Bài 5: Chặng quá độ từ 4G lên 5G

(ảnh minh họa: RG)

Phát biểu tại hội thảo Quốc tế 4G/5G 2018 diễn ra ngày 6/4 tại Hà Nội, ông Jim Cathey, Chủ tịch Qualcomm Technologies khu vực châu Á - Thái Bình Dương và Ấn Độ nhận định, Việt Nam là một trong những quốc gia có sự tăng trưởng Internet, mobile mạnh mẽ thời gian qua. Chỉ trong 18 tháng triển khai chính thức, kết nối 4G LTE đã đạt độ phủ 95% dân số Việt Nam.

Thế nhưng, tại Việt Nam, tốc độ truyền tải dữ liệu trung bình của mạng 4G tại Việt Nam là 35-37 Mbit/giây, cao gấp 3,5 đến 4,5 lần so với tốc độ trung bình của mạng 3G hiện tại. Không những vậy tốc độ truyền tải dữ liệu có độ chênh khá lớn ở các khu vực khác nhau.

Và ông Lê Nam Thắng, Nguyên Thứ trưởng Bộ TT&TT - người nhiều năm phụ trách lĩnh vực viễn thông - nhận định: "Vấn đề cốt yếu không phải là phủ sóng dịch vụ 4G nhiều hay ít. Dù có phủ sóng đến 95% toàn quốc nhưng tốc độ đường truyền lại tậm tịt thì không thể gọi là dịch vụ 4G được."

Vậy LTE (4G) đã được kỳ vọng thế nào khi người ta chuyển từ 2G, 3G?

Giai đoạn 2000 đến 2010 chứng kiến sự tăng trưởng thuê bao vượt bậc từ 500 triệu đến hơn 4,5 tỷ thuê bao di động trên toàn thế giới. Nó được thúc đẩy bởi sự ra đời các thiết bị hấp dẫn và thân thiện với người dùng như iPhone năm 2007, điện thoại thông minh trên hệ điều hành Android từ năm 2008. Các nhà mạng trước đây đã cố gắng khuyến khích sử dụng dữ liệu di động, giới thiệu các chương trình tính phí hấp dẫn cho phép tải xuống dữ liệu không giới hạn (unlimited).

Kết quả là các mạng di động trên toàn thế giới bắt đầu tắc nghẽn trong những năm khoảng năm 2010, dẫn đến yêu cầu tăng công suất, băng thông mạng. Nhiều nhà mạng đã bắt đầu bỏ gói cước không giới hạn hoặc tính phí rất đắt. UMTS hoặc 3G là một bản nâng cấp khổng lồ từ GSM/GPRS 2G. Nhưng nó một lần nữa phải đối mặt với một số hạn chế trong khâu thiết kế. Và do đó tổ chức 3GPP, tổ chức định chuẩn về các hệ thống thông tin di động đã bắt tay vào thiết kế cải tiến các hệ thống con (sub system) của 3G như RAN (Radio Access Network) và mạng lõi (Core Network).

Đó là việc thay đổi phương thức điều chế tín hiệu từ W-CDMA trên băng tần 5Mhz sang phương thức điều chế OFDMA, cung cấp một độ rộng băng thông linh hoạt từ 1.4 Mhz đến 20Mhz và hiệu quả hơn với các sóng mang trực giao ở các tần số là bội của 15 Khz.

Ngoài ra còn tiến thêm một bước bằng cách kết hợp sóng mang (Carrier Aggreation) để tăng dung lượng băng thông trong LTE-Advance và sử dụng hiệu quả antenna (MIMO).

Về mặt mạng lõi (Core Network), trong khi 2G, 3G còn có các thành phần hỗn hợp chuyển mạng kênh (circuit switched core) để phục vụ các cuộc gọi đàm thoại (voice) và dữ liệu (packet switched core) thì đến LTE tất cả mạng là IP (All-IP), lúc này thoại cũng được xem là một loại dữ liệu như các dữ liệu (hình ảnh, âm thanh, dữ liệu số hóa,…) khác. Thoại thực chất là chạy trên nền của IP (VoIP) hay VoLTE.

