Thời đại Internet vạn vật (Internet of Things - IoT) đang dần ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực trong cuộc sống của con người. Các thiết bị như đồng hồ thông minh, vòng đeo tay theo dõi sức khỏe, thiết bị cảm biến trên xe hơi, kính thông minh cho đến các cảm biến giám sát 24/7... là những thiết bị đòi hỏi tính tương tác cao thông qua Internet để kết nối được duy trì liên tục, liền mạch và truyền tải một khối lượng lớn dữ liệu. Cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư ra đời đòi hỏi sự kết nối ngày càng cao và nhanh hơn. 5G chính là công nghệ để đáp ứng điều đó, đồng thời, đem lại nhiều tiện ích cho con người. Mạng 5G thời gian qua đã được nhắc tới rất nhiều trên các phương tiện thông tin đại chúng, tuy nhiên để hiểu rõ hơn, chúng ta cùng tìm hiểu một số thuật ngữ sử dụng về mạng 5G.
1. Mạng 5G là gì
Mạng Intertnet di động thế hệ thứ năm được mong đợi sẽ là một nền tảng World Wide Wireless Web (wwww) ưu việt để kết nối mọi nơi trên trái đất. Một thế giới kết nối không dây thực sự, nơi chúng ta có thể truy cập Internet xuyên suốt mà không gặp phải các rào cản, giới hạn nào về mặt không gian và thời gian. Về bản chất, mạng 5G vẫn phát triển dựa trên nền tảng của 4G nhưng ở mức độ cao hơn. Mạng 5G sẽ hỗ trợ LAS-CDMA (Large Area Synchronized- Code Division Multiple Access), UWB (Ultra Wideband), Network-LMDS (Local Multipoint Distribution Service), Ipv6 và BDMA (Beam Division Multiple Access).
2. Các thuật ngữ mạng 5G
5G New Radio (5G NR): Là tên của tiêu chuẩn được sử dụng để xây dựng độ phủ sóng mạng 5G. Bất cứ thứ gì bạn thấy ngày hôm nay được gọi là 5G sẽ sử dụng tiêu chuẩn này, ngoại trừ một ngoại lệ chính.
5Ge: Ngoại lệ chính được nói đến ở trên khi nhắc đến 5G là 5Ge. Nó không phải là 5G NR mà thực chất cũng không phải là mạng 5G. 5G Evolution là tên tiếp thị Tập đoàn AT&T đặt cho mạng di động LTE Advanced của họ. Đây là một chiêu trò của AT&T khiến người dùng lầm tưởng nó là mạng 5G nhưng thực chất là mạng 4G với hỗ trợ MIMO và kết nối cáp quang nhưng thực sự không liên quan gì đến 5G.
5G Non-standalone (5G NSA): 5G NSA hiện đang hoạt động như mạng 5G không độc lập, điều đó có nghĩa là nó phụ thuộc vào mạng 4G để hoạt động bình thường. Nhà phát triển sẽ sử dụng một số thông tin cần thiết từ mạng 4G để thiết lập kết nối với một trạm phát sóng.
5G Standalone (5G SA): Standalone 5G hoặc 5G SA là tương lai của việc triển khai 5G NR, vì nó có thể tự hoạt động. Điều này sẽ khiến việc triển khai mạng 5G đơn giản và rẻ hơn, có thể tạo một mạng lưới mạnh mẽ hơn, vì toàn bộ cơ sở hạ tầng sẽ là mới.
Dynamic Spectrum Switching (DSS): Khi một nhà mạng muốn sử dụng phổ tần 4G cho 5G, họ phải quyết định ngừng cung cấp dịch vụ 4G hoặc chia sẻ với 5G. Cách tốt nhất để thực hiện điều này là sử dụng Dynamic Spectrum Switching (DSS). Với DSS, thiết bị trên trạm phát sóng sẽ thay đổi số lượng phổ tần cho từng loại kết nối. Trong vòng một phần nghìn giây, mạng có thể được điều chỉnh để phù hợp với các loại tải khác nhau.
Radio Access Network (RAN): Mạng truy cập vô tuyến chỉ thiết bị nằm giữa thiết bị không dây của bạn và kết nối mạng Internet lớn. Công nghệ này được sử dụng để nhanh chóng kết nối một cách hiệu quả thiết bị của bạn với Internet hoặc mạng không dây của nhà cung cấp mạng. Khi kết nối với trạm phát sóng gần nhất, RAN kết nối với người sử dụng thông qua mạng lõi. 5G RAN mang nhiều dịch vụ hơn để cải thiện tốc độ và độ trễ.
Mạng lõi: Mạng lõi là nơi kết nối được thực hiện sau khi được định tuyến bởi các thiết bị khác trong trạm phát sóng. Đây có thể là kết nối với mạng phụ, chẳng hạn như, mạng cung cấp kết nối đến tòa nhà hoặc mạng lớn hơn có thể điều hướng lưu lượng truy cập trên toàn thế giới.
