Уважаеми Дами и Господа,
На вниманието Ви е една много описателна статия от поредица материали за технологията 5G, описващи характера, начина на работа и последствията от прилагането и.
Харесва ли ви или не, ние бързо се придвижваме към света на 5G или така нареченото 5-то поколение клетъчни телекомуникации.
Защо се случва това? Това се случва тъй като радиочестотните обхвати, използвани в момента от клетъчните телефони и други подобни технологии, вече се изчерпват и също така, защото живеем в свят, в който хората искат повече.
5G и „Интернет на Нещата“ (Internet of Things – IoT), който върви в комбинация с него, обещават да ни дадат повече. Но какво повече ни предлага обещаното?
Свръхбързи скорости на изтегляне
5G и IoT обещават да ни свържат с над един трилион (1,000,000,000,000) обекти в домовете, училищата, работните места, градовете, парковете и откритите пространства. Тази технология обещава автомобили, които се управляват сами, перални машини, които поръчват своя собствен прах за пране и омекотител и естествено супер високи скорости на сваляне на информация (даунлоуд) и стрийминг (наблюдаване на презентация като видео файл в реално време).
Според Fortune.com, 5G ще поддържа поне 100 милиарда устройства и технологията ще бъде от 10 до 100 пъти по-бърза от сегашната 4G (самата 4G е около 10 пъти по-бърза от предходната 3G).
Това ще доведе до скорост на изтегляне до 10 гигабита в секунда. Това би ни позволило да имаме цяла една сграда от хора, които си изпращат данни един на друг за изключително кратко време, като по този начин се подобрява производителността на труда.
Какво е 5G?5G предлага главозамайващи възможности за обмен на данни, практически неограничени обеми на телефонни обаждания и почти безкрайни количества на информацията, която може да бъде излъчена в пространството. 5G прави това като използва до голяма степен неоползотворения честотен обхват на милиметровите вълни (MMW), който е между 30 GHz (гигахерца) и 300 GHz, както и някои по-ниски и средни честоти.
Има и някои други функции на 5G, с които трябва да сме наясно:
Изобилие от безжични клетъчни предаватели (излъчвателни антени)
Милиметровите вълни (MMW) не проникват ефективно през сградите и често се абсорбират от дъжда и растенията. Това пречи на ефективността на сигнала им. В допълнение към това, вълните с висока честота като MMW също така имат много по-къси дължини на вълните и така те не могат да достигат на дълги разстояния (бел. прев. – Терминът “честота” обозначава броя на вълните, минаващи през определена точка за една секунда). За да се справи с този проблем, 5G ще използва по-малки клетъчни излъчвателни станции (и технологията за образуване на лъчи „beamforming“), които ще кодират / декодират и пренасочват пакетите от данни към нас по маршрути в които няма смущения.
Това може да означава инсталацията на безжични предавателни антени на всяка една обществена лампа, стълб за високо напрежение, домовете и бизнес сградите във всички квартали, провинциални градчета и големи градове.
Предлагаме ви да навлезете в света на 5G технологиите посредством едно кратко видео, което много ясно и точно хвърля светлина по темата. (Не забравяйте да включите субтитрите на български от настройките на Youtube!)
Това видео е предоставено от Института на инженерите по електротехника и електроника (IEEE), който е най-голямата професионална технологична организация в света. Тя има за основна цел развитието на технологичните нововъведения и е може би най-важният инструмент за технологизацията на съвременното общество в глобален мащаб.
Веднага под видеото публикуваме субтитрите във формата на текст, за тези от вас, които нямат възможност да гледат видеото, но биха се възползвали от текстовата информация!
Субтитри към видеото:
Всеки нов тип безжична мрежа предоставя все по-добри скорости и функционални възможности.
1G внедри първите мобилни телефони, 2G въведе sms-ите, 3G ни свърза с Интернет, а 4G ни предостави днешните скорости на трафик.
Нарастващият брой на потребители изчерпва капацитета на 4G, защото потребителите използват все повече данни за смартфоните и устройствата си. Сега сме се упътили към следващото безжично поколение на 5G. Спрямо съвременните мрежи, то ще позволи обработката на хилядократно по-голям трафик и ще бъде до 10 пъти по-бързo от 4G LTE.
Представете си свалянето на HD филм за под 1 секунда и позволете на въображението си да се развихри. 5G ще бъде основата на виртуалната реалност, безпилотното шофиране, Интернет на Нещата и неща, които дори не можем да си представим.
Но какво точно представлява 5G мрежата?
