5G网络:它是如何工作的,它是危险的吗?

第五代蜂窝技术5G是无线设备速度的下一个飞跃。这种速度包括移动用户向设备下载数据的速度,以及他们在发送和接收信息之间经历的延迟。

5G的目标是提供比目前4G网络快10至100倍的数据速率。用户应该期望下载速度达到每秒千兆比特(Gb/s),比4G的每秒几十兆比特(Mb/s)的速度要快得多。

纽约哥伦比亚大学电气工程副教授Harish Krishnaswamy说:“这很重要,因为它将使今天不可能实现的新应用成为可能。”举个例子,以每秒千兆比特的数据速率,你可以在几秒钟内把电影下载到你的手机或平板电脑上。这些类型的数据速率可以使虚拟现实应用程序或自动驾驶汽车成为可能。”

除了需要高数据速率,与用户环境交互的新兴技术,如增强现实或自动驾驶汽车,也需要极低的延迟。因此,5G的目标是实现1毫秒以下的延迟。移动设备将能够在不到千分之一秒的时间内发送和接收信息,对用户来说是即时的。为了实现这些速度,5G的推出需要新的技术和基础设施。

新的网络

自从第一代移动电话问世以来,无线网络一直在电磁频谱的相同射频波段上运行。但是,随着越来越多的用户涌入网络,并要求比以往任何时候都多的数据,这些无线电波高速公路变得越来越拥挤。为了弥补这一缺陷,手机运营商希望扩展到更高频率的毫米波。

毫米波的频率在30至300千兆赫之间,是目前4G和WiFi网络使用的无线电波的10至100倍。它们被称为毫米是因为它们的波长在1到10毫米之间变化,而无线电波的波长在厘米左右。

较高的毫米波频率可能会在通信高速公路上形成新的车道,但有一个问题:毫米波很容易被树叶和建筑物吸收,需要许多间隔很近的基站,即所谓的小基站。幸运的是,这些基站比传统的基站要小得多,所需电力也更少,而且可以安装在建筑物和电线杆上。

基站的小型化也使5G的另一个技术突破成为可能:大规模MIMO。MIMO代表多输入多输出,是一种利用毫米波所需的较小天线的结构,通过大幅增加每个基站的天线端口数量。

克里希纳斯瓦米说:“有了大量的天线——每个基站都有数十至数百个天线——你就可以同时为许多不同的用户提供服务,从而提高了数据速率。”在哥伦比亚高速毫米波集成电路(宇宙)实验室,Krishnaswamy和他的团队设计了芯片,使毫米波和MIMO技术成为可能。“毫米波和大规模MIMO是5G将使用的两项最大的技术,它们将提供我们预期的更高的数据速率和更低的延迟。”

5G网络:它是如何工作的,它是危险的吗?

5 g危险吗?

尽管5G可能会改善我们的日常生活,但一些消费者对潜在的健康危害表示担忧。其中许多担忧是关于5G使用更高能量的毫米波辐射。

宾夕法尼亚州立大学生物工程学教授肯尼斯·福斯特说:“人们常常混淆电离辐射和非电离辐射,因为这两个词都被称为辐射。”“所有的光都是辐射,因为它只是能量在空间中移动。电离辐射很危险,因为它会破坏化学键。”

电离辐射是我们在户外涂防晒霜的原因,因为来自天空的短波紫外线有足够的能量将电子从原子中撞出,破坏皮肤细胞和DNA。另一方面,毫米波是非电离的,因为它们的波长较长,没有足够的能量直接损伤细胞。

福斯特说:“非电离辐射唯一确定的危害是温度过高。”他对无线电波对健康的影响进行了近50年的研究。“在高辐射水平下,射频能量确实是有害的,会造成烧伤或其他热损伤,但这些辐射通常只发生在高功率射频发射器附近的职业环境中,有时也会发生在医疗程序出错的情况下。”

公众对采用5G技术的许多呼声,呼应了对前几代手机技术的担忧。持怀疑态度的人认为,暴露在非电离辐射下可能仍然会导致一系列的疾病,从脑肿瘤到慢性头痛。多年来,有成千上万的研究调查了这些问题。

2018年,美国国家毒理学计划(National Toxicology Program)发布了一项历时10年的研究,发现一些证据表明,暴露在2G和3G手机发出的射频辐射下的雄性大鼠的大脑和肾上腺肿瘤有所增加,但小鼠和雌性大鼠没有。这些动物受到的辐射量是人类所允许的最大辐射量的四倍。

福斯特说,许多反对使用射频波进行选择性研究的人支持他们的论点,他们往往忽视实验方法的质量或结果的不一致性。尽管福斯特不同意怀疑论者对前几代手机网络的许多结论,但他同意,我们需要对5G网络的潜在健康影响进行更多研究。

福斯特说:“我认识的每一个人,包括我自己,都建议对5G进行更多的研究,因为使用这项技术的毒理学研究并不多。”

对于5G的支持者来说,许多人认为5G能为社会带来的好处远远超过未知因素。

克里希纳斯瓦米说:“我认为5G将对我们的生活产生革命性的影响,并带来根本性的新事物。”“这些类型的应用将会是什么,会产生什么影响,我们现在还不能确定。它可能会让我们大吃一惊,并真正改变社会。如果说历史教会了我们什么,那么5G将是无线能为我们做什么的另一个例子。”

 

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