Tìm hiểu về công nghệ mạng 5G

 Mạng 5G (5th Generation), là thế hệ thứ 5 của mạng di động tiếp theo sau công nghệ di động 4G. 5G có tốc độ kết nối, truyền tải dữ liệu cao, độ trễ gói tin[1] nhỏ. Với tốc độ kết nối 4G hiện tại độ trễ có thể kéo dài khoảng 20ms, với mạng 5G độ trễ ước tính sẽ giảm xuống chỉ còn 1ms tương đương với thời gian nháy sáng của đèn flash máy ảnh. Độ trễ nhỏ giúp tiết kiệm năng lượng, nâng cao chất lượng dịch vụ. Cơ quan Liên minh Viễn thông Quốc tế ITU  đưa ra tiêu chuẩn của mạng 5G hỗ trợ  một triệu thiết bị kết nối với nhau trên 1km2. Theo tính toán, tốc độ 5G nhanh hơn 4G từ 40 đến 100 lần. 5G là công nghệ quan trọng của ngành viễn thông, 40% dân số thế giới sẽ sử dụng 5G vào năm 2025.

Mạng 5G sử dụng sóng milimét (Millimetre wave) đại diện cho phổ tín hiệu RF giữa các tần số từ 20GHz đến 300GHz với bước sóng từ 1~15mm. Hiện tại các dải tần được sử dụng gồm 24GHz, 38GHz, 60GHz, 70GHz, 80 GHz. Một số quốc gia tiên phong triển khai mạng 5G dùng dải tần 73 GHz. Việc sử dụng tần số cao giúp cải thiện tốc độ truyền, nhận dữ liệu, cho phép các kênh băng thông rộng hỗ trợ tốc độ truy cập lên tới 10 Gbit/s. Tuy nhiên, điểm yếu là khoảng cách truyền dữ liệu sẽ bị thu hẹp, đồng nghĩa với việc phải có rất nhiều trạm phát sóng 5G được xây dựng.

Trong công nghệ mạng 2G, 3G và 4G chỉ sử dụng các trạm thu phát đặt trên mặt đất. Mạng 5G sử dụng các trạm thu phát trên không - HAPS (High Altitude Stratospheric Platform Stations). Các trạm HAPS là những chiếc máy bay treo lơ lửng ở một vị trí cố định trong khoảng cách từ 7km đến 22km so với mặt đất và hoạt động như một vệ tinh, cách này giúp đường tín hiệu được truyền thẳng hơn và giảm tình trạng bị cản trở bởi những kiến trúc cao tầng. Ngoài ra, nhờ độ cao, trạm cơ sở có khả năng bao phủ diện tích rộng lớn, tăng diện tích vùng phủ sóng, thậm chí cả trên biển, nơi các trạm phát sóng trên đất liền không thể tới vẫn có tín hiệu  mạng 5G.

Ăng-ten thu phát tín hiệu trong mạng 5G được cải tiến bằng cách sử dụng ăng-ten MIMO (Multiple Input, Multiple Output). Về bản chất, kích thước vật lý tổng thể của ăng ten MIMO 5G tương tự như 4G, đây là loại ăng ten tích hợp nhiều ăng-ten thu, phát sóng gồm các phần tử ăng ten nhỏ kết nối 4 mặt x 4 mặt để gửi và nhận nhiều dữ liệu cùng lúc, duy trì băng thông cao ở mọi thời điểm và đạt tốc độ tối đa khi truy cập mạng. Tất cả các thiết bị 5G bao gồm cả điện thoại di động sẽ được tích hợp công nghệ ăng ten MIMO.

Kiến trúc mạng 5G gồm các máy chủ trung tâm và các máy chủ phân tán trên toàn hệ thống mạng, ứng dụng mô hình điện toán đám mây. Ở các máy chủ chứa phần mềm dịch vụ quản lý các kết nối thoại, dữ liệu và internet di động. Nhiều tính năng nâng cao của 5G bao gồm ảo hóa chức năng mạng, chia sẽ tài nguyên mạng cho các ứng dụng và dịch vụ khác nhau sẽ được thực hiện tại bất kỳ điểm mạng nào trong hệ thống.

