Bao giờ đến 5G?

Mạng di động 4G đang phủ sóng rộng ra toàn thế giới, và ngành viễn thông lại bước vào cuộc đua mới nhanh hơn mang tên 5G.

Cuộc cách mạng công nghệ di động đã trải qua 4 giai đoạn và đang chuẩn bị bước sang kỷ nguyên không dây thế hệ thứ 5 nhằm đáp ứng cho các thiết bị, hoạt động cả khi di động cũng như đứng yên, có thể gửi và nhận dữ liệu với tốc độ vượt trội. 5G được xem là bước nhảy vọt về công nghệ di động không dây khiến bạn quên đi cáp mạng, thậm chí có thể thay thế cả WiFi trong nhà và văn phòng, hứa hẹn mở ra vô vàn cơ hội cho các ứng dụng công nghiệp mới đem đến làn sóng thiết bị thông minh tràn ngập khắp nơi trong đời sống. 

5G vẫn đang trong giai đoạn phát triển. Dự kiến phải tới sau năm 2019 mới xuất hiện những mạng 5G thương mại hóa đầu tiên. Nhưng đây là mảng kinh doanh đồ sộ nên những người khổng lồ như Verizon, AT&T, Samsung, và Nokia, cùng với rất nhiều công ty tên tuổi khác đã sẵn sàng đầu tư tiền “tấn” cho hệ thống không dây mới nhất này. 

 

Trên toàn thế giới, các tổ chức, công ty cũng như nhiều chính phủ đang nỗ lực vượt qua những thách thức để sớm mang truyền thông di động 5G tới công chúng. Vậy 5G là gì? Nó tác động và làm thay đổi cuộc sống của chúng ta ra sao? Những gì đáng kỳ vọng từ mạng di động thế hệ thứ 5 này?

 

5G là gì?

G là viết tắt của chữ Generation (thế hệ), 5G là nhằm để chỉ truyền thông không dây thế hệ thứ 5 (5th Generation). Đã thành qui luật, cứ qua mỗi thập kỷ các công ty truyền thông lại công bố những tiêu chuẩn không dây mới và sau đó triển khai cơ sở hạ tầng để biến nó thành hiện thực. Trở lại năm 1982, lần đầu tiên mạng 1G triển khai thành công cho điện thoại di động analog. Năm 1992 chứng kiến sự ra đời của mạng 2G cho điện thoại di động kỹ thuật số, và kế đến là 3G trình làng năm 2003. Mạng 4G Advaced đã trở thành hiện thực vào năm 2012. Thập kỷ 2020 sẽ là thời của 5G.

 

Nhưng cho tới nay vẫn chưa có những đặc tả kỹ thuật chính thức về 5G, mặc dù có rất nhiều nghiên cứu và thảo luận về mạng di động thế hệ mới trong những năm gần đây. Các tổ chức như Liên minh Viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunications Union) và Liên minh Mạng di động thế hệ kế tiếp NGMN Alliance (Next Generation Mobile Networks Alliance) mới chỉ đưa ra những yêu cầu lý tưởng cho mạng 5G, bao gồm tốc độ dữ liệu nhanh hơn hẳn, phục vụ một lượng lớn người dùng đồng thời sử dụng dịch vụ mà không sợ làm nghẽn mạng trong khu vực. So với thế hệ mạng di động thứ 4, 5G có nhiều cải tiến quan trọng, người dùng có thể xem phim, trận đấu thể thao, biểu diễn ca nhạc trực tuyến với chất lượng hình ảnh 4K/8K, cũng như kết nối thiết bị thực tế ảo (VR), chơi game online cao cấp hầu như không bị độ trễ; 5G hứa hẹn khả năng tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với 4G, do vậy pin trên thiết bị di động sẽ có thời lượng dùng lâu hơn, nghĩa là bạn sẽ hiếm khi phải kiếm bộ sạc trong ngày. 

 

5G phủ sóng khắp nơi hứa hẹn sẽ tạo ra nền tảng cho thế giới Internet of Things (IoT) với vô số thiết bị và hệ thống không dây tích hợp cảm biến thông minh nhanh chóng phát triển rộng khắp. Chúng ta sẽ chứng kiến sự phổ biến của nhiều thứ chưa từng thấy, từ xe hơi tự hành đến drone, cho đến nhà thông minh và các thành phố ngày càng thông minh hơn. Và còn rất nhiều cải tiến tiềm năng khác mà 5G có thể mang lại cho thế giới không dây.

