La cinquième génération de technologie cellulaire, la 5G, est le prochain grand bond en vitesse pour les appareils sans fil. Cette vitesse inclut à la fois le débit que les utilisateurs mobiles peuvent télécharger des données sur leurs appareils et la latence, ou décalage, qu'ils subissent entre l'envoi et la réception d'informations.
La 5G vise à fournir des débits de données 10 à 100 fois plus rapides que les réseaux 4G actuels. Les utilisateurs devraient s'attendre à voir des vitesses de téléchargement de l'ordre de gigabits par seconde (Gb / s), beaucoup plus élevées que les dizaines de mégabits par seconde (Mb / s) de 4G.
"C'est important car cela permettra de nouvelles applications qui ne sont tout simplement pas possibles aujourd'hui", a déclaré Harish Krishnaswamy, professeur agrégé de génie électrique à la Columbia University de New York. "Juste pour un exemple, à des débits en gigabits par seconde, vous pouvez potentiellement télécharger un film sur votre téléphone ou votre tablette en quelques secondes. Ce type de débit de données pourrait permettre des applications de réalité virtuelle ou des voitures autonomes."
En plus d'exiger des débits de données élevés, les technologies émergentes qui interagissent avec l'environnement de l'utilisateur comme la réalité augmentée ou les voitures autonomes nécessiteront également une latence extrêmement faible. Pour cette raison, l'objectif de la 5G est d'atteindre des latences inférieures à la marque de 1 milliseconde. Les appareils mobiles pourront envoyer et recevoir des informations en moins d'un millième de seconde, apparaissant instantanément à l'utilisateur. Pour atteindre ces vitesses, le déploiement de la 5G nécessite de nouvelles technologies et infrastructures.
Le nouveau réseau
Depuis la première génération de téléphones mobiles, les réseaux sans fil fonctionnent sur les mêmes bandes de radiofréquences du spectre électromagnétique. Mais comme de plus en plus d'utilisateurs envahissent le réseau et exigent plus de données que jamais, ces autoroutes à ondes radio sont de plus en plus encombrées par le trafic cellulaire. Pour compenser, les fournisseurs de services cellulaires veulent se développer dans les fréquences plus élevées des ondes millimétriques.
Les ondes millimétriques utilisent des fréquences de 30 à 300 gigahertz, qui sont 10 à 100 fois plus élevées que les ondes radio utilisées aujourd'hui pour les réseaux 4G et WiFi. On les appelle millimètres car leurs longueurs d'onde varient entre 1 et 10 millimètres, alors que les ondes radio sont de l'ordre des centimètres.
La fréquence plus élevée des ondes millimétriques peut créer de nouvelles voies sur l'autoroute de communication, mais il y a un problème: les ondes millimétriques sont facilement absorbées par le feuillage et les bâtiments et nécessiteront de nombreuses stations de base étroitement espacées, appelées petites cellules. Heureusement, ces stations sont beaucoup plus petites et nécessitent moins d'énergie que les tours cellulaires traditionnelles et peuvent être placées au sommet de bâtiments et de poteaux d'éclairage.
La miniaturisation des stations de base permet également une autre avancée technologique pour la 5G: Massive MIMO. MIMO signifie entrée multiple sortie multiple et fait référence à une configuration qui tire parti des antennes plus petites nécessaires pour les ondes millimétriques en augmentant considérablement le nombre de ports d'antenne dans chaque station de base.
"Avec une quantité énorme d'antennes - des dizaines à des centaines d'antennes sur chaque station de base - vous pouvez servir de nombreux utilisateurs différents en même temps, ce qui augmente le débit de données", a déclaré Krishnaswamy. Au laboratoire de circuits intégrés à haute vitesse et à ondes millimétriques (COSMIC) de Columbia, Krishnaswamy et son équipe ont conçu des puces qui activent les technologies à ondes millimétriques et MIMO. "Les ondes millimétriques et le MIMO massif sont les deux plus grandes technologies que la 5G utilisera pour fournir les débits de données plus élevés et la latence plus faible que nous prévoyons."
