Mạng di động 5G là một thế hệ mạng di động mới có khả năng cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn, giảm độ trễ, tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí, nâng cao dung lượng hệ thống, và tạo khả năng kết nối đa thiết bị. Đây là một tiến bộ quan trọng so với các thế hệ trước đó như 3G và 4G.
Vào đầu năm 2019, các nhà mạng đang hoàn thiện các thủ tục xin phép để thử nghiệm mạng di động 5G, với mục tiêu triển khai chính thức vào năm 2020 và đưa Việt Nam trở thành một trong những quốc gia tiên phong trong việc áp dụng công nghệ 5G.
Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về khái niệm và các ưu điểm, đặc điểm khác biệt của mạng 5G cũng như các giải pháp công nghệ sử dụng để tạo ra những ưu điểm đó. Dưới đây TOCCHIENHUYENTHOAI.COM tóm tắt về các khái niệm cơ bản nhất về mạng 5G.
 |
| 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 |
5G là gì?
Mạng 5G là thế hệ tiếp theo của mạng thông tin di động, tiếp nối sau mạng 4G. Mục tiêu chính của mạng 5G là cung cấp tốc độ dữ liệu tăng cao, 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, và có thể đạt tới 20 Gbps. Đối với độ trễ, mạng 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 xuống một bộ phim chất lượng cao chỉ trong vài giây, trong khi việc này sẽ mất khoảng 10 phút với mạng 4G.
Mạng 5G đạt được tốc độ dữ liệu cao bằng cách sử dụng băng tần cao hơn, đặc biệt là băng tần sóng mm với tần số từ 28 đến 39 GHz, so với băng tần từ 700 MHz đến 3 GHz hiện đang được sử dụng trong các mạng di động hiện nay.
Nhờ băng thông rộng hơn có sẵn trong phổ tần, mạng 5G có khả năng sử dụng kênh băng thông rộng hơn, lên đến 400 MHz so với kênh rộng chỉ 20 MHz của mạng 4G. Điều này cho phép truyền tải nhiều dữ liệu hơn trong mỗi giây.
Tốc độ dữ liệu cao hơn và độ trễ thấp hơn của mạng 5G mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong tương lai gần, ví dụ như trong lĩnh vực liên lạc giữa các thiết bị trong hệ thống IoT. Ví dụ, các phương tiện giao thông trên đường có thể liên lạc với nhau và với cơ sở hạ tầng giao thông thông qua mạng 5G. Đây cũng là nền tảng cần thiết cho phát triển xe tự lái.
Để đáp ứng những yêu cầu trên cho mạng 5G, các yếu tố công nghệ cần được áp dụng, bao gồm:
Sóng mm
Trong thực tế, mạng di động hiện nay đang đối mặt với một vấn đề cơ bản, đó là sự tăng lên của số lượng người dùng và sự gia tăng tiêu thụ dữ liệu từ các thiết bị, trong khi nguồn tài nguyên phổ tần sóng vô tuyến không thay đổi. Kết quả là, người dùng bị hạn chế trong việc sử dụng băng tần, dẫn đến tốc độ mạng chậm hơn và sự mất kết nối.
Để giải quyết vấn đề này, một cách duy nhất là truyền tải sóng di động trên một phổ tần hoàn toàn mới, một phổ tần mà trước đây chưa được sử dụng cho việc truyền thông di động. Đó là lý do tại sao các nhà cung cấp đã chuyển sang sử dụng sóng ngắn kích thước mm, với tần số cao hơn so với tần số sóng di động trước đây.
Sóng mm được phát ở tần số từ khoảng 30 đến 300 GHz, so với băng tần dưới 6 GHz được sử dụng cho các thiết bị di động trước đây. Nó được gọi là sóng mm vì độ dài sóng trong phổ tần này nằm trong khoảng từ 1 đến 10 mm, so với độ dài sóng hàng chục cm của phổ tần được sử dụng cho điện thoại thông minh hiện nay.
Hiện tại, sóng mm chỉ được sử dụng trong các hệ thống vệ tinh và radar trong thực tế. Một nhược điểm của sóng mm là nó không dễ dàng xuyên qua các tòa nhà và chướng ngại vật, và dễ bị hấp thụ bởi cây cối và mưa. Đây là lý do tại sao mạng 5G sử dụng công nghệ mới, bao gồm các trạm cell nhỏ, để vượt qua những hạn chế này.
