Mạng thông tin di động thế hệ thứ 5 (5G) đã và đang được các nhà mạng triển khai thử nghiệm, hướng tới triển khai chính thức 5G ngay vào năm 2020 và đưa Việt Nam trở thành một trong những quốc gia tiếp cận 5G sớm nhất.
Dù vậy hiện nay chưa phải ai cũng biết rõ khái niệm về 5G và những ưu điểm, đặc điểm khác biệt của thế hệ mạng di động mới này kèm theo giải pháp công nghệ làm nên những ưu điểm, đặc điểm khác biệt đó. Phía cuối bài sẽ là phần tổng hợp những công nghệ được sử dụng cho 5G.
5G là thế hệ mới nhất của mạng thông tin di động, kế tiếp sau mạng 4G. Mục tiêu của mạng 5G là tốc độ dữ liệu lớn hơn, giảm độ trễ, tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí, nâng cao dung lượng hệ thống, và khả năng kết nối đa thiết bị.
Tốc độ của mạng 5G được đặt chuẩn lên đến 10 Gbps, hoặc có thể lên đến 20 Gbps. Về độ trễ, 5G sẽ có thời gian phản hồi dưới 1 ms, so với khoảng 30 đến 70 ms của mạng 4G. Với 5G, người dùng có thể tải về một bộ phim chất lượng cao trong chưa đến 1 giây, công việc mà sẽ mất 10 phút với mạng 4G.
Mạng 5G đạt được tốc độ dữ liệu cao bằng cách sử dụng phổ tần cao hơn hẳn, băng tần sóng mm. Do thoải mái băng thông ở phổ tần này, mạng 5G sẽ sử dụng kênh băng thông rộng hơn, lên đến 400 MHz so với kênh rộng 20 MHz của 4G, vì thế có thể nhiều dữ liệu mỗi giây hơn.
Tốc độ dữ liệu cao hơn và trễ thấp hơn của 5G mở ra ngay không ít ứng dụng trong tương lai gần, ví dụ như dùng cho liên lạc giữa các thiết bị trong hệ thống IoT. Ví dụ, các phương tiện trên đường có thể liên lạc với nhau và với các công trình giao thông bằng 5G. Đó cũng là nền tảng cho xe tự lái.
 |
Tốc độ của mạng 5G được đặt chuẩn lên đến 10 Gbps, hoặc có thể lên đến 20 Gbps, độ trễ cũng chỉ còn dưới 1 ms. Để đạt được chuẩn đó, mạng 5G sẽ sử dụng những công nghệ nào? |
Mạng 5G sử dụng những công nghệ nào?
Sóng milimét
Mạng di động ngày nay gặp phải vấn đề cơ bản, đó là người dùng đông lên và các thiết bị tiêu tốn data ngày càng nhiều hơn nhưng cùng ngốn một phổ tần số vô tuyến. Như vậy mọi người bị hạn chế băng tần, khiến tốc độ mạng chậm hơn và gây ra rớt kết nối.
Để gỡ bỏ vấn đề này chỉ còn cách là truyền sóng di động trong một phổ tần hoàn toàn mới, phổ tần mà chưa từng được sử dụng cho thông tin di động trước đây. Đó là lý do vì sao các nhà cung cấp chuyển qua dùng sóng ngắn cỡ mm, với tần số cao hơn tần số sóng di động trước đây.
Sóng mm được phát ở tần số khoảng từ 30 đến 300 GHz so với băng tần dưới 6 GHz được sử dụng cho thiết bị di động trước đây. Người ta gọi là sóng mm vì bước sóng ở phổ tần này trong khoảng từ 1 đến 10 mm, so với bước sóng hàng chục cm của phổ tần dùng cho smartphone hiện tại.
Đến giờ, mới chỉ có vệ tinh và các hệ thống rađa sử dụng sóng mm trong đời thực. Bất lợi của sóng mm là sóng không dễ dàng đi xuyên qua các tòa nhà và chướng ngại vật, trong khi cũng dễ bị hấp thụ bởi cây cối và trời mưa. Đó là lý do vì sao mạng 5G sử dụng công nghệ mới, trạm cell nhỏ.
Thực tế mạng 5G sử dụng chủ yếu 2 vùng tần số. Vùng tần số 1 là khoảng dưới 6 GHz, với độ rộng kênh băng thông khoảng 100 MHz. Trong khi đó vùng tần số 2 của 5G là sóng mm với khoảng tần số từ 24 đến 86 GHz, sử dụng kênh băng thông có độ rộng 400 MHz.
Trạm cell nhỏ
Trạm cell nhỏ là trạm gốc phiên bản thu nhỏ không cần dùng nhiều năng lượng để vận hành và có thể được đặt cách nhau chỉ 250 mét xung quanh thành phố. Để tránh tín hiệu rớt, các nhà mạng sẽ đặt hàng nghìn trạm cell nhỏ này để thiết lập một mạng lưới dày đặc như đội hình chạy tiếp sức, nhận tín hiệu truyền qua các trạm gốc và truyền đến người dùng ở bất kỳ vị trí nào.