Độ trễ: Khi bắt đầu kết nối giữa thiết bị của người sử dụng và đích đến, ví dụ, trang web yêu cầu được gửi đến server trước khi server quyết định phản hồi lại cho người sử dụng. Khoảng thời gian này được gọi là độ trễ. Độ trễ phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng một yếu tố quan trọng đó là do trạm sóng phục vụ tất cả thiết bị kết nối với nó. Thời gian truyền được đo bằng mili giây, ảnh hưởng lớn đến khả năng phản hồi của kết nối. Thiết kế cốt lõi của mạng 5G sẽ khiến độ trễ thấp hơn và đây có thể là một trong những nâng cấp lớn nhất so với công nghệ cũ.
Băng tần: Ngay cả các công nghệ không dây cũ hơn như 3G và 4G cũng hoạt động trên các băng tần không dây. Các băng tần này chỉ là những khối tần số được FCC (Federal Communications Commission) cấp phép. Hãy nghĩ về nó giống việc sử dụng giữa 600Mhz và 610Mhz như một băng tần hoặc sử dụng tập hợp của tất cả các tần số cho một mục đích. Công nghệ 5G có thể sử dụng dải băng tần rất rộng, từ băng tần thấp, cung cấp vùng phủ sóng mà chúng ta đã quen với 3G và 4G, cho đến các băng tần rất cao mang lại tốc độ lớn.
Băng tần thấp: Tần số băng tần thấp là 600MHz, 800Mhz và 900Mhz. Các tín hiệu tần số thấp hơn ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ từ các thứ như tường, điều kiện khí quyển, điều này làm cho chúng trở thành một lựa chọn tuyệt vời để phủ sóng nhiều không gian vật lý.
Các tần số này được nhiều nhà cung cấp di động ưa thích trong nhiều năm vì chúng cho phép phủ sóng khu vực lớn sử dụng ít trạm phát sóng. Tuy nhiên, ngày nay với việc gia tăng sử dụng dữ liệu, giá trị cao của các dải tần thấp nay không còn đất “dụng võ” ngay cả với công nghệ mới như 5G, chúng không thể theo kịp nhu cầu dữ liệu đang ngày một phát triển. Do đó, cần có nhiều tần số hơn và điều đó cần đến băng tần cao hơn.
Sub-6: Sub-6, hay cái mà FCC gọi là băng tần giữa, chỉ các tần số dưới 6GHz nhưng cao hơn các tần số băng tần thấp gồm 2,5Ghz, 3,5Ghz và 3,7 - 4,2Ghz. Thời gian trôi qua, nhiều tần số trước chỉ được sử dụng cho các công nghệ không còn tồn tại như truyền hình không khí nay được sử dụng trong công nghệ mới.
Sprint (Công ty sở hữu và điều hành mạng di động lớn thứ ba ở Mỹ) đã triển khai dịch vụ 5G trên các băng tần 2,5Ghz, mức thấp nhất hiện nay, khiến nó vượt trội hơn các đối thủ cạnh tranh. Điều này cũng có nghĩa là, các nhà cung cấp sử dụng sóng milimet sẽ không bao giờ triển khai 5G với tốc độ tốt nhất nếu không có dải tần số hẹp.
Sóng milimet: Sống trong không gian trên 24Ghz, sóng milimet 5G có quyền truy cập vào khối dữ liệu khổng lồ cho phép tốc độ vượt quá 1Gbps. Sóng milimet được FCC giới thiệu là băng tần cao và Qualcomm và AT&T gọi nó là mmWave. Đây là phổ tần hiện tại được AT&T và Verizon sử dụng cho 5G. Một vấn đề với các tần số này là vùng phủ sóng.
5G trong dải tần cao đòi hỏi nhiều trạm sóng di động thấp, nhỏ hơn, do đó, dẫn đến tăng chi phí triển khai và cần nhiều số lượng kết nối trong các khu đô thị đông dân cư. Tuy nhiên, sóng milimet mang đến nhiều lợi ích cho mạng 5G với công suất lớn và tốc độ cao, theo thời gian, sự kết hợp của tất cả các yếu tố trên sẽ tạo ra tương lai của phủ sóng 5G.
Không cấp phép: Tùy thuộc vào vị trí, có những khối phổ không được sử dụng và không được cấp phép. Với các thỏa thuận mới, các khối phổ này có thể được sử dụng cho 5G và thậm chí 4G trong trường hợp dịch vụ 4G LTE LAA của AT&T. Mặc dù chưa chắc chắn về số lượng phổ này sẽ có sẵn cho việc sử dụng 5G, nhưng tính linh hoạt của công nghệ 5G khiến nó trở thành một ứng cử viên sáng giá.
Ultra Wide Band (UWB): Ultra Wide Band là cụm từ mà Verizon Wireless (một công ty viễn thông của Mỹ cung cấp các sản phẩm và dịch vụ không dây) sử dụng để mô tả việc sử dụng công nghệ 5G băng tần cao của họ. Từ khả năng sử dụng băng tần rộng hơn ở tần số cao, thương hiệu 5G đặc biệt của Verizon sẽ trông rất giống với các phiên bản khác sử dụng băng tần này.