Trạm cell nhỏ
Trạm cell nhỏ là phiên bản thu nhỏ của trạm gốc, không đòi hỏi năng lượng vận hành lớn và có thể được đặt cách nhau chỉ khoảng 250 mét trong khu vực thành phố. Để tránh mất tín hiệu, nhà mạng sẽ triển khai hàng nghìn trạm cell nhỏ này, tạo ra một mạng lưới mật độ cao, tương tự như đội hình chạy tiếp sức, để truyền tín hiệu qua các trạm gốc và đến người dùng ở bất kỳ vị trí nào.
Trong khi mạng lưới di động truyền thống phụ thuộc vào số lượng trạm gốc, mạng 5G yêu cầu cơ sở hạ tầng phát triển nhiều hơn. May mắn thay, các ăng-ten của trạm cell nhỏ có thể nhỏ gọn hơn nhiều so với các ăng-ten truyền thống khi sử dụng sóng mm, và kích thước nhỏ giúp trạm cell nhỏ dễ dàng được lắp đặt trên cột đèn hoặc sân nóc của tòa nhà.
Một nhược điểm của trạm cell nhỏ là với số lượng lớn cần phải triển khai, việc phát triển mạng 5G sẽ gặp khó khăn hơn ở vùng ngoại ô và vùng sâu, xa.
Bên cạnh sóng mm, trạm gốc 5G sẽ có nhiều ăng-ten hơn so với trạm gốc hiện tại để tận dụng công nghệ mới, như công nghệ ăng-ten MIMO cỡ lớn.
Ăng ten MIMO cỡ lớn
Trạm gốc 4G hiện tại được trang bị 8 đầu phát và 4 đầu thu, trong khi trạm gốc 5G có khả năng hỗ trợ hàng trăm cổng, tức là sẽ có nhiều ăng-ten hơn. Điều này cho phép trạm gốc 5G truyền và nhận tín hiệu từ nhiều người dùng cùng một lúc, làm tăng dung lượng mạng lên gấp 22 lần hoặc hơn.
Công nghệ này được gọi là “ăng-ten MIMO cỡ lớn”, trong đó “MIMO” 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 cho 5G. Tuy nhiên, việc lắp đặt nhiều ăng-ten như vậy để đáp ứng lưu lượng cao có thể gây nhiễu tín hiệu. Vì vậy, trạm 5G cần sử dụng công nghệ Beamforming để giải quyết vấn đề này.
Beamforming
Beamforming là một công nghệ dẫn lối của trạm gốc, giúp xác định tuyến đường truyền dữ liệu hiệu quả nhất cho từng người dùng, từ đó giảm thiểu nhiễu giữa hai người dùng gần nhau.
Trong trường hợp sử dụng sóng mm, Beamforming cũng được áp dụng để giải quyết vấn đề tín hiệu bị chặn bởi các vật cản và mất mát trên quãng đường xa. Trong tình huống đó, Beamforming có thể tập trung tín hiệu vào hướng truyền đến người dùng, thay vì phát sóng rộng khắp các hướng.
Ghép song công toàn phần
Ngoài các công nghệ mới đã được đề cập ở trên, để nâng cao tốc độ và giảm độ trễ trong mạng 5G, người ta cũng đang nghiên cứu áp dụng kỹ thuật ghép song công toàn phần (Full Duplex).
Hiện nay, các trạm gốc và điện thoại di động sử dụng đầu thu phát có thể phát và nhận thông tin trên cùng một tần số hoặc sử dụng các tần số khác nhau để truyền và nhận thông tin đồng thời.
Trong mạng 5G, công nghệ Full Duplex cho phép đầu thu phát có khả năng phát và nhận dữ liệu cùng một lúc trên cùng một tần số, tăng gấp đôi dung lượng của mạng không dây.
Tuy nhiên, một nhược điểm của kỹ thuật ghép song công toàn phần là tạo ra nhiều nhiễu tín hiệu hơn do sự phản xạ ngược của tín hiệu, do đó cần sử dụng các công nghệ giảm thiểu nhiễu tín hiệu phản xạ.
Kết luận
Mạng 5G đã đánh dấu một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực mạng di động, mang đến sự khác biệt đáng kể so với mạng 4G trước đó. Với tốc độ dữ liệu vượt trội, độ trễ thấp, khả năng kết nối đa thiết bị và tiết kiệm năng lượng, 5G hứa hẹn thay đổi cách chúng ta truyền thông, làm việc và giải trí. Công nghệ ăng ten MIMO cỡ lớn và Beamforming giúp tăng cường phạm vi và hiệu suất kết nối. Ngoài ra, kỹ thuật ghép song công toàn phần (Full Duplex) mang lại tốc độ cao hơn và khả năng truyền nhận đồng thời trên cùng một tần số. Với những sự khác biệt độc đáo này, mạng 5G đã mở ra nhiều tiềm năng và tiện ích đáng kể cho cuộc sống và sự phát triển công nghệ.