Telefonai: 5G pagreitis. Vartiklis

Pirmieji mobilūs telefonai imti pardavinėti 1983 m., 2015-ais jų kiekis pasiekė 3,6 mlrd., o 2020-ais jų jau buvo per 4,6 mlrd., t.y juos turi apie 60% Žemės gyventojų. Tik kyla duomenų perdavimo problema, nes ima trūkti dažnių gamybinių objektų ryšiui tarpusavyje. O dar sparčiai vystosi ir daiktų internetas (IoT), kuris minimaliu variantu yra internetu sujungtų objektų tinklas, kuriame ne tik renkama ir perduodama duomenys, bet ir sąveikaujama tarpusavyje. Labiau išvystytu atveju (vadinamuoju „pramoniniu daiktų internetu“, IIoT) dar įjungiamos ir analitinės dirbtinio intelekto galimybės bei duomenų saugyklos. 2020-ais prie IoT jau prijungta per 20 mlrd. įrenginių.

Dabartinis interneto protokolas Ipv4 su savo 32 bitais leidžia turėti tik 4,3 mlrd. adresų. Pamažu pereinama prie IPv6 su 128 bitų formatu. Tačiau daugumai įrenginių visai nebūtina išeiti į „didžiąją sceną“; jiems paprastai pakanka lokalaus serverio, o ir duomenų perdavimas lokaliame tinkle yra saugesnis.

Didžiausia IoT problema yra signalo užlaikyme, kas ekstremaliomis aplinkybėmis gali būti kritiška (pvz. valdant bepilotį automobilį). 4G LTE (Long-Term Evolution) tinkle uždelsimas viršija 55-70 msek., kas daugeliu atvejų nepriimtina. Tad IoT ryšis turės pereidinėti prie 5G, veikiančio milimetrinių bangų srityje. Tai suteikia ir nemažai privalumų: mažą signalo uždelsimą (1-2 msek.), mažas energijos sąnaudas ir didelę duomenų perdavimo spartą. Ir pats platus diapazonas praktiškai dar neužimtas.

Tačiau ir 5G atsineša ir nemažai problemų. Milimetrinių bangų mažesnis pranikimas, tad sienos ir net medžių lapija jas ekranuoja – nebūtinai sugeria, o labiau kad išsklaido. Galimas variantas – ant laidų iškabinėti daugybę aliumininių atspindėtuvų. Tad 5G teks derinti su ilgesnėmis bangomis ir tankinti retransliatorių tinklą (nors tie bus mažesnio dydžio ir galingumo). Pastatų viduje bevielis ryšis liks tokiu pat kaip dabar.

Nesitikima, kad buityje 5G visiškai pakeis ir išstums 3G/4G/4G LTE. 5G prasminga pradžioje padengti tik tas vietoves, kur vyksta intensyvus autonominių automobilių eismas ir yra dideli videoinformacijos srautai.

Ankstesnis (be 5G) mobilusis telefonas priėmimui naudoja pasyvią anteną. Tuo tarpu 5G skirtame telefone (30-300 GHz) turės būti arba kelios pasyvios antenos arba (kas labiau tikėtina) antena su aktyvia fazine gardele. Tokios jau senai naudojamos radiolokacijoje, tačiau tik paskutiniaisiais metais jas minimizavo tiek, kad gali sutilpti į išmaniojo telefono korpusą. Tokios antenos kompiuteris nuolat ieško signalų, akimirksniu pagriebdamas kryptį į stipriausią. Kartu žymiai sumažėja energijos sąnaudos, tad baterija „laikys“ irgi ilgiau, net kelias dienas. Vidutinis duomenų perdavimo greitis išauga iki 10 kartų. Dabartiniai komunikacijų bokštai išliks, tik jie gaus papildomą funkciją – susieti mažesniuosius 5G „bokštelius“, su kuriais betarpiškai sąveikauja vartotojai. Telefonas nuo „bokštelio“ turi būti iki 250 m, tačiau jų dydžiai ir naudojamas galingumas tokie, kad miestuose galima įrengti ne tik ant namų stogų, bet ir ant apšvietimo stulpų.

O kaip dėl saugumo? Elektromagnetinio lauko poveikis biologiniams objektams labai priklauso nuo bangos ilgio (dažnio). Net raudonos šviesos kvanto energija apie 1500 kartų didesnė už vieno milimetro ilgio bangų spinduliuotę. Bendras Saulės šviesos energijos kiekis giedrą dieną sudaro apie 1000 W/m² statmenam šviesai paviršiui, kas 4000 kartų daugiau už didžiausią leidžiamą radijo bangų dažnio spinduliuotę (25 mW/cm²). Beje daugelyje namų ir ofisų dieną ir naktį veikiančios Wi-Fi sistemos irgi naudoja 2,4 ir 5 GHz dažnius.