 

Trong bản dự thảo mới nhất của ITU công bố hồi đầu năm về thông số kỹ thuật cho giao diện vô tuyến IMT-2020, còn gọi là 5G, sẽ hoàn thiện vào tháng 11/2017, có những điểm đáng chú ý như: các trạm phát sóng 5G sẽ phải cung cấp tốc độ tối thiểu cho tải xuống là 20 Gbps (gigabit/giây) và 10 Gbps theo chiều lên. Đây là băng thông tổng chia cho mọi người dùng trong cùng khu vực phủ sóng, tốc độ này gấp 20 lần so với 4G LTE. Đối với người tiêu dùng chúng ta, đặc tả kỹ thuật là 100 Mbps (megabit/giây) và 50 Mbps tương ứng với tốc độ thấp nhất cho tải xuống và tải lên. Con số này cũng tương tự với mạng LTE-Advanced, nhưng là tốc độ tối thiểu chứ không phải trong điều kiện lý tưởng mới đạt được như với LTE-Advanced.

 

Các trạm 5G sẽ phải phủ sóng cho mọi người dùng, từ đứng yên cho tới di chuyển bằng phương tiện với tốc độ lên tới 500 km/giờ. Điều này hết sức quan trọng cho những vật kết nối di chuyển trên các tuyến đường cao tốc. Bản mô tả của ITU cũng xác định mạng 5G phải phủ sóng phục vụ ít nhất 1 triệu thiết bị trong mỗi kilomet vuông. Mục đích một phần là để hỗ trợ hoạt động cho rất nhiều thiết bị thông minh IoT, từ đèn giao thông cho đến các phương tiện vận chuyển kết nối Internet. 

 

5G cũng nhằm giải quyết một trong những vấn đề lớn của 4G: độ trễ. Các mạng 5G sẽ mang đến cho người tiêu dùng độ trễ tối đa chỉ 4 ms (mili giây), và thậm chí chỉ 1 ms cho những liên lạc tin cậy với độ trễ cực thấp. Để so sánh, độ trễ lý thuyết của 4G là 20 ms, và trên thực tế kết nối của các mạng 4G LTE ở Mỹ hiện có độ trễ trung bình là 61ms.

 

Công nghệ 5G đang dần hoàn thiện

 

5G SO VỚI LTE-Advanced về tốc độ tải xuống thấp nhất và độ trễ

 

Một trong những trở ngại lớn nhất là công nghệ. Các nhà nghiên cứu và các công ty viễn thông vẫn đang cân nhắc về triển vọng của một số công nghệ và phần cứng để đạt những tiêu chuẩn mới của 5G. Nghiên cứu sự lan truyền sóng đối với sóng ngắn milimet và thiết bị hỗ trợ công nghệ MIMO (multi-input multi-output) sử dụng nhiều ăng ten là nhằm tăng băng thông đạt tới những khả năng mong muốn. Các kỹ thuật khuếch đại sóng và phân tập xa (macro-diversity) đang được thiết kế để nâng cao độ tin cậy của việc truyền tín hiệu khoảng cách xa, cùng với đó là những nghiên cứu kết nối thiết bị tới thiết bị (device-to-device). Khả năng tương thích ngược cũng được xem xét và từng bước hỗ trợ 5G. Đó là lý do tại sao ngành công nghiệp đang tìm cách phát triển những chuẩn kiểu như LTE Advanced Pro để rút ngắn khoảng cách.

 

Các thông số kỹ thuật của 5G còn phải đáp ứng cho việc kết nối đồng thời rất nhiều thiết bị IoT tiêu thụ năng lượng thấp, trong khi nâng cao hiệu quả năng lượng của toàn mạng. Và có nhiều điều khác nữa phải xem xét như mã hóa, truyền tin, và xử lý dữ liệu. Các nhà nghiên cứu cùng các công ty đang nỗ lực để sớm đi đến sự thống nhất cuối cùng. 

 

ITU tiếp tục tham khảo ý kiến về các công nghệ sẽ được sử dụng cho 5G, dự kiến sau năm 2018 sẽ ban hành về phổ tần cần thiết và các thông số kỹ thuật vô tuyến đầy đủ cho chuẩn IMT-2020. Dù vậy, đã có sự thống nhất cơ bản giữa các nhà phát triển về 5G và kiểu mạng thế hệ mới. Người dùng ngày càng tiêu thụ nhiều nội dung phim ảnh trực tuyến chất lượng cao trên thiết bị di động của họ, nhưng các mạng di động thường dùng các băng tần thấp hơn trên phổ tần số vô tuyến, nơi chen chúc nhiều sóng mang có bước sóng centimet (tần số vài trăm MHz) để dễ vượt qua các chướng ngại vật, vì thế tốc độ mạng sẽ bị hạn chế. Các dải tần số cao, ít được dùng hơn, bắt đầu được nhòm ngó như là cứu cánh để giải quyết vấn đề thiếu hụt băng thông.

 

5G có lẽ sẽ sử dụng băng tần ở dải tần số cao bước sóng milimet để có thể truyền tải khối lượng dữ liệu lớn với tốc độ rất cao. Cũng chính vì vậy mà mạng 5G sẽ bao gồm nhiều trạm phát sóng nhỏ, một số chỉ phủ sóng vài tòa nhà, để bù cho những khiếm khuyết của tín hiệu sóng tần số rất cao là không đi được xa và khó xuyên qua các chướng ngại vật. Về phía thiết bị tiêu dùng, smartphone 5G sẽ sử dụng ăng ten MIMO để đảm bảo luôn trong vùng phủ sóng của một lượng lớn các trạm phát sóng nhỏ, cũng như tăng thông lượng tổng thể. Tất cả các mạng LTE cũng như mạng WiFi, và phổ tần không cần cấp phép có thể đều được huy động để đảm bảo phạm vi phủ sóng đầy đủ và tốc độ dữ liệu cao hơn cho 5G.

 

Sóng milimet và kiến trúc mạng tế bào mới

 

Tín hiệu vô tuyến được đo bằng bước sóng của chúng. Chiều dài bước sóng càng ngắn, tần số càng cao. Tín hiệu 5G sẽ sử dụng các bước sóng (giữa 30 GHz và 300 GHz) được đo bằng milimet. Đó là lý do vì sao 5G được xem là công nghệ sóng milimet. 

 

Dải tần số cao có khả năng đem đến băng thông dữ liệu đáng kinh ngạc cho mạng 5G, nhờ đó nhiều người sẽ đồng thời gửi và nhận dữ liệu với dung lượng và tốc độ đạt được đến khó tin. 

 

Nhưng kèm theo đó cũng có những nhược điểm. Tần số cao có tầm phủ ngắn, và sóng 5G có lẽ chỉ có thể vượt qua vài khối nhà của bất kỳ khu vực cụ thể nào. Sóng ngắn khó xuyên qua các chướng ngại vật. Mọi thứ, từ những bức tường bê tông cho đến các tán cây, đều có thể ngăn cản làm gián đoạn tín hiệu. Điều đó biến nó thành công nghệ tầm nhìn trực tiếp, và như vậy modem không dây hay ĐTDĐ của bạn sẽ phải ở gần trạm phát mới có tốc độ truyền tốt nhất.

 

Ngoài việc cung cấp băng thông lý tưởng, 5G còn phải giảm độ trễ giữa các thiết bị được nó kết nối. 5G đáp ứng độ trễ giữa các thiết bị đầu cuối (end-to-end) vào khoảng 1 ms, đem lại hiệu suất kết nối vượt trội mà thế hệ 4G chỉ có thể mơ. Trong một số trường hợp, điều đó là tuyệt vời. Chẳng hạn, xe không người lái phải có khả năng giao tiếp gần như tức thời để phản ứng thích hợp ngay với mọi tình huống xảy ra đột ngột trên đường di chuyển, tránh gây tai nạn.