Công nghệ Multiple-input, multiple-output (MIMO): Được sử dụng trên các trạm phát sóng giúp quản lý lưu lượng lớn. Nó cũng được sử dụng cho các trạm phát sóng LTE Advanced được nâng cấp. Điều này giúp 5G mang lại trải nghiệm mượt mà và nhất quán khi quản lý nhiều kết nối. Nói chung, nó quản lý các kết nối để ưu tiên giữ các kết nối hoạt động và di chuyển mà không sao lưu do nhiều người dùng.
Beamforming: Được sử dụng để chống lại sự thâm nhập ở tần số cao hơn, Beamforming là công nghệ sử dụng nhiều nguồn tín hiệu để chủ động chuyển sang trạm phát sóng mạnh hơn và nhanh hơn nếu một tín hiệu bị chặn. Điều này sẽ được sử dụng để giữ cho các kết nối mạnh mẽ ngay cả khi di chuyển giữa các điểm di động khác nhau.
Small cell: Small cell là các điểm điện thoại di động nhỏ hơn nhiều so với trạm phát sóng truyền thống. Những vị trí di động này thường nằm trên các cột đèn đường hoặc trần nhà của một khu vực trong nhà rộng lớn. Trong các khu vực đông dân cư, do sự thâm nhập yếu hơn của tín hiệu băng tần cao hơn, khiến nó cần phải đặt ở nhiều điểm, qua đó, tăng tốc nhanh hơn. Mặc dù, có thể sử dụng với vùng phủ sóng LTE, nhưng các Small cell sẽ hữu ích hơn khi sử dụng với mạng 5G.
3. Tính ưu việt so với mạng 4G
Mạng 4G đã được phổ biến rộng rãi trong những năm qua, song, mạng 5G mới sẽ trở thành hiện thực vào những năm tới. Thậm chí, mạng Wimax di động và LTE mà các công ty viễn thông đang gọi là 4G vẫn chưa đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn về công nghệ 4G.
Hiểu một cách đơn giản, 5G được nhiều người tin rằng thông minh hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn 4G. Nó hứa hẹn tốc độ dữ liệu di động vượt xa mạng băng thông rộng gia đình nhanh nhất hiện có cho người tiêu dùng. Với tốc độ lên đến 100 gigabit/giây, 5G được thiết lập để nhanh hơn gấp 100 lần so với 4G. (Hình 1)
Hình 1: 5G được thiết lập nhanh hơn gấp 100 lần so với 4G
Độ trễ thấp là điểm khác biệt chính giữa 4G và 5G. Độ trễ là thời gian trôi qua từ thời điểm thông tin được gửi bằng một thiết bị cho đến khi người nhận có thể sử dụng thông tin đó. Độ trễ giảm có nghĩa là có thể sử dụng kết nối thiết bị di động để thay thế cho modem cáp và WiFi. Ngoài ra, người sử dụng có thể download và upload các file một cách nhanh chóng, dễ dàng, mà không phải lo lắng về việc mạng hoặc điện thoại đột ngột bị treo. Người sử dụng cũng có thể xem video 4K gần như ngay lập tức mà không phải trải qua bất kỳ thời gian lưu vào bộ đệm (buffering time) nào.
5G sẽ có thể khắc phục các vấn đề về băng thông. Hiện tại, có rất nhiều thiết bị khác nhau được kết nối với mạng 3G và 4G, nên không có cơ sở hạ tầng để xử lý hiệu quả. 5G có thể xử lý các thiết bị hiện tại và các công nghệ mới nổi như ô tô không người lái và các sản phẩm gia đình được kết nối.
Nhưng cần phải nhớ rằng, tất cả các kịch bản này đa số vẫn chỉ là lý thuyết, và sẽ cần rất nhiều sự đầu tư của chính phủ cũng như những nhà khai thác mạng di động để chúng hoạt động. Các khía cạnh bảo mật của 5G cũng vẫn cần được tìm hiểu. Với số lượng người dùng lớn hơn và các dịch vụ được cải thiện, 5G mở ra cánh cửa cho những mối đe dọa mới. Chính phủ và các nhà khai thác dịch vụ di động phải đảm bảo họ có mức độ bảo mật phù hợp trước khi 5G được triển khai. (Bảng 1)
Bảng 1: Những điểm khác biệt lớn giữa 4G và 5G
Ngoài các điểm nói trên, mạng 5G được đánh giá sẽ đem lại những cải tiến đáng kể phương pháp truyền dữ liệu, giúp tiết kiệm năng lượng, bổ sung thêm tính năng cho phần cứng... Tuy nhiên, chúng ta phải chờ đợi thêm một thời gian nữa trước khi có được những thông tin cụ thể và thực tế hơn.
Nguyễn Công Minh
Trung tâm Viễn thông 4 - Viễn thông Hà Nội