Công nghệ mạng 5G sử dụng phổ tần cao, tầm phủ sóng sẽ ngắn, chỉ cần gặp phải vật cản cực mỏng cũng có thể làm nhiễu sóng tín hiệu. Vì vậy, các công ty cung cấp dịch vụ viễn thông đã khắc phục bằng phần mềm và các thủ thuật phát sóng để đảm bảo mạng 5G duy trì kết nối ổn định.

Mạng 5G cũng sử dụng hệ thống các trang web di động phân chia thành khu vực, dữ liệu được mã hoá thông qua sóng vô tuyến. Mỗi trang web di động phải được kết nối với một máy chủ phân tán. Công nghệ mã hóa trong mạng 5G tương tự như mã hóa mạng 4G nhưng độ trễ thấp hơn và linh hoạt hơn 4G. Mạng 5G truyền dữ liệu qua nhiều tần số của thiết bị wifi mà không gây xung đột mạng. 

Một số chuẩn công nghệ mới trong mạng 5G:

Tiêu chuẩn 5G NR (New Radio): đây là tiêu chuẩn tiêu chuẩn chính thức của mạng viễn thông 5G tại Mỹ. 5G NR hoạt động trên dải tần 50 Ghz đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu nhanh, chính xác, việc mã hóa và giả mã các gói tin kế thừa các tiêu chuẩn 4G và có một số cải tiến. Hiện tại cả 3 nhà mạng AT&T, T-Mobile và Verizon ở Hoa Kỳ đều xây dựng mạng 5G theo chuẩn này.

Phổ tần Sub-6Ghz: xuất phát từ những hạn chế của băng tần cao, các công ty viễn thông đã sử dụng phổ tần Sub-6Ghz, đây là giải pháp giúp mạng 5G tương thích với phổ tần thấp hơn 6GHz, các nhà cung cấp dịch vụ mạng sử dụng phổ tần Sub-6Ghz để tăng phạm vi phủ sóng 5G.

Gigabit LTE: là tiêu chuẩn kết nối đầu tiên của 5G, có tốc độ cao hơn nhiều so với mạng 4G/LTE hiện nay (tốc độ tải xuống tối đa khoảng 1Gbps). Gigabit LTE được coi là điểm chuyển tiếp, là nền tảng phục vụ mạng 5G trong tương lai.

Phát triển mạng 5G ở trên thế giới:Liên kết mạng di động (Carrier aggregation): đây là giải pháp pháp được các nhà mạng sử dụng để liên kết các dải tần vô tuyến với nhau, các thiết bị có thể kết nối với tốc độ nhanh nhất, giảm thiểu tối đa nghẽn mạng (điện thoại Galaxy S8 của Samsung đã ứng dụng). Nó hoạt động tương tự đường cao tốc với nhiều làn xe, và ta có thể chọn đi vào làn thông thoáng hơn.

Ngày 5-4-2019, tập đoàn Samsung của Hàn Quốc trình làng điện thoại thông minh Galaxy S10 5G đầu tiên ra thị trường thế giới. Trước đó một ngày, 4-4-2019, Hàn Quốc trở thành quốc gia đầu tiên triển khai dịch vụ thương mại 5G trên toàn quốc. Ba hãng điện thoại siêu tốc của Hàn Quốc là SK Telecom, KT và LG Uplus cũng đã ứng dụng công nghệ 5G

Phần lớn các nước đều có những thí điểm triển khai mạng không dây 5G, nhưng phải chờ đến năm 2020 thì hệ thống này sẽ phổ biến trên thị trường, 3 nhóm triển khai dịch vụ 5G nhanh nhất: Nhóm dẫn đầu gồm Hàn Quốc, Trung Quốc, Hoa Kỳ và Nhật Bản, nhóm thứ hai gồm Đức, Anh, Pháp, nhóm thứ ba gồm Canada, Nga, Singapore. Hãng Apple dự định sẽ cho ra mắt điện thoại 5G vào năm tới, 2020, khi đó IPhone có tốc độ nhanh gấp 10 lần so với điện thoại hiện nay.