Истината е, че 5G експертите не могат да ни кажат какво всъщност e 5G, защото те самите все още не знаят, но в момента има 5 нови технологии служещи като основа за 5G. Тези технологии са: “Милиметровите Вълни”, “Малките Клетки”, “Масивното MIMO”, “Биимформинг”, “Пълен Дуплекс”.
Първата технология е на
Смартфонът и другите ви устройства у дома използват конкретни радиочестоти. Обикновено те са под 6 Ghz (гигахерца). Тези честоти стават все по-натоварени и доставчиците изнемогват пред изискванията на нарастващия трафик. И тъй като все повече устройства ще използват интернет, ще има и повече забавяния и прекъснати връзки.
Решението е да се отворят нови честоти. Експериментира се с излъчването на по-къси милиметрови вълни между 30 и 300 Ghz. Тези честоти никога не са били използвани от мобилни устройства и те предлагат по-голям обхват за всички. Но тук има уловка – милиметровите вълни не могат да преминават през сградите и други препятствия и се поглъщат от растителността и дъжда.
За да се преодолее проблемът е нужна втората технология наречена
“Малки Клетъчни Мрежи”
Днешните безжични мрежи използват големи кули с високо напрежение, за да изпращат сигнала на дълги разстояния, но спомнете си, че високочестотните вълни преминават по-трудно през препятствия, защото сигналът се губи, когато се застане зад препятствието.
“Малките клетъчни мрежи” ще решат този проблем използвайки хиляди мини базови станции. Тези базови станции ще са много по-близо една до друга отколкото традиционните кули и ще си препредават сигнала, за да заобикалят препятствията. Това ще е особено полезно в градовете, когато човек застане зад препятствие, защото телефонът му ще превключи автоматично към мини станция с по-добър обхват, за да не се прекъсне връзката.
Технология номер 3 се казва
“Massive MIMO”
“МИМО” обозначва “множествени входящи и изходящи връзки”. Днешните 4G базови станции имат около 10-12 канала за антените, които обслужват целия клетъчен телефонен трафик, но станциите “Massive Mimo” могат да поддържат до 100 канала. Това може да увеличи капацитета на днешните мрежи повече от 22 пъти.
Естествено, “Massive MIMO” идва със собствените си проблеми. Днешните клетъчни антени излъчват информация едновременно във всички посоки и всички тези пресичащи се сигнали биха могли да причинят сериозни смущения. И тук идва технология номер 4 наречена
“Beamforming”
“Beamforming” е като сфетофарна система регулираща движението на клетъчните сигнали. Вместо да излъчва сигнал във всяка посока, “Beamforming” позволява на базовите станции да изпращат концентриран поток от данни към конкретния потребител. Тази прецизност предотвратява смущенията и е много по-ефективна, което значи че, предавателите биха могли да се справят с повече входящи и изходящи потоци от данни наведнъж.
Ето как системата работи. Да предположим, че се намирате в група от сгради и искате да се обадите по телефона. Вашият сигнал ще рикошира в околните сгради и ще се кръстоса с други потребителски сигнали в района. Базовата станция “Massive MIMO” получава всички тези сигнали и запаметява времето и посоката на тяхното излъчване. След това тя използва алгоритми за изчисляване точното местоположение на сигналите и задава най-добрия въздушен маршрут за трансмисията на всеки телефон.
Понякога дори само отделни данни от потока биват отклонявани в различни посоки от физическите препятствия, за да се избегне смущението поради пресичането на сигналите. Резултатът е последователен поток от данни, изпратен само до конкретния потребител и това ни води към технология номер 5, наречена
“Пълен Дуплекс”
Ако някога сте използвали радиостанции “Уоки Токи”, то вие знаете, че в този случай двамата души не могат да говорят едновременно. Това е своего рода недостатък и днешните клетъчните базови станции имат същия проблем. Стандартните антени могат да извършват само по едно действие наведнъж – или предават или приемат сигнала. Това е заради “Принципа на Реципрочност”, при който радиовълните пътуват както напред, така и назад по същата честота.
За да се разбере по-добре, нека си представим радиовълната като един влак, натоварен с данни. Честотата, по която се движи “влакът-вълна”, е един вид “железопътна линия” и ако има “втори влак”, който да отива в обратната посока по същата “ЖП линия”, то тогава смущението е неизбежно.
Досега решението е било или “влаковете-вълни” да се редуват по честотите (ЖП линиите) или всички “влакове-вълни” да се включват на различни честоти, но нещата може да се подобрят, ако се заобиколи “Принципа на Реципрочност”.
