Những điều không phải ai cũng biết về 5G và các thế hệ mạng di động

Năm 2018, công nghệ mạng di động 5G lần đầu tiên xuất hiện. Tuy nhiên, những hiểu biết về 5G với chúng ta đến nay vẫn còn khá khiêm tốn. Có người còn cho rằng 5G chỉ là biến thể của 4G nhưng ở tốc độ nhanh hơn. Trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ giới thiệu tới quý bạn đọc quá trình phát triển, những điểm nổi bật nhất của công nghệ này.

Từ 1G đến 5G

1G: Đây là thế hệ công nghệ mạng di động không dây đầu tiên. Nó sử dụng các tín hiệu analog (tín hiệu tương tự) có tốc độ khoảng 2,4 Kbps. Mạng 1G chỉ phục vụ khả năng gọi trên điện thoại di động.

2G (GPRS): Đây là công nghệ mạng di động thứ hai. Khác với 1G, 2G sử dụng tin hiệu digital (tín hiệu số) với tốc độ dữ liệu. 2G cung cấp các dịch vụ như tin nhắn văn bản, tin nhắn hình ảnh và MMS (tin nhắn đa phương tiện).

3G (WCDMA/CDMA 2000/TD-SCDMA): đây là công nghệ truyền thông di động thế hệ thứ ba. Nó cung cấp tốc độ dữ liệu 384 Kbps giúp người dùng có thể dễ dàng duyệt web và truyền phát nhạc.

4G: còn được gọi là mạng LTE (Long Term Evolution), thế hệ mạng không dây thứ tư. So với các thế hệ mạng từ 1G đến 3G, đây là công nghệ tốt nhất, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng từ 1 đến 1,5 Gb/giây.

5G: là công nghệ di động thế hệ thứ năm và là sự nâng cao của hệ thống 4G. Ngày 13/6/2018, một cuộc họp 3GPP tại San Diego đã thiết lập nên tiêu chuẩn 5G quốc tế đầu tiên. Theo đó, mạng 5G có ba đặc điểm chính là: tốc độ cực cao, dung lượng cực lớn và độ trễ cực thấp.

Các đặc điểm tiêu biểu

Tốc độ cao

Chúng ta đều biết sự trao đổi thông tin dựa vào sóng điện từ nhưng các dải tần số của sóng điện từ lại rất hạn chế. Các tần số khác nhau có tốc độ khác nhau. Khi tần số càng cao thì lượng thông tin có thể được truyền tải cùng một lúc càng lớn. Do đó, tần số càng lớn, băng thông càng lớn thì tốc độ sẽ càng nhanh.

Hiện tại, 4G sử dụng các băng tần thấp. Ưu điểm của nó là hiệu suất tốt và mức độ phủ sóng rộng, giúp các nhà mạng không phải đầu tư nhiều vào việc xây dựng các trạm gốc, từ đó, tiết kiệm được nhiều khoản chi phí. Tuy nhiên, nhược điểm của 4G là khi có nhiều người cùng sử dụng, đường truyền dữ liệu sẽ bị thu hẹp. Mặc dù công nghệ hiện tai đã được tối ưu hóa nhưng nó cũng không thể khắc phục hết được nhược điểm này. Trong khi đó, 5G sử dụng các dải tần số cao, nó không những giải quyết được sự hạn chế của các tài nguyên tần số thấp mà còn khắc phục được hiện tượng “nghẽn mạng” bởi đường truyền đã rộng hơn và tốc độ băng thông cũng được tăng lên.

Để giải quyết vấn đề truyền dữ liệu của liên lạc tần số cao, nó yêu cầu phải có hệ thống ăng-ten lớn (còn được gọi là MIMO lớn). MIMO là viết tắt của “nhiều đầu vào nhiều đầu ra" (multiple input multiple output).

Các tần số cao có bước sóng ngắn. Trong thiết kế ăng-ten, nhiều mạng ăng-ten sẽ được tích hợp trong một phạm vi rất nhỏ. Sự gia tăng các mạng ăng-ten có thể đem lại nhiều tác dụng.

Theo đặc điểm này, 5G cung cấp tốc độ tải xuống dữ liệu tối đa lên tới 10 Gbps, gấp 10 lần so với tốc độ tối đa 100 Mbps của mạng 4G. Trong điều kiện lý tưởng, người dùng có thể tải video HD 1GB chỉ trong vài giây. Những video 4K yêu cầu tốc độ tải xuống tối thiểu là 25 Mbps, vượt quá giới hạn của 4G. 5G có thể giải quyết được được vấn đề này, thậm chí có chúng ta có thể phát trực tiếp video 4K. Ngoài ra, trong lĩnh vực AR/AV (thực tế ảo và thực tế tăng cường) yêu cầu về băng thông cũng rất lớn, chỉ có 5G mới có thể đáp ứng được.

Sức chứa lớn

Sóng milimet tần số cao có thể giúp tăng tốc độ truyền nhưng nó có nhược điểm là dễ bị cản lại bởi các bức tường. Khi khoảng cách truyền tăng, tốc độ truyền của sóng milimet sẽ bị giảm nhanh hơn so với băng tần tần số thấp của 4G. Do đó, để đảm bảo tốc độ truyền hiệu quả và ổn định, 5G yêu cầu nhiều trạm thu phát hơn.

Các nhà cung cấp đã giới thiệu công nghệ 5G với các trạm cơ sở kích thước siêu nhỏ và mức tiêu thụ năng lượng thấp. Các trạm cơ sở như vậy có thể được lắp đặt ở bất kỳ nơi nào trong thành phố như đèn đường, đèn tín hiệu, trung tâm mua sắm, nhà ở,…

Mỗi trạm gốc có thể nhận tín hiệu từ các trạm gốc khác và gửi dữ liệu cho người dùng từ bất kỳ vị trí nào. Khả năng tiếp nhận tín hiệu là như nhau, cho phép nhiều thiết bị được kết nối cùng một lúc.

5G sẽ biến kỷ nguyên Internet of Things (IoT - Internet vạn vật) trở thành sự thật. Trong mạng 5G, ngoài các sản phẩm được kết nối mạng phổ biến như smartphone, máy tính thì nhiều thiết bị đầu cuối khác cũng có thể được tích hợp vào hệ thống internet. Chúng là các sản phẩm nội thất thông minh bao gồm ổ cắm thông minh, điều hòa thông minh, tủ lạnh thông minh và thiết bị đeo thông minh,… Trong lĩnh vực IoT, các mục đích sử dụng khác nhau sẽ yêu cầu những mức độ kết nối mạng khác nhau.

Có một số thiết bị đầu cuối yêu cầu cần xử lý một lượng lớn dữ liệu ngay trong thời gian thực, trong khi một số thiết bị khác chỉ yêu cầu một lượng nhỏ dữ liệu hoặc một vài bit truyền dữ liệu, ví dụ như màn hình hiển thị thông tin sử dụng của đồng hồ nước hoặc đồng hồ điện.

Do đó, công nghệ mạng 5G cần có khả năng tự động nhận biết nhu cầu mạng của các thiết bị đầu cuối để sử dụng các băng thông phù hợp. Khi một lượng dữ liệu nhỏ được truyền đi, nhận dạng thông minh của 5G sẽ sử dụng mạng băng tần hẹp, giúp tiết kiệm năng lượng và đảm bảo thiết bị đầu cuối hoạt động hiệu quả, lâu dài.

Độ trễ thấp

So sánh với mạng 4G, 5G có độ trễ cực thấp. Để đạt được điều này, 5G sẽ phối hợp tất cả các khía cạnh của mạng truy cập như mạng không dây và mạng lõi.

Để giảm độ trễ trong giao diện vô tuyến, các nút chuyển tiếp phải được hạn chế càng nhiều càng tốt và khoảng cách giữa các nút cũng được rút ngắn.

Các máy chủ của mạng 4G thường tập trung ở một phòng máy tính trung tâm, cách xa các thiết bị đầu cuối và cần phải đi qua nhiều nút truyền trung gian. 5G sử dụng công nghệ điện toán cạnh (hay còn gọi là điện toán phân tán) nhằm tích hợp sâu vào mạng truy cập và các dịch vụ internet. Công nghệ này giúp giảm thời gian chuyển tiếp và xử lý trong quá trình truyền dữ liệu từ đó, giúp giảm độ trễ.

Độ trễ thấp rất quan trọng trong lĩnh vực xe tự lái. Hãy thử xem xét một trường hợp sau đây: một chiếc ô tô đang chạy với vận tốc 60km/h; thời gian để phanh gấp trong 1m là 50ms, 17cm là 10ms, và 17mm là 1ms. Trong khi trễ trong mạng 4G rơi vào khoảng 50ms, điều đó có nghĩa là khi khoảng cách phanh gấp nhỏ hơn 1m thì mạng 4G sẽ không thế xử lý kịp. Trong giao thông, những con số này chính là khoảng cách ranh giới giữa sự sống và cái chết. Vì vậy, độ trễ cực thấp của mạng 5G tới 1ms có thể đảm bảo sự an toàn cho xe tự lái khi lưu thông trên đường.

Khái quát ưu nhược điểm của 5G

Nhược điểm

G sử dụng các dải tần số phụ 6GHz và sóng milimet (mmWave). Đây đều là những dải tần số cao, đặc biệt là sóng milimet. Những tần số này của 5G dễ bị nhiễu, do đó, nó yêu cầu cần có nhiều trạm gốc hơn mạng 4G để đạt được mức độ phủ sóng tiêu chuẩn. Nhu cầu về các trạm cơ sở 5G cũng nhiều hơn, làm tăng chi phí lặp đặt.

Ưu điểm

Ưu thế đầu tiên của mạng 5G là tốc độ truyền cực nhanh, gấp tốc độ của 4G từ 20 lần đến 100 lần. Thế hệ mạng không dây mới có khả năng truyền một lượng lớn dữ liệu trong thời gian rất ngắn,  giúp giảm đáng kể độ trễ. Sự khác biệt đủ lớn này có thể đem lại những thay đổi căn bản.

Thứ hai, với sức chứa lớn, 5G cho phép hàng triệu thiết bị được kết nối cùng một lúc mà không xảy ra tình trạng “nghẽn mạng”, điều mà 4G với khả năng băng thông bị hạn chế không thể làm được.

Thứ ba, ngày nay, nhu cầu về chất lượng và âm thanh của con người ngày càng cao. Nhiều chương trình trên Netflix và các nền tảng phát trực tuyến khác đã có tùy chọn chất lượng hình ảnh 4K. Tuy nhiên, do tốc độ 4G không đủ, rất ít người có thể xem video ở độ phân giải cực cao này. 5G có thể giải quyết vấn đề này.

Bên cạnh đó, các trò chơi hiện đại cũng đòi hỏi tốc độ truyền cao và độ trễ thấp. 5G lại trở thành một sự lựa chọn hoàn hảo.

Tại sao 5G vẫn chưa được sử dụng nhiều?

Tốc độ phủ sóng nhanh nhưng phạm vi phủ sóng chưa liên tục

5G mới đang trong quá trình triển khai, do đó, cơ sở hạ tầng của nó vẫn chưa hoàn thiện và đồng bộ ở tất cả các khu vực và quốc gia trên thế giới. Trong vài năm tới, các nhà khai thác chắc chắn sẽ phải tăng cường đầu tư vào việc xây dựng thế hệ mạng mới này.

Giá cả của các thiết bị 5G có xu hướng giảm nhanh nhưng chưa đáng kể

Cùng với việc số lượng của các mẫu điện thoại 5G tăng lên nhanh chóng trên thị trường, giá điện thoại 5G cũng có xu hướng giảm nhanh. Trung bình, giá của các chiếc smartphone 5G đã giảm từ 550 USD vào đầu năm xuống 450 USD vào tháng 5 và khoảng 250 USD vào cuối tháng 6/2020. Tuy nhiên, so với sự chênh lệch đáng kể về giá thành của các mẫu điện thoại 4G, hiệu suất các mẫu 5G vẫn còn tương đối thấp và còn nhiều điều cần được cải thiện.

5G là một sự đổi mới lớn nhưng nó vẫn đang thiếu các ứng dụng thực tế

Với sự đầu tư lớn về nhân lực cũng như kinh phí, các ứng dụng sáng tạo liên quan đến 5G đã đạt được nhiều kết quả khả quan. Tuy nhiên, các ứng dụng này mới chỉ đang ở giai đoạn thử nghiệm chưa được phổ biến rộng rãi.

Kết luận

Trong quá trình phát triển, 4G đã có sự cải thiện đáng kể về tốc độ dữ liệu, mở ra kỷ nguyên băng thông rộng di động và thay đổi lối sống của con người. Nếu như 4G thay đổi cuộc sống của con người thì 5G sẽ thay đổi hoàn toàn xã hội. 5G chính là phương tiện để con người bước vào kỷ nguyên IoT với việc internet sẽ xâm nhập vào mọi lĩnh vực của cuộc sống – sản xuất thông minh, hệ thống theo dõi toàn cầu, nông nghiệp thông minh, thành phố thông minh,…

Theo Gizchina