Một thành phần khác là sự tiến triển của NodeB (3G) thành evolved eNodeB trong đó chức năng Radio Network Controller của mạng lõi đã tích hợp trong chức năng của eNodeB, làm giảm sự phức tạp của mạng lõi và tang độ thông minh và linh hoạt của mạng radio (RAN).

Ngoài ra các chip xử lý (modem 4g) và các chức năng trong máy điện thoại thông minh (iOS, Android) đã giúp và đòi hỏi nhu cầu xử lý và tang cường băng thông nhiều hơn.

(ảnh minh họa: Meee Service)

Mặt khác, Với sự ra đời của các thiết bị IoT, sự gia tăng các thiết bị cảm biến, tổng số thiết bị được kết nối dự kiến sẽ đạt 28 tỷ vào năm 2021. Nhu cầu về kết nối tin cậy và độ trễ thấp thúc đẩy nền tảng 4G phát triển với độ trễ khoảng 50 đến 300ms so với trên 500ms ở 3G, hàng giây ở 2G.

Tóm lại những nhu cầu về dữ liệu ngày càng tăng và độ trễ ngày càng giảm là động lực chính của 4G. Các động lực này cũng thúc đẩy nhu cầu của 5G.

Vấn đề Carrrier Aggregation (CA- Tổng hợp sóng mang)

Như ta đã biết, kỹ thuật điều chế OFDMA và kỹ thuật antene MIMO đã góp phần mang lại sự tiến bộ cho hệ thống 4G so với 3G. Tuy nhiên, thiết bị di động UE mới chỉ được phép kết nối, tải dữ liệu từ một trạm phát vô tuyến (Basse Station, trường hợp 4G gọi là eNodeB). Tốc độ đỉnh lý thuyết (peak data rate đạt được dù cao đến hơn 300 Mbps nhưng vẫn không thể thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng về tốc độ và cạnh tranh với cáp quang được).

Trong các phiên bản LTE mới hơn gọi là LTE Advanced, 3GPP đã đưa ra khái niệm tổng hợp sóng mang (Carrrier Aggregation-CA). Lấy ví dụ tương tự, để tăng thông lượng (tốc độ) thì cần xem xét mở thêm các làn đường song song nữa. Tuy nhiên, với các hệ thống 2G, 3G trước đó là không thể.

Với LTE 4G-Advance bây giờ UE (User Equipment -thiết bị người dùng, điện thoại di động, laptop, tablet,…) có thể kết nối từ 2 đến tối đa 5 trạm vô tuyến khác. Với mỗi một băng thông linh hoạt 1.4Mhz, 3Mhz, 5Mhz, 10mHz, 15Mhz, 20 Mhz ta có

Băng thông tối đa tổng hợp là: 5 x 20 Mhz = 100 Mhz.

Việc tăng băng thông bằng việc tổng hợp này có thể làm tăng tốc độ truyền tải (data rate) lên đến 1.5 Gbps và có thể cạnh tranh với hệ thống cáp quang hiện hữu.

(ảnh minh họa: Electronic Design)

Trong việc tổng hợp sóng mang, ta có các sóng mang thành phần (CC- Component Carrier), nôm na là mỗi làn xe riêng biệt trong cả con đường. Tuy nhiên vẫn có một trạm chính (Primary Serving Cell) mà các thiết bị UE được định danh và chuyển trạm (handover), các trạm phụ (secondary serving cell) là các trạm 2, 3, 4, 5 còn lại.

UE cũng phải được nâng cấp để hỗ trợ CA và các thiết bị này được phân loại từ 1, 10. Ví dụ UE Category 8 hỗ trợ 5 sóng mang thành phần (CC) ở hướng tải xuống và 5 sóng mang thành phần (CC) ở hướng tải lên.

Kỹ thuật CA cũng đẩy mạng thiết lập các tế bào mạng (Cell) (các vùng phục vụ của một trạm phát vô tuyến) nhỏ (small cell) như Femto cells hay Pico Cells, là xu hướng của thế hệ 5G.

(Hết)

Đào Trung Thành