Trong khi mạng lưới cell truyền thống phụ thuộc vào số lượng của các trạm gốc, thì chất lượng mạng 5G còn cần cơ sở hạ tầng nhiều hơn thế. Rất may là ăng ten của trạm cell nhỏ có thể nhỏ hơn rất nhiều so với ăng ten truyền thống khi chúng dùng để truyền sóng mm, và kích cỡ nhỏ giúp cho trạm cell nhỏ dễ dàng được gắn trên cột đèn, hay sân nóc tòa nhà.
Điểm bất lợi của trạm cell nhỏ là với số lượng trạm khá lớn cần có, việc phát triển mạng 5G sẽ khó khăn hơn ở những vùng ngoại ô, vùng sâu vùng xa.
Bên cạnh phát sóng mm, trạm gốc 5G sẽ có nhiều ăng ten hơn hẳn trạm gốc hiện nay, để tận dụng công nghệ mới: Ăng ten MIMO cỡ lớn.
Ăng ten MIMO cỡ lớn
Trạm gốc 4G hiện nay có 8 đầu phát và 4 đầu thu, nhưng trạm gốc 5G có thể hỗ trợ hàng trăm cổng, nghĩa là sẽ có được nhiều đầu ăngten hơn. Như vậy trạm gốc có thể gửi và nhận tín hiệu nhiều người dùng cùng một lúc, nâng cao dung lượng của mạng gấp lên 22 lần hoặc hơn.
Đây gọi là công nghệ ăng ten MIMO cỡ lớn, với thuật ngữ MIMO là viết tắt của Multiple Input Multiple Output (nghĩa là nhiều cổng vào, nhiều cổng ra).
Ăng ten MIMO cỡ lớn mang đến tương lai hứa hẹn của 5G. Tuy nhiên, đặt nhiều ăng ten như vậy để đáp ứng lưu lượng cao có thể dẫn đến can nhiễu tín hiệu, vì thế trạm 5G cần dùng thêm hệ thống Beamforming.
Beamforming
Beamforming là công nghệ dẫn lối của trạm gốc giúp xac định tuyến đường đi dữ liệu hiệu quả nhất của một người dùng bất kỳ, từ đó giảm nhiễu giữa 2 người dùng lân cận.
Với sóng mm, Beamforming cũng dùng để giải quyết vấn đề khi tín hiệu bị chắn bởi vật cản và suy giảm trên quãng đường xa. Trong trường hợp đó Beamforming có thể giúp tập trung tín hiệu vào hướng truyền được tới người dùng, thay vì phát sóng rộng rãi các hướng.
Ghép song công toàn phần
Ngoài những công nghệ mới tạo nên sự khác biệt nêu trên, người ta cũng cố gắng đẩy cao tốc độ và giảm độ trễ cho 5G thông qua kỹ thuật ghép song công toàn phần (Full duplex).
Trạm gốc ngày nay và điện thoại dùng đầu thu phát có thể phát và nhận thông tin trên cùng một tần số, hoặc có thể sử dụng các tần số khác nhau để người dùng phát và nhận thông tin cùng lúc.
Với 5G, đầu thu phát có khả năng phát và nhận dữ liệu cùng một lúc, trên cùng tần số, công nghệ này gọi là Full Duplex, qua đó tăng gấp đôi dung lượng của mạng không dây.
Bất lợi của ghép song công toàn phần là sẽ có nhiều nhiễu tín hiệu hơn do phát sinh tín hiệu dội ngược, vì thế cần có thêm công nghệ giảm tín hiệu dội.
Lồng ghép với mạng Wi-Fi
Một lợi ích nữa của 5G mà người ta chờ đợi là sự "lồng ghép" giữa mạng dữ liệu di động và Wi-Fi để giảm chi phí, công suất tiêu thụ và độ phức tạp. Sự nâng cấp trong tiêu chuẩn 5G, cùng với ứng dụng cell nhỏ có thể tạo thêm điều kiện dùng lồng ghép giữa Wi-Fi và mạng dữ liệu di động, nhất là trong khu vực trong nhà hoặc mật độ thiết bị cao.
Năng lực mạng 5G theo tiêu chuẩn IMT-2000 của ITU
Tốc độ dữ liệu cực đỉnh: 20 Gbps
Tốc độ dữ liệu qua vùng chuyển giao: 1 Gbps
Độ trễ: 1 ms
Tốc độ di chuyển tối đa của người dùng đảm bảo chất lượng dịch vụ khi chuyển giao: 500 km/h
Mật độ thiết bị tối đa: 1 triệu máy/km2
Hiệu suất giữa dữ liệu và năng lượng tiêu thụ: bằng 4G
Hiệu suất giữa tốc độ đường truyền và đơn vị băng tần: gấp 3-4 lần 4G
Lưu lượng qua một vùng diện tích: 1.000 Mbps/m2
*Nguồn tham khảo: ieee.org, wikipedia.org.
.svg){kind=icon}