Tại Việt Nam, Tổng công ty viễn thông quân đội Viettel được Bộ Thông tin-Truyền thông cấp giấy phép triển khai thử nghiệm mạng di động tại Hà Nội và Sài Gòn. MobiFone đã ký thỏa thuận với Samsung và VNTP cũng đã ký hợp đồng với Nokia (Phần Lan) về sản xuất thiết bị triển khai hệ thống 5G.

Những ứng dụng của mạng 5G

Chăm sóc y tế từ xa: Trong khi hầu hết các thiết bị di động cao cấp hiện nay đều có tính năng theo dõi sức khỏe, nhưng nó vẫn chưa thực sự tỏ ra hiệu quả trong việc chẩn đoán bệnh. Nhưng với mạng 5G, các bác sĩ có thể chẩn đoán bệnh từ xa và theo dõi tình hình sức khỏe người bệnh theo thời gian thực. Việc phẫu thuật bằng những cánh tay robot qua mạng 5G không còn độ trễ sẽ giúp các bác sĩ thực hiện các thao tác phẫu thuật một cách chuẩn xác từ khoảng cách hàng nghìn cây số.

Hội nghị trực tuyến: Đây không phải là một công nghệ mới, nhưng với tốc độ đường truyền Internet như trước đây thì việc họp hội nghị trực tuyến vẫn còn rất bị hạn chế bởi độ chễ hoặc độ phân giải quá thấp. Với  mạng 5G, các thành viên tham gia vào một cuộc họp giống như mình đang có mặt trực tiếp. Việc kết hợp công nghệ thực tế ảo sẽ kết nối tất cả mọi người trên thế giới, không còn khoảng cách nhờ internet tốc độ cao.

Xe tự lái: Xe tự lái là một công nghệ mới, không chỉ dựa vào các camera và cảm biến, mà những chiếc xe này cần phải có khả năng giao tiếp với nhau và giao tiếp với hệ thống cơ sở hạ tầng hiện tại để đưa ra cách xử lý tình huống. Chính vì vậy mà mạng Internet di động tốc độ cao là một yếu tố vô cùng cần thiết. Không có độ trễ đồng nghĩa với việc những chiếc xe sẽ xử lý tình huống nhanh hơn và giảm thiểu tai nạn xảy ra.

Duyệt web với tốc độ ánh sáng: Hiện tại khi tìm kiếm một thứ gì đó trên Google và chỉ cần đợi vài giây để có được kết quả. với mạng 5G thậm chí còn có thể nhanh hơn rất nhiều, các trang web được tải với độ trễ gần bằng 0 giây,

Internet vạn vật IoT (Internet of Things) là mạng lưới thiết bị kết nối Internet, một liên mạng với các thiết bị thông minh được điều khiển bởi với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu. Hệ thống IoT điều khiển từ xa thông qua hạ tầng là mạng 5G tăng hiệu năng, độ tin cậy và kinh tế, giảm thiểu sự can dự của con người đem lại lợi ích rất thiết thực. Với tốc độ kết nối nhanh, mạng 5G sẽ làm được nhiều việc mà 4G không đủ khả năng để đáp ứng.

 Vũ Tuấn Lâm

Tài liệu tham khảo:

https://www.networkworld.com

https://www.techradar.com

[1]Độ trễ gói tin là thời gian phản hồi tính từ khi nhấp vào liên kết, tới khi nhận được tín hiệu trả lời