即将到来的5G革命：对环境有何影响？

新冠病毒(COVID-19)危机清楚地表明了一件事：社会需要非常需要互联网。在大流行期间，互联网对于购买食品、工作、教育儿童、获得医疗保健、访问新闻和娱乐活动至关重要。人群的健康和安全取决于网络的可靠性。

据调查统计数据，近一月以来，美国人的宽带每日使用量增加了3 GB，足以浏览90小时的互联网或观看一小时的高清电影。对快速、可靠和多样化的通信的所有需求，给各国施加了越来越大的压力，要求它们迅速采用最新一代的数字技术5G。

5G的希望

大约每十年就会出现一种新的无线移动技术，该技术在上一代产品的基础上得到了改进。 1G诞生于上世纪80年代，仅支持语音通话。 2G诞生于1990年代，当时手机已从模拟信号变为数字信号，支持了消息传递以及呼叫和文本加密功能，以确保通信安全。

1998年，3G使视频通话和移动互联网访问成为可能。 4G于2008年推出，通过移动，视频会议和游戏支持高清电视。直到今天，大多数手机都还在使用3G和4G技术。

5G于2019年开始部署，可为手机提供增强的宽带、超快速和可靠的通信以及机对机通信。理论上，它有望比4G快100倍。但是，除了速度和连接性之外，5G还具有极低的延迟，延迟是所有通信技术都避免不了，并且容量扩大了1000倍，因为它正在扩展到新的频谱频率。

最终，这将使从智能汽车到物联网(IoT)的无处不在的无线网络连接成为可能，后者可以通过互联网连接各种设备和传感器，并允许它们在无需人工干预的情况下进行通信。

5G如何运作?

频谱

要了解什么是5G，首先要了解频谱。电磁频谱是所有类型的电磁辐射的范围。无线电频谱是用于电信、广播、飞机通信等，范围从30赫兹(Hz)到300G赫兹(1 GHz等于10亿赫兹)。整个频谱还包括可见光、伽马射线、X射线、微波等。

在较低端的频谱称为低频带(600MHz至900 MHz)具有更长的波，并且可以传播更远。随着波长的范围从中频带(2.5GHz至4.2GHz)到高频带(也称为毫米波，24GHz至47GHz)，它们变得越来越短，从而实现了更大的带宽(可以在一个网络中传输的数据量更多了)，但传输距离却达到缩短。

尽管低频带可以很好地穿透墙壁，但其速度限制为每秒100兆字节(Mbps)。中频带频谱速度可以达到10亿字节或1 GB /秒(Gbps);它具有比低频段低的延迟，但它不容易通过建筑物等障碍。高频带或毫米波(mmWave)的延迟非常低，并且超快，高达10 Gbps。这些高频毫米波还提供了更大的传输空间，因此可以同时连接更多设备。缺点是它们较弱并且不能轻易穿透固体障碍物。5G可在以上所有三个频段上运行。

美国无线电频谱(点击查看大图)

每个国家/地区的政府机构都控制频谱并指定谁可以使用哪些频率。在美国，联邦通信委员会(FCC)控制频谱并将其划分为不同的块，然后分配或出售给不同的公司和行业。 2016年，FCC为5G开放了大量的高频段频谱。

基础设施和数据传输

由于毫米波只能行进很短的距离信号传输，因此，小型蜂窝基站塔之际需要相距250米之内，例如，未来城市中屋顶、电话杆、树木和路灯上都可能布满5G微基站，以确保城市全面覆盖5G信号。

与较高的4G蜂窝塔在更长的距离上传输更长的频率波不同，小型蜂窝基站(包含向设备发送数据和从设备发送数据的设备)需要与它们进行通信的设备具有直接的视线(不能有遮挡)。

基站容纳大量天线，这增加了网络的容量。这些天线使用“波束成形”来协调大量传输，防止它们相互干扰，并将聚焦数据发送给特定的个人用户。这使小型小区能够同时处理许多不同的数据流。小型基站通常通过光纤电缆或无线微波连接到5G网络和互联网。他们还需要电源，典型的小型电池可能需要200到1000瓦的功率。

据测算：目前一个5G室外基站单租户平均功耗在3.8KW左右，是4G基站的3倍以上。以当前平均1元/度的转供电价计算：一个4G基站每年的电费是2W元，一个5G基站每年的电费是5W元。因此，根据估算，如果要满足同样覆盖目标，5G基站的部署密度将是4G的3-4倍。5G移动网络的整体能耗，将是4G的9倍以上。

为了使网络能够响应所有类型的需求，“网络切片”可创建满足不同需求和要求的自包含网络或切片。例如，一个网络切片可能只需要低安全性和低带宽，而另一个则需要高安全性和高可靠性。

卫星

在难以建造足够的蜂窝塔的地方，卫星可以提供5G覆盖，如果自然灾害或恐怖袭击摧毁了陆地上的通信基础设施，卫星可以接管关键功能。最近，埃隆·马斯克(Elon Musk)的公司SpaceX发射了595颗小型卫星(最终目标为30000个)，这些卫星在地球上空500到2000公里的低地球轨道(LEO)内运行。

此外，美国FCC还批准了其他LEO卫星系统，包括Amazon的3236颗卫星的Kuiper系统;并且许多系统也已被其他国家认可。LEO卫星群将切换各个卫星之间的传输，以在空中，海上和偏远地区提供广泛的覆盖范围。但是已经在离地球更远的轨道上运行的更大的卫星也可以处理5G传输。各种卫星系统的覆盖范围、功率要求、等待时间和经济可行性各不相同。

5G如何帮助环境？

5G的速度、容量和连接性将为保护和保存环境提供许多机会。具有物联网的5G技术将能够提高能源效率、减少温室气体排放并支持更多地使用可再生能源。它可以帮助减少空气和水的污染、减少水和食物的浪费，并保护野生动植物。它还可以扩大我们对天气、农业、病虫害、工业、减少废物等方面的理解，从而改善决策。

据联合国称，到2050年，全球68%的人口将生活在城市中。城市政府和企业正在寻求5G、人工智能(AI)和物联网技术，以创建将传感器、摄像机和智能手机连接在一起的智慧城市。这些网络的连通性和速度将使城市得到更好的管理、更加高效和可持续。

以仅仅是下几种5G可以使环境受益的方法。

减少能源消耗和排放

国际标准要求5G的运行能量要比4G少得多，这意味着在传输更多数据时使用更少的功率。例如，要下载4G的300部高清电影，就需要1千瓦时的电;如果使用5G，一度电可以下载5000部超高清电影。

但5G基础设施系统本身很耗电，目前各国都在寻求技术突破，以降低5G系统本身运行的能耗。

（编辑：应用网_阳江站长网）

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