Pēdējās laikā sabiedrībā plaši izskanējuši dažādi jautājumi par 5G tehnoloģijām un to ietekmi uz cilvēku – notikušas karstas diskusijas gan sociālajos portālos, gan dzīvē; dažādi zinātnieki un sabiedrības locekļi centušies atbildēt uz jautājumiem par šo tehnoloģiju; tēmai klāt ķēries pat raidījums Aizliegtais paņēmiens. Bet kas īsti ir 5G un kāpēc tas ir svarīgi?
KAS IR 5G ?
Apzīmējums 5G nāk no angļu 5th generation (mobile network), kas apzīmē veselu tehnoloģiju kopumu. Tas nozīmē, ka 5G idejā ietilpst ne tikai noteiktas frekvences elektromagnētiskais starojums, bet arī dažādi interesanti inženiertehniski risinājumi ātrākai datu pārraidei un apstrādei, efektīvākai saziņai starp dažādām ierīcēm un tamlīdzīgi.
KAM VAJADZĪGS 5G?
4G mobilo sakaru standarts pasaulē tika ieviests ap 2010.gadu. 4G ievērojami pārsniedza līdz tam pastāvošā 3G standarta datu pārraides ātrumu, un pēkšņi radās iespēja izmantot savu mobilo telefonu augstas kvalitātes videozvaniem cilvēkam otrā zemeslodes pusē, HD video straumēšanai bez īpašas aizķeršanās un ļoti ērtai mobilā interneta lietošanai.
Desmit gadu laikā kopš 4G ieviešanas ir ievērojami pieaudzis gan ierīču skaits, gan datu apjoms, ko nepieciešams pārvadīt. Ar vien vairāk parādās viedās ierīces un pavisam tuvu ir Lietu Interneta (The Internet of Things) izveide. Diemžēl, 4G standarts vairs nespēs nodrošināt savienojumu tik lielam ierīču skaitam un pārvadīt datus pietiekoši ātri. 5G tehnoloģija cer piedāvāt ne tikai milzīgu datu pārraides ātrumu (līdz pat 1 Gb sekundē), bet arī zemāku jaudu un ļoti īsu aiztures laiku (1 ms vai pat mazāk). Līdz ar to 5G standarta ieviešana varētu nozīmēt ārkārtīgi strauju tehnoloģiju attīstību – taktīlo (taustes) internetu, autonomos transportlīdzekļus, viedos mājokļus, virtuālās realitātes iekārtas, un pat pavisam jaunu veselības aprūpes mehānismu.
5G UN RADIOFREKVENČU ELEKTROMAGNĒTISKAIS STAROJUMS (RF EMF)
Viens no pielāgojumiem, lai panāktu lielāku datu pārraides efektivitāti, ir izmantot elektromagnētisko starojumu, kura frekvence lielāka nekā tā, kas tiek izmantota 4G standartā.
Elektromagnētiskais starojums jeb viļņi ir fizikāla parādība, kas rodas, kustoties lādētām daļiņām. Arī gaisma, ko redzam, ir elektromagnētiskie viļņi. Datu pārraidē parasti izmanto viļņus, kuru garums ir robežās no dažiem centimetriem līdz dažiem metriem, salīdzinājumam – redzamās gaismas viļņa garums ir daži simti nanometru.
Viens no izaicinājumiem, izvēloties noteikta viļņa garuma elektromagnētisko starojumu datu pārraidīšanai, ir atmosfēra. Lai gan mazāka viļņa garuma (jeb lielākas frekvences) starojuma izmantošana paver jaunus datu pārraides lielceļus, šis starojums stipri absorbējas koku lapotnēs, pret ēkām un apkārt esošajā gaisā, kā arī vairs nevar tik labi apliekties dažādiem šķēršļiem.
Tas nozīmē, ka vairs nevar iztikt ar esošajiem telefonu sakaru torņiem – tie ir ļoti jaudīgi, taču atrodas tālu viens no otra. Risinājums ir izmantot tā dēvētās mazās šūnas (small cells), kuras novietotu nelielos attālumos vienu no otras (piemēram uz ēku jumtiem un laternām). Jo tuvāk mobilais telefons atrodas, jo mazāk enerģijas šādai “mazajai šūnai” nepieciešams datu pārraidei, tas nozīmē, ka EM starojuma jaudas blīvumam, ko rada 5G tehnoloģijas, vajadzētu būt pat mazākam, nekā šobrīd 4G radītajam. Plānots veidot dažādu kategoriju mazās šūnas – femtošūnas (vismazākās) plānots izvietot telpās. Viena femtošūna varētu apkalpot līdz 30 lietotājiem 10 līdz 100 metru rādiusā un tās jauda visticamāk nepārsniegtu 0.25 W, pilsētvidē uzstādītu mikrošūnas (apkalpotu līdz 2000 lietotājiem līdz 2km rādiusā, izstarojot līdz 10 W jaudas). Darboties turpinātu arī pastāvošie mobilo sakaru torņi jeb tā sauktās makrošūnas.
*Joslas platums raksturo datu pārraides jaudu – bezvadu tīkla spēju parsūtīt maksimālo datu apjomu sekundes laikā.
5G UN MIMO
Vēl viens interesants tehnoloģisks pielāgojums tā saucamās MIMO (multiple input, multiple output) antenas. Tādu antenu veido vairāki elementi, kas ļauj vienlaicīgi to izmantot lielākam lietotāju skaitam. MIMO antenas pēc izmēra būtiski neatšķiras no 4G tehnoloģijās lietotajām, jo augstāka uztveramā elektromagnētiskā starojuma frekvence nozīmē, ka pats antenas elements var būt mazāks. Līdz ar to tāda paša izmēra korpusā var izvietot ievērojami vairāk elementu.
Vēl jāpiemin stara formēšana (beamforming), kad MIMO antenas atšķirībā no ierastajām nevis izstaro signālu visos virzienos, bet gan tikai tajā virzienā, kur atrodas lietotājs. Visa veida viļņiem izpildās tā saucamais superpozīcijas princips, kur viens vilnis var pastiprināt vai nodzēst otru. Ja Daudzie antenas elementi staro noteiktā virzienā, iespējams panākt, ka nevajadzīgais starojums nodzēšas un paliek tikai tā starojuma daļa, kas nepieciešama informācijas apmaiņai ar lietotāju. Šāds pielāgojums palīdz samazināt elektromagnētiskā starojuma fonu un mazināt interferenci ar citiem lietotājiem (pie tam uzlabo efektivitāti).
Attēla avots: https://www.rfglobalnet.com/doc/design-and-simulation-of-ghz-beamforming-system-and-antenna-array-for-g-network-base-stations-0001
Lasi vairāk par 5G:
http://www.emfexplained.info/
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_WLAN_channels
https://www.qorvo.com/design-hub/blog/small-cell-networks-and-the-evolution-of-5g
https://www.lifewire.com/what-is-bandwidth-2625809
https://support.speedify.com/article/257-what-is-the-difference-between-wifi-and-cellular-connections-how-to-avoid-internet-connection-interruptions
https://www.rfglobalnet.com/doc/design-and-simulation-of-ghz-beamforming-system-and-antenna-array-for-g-network-base-stations-0001