Šašlyką kepa vartydami mėsos gabaliukus virš žėruojančių anglių, t.y. infraraudonųjų spindulių šaltinio. Jis į organines medžiagas praninka milimetro dalis, o toliau suveikia šilumos laidumas ir kantrybė. Panašiai ir su ultravioletiniu spinduliavimu (nuo kurio įdegame) bei regima šviesa – jie turi beveik nulinį pranikimą. Tačiau toliau į abi spektro puse jis didėja. Rentgeno spinduliai naudojami pamatyti, kas yra mūsų viduje. Ilgosios radijos bangos pereina kūną praktiškai jo

Kai 1888-90 m. Europą apėmė gripo epidemija, pasklido gandai, kad dėl jos kaltas elektros apšvietimas, kuris tada dar tik buvo imtas naudoti. Buvo pasitelkiami tokie „įrodymai“: kodėl gripas daugiausia siaučia miestuose? Ogi todėl, kad kaimuose ir miesteliuose dar nėra elektros!? Vis tik tai parodo, kad dauguma nedaug pasistūmėjo nuo tų laikų (o dalis ir nuo Viduramžių), - tik vietoje elektros dabar 5G!

nepaveikdamos. O štai mobiliuosiuose telefonuose naudojami dažniai žmogaus kūne sugeriami ir virsta šiluma. Kuo mažesnis dažnis, tuo giliau praninka spinduliuotė - štai todėl atšildymas mikrobangų krosnelėje (bangų ilgis 12,5 cm; dažnis – 2,45 GHz) tetrunka minutes, nes bangos į produktą praninka 1-2 cm.
Leistinas radijo bangų lygis parinktas taip, kad spinduliavimą patyrusi kūno dalis nepakiltų virš 0,3^o, nes padidėjimas 1^o jau yra ligota audinių būsena.

Kas pakis su 5G? Su 5G ateina radiolokatoriuose naudojamos bangos – centimetrinės ir milimetrinės. Dėl jų poveikio organizmui abejonių nekyla, tačiau jis ir neblogai ištirtas – su radiolokatoriais dirbama jau senai. Ir išvada vienareikšmiška – žmogaus organizmui pavojaus jos nekelia. Tiesa IARC dar 2011 m. radijo dažnių spinduliuotę priskyrė 2B klasei („galimas kancerogenas“) – beje, šiai klasei priklauso ir kava.

Dar 2008 m. Jungtinėje karalystėje pradėtas kruopštus ilgalaikio mobiliųjų telefonų poveikio sveikatai tyrimas; toks išsamus, kad nebaigtas iki šiol. Tyrimus 2016 m. darė ir japonai – jokio kenksmingo poveikio nenustatyta (kaip ir Danijoje). Vienintelis įrodytas poveikis – garsinis efektas, aptiktas dar 20 a. 7-me dešimtm. Manoma, kad dėl to (net ir kurčiam žmogui) kaltas staigus, tačiau nežymus smegenų įkaitimas (apie 10^-5 laipsnio) ir termoelastingas ypač jautraus klausos aparato išsiplėtimas.

Vis tik jei milimetrinis spinduliavimas šildo, tai gal kas nors tai panaudoja?! Žinoma, kad tai kariškiai! Sufokusavę 95 GHz ne mikrovatų, o jau kilovatų galingumo spindulį gausime ginklą. Netgi du, - abu neletalinius. Vieną galima panaudoti kylančių ir besileidžiančių lėktuvo apsaugai – užfiksavus iššautos raketos blyksnį, galima į ją nukreipti mikrobangį spindulį, sutrikdantį jos nusitaikymo sistemą. Kitas panaudojimas – minios išvaikymui arba nematomos užtvaros sudarymas. Į tokią iki 500 m sudarančią zoną patekęs žmogus pajunta odos deginimą, kuris praeina pasitraukus iš zonos. Akių apsaugojimui pakanka užsimerkti. Tokias sistemas vysto daugelis šalių.

Siekiant padidinti ryšio pralaidumą, telekompanijos kuria ateities 6G technologijas (vis dar tebeesančias kūdykystėje), kurios, kaip ir 5G, reikalauja aukštesnių dažnių, kad galėtų į kanalą supakuoti daugiau duomenų. Tačiau tai nelengva, nes susiduriama su kliūtimis (sienos, pastatai, medžiai, žmonės…). Tačiau nauja studija iš Brown’o (Provindense Rodo saloje) ir Rice un-tų (Hiustone Teksaso valst.) nurodo naują techniką, leidžiančią apeiti tą apribojimą. Jų komanda sukūrė specialius transmiterius, kurie gali efektyviai „išlenkti“ šviesą apeinant objektą. Apie tai rašoma „ Communications Engineering“ žurnalo 2024 m. kovo mėn. numeryje. Toks transmiteris gali valdyti spindulio stiprumą, intensyvumą ir laiką, o taip pat prisitaikyti prie blokavimų, perduodamas duomenis pagal iš anksto paruoštus keliais. Kai vienas iš kelių blokuojamas, jis persijungia į kitą ir t.t. Tai leidžia teraherciniam spinduliui efektyviai apeiti kliūtis išlaikant ryšį. Vis tik technika nėra tobula, nes jei signalas blokuojamas visiškai (pvz., esant uždarame kambaryje), nėra galimybės palaikyti ryšį (tokie dažniai negali praeiti sienų).