Thế hệ thứ năm của công nghệ di động, 5G, là bước nhảy vọt lớn tiếp theo về tốc độ cho các thiết bị không dây. Tốc độ này bao gồm cả tốc độ người dùng di động có thể tải dữ liệu xuống thiết bị của họ và độ trễ hoặc độ trễ mà họ gặp phải giữa việc gửi và nhận thông tin.
5G nhằm mục đích cung cấp tốc độ dữ liệu nhanh hơn 10 đến 100 lần so với mạng 4G hiện tại. Người dùng sẽ thấy tốc độ tải xuống theo thứ tự gigabits mỗi giây (Gb / s), lớn hơn nhiều so với tốc độ hàng chục megabit / giây (Mb / giây) của 4G.
"Điều đó rất quan trọng bởi vì nó sẽ cho phép các ứng dụng mới mà ngày nay không thể thực hiện được", Harish Krishnaswamy, phó giáo sư kỹ thuật điện tại Đại học Columbia ở New York, nói. "Chỉ là một ví dụ, với tốc độ gigabits trên giây, bạn có thể tải phim về điện thoại hoặc máy tính bảng của mình trong vài giây. Loại tốc độ dữ liệu đó có thể cho phép các ứng dụng thực tế ảo hoặc xe tự lái."
Ngoài việc yêu cầu tốc độ dữ liệu cao, các công nghệ mới nổi tương tác với môi trường của người dùng như thực tế tăng cường hoặc xe tự lái cũng sẽ yêu cầu độ trễ cực thấp. Vì lý do đó, mục tiêu của 5G là đạt được độ trễ dưới mốc 1 mili giây. Các thiết bị di động sẽ có thể gửi và nhận thông tin trong chưa đầy một phần nghìn giây, xuất hiện tức thời cho người dùng. Để thực hiện những tốc độ này, việc triển khai 5G đòi hỏi công nghệ và cơ sở hạ tầng mới.
Mạng mới
Kể từ thế hệ đầu tiên của điện thoại di động, các mạng không dây đã hoạt động trên cùng các dải tần số vô tuyến của phổ điện từ. Nhưng khi nhiều người dùng làm đông mạng và đòi hỏi nhiều dữ liệu hơn bao giờ hết, các đường cao tốc sóng vô tuyến này ngày càng bị tắc nghẽn với lưu lượng di động. Để bù lại, các nhà cung cấp di động muốn mở rộng tần số cao hơn của sóng milimet.
Sóng milimet sử dụng tần số từ 30 đến 300 gigahertz, cao gấp 10 đến 100 lần so với sóng radio được sử dụng ngày nay cho mạng 4G và WiFi. Chúng được gọi là milimet vì bước sóng của chúng thay đổi trong khoảng từ 1 đến 10 milimét, trong đó khi sóng vô tuyến theo thứ tự cm.
Tần số cao hơn của sóng milimet có thể tạo ra các làn mới trên đường cao tốc liên lạc, nhưng có một vấn đề: Sóng milimet dễ bị hấp thụ bởi tán lá và các tòa nhà và sẽ cần nhiều trạm gốc cách nhau gần nhau, được gọi là các ô nhỏ. May mắn thay, các trạm này nhỏ hơn nhiều và cần ít năng lượng hơn các tháp di động truyền thống và có thể được đặt trên đỉnh các tòa nhà và cột đèn.
Việc thu nhỏ các trạm cơ sở cũng cho phép một bước đột phá công nghệ khác cho 5G: Massive MIMO. MIMO là viết tắt của nhiều đầu ra đa đầu vào và đề cập đến một cấu hình tận dụng các ăng ten nhỏ hơn cần thiết cho sóng milimet bằng cách tăng đáng kể số lượng cổng ăng ten trong mỗi trạm gốc.
"Với số lượng ăng-ten khổng lồ - hàng chục đến hàng trăm ăng-ten tại mỗi trạm gốc - bạn có thể phục vụ nhiều người dùng khác nhau cùng một lúc, tăng tốc độ dữ liệu", ông Krishnaswamy nói. Tại phòng thí nghiệm IC tốc độ cao và sóng milimet (COSMIC) của Columbia, Krishnaswamy và nhóm của ông đã thiết kế các con chip cho phép sử dụng cả công nghệ sóng milimet và MIMO. "Sóng milimet và MIMO khổng lồ là hai công nghệ lớn nhất mà 5G sẽ sử dụng để mang lại tốc độ dữ liệu cao hơn và độ trễ thấp hơn mà chúng tôi mong đợi sẽ thấy."
