Nghiên cứu Khoa học
Mạng 5G
Kể từ khi hệ thống 1G được Nordic Mobile Telephone giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1981, cứ khoảng 10 năm lại xuất hiện một thế hệ điện thoại di động mới. Các hệ thống 2G đầu tiên bắt đầu tung ra vào năm 1991, các hệ thống 3G đầu tiên xuất hiện lần đầu vào năm 2001 và hệ thống 4G hoàn toàn tuân thủ các tiêu chuẩn "IMT nâng cao" đã được chuẩn hóa vào năm 2012. Sự phát triển các hệ thống tiêu chuẩn của các mạng 2G (GSM) và 3G (IMT-2000 và UMTS) mất khoảng 10 năm kể từ khi các dự án R&D chính thức bắt đầu, và quá trình phát triển hệ thống 4G đã được bắt đầu từ năm 2001 hoặc 2002.
Các công nghệ làm tiền đề cho một thế hệ mới thường được giới thiệu trên thị trường từ một vài năm trước đó, ví dụ như hệ thống CdmaOne/IS95 tại Mỹ vào năm 1995 được xem là tiền đề cho 3G, hệ thống Mobile WiMAX ở Hàn Quốc năm 2006 được xem là tiền đề cho 4G và hệ thống thử nghiệm đầu tiên cho LTE là ở Scandinavia năm 2009. Từ tháng 4 năm 2008, Machine-to-Machine Intelligence Corp – một tôt hợp NASA Research Park – dưới sự lãnh đạo của Geoff Brown – bắt đầu phát triển công nghệ liên lạc 5G.
Mạng di động 5G được lên kế hoạch sử dụng thêm bước sóng milimét, phổ tín hiệu RF giữa các tần số cao 20GHZ và 300GHz. Các bước sóng này có thể truyền tải khối lượng lớn dữ liệu với tốc độ cao, nhưng không truyền được xa và khó xuyên qua tường, vượt các ngại vật như các bước sóng tần số thấp trong mạng 4G. Vì vậy khi xây dựng mạng 5G, các nhà mạng đã sử dụng một lượng lớn ăng ten để có cùng độ phủ sóng như 4G hiện tại.
Kiến trúc của 5G được mở rộng và nâng cấp các yếu tố mạng của nó và thiết bị đầu cuối khác nhau được nâng cấp để đủ khả năng đáp ứng các yêu cầu mới. Tương tự như vậy, các nhà cung cấp dịch vụ có thể thực hiện công nghệ tiên tiến để áp dụng các dịch vụ giá trị gia tăng một cách dễ dàng.
5G viết tắt của từ Generation, thế hệ thứ 5 của mạng di động. Mỗi thế hệ tương ứng với một tập hợp các yêu cầu riêng, quyết định chất lượng thiết bị và hệ thống mạng nào chuẩn đáp ứng yêu cầu và tương thích với các hệ thống mạng khác. Thế hệ 5G cũng mang lại những công nghệ và kỹ thuật mới, mang lại khả năng giao tiếp mới.
Hiện 5G đang còn trong giai đoạn phát triển và thử nghiệm hứa hẹn sẽ được sử dụng rộng rãi trong thời gian sắp tới. Với 5G sẽ khắc phục được những khuyết điểm của 4G đặc biệt là tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh hơn gấp nhiều lần. Công nghệ mới trong 5G sẽ bổ sung thêm ứng dụng nhờ kết nối điện thoại di động, tự động hóa nhà, giao thông vận tải thông minh, an ninh và sách điện tử….
Hình 1: Thời gian dự kiến triển khai mạng 5G
Theo báo cáo của các Hiệp hội các nhà báo Các nhà cung cấp di động toàn cầu(GSA –Global mobile Suppliers Association), tính đến đến tháng 6 năm 2022, khoảng 70 quốc gia đã có mạng 5G, tăng gần gấp đôi hơn so với con số vào giữa 2020 là 38 quốc gia.
Thế hệ 5G là một công nghệ mới mà sẽ cung cấp tất cả các ứng dụng có thể, bằng cách sử dụng một thiết bị bao quát, kết nối hầu hết các cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc đã tồn tại. Các thiết bị đầu cuối 5G sẽ là một đa cấu hình lại và được kích hoạt nhận thức vô tuyến. Các mạng di động 5G sẽ tập trung vào việc phát triển các thiết bị đầu cuối sao cho có thể truy cập công nghệ mạng không dây khác nhau cùng một lúc và sẽ kết hợp các luồng khác nhau từ các công nghệ khác nhau.
Hình 2: Tốc độ của 5G so với 3G và 4G
Thay vì những trạm cơ sở trên mặt đất của 2G, 3G và 4G thì 5G sẽ sử dụng các trạm HAPS (High Altitude Platform Stations).
Các HAPS về cơ bản giống những chiếc máy bay treo lơ lửng ở cùng một vị trí cố định trong khoảng 17km – 22 km so với mặt đất và chúng sẽ hoạt động như một vệ tinh. Sử dụng các này sẽ giúp đường tín hiệu được thẳng hơn và giảm đi tình trạng bị các vật cản của các kiến trúc cao tầng.
Ngoài ra thì nhờ vào độ cao, các trạm cơ sở có khả năng bao phủ diện tích tộng lớn hơn, loại bỏ những vấn đề về diện tích vùng phủ sóng. Ở những nơi trên biển hoặc các trạm phát sóng trên đất liền khổng thể phủ sóng, cũng có thể bắt đc tín hiệu 5G.
Hình 3: Trạm HAPS ngoài không gian
Đây là kỹ thuật mới và rất tốt trong việc phục dịch vụ thông tin không dây băng thông rộng. Trạm HAPS cung cấp phạm vi với bán kính khoảng 30km. Do đó có thể thiết lập một trạm duy nhất trạm HAPS ở khu vực ngoại ô và nông thôn thay vì đặt các trạm cơ sở trên mặt đất của các thế hệ trước. Trạm HAPS không yêu cầu bệ phóng đắt tiền như vệ tinh vì vậy mang lại hiệu quả chi phí cũng như có thể dễ dàng triển khai, vì vậy nó cũng được sử dụng trong trường hợp khẩn cấp hoặc tai nạn. Do ở trên cao nên có tác động sự thay đổi không khí nên các trạm HAPS sẽ thay đổi vị trí tùy theo chiều dọc và chiều ngang. Sự chuyển động này làm thay đổi, sai lệch góc nhìn các thiết bị đầu cuối ở trên mặt đất. Nếu sự thay đổi này lớn hơn bề rộng chùm tia của anten thì yêu cầu tăng hoạt động liên kết. Nhờ sử dụng cách này nó sẽ khắc phục được nhiều hạn chế và sẽ giúp đường truyền tín hiệu được thẳng hơn và giảm tình trạng bị cản trở bởi những nhà cao tầng. Do các trạm nằm ở trên cao nên sẽ có khả năng bao phủ diện tích rộng lớn giúp làm giảm những vấn đề về diện tích phủ sóng.
Yêu cầu của mạng 5G, sẽ có sự khác biệt lớn giữa các thế hệ trước.
Với thế hệ mới 5G này yêu cầu bao gồm:
- Mức tiêu thị pin thấp hơn, tăng tuổi thọ pin.
- Tốc độ truyền dũ liệu nhanh hơn, kết nối ổn định và đáng tin cậy, phạm vi bao phủ rộng va tốc độ dữ liệu cạo ở viền phạm vi bao phủ giúp cải thiện hơn về vấn đề diện tích phủ sóng.
- An toàn, hiệu quả năng lượng, không gây hại đến sức khỏe con người.
- Dung lượng hệ thống cao hơn, độ trễ thấp.
- Hỗ trợ kết nối đồng thời lớn, gia tăng số lượng người kết nối đồng thời.
- Lệ phí lưu lượng truy cập rẻ hơn do chi phí triển khai hạ tầng thấp.
- Các ứng dụng kết hợp với cảm biến nhân tạo thông minh hơn(AI) sẽ ra đời, giúp tăng khả năng giao tiếp giữa con người với điện thoại di động thông minh hoặc các thiết bị đeo tay.
Những thách thức trong quá trình thương mại hóa 5G
Những lợi ích do mạng 5G mang lại rất lớn. Mặc dù vậy, vẫn còn một số vấn đề cần phải được giải quyết trước khi công nghệ 5G bao phủ. Đó là sự sẵn sàng của băng tầng và các thách thức về mặt công nghệ, ứng dụng. Cụ thể các thách thức như sau:
- Chi phí đầu tư ban đầu cao: Việc triển khai mạng 5G đòi hỏi khoản đầu tư lớn cho các nhà mạng và các doanh nghiệp. Chi phí này có thể gây khó khăn cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ.
- Cơ sở hạ tầng khi triển khai mạng 5G. Hầu hết các trạm di động hiện nay đều đã lắp đặt các thiết bị 2G, 3G, 4G nên không đủ không gian để lắp đặt 5G và các hạ tầng. Mức tiêu thụ điện năng của 5G cao hơn so với cái thế hệ trước đặt ra những thách thức lớn về cơ sở hạ tầng. Dẫn đến sẽ dễ phát sinh chi phí lớn.
- Vấn đề bảo mật ra riêng tư: Với tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh hơn, mạng 5G cũng đem lại nhiều rủi ro về bảo mật và riêng tư. Các dữ liệu các nhân có thể bị lộ thông tin qua các thiết bị kết nối mạng.
- Nguy cơ ảnh hưởng đến con người: Một số nghiên cứu cho thấy rằng sóng điện từ của mạng 5G có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Tuy nhiên, các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu về vấn đề này để đưa ra giải pháp phù hợp.
- Ngoài ra, việc triển khai mạng 5G cũng đòi hỏi quy định và chính sách phù hợp để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Việc chuyển đổi từ mạng 4G sang mạng 5G cũng có thể gây ra một số kỹ thuật và các vấn đề tương thích thiết bị.
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC DUY TÂN
Phòng 503 - K7/25 Quang Trung, Tp Đà Nẵng
(0236) 3827111(Ext 503)
feee@duytan.edu.vn