Изследователите използват силициеви транзистори за създаване на високоскоростни превключватели, които спират срещуположното движение на тези радиовълни. Методът е подобен на сигнална ЖП система, която може веднага да пренасочи “влаковете-радиовълни”, за да се разминат те помежду си. Това означава, че на всяка “ЖП линия” се извършва повече работа за по-кратко време.
Все още разучаваме особеностите на милиметровите вълни, малките клетъчни мрежи и Beamforming/MIMO/Пълен Дуплекс технологиите. Всъщност, 5G мрежата продължава да търпи промени.
5G вероятно ще включва и други нови технологии и ефективното им комбиниране ще бъде цяло предизвикателство. Ако обаче експертите успеят да избегнат затрудненията, то ултрабързите 5G услуги може да се появят на пазара в следващите 5 години.
Списание за електротехника: IEEE Spectrum
Режисьори: Ейми Нордрум, Кристен Кларк, Силия Горман
Илюстрации: Брандън Паласио и Майк Спектър
Специални Благодарности:
Хариш Кришнасуами, Университетът Колумбия
Габриел М. Ребей, Калифорнийски Университет Сан Диего
Ове Едфорс, Университетът Лунд,
Йонгхуй Ли, Университетът Сидни
Пол Харис, Университетът Бристол
Превод и субтитри към видеото: Търсач Скитник
Миниатюрни мобилно-предавателни кули (MIMO технология)
Настоящите 4G предавателни кули за мобилна и безжична връзка имат само около дузина (10-12) канала, за да поддържат цялата комуникация. Новите, по-малки 5G разпръсквателни кули или бази ще използват технологията MIMO (множество входящи и изходящи връзки) и ще притежават около 100 канала. Тези кули вероятно ще бъдат високи около 4 фута (1.22 метра), за разлика от обичайните 90-футови (27.4 метра) кули, които са понастоящем издигнати около нас. Клетките на тези нови кули ще бъдат разположени в рамките на 100-метров диапазон и тези интелигентни антени ще могат да разграничават различните смесени вълнови сигнали във въздуха – като например радиовълните и Wi-Fi сигналите – и ще ги насочват обратно към потребителите по един така да се каже „структуриран начин“.
Нищожни забавяния – висока ефективност
5G ще разлага информационните данни на по-малки части и после ще ги препраща в по-малък размер, за да предложи значително по-съкратено време за трансфер на информацията. Данните ще се изпращат само с 1 милисекунда закъснение вместо закъснението от 50 милисекунди, което е типично за 4G. Благодарение на този скоростен информационен трансфер, хардуерните устройства ще комуникират помежду си без възможност за каквато и да е грешка.
Както отбелязва Маркус Уелдън, главен технически директор на Алкател Лусънт: “Досега проектирахме мрежите за хората и техните нужди, а сега ги проектираме за Нещата” (думата “Нещата” произхожда от термина „Интернет на Нещата“ и се има предвид огромната комбинация от софтуер, хардуер и мрежи).
Опасностите от 5G – 11 причини да бъдем сериозно загрижени
САЩ понастоящем са лидер в 5G технологиите. На пресконференцията през юни 2016 г., ръководителят на Федералната Комисия по Комуникациите (FCC) Том Уилър обяви отварянето за употреба на ниските, средните и високите въ́лнови спектри. Нищо не се спомена за последиците по отношение на човешкото здраве. Опасностите обаче са реални.
Хиляди проучвания свързват излагането на ниско ниво на безжична радиочестотна радиация с дълъг списък от неблагоприятни биологични ефекти, включително:
разкъсване на единичните и двойни ДНК вериги
окислителни увреждания
прекъсване на клетъчния метаболизъм
повишена пропускливост на кръвно-мозъчната бариера
намаляване производството на хормона мелатонин
нарушаване на метаболизма на глюкозата в мозъка
производство на стресови протеини
Да не забравяме също така, че през 2011 година Световната здравна организация (СЗО) класифицира радиочестотната радиация като възможен канцероген от категория 2Б.Наскоро, струващите 25 млн. долара изследвания на американската “Национална Токсикологична Програма” заключиха, че радиочестотната радиация от типа, който в момента се използва от мобилните телефони, може да причини рак.Но къде се вписва 5G в цялата тази история? Като се има предвид, че 5G е настроен да използва честоти над и под съществуващите честотни обхвати, 5G е всъщност в центъра на всички тези въпроси. Общата тенденцията на 5G е да използва вълни с по-висока честота (тази тенденция варира в различните държави).Това поражда сериозни тревоги. Ето и моя анализ на направените до момента проучвания – това са: