Tìm hiểu về mạng 5G, nền tảng di động tương lai

Dự kiến sẽ có khoảng 50 tỷ thiết bị có khả năng nối mạng vào năm 2020 và bài toán về việc tìm kiếm một nền tảng công nghệ di động mới có khả năng kết nối tất cả thiết bị trên. Kể từ khi mạng 3G trở nên phổ biến thì nó đóng góp nhiều lợi ích vào trong cuộc sống thường nhật. Ngoài việc giúp thông tin liên lạc liền mạch hơn, nó còn đem đến nhiều dịch vụ giải trí và ứng dụng trong công việc như giám sát các phương tiện giao thông, hỗ trợ dịch vụ trực tuyến như xem video giải trí, tin nhắn thoại, hội nghị truyền hình, dịch vụ internet tốc độ cao…

Không dừng ở đó, tại một số quốc gia phát triển đã đưa vào sử dụng công nghệ mạng 4G LTE có tốc độ cao hơn chuẩn mạng 3G rất nhiều. Mạng 4G vẫn hỗ trợ các dịch vụ tương tự như 3G nhưng có tốc độ tải xuống (download) lên đến 100 Mb/giây. Thêm vào đó, mạng 4G có băng thông rộng hỗ trợ chức năng quản lý chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service), các ứng dụng truy cập mạng không băng tần rộng (Wireless roadband access), tin nhắn đa phương tiện MMS (Multimedia Messaging Service), truyền hình trực tuyến độ phân giải cao (HDTV), DVB (Digital Video Broadcasting) và các dịch vụ cần đến băng thông rộng khác.

Dự kiến trong hai năm tới, mạng công nghệ 4,5G được triển khai nhằm cung cấp cho người dùng các video độ phân giải ultra HD, công nghệ 3D holographic. Tương tự khi chuyển đổi từ 3G lên 4G, công nghệ 4,5G có tốc độ nhanh hơn, độ trễ thấp hơn và các tính năng ưu việt hơn so với công nghệ 4G hiện nay. Nó cũng sẽ mở ra một cơ hội khai thác doanh thu mới cho các nhà mạng khi băng rộng di động trở nên ngày càng mạnh mẽ và hiệu quả hơn.

Ở một khía cạnh khác, nhiều quốc gia trên thế giới vẫn chưa chính thức nâng cấp công nghệ 4G. Tuy nhiên với sự phát triển mạnh mẽ của những thiết bị có khả năng nối mạng (IoT – Internet of Things) cùng sự tăng trưởng về số lượng thiết bị di động trong tương lai đã đặt ra bài toán về việc tìm kiếm một nền tảng công nghệ di động mới có thể đáp ứng nhu cầu trên. Dự kiến đến năm 2020 sẽ có khoảng 50 tỷ thiết bị có khả năng nối mạng. Đây cũng là tiền đề cho việc phát triển mạng công nghệ 5G kế tiếp.

Nền tảng công nghệ 5G

Mạng Intertnet di động thế hệ thứ năm được mong đợi sẽ là một nền tảng World Wide Wireless Web (wwww) hoàn hảo 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).

Với sự hỗ trợ đa dạng các nền tảng, người dùng có thể kết nối cùng lúc với nhiều thiết bị qua mạng không dây và dễ dàng chuyển đổi qua lại một cách nhanh chóng mà không gặp phải bất kỳ trở ngại nào. Các thiết bị này có thể sử dụng các mạng di động khác nhau như 2,5G, 3G, 4G hoặc 5G, Wi-Fi, WPAN hoặc bất kỳ công nghệ truy cập nào khác xuất hiện trong tương lai.

Như đề cập trên, thời đại IoT (Internet of Things) đang dần ảnh hưởng đến cuộc sống của con người. Các thiết bị như đồng hồ thông minh, vòng đeo tay theo 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.

Lưu ý là mạng 5G vẫn trong giai đoạn phát triển nên có rất nhiều đề xuất và tranh luận về lộ trình cũng như cách thức hoạt động của nó. Tuy nhiên, chắc chắn một điều là không giống các tiêu chuẩn truyền thông không dây trước đây, thế hệ mạng mới này buộc phải giải quyết các vấn đề thách thức liên quan đến công nghệ nhiều hơn. Nếu 4G tập trung vào việc cải thiện khả năng và tốc độ kết nối thì 5G sẽ bao gồm tất cả các điều đó và bổ sung thêm nhân tố rất quan trọng là trí thông minh.

Tiêu chuẩn của mạng 5G

Các hệ thống 5G phù hợp với thông số kỹ thuật IMT-2020 dự kiến sẽ giúp tăng cường khả năng cho các thiết bị và mạng, kết hợp chặt chẽ với các ứng dụng được dự định ra mắt trong thời gian tới. 8 tham số sau đây là các khả năng chính của IMT-2020 5G:

Những thách thức 5G gặp phải

Những lợi ích do mạng 5G mang lại là rất lớn. Mặc dù vậy, vẫn còn một số vấn đề cần phải được giải quyết trước khi công nghệ 5G có thể trở thành hiện thực. Đó là sự sẵn sàng của băng tần và các thách thức về mặt công nghệ, chẳng hạn như làm thế nào để tạo ra các kiến trúc mạng có thể gia tăng được lượng dữ liệu truyền tải cao hơn và các tốc độ truyền tải dữ liệu cần thiết để có thể chứa được nhiều người dùng hơn trên hệ thống mạng.

Theo thống kê, từ đây đến năm 2020 thì số lượng các thiết bị thông minh sẽ tăng nhanh một cách chóng mặt, có đến hơn 50 tỷ thiết bị được kết nối với mạng di động. Với sự tăng trưởng nhanh chóng như vậy, cũng đồng nghĩa với lượng dữ liệu cần chia sẽ cao gấp 1.000 lần và tốc độ truyền tải nhanh hơn từ 10 đến 100 lần tốc độ mạng hiện nay. Bên cạnh đó, việc hỗ trợ đa dạng nhiều nền tảng thiết bị, dịch vụ và ứng dụng sử dụng những băng tần khác nhau còn là một thách thức đang chờ đón 5G.

Mạng di động trong tương lai có thể sẽ trở thành mạng “Internet” chính không chỉ kết nối giữa người với người mà còn giữa người với máy móc, thiết bị. Vì vậy chúng cần phải đáp ứng được các yếu tố quan trọng về QoS (Quality of Service), tính bảo mật và độ tin cậy. Để trở thành hiện thực, công nghệ 5G cần có khả năng đáp ứng tốc độ truyền tải vào khoảng 10 Gb/giây, tương tự mạng cáp quang mới có thể xử lý được hết nội dung đa phương tiện và truyền thông ảo với độ phân giải siêu nét.

Để hỗ trợ các ứng dụng thực tế ảo và video độ phân giải siêu nét, tốc độ truyền dữ liệu buộc phải đạt mức tối thiểu là 1 Gb/giây hoặc cao hơn. Bên cạnh đó, dịch vụ đám mây di động lại đòi hỏi tốc độ truy suất rất cao lên đến 10 Gb/giây. Ngoài băng thông cực lớn, tương tự như mạng cáp quang hiện nay, thì thời gian đáp ứng và độ trễ của mạng 5G phải luôn ở mức cực kỳ thấp với đơn vị tính nhỏ hơn hoặc bằng 1 mms (mili giây) mới có thể đạt được yêu cầu hỗ trợ các thiết bị di động thời gian thực, các ứng dụng và thiết bị liên lạc giữa các phương tiện với nhau.

Mạng 5G còn hỗ trợ các công nghệ truy cập sóng radio khác nhau, vì vậy để đảm bảo dịch vụ được thông suốt thì thời gian giữa các lần chuyển mạch không được vượt quá 10 mms.

Với hơn 50 tỷ thiết bị IoT sẽ xuất hiện trên thị trường vào năm 2020, tương ứng với số lượng người dùng sẽ kết nối vào mạng di động và cũng đồng nghĩa với hàng tỷ hay thậm chí hàng trăm tỷ các ứng dụng được kích hoạt và luôn ở trạng thái hoạt động (always-on) thì rõ ràng với băng thông hiện nay sẽ không thể đáp ứng nổi.

Tương lai công nghệ 5G

Theo dự kiến, công nghệ mạng 5G có thể sẽ ra mắt vào năm 2020, nhưng cho đến nay giới quan sát vẫn chưa thấy bất kỳ dự án chính thức để phát triển mạng 5G mang tầm vóc quốc tế được khởi động ngoài một số dự án riêng lẻ do các tập đoàn công nghệ tự nghiên cứu. Điển hình là Samsung vừa kết hợp với trường đại học New York để tự tìm ra hướng đi riêng của mình. Huawei cho biết đã đầu tư khoảng 600 triệu USD cho các hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D) công nghệ 5G đến năm 2018 khi tham gia vào một số dự án nghiên cứu công nghệ 5G của EU và phối hợp xây dựng Trung tâm Sáng tạo 5G (5G Innovation Center – 5GIC) tại Anh quốc nhằm xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn thống nhất cho mạng 5G trên phạm vi toàn cầu.

Công nghệ 5G vẫn còn trong vòng nghiên cứu và các nhà khoa học vẫn đang tìm kiếm giải pháp thích hợp nhất. Theo Osseiran, nhà nghiên cứu cao cấp tại Ericsson kiêm điều phối viên dự án METIS được thành lập bởi các trường đại học phối hợp cùng công ty tài chính châu Âu để tìm ra các giải pháp tối ưu nhất cho mạng 5G). METIS cho biết vẫn đang xem xét các công nghệ khác nhau, bao gồm kỹ thuật điều chế và mã hóa dữ liệu mới, quản lý can thiệp tốt hơn, mạng lưới liên lạc nhiều chặng (multi-hop) và cả những thiết kế thiết bị truyền nhận dữ liệu tiên tiến. Osseiran còn nhất mạnh rằng đặc thù của mạng 5G là sử dụng kết hợp nhiều hệ thống khác nhau và công nghệ sóng milimeter của Samsung chỉ là một phần nhỏ trong đó.