La 5G est-elle dangereuse?
Bien que la 5G puisse améliorer notre vie de tous les jours, certains consommateurs se sont dits préoccupés par les risques potentiels pour la santé. Beaucoup de ces préoccupations concernent l'utilisation par la 5G du rayonnement à ondes millimétriques de plus haute énergie.
"Il y a souvent une confusion entre les rayonnements ionisants et non ionisants parce que le terme rayonnement est utilisé pour les deux", a déclaré Kenneth Foster, professeur de bio-ingénierie à la Pennsylvania State University. "Toute la lumière est un rayonnement parce que c'est simplement de l'énergie qui se déplace dans l'espace. Ce sont des rayonnements ionisants qui sont dangereux car ils peuvent rompre les liaisons chimiques."
Les rayonnements ionisants sont la raison pour laquelle nous portons un écran solaire à l'extérieur, car la lumière ultraviolette du ciel à courte longueur d'onde a suffisamment d'énergie pour éliminer les électrons de leurs atomes, endommageant les cellules de la peau et l'ADN. Les ondes millimétriques, en revanche, ne sont pas ionisantes car elles ont des longueurs d'onde plus longues et pas assez d'énergie pour endommager directement les cellules.
"Le seul danger établi des rayonnements non ionisants est de trop chauffer", a déclaré Foster, qui étudie les effets des ondes radio sur la santé depuis près de 50 ans. "À des niveaux d'exposition élevés, l'énergie radiofréquence (RF) peut en effet être dangereuse, produisant des brûlures ou d'autres dommages thermiques, mais ces expositions ne sont généralement encourues que dans des environnements professionnels à proximité d'émetteurs de radiofréquences de grande puissance, ou parfois dans des procédures médicales qui ont mal tourné." "
De nombreuses critiques du public concernant l'adoption de la 5G font écho aux préoccupations des générations précédentes de technologie cellulaire. Les sceptiques croient que l'exposition aux rayonnements non ionisants peut toujours être responsable d'une gamme de maladies, des tumeurs cérébrales aux maux de tête chroniques. Au fil des ans, des milliers d'études ont enquêté sur ces préoccupations.
En 2018, le National Toxicology Program a publié une étude d'une décennie qui a trouvé des preuves d'une augmentation des tumeurs du cerveau et des glandes surrénales chez les rats mâles exposés au rayonnement RF émis par les téléphones portables 2G et 3G, mais pas chez les souris ou les rats femelles. Les animaux ont été exposés à des niveaux de rayonnement quatre fois supérieurs au niveau maximum autorisé pour l'exposition humaine.
De nombreux opposants à l'utilisation des ondes RF choisissent des études de cerises qui soutiennent leur argument et ignorent souvent la qualité des méthodes expérimentales ou l'incohérence des résultats, a déclaré Foster. Bien qu'il soit en désaccord avec de nombreuses conclusions des sceptiques sur les générations précédentes de réseaux cellulaires, Foster convient que nous avons besoin de plus d'études sur les effets potentiels sur la santé des réseaux 5G.
"Tout le monde que je connais, y compris moi, recommande plus de recherches sur la 5G car il n'y a pas beaucoup d'études toxicologiques avec cette technologie", a déclaré Foster.
Pour les partisans de la 5G, beaucoup pensent que les avantages que la 5G peut apporter à la société l'emportent largement sur les inconnus.
"Je pense que la 5G aura un impact transformationnel sur nos vies et permettra des choses fondamentalement nouvelles", a déclaré Krishnaswamy. "Quels seront ces types d'applications et quel sera leur impact, nous ne pouvons pas en être sûrs pour le moment. Ce pourrait être quelque chose qui nous prend par surprise et qui change vraiment quelque chose pour la société. Si l'histoire nous a appris quelque chose, alors la 5G être un autre exemple de ce que le sans fil peut faire pour nous. "
