMO. MIMO staat voor multiple-input multiple-output en verwijst naar een configuratie die profiteert van de kleinere antennes die nodig zijn voor millimetergolven door het aantal antennepoorten in elk basisstation drastisch te verhogen.
"Met een enorme hoeveelheid antennes - tientallen tot honderden antennes bij elk basisstation - kun je veel verschillende gebruikers tegelijkertijd bedienen, waardoor de datasnelheid toeneemt," zei Krishnaswamy. In het Columbia high-speed en millimetergolf IC (COSMIC) lab ontwierpen Krishnaswamy en zijn team chips die zowel millimetergolven als MIMO-technologieën mogelijk maakten. "Millimetergolf en enorme MIMO zijn de twee grootste technologieën die 5G zal gebruiken om de hogere datasnelheden en lagere latentie te leveren die we verwachten te zien."
Is 5G gevaarlijk?
Hoewel 5G ons dagelijks leven kan verbeteren, hebben sommige consumenten hun bezorgdheid geuit over mogelijke gevaren voor de gezondheid. Veel van deze zorgen zijn meer dan het gebruik van 5G door de millimetergolfstraling met hogere energie.
"Er is vaak verwarring tussen ioniserende en niet-ioniserende straling omdat de term straling voor beide wordt gebruikt", zegt Kenneth Foster, hoogleraar bio-engineering aan de Pennsylvania State University. "Alle licht is straling omdat het gewoon energie is die door de ruimte beweegt. Het is ioniserende straling die gevaarlijk is omdat het chemische bindingen kan verbreken."
Ioniserende straling is de reden dat we zonnebrandcrème buiten dragen omdat ultraviolet licht met een korte golflengte uit de lucht voldoende energie heeft om elektronen uit hun atomen te halen, waardoor huidcellen en DNA worden beschadigd. Millimetergolven daarentegen zijn niet-ioniserend omdat ze langere golflengten hebben en niet genoeg energie hebben om cellen direct te beschadigen.
'Het enige vastgestelde gevaar van niet-ioniserende straling is te veel verwarming', zei Foster, die al bijna vijftig jaar de gezondheidseffecten van radiogolven bestudeert. "Bij hoge blootstellingsniveaus kan radiofrequentie (RF) -energie inderdaad gevaarlijk zijn, met brandwonden of andere thermische schade tot gevolg, maar deze blootstellingen worden doorgaans alleen opgelopen in beroepsomgevingen in de buurt van krachtige radiofrequente zenders, of soms in medische procedures die fout zijn gegaan. "
Veel verontwaardiging van het publiek over de acceptatie van 5G-echo-zorgen over eerdere generaties mobiele technologie. Sceptici zijn van mening dat blootstelling aan niet-ioniserende straling nog steeds verantwoordelijk kan zijn voor een reeks ziekten, van hersentumoren tot chronische hoofdpijn. In de loop der jaren zijn er duizenden onderzoeken geweest naar deze zorgen.
In 2018 bracht het National Toxicology Program een tien jaar durende studie uit die enig bewijs vond voor een toename van hersen- en bijniertumoren bij mannelijke ratten die werden blootgesteld aan de RF-straling die wordt uitgezonden door 2G- en 3G-mobiele telefoons, maar niet bij muizen of vrouwelijke ratten. De dieren werden vier keer zo hoog blootgesteld aan straling als het maximaal toegestane niveau voor menselijke blootstelling.
Veel tegenstanders van het gebruik van RF-golven, cherry-pick-onderzoeken die hun argument ondersteunen, en vaak de kwaliteit van de experimentele methoden of inconsistentie van de resultaten negeren, zei Foster. Hoewel hij het niet eens is met veel van de conclusies die sceptici hebben over eerdere generaties mobiele netwerken, is Foster het ermee eens dat we meer onderzoek nodig hebben naar de mogelijke gezondheidseffecten van 5G-netwerken.
"Iedereen die ik ken, inclusief ikzelf, beveelt meer onderzoek naar 5G aan omdat er niet veel toxicologische onderzoeken met deze technologie zijn," zei Foster.
Voor de voorstanders van 5G geloven velen dat de voordelen die 5G de samenleving kan bieden, veel groter zijn dan de onbekenden.
"Ik denk dat 5G een transformationele impact op ons leven zal hebben en fundamenteel nieuwe dingen mogelijk zal maken", zei Krishnaswamy. "Wat dat soort toepassingen zullen zijn en wat die impact is, kunnen we op dit moment niet met zekerheid zeggen. Het kan iets zijn dat ons verrast en echt iets verandert voor de samenleving. Als de geschiedenis ons iets heeft geleerd, dan zal 5G een ander voorbeeld zijn van wat draadloos voor ons kan betekenen. "
