La quinta generazione di tecnologia cellulare, 5G, è il prossimo grande salto di velocità per i dispositivi wireless. Questa velocità include sia la velocità con cui gli utenti mobili possono scaricare i dati sui loro dispositivi sia la latenza, o ritardo, che sperimentano tra l'invio e la ricezione di informazioni.
5G mira a fornire velocità dei dati da 10 a 100 volte più veloci rispetto alle attuali reti 4G. Gli utenti dovrebbero aspettarsi di vedere velocità di download dell'ordine dei gigabit al secondo (Gb / s), molto più elevate delle velocità di decine di megabit al secondo (Mb / s) di 4G.
"È significativo perché consentirà nuove applicazioni che oggi non sono possibili", ha dichiarato Harish Krishnaswamy, professore associato di ingegneria elettrica presso la Columbia University di New York. "Solo per un esempio, con velocità di trasmissione dati di gigabit al secondo, potresti potenzialmente scaricare un film sul tuo telefono o tablet in pochi secondi. Questo tipo di velocità di dati potrebbe consentire applicazioni di realtà virtuale o auto a guida autonoma."
Oltre a richiedere elevate velocità di trasmissione dei dati, anche le tecnologie emergenti che interagiscono con l'ambiente dell'utente come la realtà aumentata o le auto a guida autonoma richiederanno una latenza estremamente bassa. Per tale motivo, l'obiettivo del 5G è raggiungere latenze inferiori al segno di 1 millisecondo. I dispositivi mobili saranno in grado di inviare e ricevere informazioni in meno di un millesimo di secondo, apparendo istantaneamente all'utente. Per raggiungere queste velocità, l'implementazione del 5G richiede nuove tecnologie e infrastrutture.
La nuova rete
Fin dalla prima generazione di telefoni cellulari, le reti wireless hanno funzionato sulle stesse bande di radiofrequenze dello spettro elettromagnetico. Ma poiché sempre più utenti affollano la rete e richiedono più dati che mai, queste autostrade delle onde radio diventano sempre più congestionate dal traffico cellulare. Per compensare, i fornitori di cellulari vogliono espandersi nelle frequenze più alte delle onde millimetriche.
Le onde millimetriche utilizzano frequenze da 30 a 300 gigahertz, che sono da 10 a 100 volte superiori rispetto alle onde radio utilizzate oggi per le reti 4G e WiFi. Sono chiamati millimetri perché le loro lunghezze d'onda variano tra 1 e 10 millimetri, dove le onde radio sono dell'ordine dei centimetri.
La frequenza più elevata delle onde millimetriche può creare nuove corsie sull'autostrada di comunicazione, ma c'è un problema: le onde millimetriche sono facilmente assorbite da fogliame e edifici e richiedono molte stazioni base ravvicinate, chiamate piccole celle. Fortunatamente, queste stazioni sono molto più piccole e richiedono meno energia rispetto alle torri cellulari tradizionali e possono essere posizionate sopra edifici e pali della luce.
La miniaturizzazione delle stazioni base consente anche un'altra svolta tecnologica per il 5G: Massive MIMO. MIMO sta per multi-input a input multiplo e si riferisce a una configurazione che sfrutta le antenne più piccole necessarie per le onde millimetriche aumentando notevolmente il numero di porte dell'antenna in ciascuna stazione base.
"Con un'enorme quantità di antenne - da decine a centinaia di antenne per ogni stazione base - puoi servire molti utenti diversi allo stesso tempo, aumentando la velocità di trasmissione dei dati", ha affermato Krishnaswamy. Nel laboratorio IC ad alta velocità e onde millimetriche (COSMIC) della Columbia, Krishnaswamy e il suo team hanno progettato chip che consentono sia l'onda millimetrica che le tecnologie MIMO. "L'onda millimetrica e l'enorme MIMO sono le due più grandi tecnologie che il 5G utilizzerà per offrire velocità di dati più elevate e latenza più bassa che ci aspettiamo di vedere."
Il 5G è pericoloso?
Sebbene il 5G possa migliorare la nostra vita quotidiana, alcuni consumatori hanno espresso preoccupazione per i potenziali rischi per la salute. Molte di queste preoccupazioni riguardano l'uso da parte del 5G della radiazione ad onde millimetriche di energia superiore.
"Spesso c'è confusione tra radiazioni ionizzanti e non ionizzanti perché il termine radiazione è usato per entrambi", ha affermato Kenneth Foster, professore di bioingegneria alla Pennsylvania State University. "Tutta la luce è radiazione perché è semplicemente energia che si muove attraverso lo spazio. È radiazione ionizzante che è pericolosa perché può rompere i legami chimici."
Le radiazioni ionizzanti sono la ragione per cui indossiamo la protezione solare all'esterno perché la luce ultravioletta a breve lunghezza d'onda dal cielo ha abbastanza energia per far esplodere gli elettroni dai loro atomi, danneggiando le cellule della pelle e il DNA. Le onde millimetriche, d'altra parte, non sono ionizzanti perché hanno lunghezze d'onda più lunghe e non abbastanza energia per danneggiare direttamente le cellule.
"L'unico pericolo accertato di radiazioni non ionizzanti è il surriscaldamento", ha affermato Foster, che ha studiato gli effetti sulla salute delle onde radio per quasi 50 anni. "A livelli di esposizione elevati, l'energia a radiofrequenza (RF) può effettivamente essere pericolosa, producendo ustioni o altri danni termici, ma queste esposizioni sono in genere sostenute solo in contesti professionali vicino a trasmettitori di radiofrequenze ad alta potenza, o talvolta in procedure mediche andate male. "
Molte delle proteste del pubblico per l'adozione del 5G riguardano le precedenti generazioni di tecnologia cellulare. Gli scettici credono che l'esposizione alle radiazioni non ionizzanti possa essere ancora responsabile di una serie di malattie, dai tumori cerebrali ai mal di testa cronici. Nel corso degli anni, ci sono stati migliaia di studi che indagano su queste preoccupazioni.
Nel 2018, il National Toxicology Program ha pubblicato uno studio decennale che ha trovato alcune prove di un aumento dei tumori cerebrali e delle ghiandole surrenali nei ratti maschi esposti alle radiazioni RF emesse da telefoni cellulari 2G e 3G, ma non nei topi o nelle femmine. Gli animali sono stati esposti a livelli di radiazione quattro volte superiori al livello massimo consentito per l'esposizione umana.
Molti oppositori all'uso di onde RF scelgono studi che supportano il loro argomento e spesso ignorano la qualità dei metodi sperimentali o l'incoerenza dei risultati, ha detto Foster. Sebbene non sia d'accordo con molte delle conclusioni che gli scettici hanno sulle generazioni precedenti di reti cellulari, Foster concorda sul fatto che abbiamo bisogno di ulteriori studi sui potenziali effetti sulla salute delle reti 5G.
"Tutti quelli che conosco, incluso me, stanno raccomandando ulteriori ricerche sul 5G perché non ci sono molti studi tossicologici con questa tecnologia", ha detto Foster.
Per i fautori del 5G, molti credono che i benefici che il 5G può offrire alla società superino di gran lunga le incognite.
"Penso che il 5G avrà un impatto trasformativo sulla nostra vita e consentirà cose fondamentalmente nuove", ha detto Krishnaswamy. "Quali saranno questi tipi di applicazioni e quale impatto avrà, non possiamo dirlo con certezza adesso. Potrebbe essere qualcosa che ci sorprende e cambia davvero qualcosa per la società. Se la storia ci ha insegnato qualcosa, allora il 5G lo farà essere un altro esempio di cosa può fare il wireless per noi ".