5G có nguy hiểm không?
Mặc dù 5G có thể cải thiện cuộc sống hàng ngày của chúng tôi, một số người tiêu dùng đã lên tiếng lo ngại về các mối nguy tiềm ẩn đối với sức khỏe. Nhiều trong số những lo ngại này là việc sử dụng bức xạ sóng milimet năng lượng cao hơn 5G.
"Thường có sự nhầm lẫn giữa bức xạ ion hóa và không ion hóa vì thuật ngữ bức xạ được sử dụng cho cả hai", Kenneth Foster, giáo sư về kỹ thuật sinh học tại Đại học bang Pennsylvania, nói. "Tất cả ánh sáng là bức xạ vì nó đơn giản là năng lượng di chuyển trong không gian. Đó là bức xạ ion hóa rất nguy hiểm vì nó có thể phá vỡ liên kết hóa học."
Bức xạ ion hóa là lý do chúng ta mặc kem chống nắng bên ngoài vì ánh sáng cực tím bước sóng ngắn từ bầu trời có đủ năng lượng để đánh bật các electron khỏi nguyên tử của chúng, làm hỏng tế bào da và DNA. Mặt khác, sóng milimet không bị ion hóa vì chúng có bước sóng dài hơn và không đủ năng lượng để làm hỏng các tế bào trực tiếp.
"Nguy cơ duy nhất của bức xạ không ion hóa là quá nhiều nhiệt", Foster nói, người đã nghiên cứu ảnh hưởng sức khỏe của sóng vô tuyến trong gần 50 năm. "Ở mức phơi sáng cao, năng lượng tần số vô tuyến (RF) thực sự có thể gây nguy hiểm, gây bỏng hoặc tổn thương nhiệt khác, nhưng những phơi nhiễm này thường chỉ phát sinh ở các cơ sở nghề nghiệp gần các máy phát tần số vô tuyến công suất cao, hoặc đôi khi trong các thủ tục y tế bị hỏng. "
Nhiều sự phản đối của công chúng về việc áp dụng các mối quan tâm về tiếng vang 5G so với các thế hệ công nghệ di động trước đây. Những người hoài nghi tin rằng tiếp xúc với bức xạ không ion hóa vẫn có thể là nguyên nhân gây ra một loạt các bệnh, từ khối u não đến đau đầu mãn tính. Trong những năm qua, đã có hàng ngàn nghiên cứu điều tra những mối quan tâm này.
Năm 2018, Chương trình Chất độc Quốc gia đã công bố một nghiên cứu kéo dài hàng thập kỷ cho thấy một số bằng chứng về sự gia tăng các khối u não và tuyến thượng thận ở chuột đực tiếp xúc với bức xạ RF phát ra từ điện thoại di động 2G và 3G, nhưng không phải ở chuột hoặc chuột cái. Các con vật đã tiếp xúc với mức độ phóng xạ cao gấp bốn lần so với mức tối đa được phép tiếp xúc với con người.
Nhiều người phản đối việc sử dụng sóng RF nghiên cứu chọn anh đào ủng hộ lập luận của họ và thường bỏ qua chất lượng của các phương pháp thử nghiệm hoặc sự không nhất quán của kết quả, Foster nói. Mặc dù ông không đồng ý với nhiều ý kiến hoài nghi về các thế hệ mạng di động trước đây, Foster đồng ý rằng chúng tôi cần nhiều nghiên cứu hơn về tác động sức khỏe tiềm tàng của mạng 5G.
"Mọi người tôi biết, bao gồm cả tôi, đang khuyến nghị nghiên cứu thêm về 5G vì không có nhiều nghiên cứu về độc tính với công nghệ này", Foster nói.
Đối với những người đề xuất 5G, nhiều người tin rằng lợi ích 5G có thể mang lại cho xã hội vượt xa những điều chưa biết.
"Tôi nghĩ rằng 5G sẽ có tác động biến đổi đối với cuộc sống của chúng ta và cho phép những điều mới về cơ bản," Krishnaswamy nói. "Những loại ứng dụng đó sẽ là gì và tác động đó là gì, chúng tôi không thể nói chắc chắn ngay bây giờ. Đó có thể là điều khiến chúng tôi ngạc nhiên và thực sự thay đổi điều gì đó cho xã hội. Nếu lịch sử đã dạy chúng tôi bất cứ điều gì, thì 5G sẽ là một ví dụ khác về những gì không dây có thể làm cho chúng ta. "