 

Việc triển khai cơ sở hạ tầng cũng sẽ khác trước. Lâu nay các công ty viễn thông thường dựng những tháp sóng điện thoại di động lớn để truyền phát tín hiệu di động rộng rãi. 5G có lẽ sẽ làm thay đổi mô hình này. Thay vì dựng những tháp cao lớn, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ lắp đặt rất nhiều trạm phát sóng nhỏ (small cell), theo IEEE khoảng cách tầm 250 mét, tạo thành mạng lưới dày đặc các trạm phát sóng không chỉ để kết nối với các thiết bị di động mà còn để liên kết chúng với nhau hay với các bộ chuyển mạch. Đó là một kiến trúc mạng tế bào hoàn toàn mới, và có lẽ bạn sẽ không còn cần tới dịch vụ Internet có dây nữa.  

 

Hiện tại chúng ta chưa thực sự biết 5G sẽ như thế nào vì các tiêu chuẩn kỹ thuật vẫn đang tiếp tục được hoàn thiện. Nhưng chắc chắn ngoài những ưu điểm như đã nói ở trên còn một nhược điểm lớn có thế nhận ra từ bây giờ, đó là quá trình nâng cấp sẽ rất tốn kém. Các nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải đổ ra hàng tỷ USD (có lẽ vào khoảng 21 tỷ USD) để thực hiện bước nhảy vọt từ 4G lên 5G, theo ước tính của một nhóm nghiên cứu mới công bố hồi tháng 5/2017. Và người tiêu dùng cũng sẽ tốn nhiều tiền hơn. 

 

5G sẽ làm thay đổi cuộc sống của bạn

 

Cũng như mọi công nghệ đang phát triển, chi tiết về 5G sẽ tiếp tục rõ dần, và bạn sẽ thấy 5G làm thay đổi cuộc sống của bạn ra sao.

 

Trước hết, bạn sẽ phải mua smartphone mới. Điện thoại có khả năng tương thích ngược, chẳng hạn một chiếc smartphone 4G vẫn hoạt động bình thường trên mạng 3G cũ hơn. Tuy nhiên, bạn phải có smartphone đời mới với nhiều ăng ten bên trong để hoạt động với chuẩn 5G. Đổi lại bạn sẽ có được những trải nghiệm chưa từng thấy. Một bộ phim bạn tải về từ mạng chỉ trong chốc lát, thế giới thực tế ảo trên điện thoại di động trở thành hiện thực và hết sức mượt mà bởi hầu như không hề có độ trễ. Trong môi trường mạng 5G siêu tốc, chỉ với chiếc điện thoại và kính VR, bạn sẽ thấy thế giới xung quanh hoàn toàn mới lạ.

 

Nhưng các công ty công nghệ đang tìm kiếm những triển vọng vượt ra ngoài chiếc smartphone đã trở nên cũ kỹ của kỷ nguyên 3G. Cuộc cách mạng lớn lao đang tới có thể thay đổi toàn bộ đời sống xã hội của chúng ta. Xe tự lái, vốn dĩ đã thành hiện thực, có lẽ sẽ được hưởng lợi lớn từ mạng 5G, giao thông trên đường sẽ an toàn hơn. Drone để giao sản phẩm hàng hóa và giám sát thực thi pháp luật sẽ trở nên phổ biến hơn. Thiết bị kết nối thông minh hiện hữu khắp nơi trong ngôi nhà bạn. Và những thành phố thông minh trở nên quen thuộc chứ không còn là hiện tượng.

 

Tại Mỹ, 5G sẽ bắt đầu được triển khai từ khoảng 2019 – 2020. Một trong những nơi đầu tiên công nghệ 5G trình diễn có thể là PyeongChang, Hàn Quốc, cách thủ đô Seoul 180 km về phía đông. Đó là vào thời gian diễn ra Thế vận hội (Olympics) mùa Đông 2018. Các nhà sản xuất và cung cấp dịch vụ sẽ tận dụng sự kiện được toàn thế giới quan tâm theo dõi này để giới thiệu các sản phẩm 5G mới của họ.

 

Ở thời điểm hiện tại, 5G vẫn đang là giấc mơ ảo ảnh. Nhưng chỉ vài năm nữa thôi, 5G sẽ trở thành hiện thực, và cuộc sống công nghệ cao của bạn sẽ chuyển sang trang mới theo cách hiện giờ khó có thể tưởng tượng.

 

T8/2017, PC WORLD VN