• Thứ Ba, 27/08/2013 15:17 (GMT+7)

    Mạng di động hướng tới 5G

    Kỳ Hà
    Công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ 5 sẽ cung cấp băng thông rộng tốc độ siêu nhanh, tạo ra hạ tầng mạng mạnh nhằm đáp ứng yêu cầu kết nối của vô vàn thiết bị trong thế giới của Internet Vạn Vật - IoT.

    Các chùm sóng milimet có định hướng cho phép kết nối di động tốc độ hàng gigabit mỗi giây. Những điện thoại tại đường biên phủ sóng của một tháp di động 4G (màu xanh) có thể sử dụng các chùm tín hiệu truyền theo những tuyến vòng qua các vật cản. Vì các chùm sóng không giao thoa nên các điện thoại có thể sử dụng cùng tần số (màu hồng) mà không bị nhiễu. Điện thoại gần tháp 4G thì kết nối trực tiếp (màu xanh lá cây).

    Theo dự báo của Cisco, tới năm 2020 sẽ có hơn 50 tỷ thiết bị được kết nối vào các mạng di động. Từ những vật dụng trong nhà như TV, tủ lạnh, máy giặt, lò vi sóng, cho đến những bộ y phục gắn cảm biến, hay những vật thể chuyển động như tàu hỏa, xe hơi… tất cả chúng đều tham gia vào mạng Internet toàn cầu và sẽ tiêu thụ lượng dữ liệu với dung lượng gấp cả 1.000 lần so với các thiết bị di động ngày nay, vượt từ 10 đến 100 lần năng lực truyền tải của các mạng hiện tại. Vì vậy, trong khi các hãng viễn thông đang gấp rút tung ra những thiết bị 4G, cũng là lúc họ bắt đầu làm rõ chuẩn không dây thế hệ thứ 5, hay còn gọi là 5G.

    Thành công của Samsung cùng “sóng milimet”

    Vẫn còn quá sớm để hình dung chính xác về công nghệ “5G”, nhưng Samsung mới đây cho biết đang chuẩn bị một giải pháp đầy hứa hẹn. Hãng sản xuất điện tử khổng lồ Hàn Quốc tuyên bố đã sử dụng ăng-ten theo công nghệ beam-forming (tạo ra chùm tín hiệu truyền nhận có định hướng), và trong thử nghiệm ở băng tần 28 GHz, với ăng-ten mảng gồm 64 phần tử, đã đạt được tốc độ truyền lên đến trên 1 gigabit/giây trong khoảng cách 2 km. Samsung cho biết công nghệ này có thể đẩy tốc độ truyền lên tới 10 gigabit/giây, nhanh gấp hàng trăm lần so với các mạng 4G LTE hiện tại, cho phép thuê bao di động tải về một bộ phim độ phân giải cao chỉ trong vòng 1 giây. Công nghệ này mở ra cơ hội cho người dùng di động được hưởng các dịch vụ cao cấp như xem phim trực tuyến 3D, xem nội dung ở độ phân giải siêu cao 4K hay 8K, chăm sóc y tế từ xa…

    Chưa thể vội gán ngay nhãn “5G” cho công nghệ của Samsung, nhưng quả thực đây là một bước đột phá với công nghệ truyền phát sóng hoạt động ở băng tần cao, từ 3 đến 300 GHz, bước sóng tính bằng milimet, hay còn gọi là “sóng milimet”. Trên thực tế, các mạng di động thường dùng các băng tần thấp hơn trên phổ tần số vô tuyến, nơi chen chúc của hàng chục sóng mang có bước sóng centimet (tần số vài trăm MHz) dễ dàng vượt qua các chướng ngại vật và xuyên trong không khí. Nhưng phổ tần “ngon lành” này không đủ cho nhu cầu ngày càng tăng của các nhà khai thác mạng, và  các mạng 4G đang phát triển nhanh chóng lại càng khiến tình trạng khan hiếm phổ tần thêm căng thẳng. Vì vậy, các dải tần số cao, ít được dùng hơn, bắt đầu được nhòm ngó. Các kỹ sư của Samsung ước tính rằng các quốc gia có thể giải phóng tới 100 GHz phổ tần sóng milimet cho truyền thông di động – bằng khoảng 200 lần so với các mạng di động sử dụng ngày nay. Lượng phổ tần dồi dào này sẽ cho phép băng thông rộng hơn và tốc độ truyền dữ liệu vượt trội.

    “Sóng milimet” – tương lai của 5G?

    Triển khai nhiều trạm phát sóng nhỏ (small cell base stastion) sẽ giúp tăng dung lượng truyền tại những khu vực đông người ở thành thị và phủ kín sóng cho những vùng “chết” ở nông thôn.
    Thực ra việc sử dụng băng tần bước sóng milimet không phải là mới. WiGig (Wireless Gigabit Alliance) là một chuẩn không dây trong nhà, sử dụng băng tần miễn phí và không cần cấp phép 60 GHz, có thể truyền dữ liệu giữa các thiết bị trong cùng một căn phòng với tốc độ hàng gigabit mỗi giây. Nhưng có những lý do khiến việc phủ sóng milimet ít được quan tâm. Đó là bởi khả năng xuyên vật liệu rắn của những sóng này không được tốt, lại tốn năng lượng so với sóng truyền trên băng tần thấp hơn cho khoảng cách dài, do chúng dễ bị hấp thụ hoặc tán xạ bởi vật cản, môi trường – điều kiện thời tiết, khí hậu. Thêm nữa, ăng-ten dùng cho sóng milimet có khẩu độ nhỏ nên cần nhiều năng lượng hơn cần thiết cho các thiết bị di động truyền nhận dữ liệu.

    Samsung cho biết, công nghệ của họ có thể vượt qua những thách thức này bằng cách sử dụng mảng ăng ten định hướng, tập trung phát sóng vô tuyến theo một chùm hẹp, nhờ đó làm tăng công suất mà không cần nâng công suất truyền tải. Ăng ten mảng kiểu beam-forming từ lâu đã được sử dụng cho radar và các hệ thống liên lạc trong không trung, hiện nay đang được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực, như mang lại băng tần rộng cho truyền hình vệ tinh tốc độ cao đến các vùng hẻo lánh hay sử dụng điện thoại di động khi ở trên máy bay.

    Mẫu mà Samsung đã sử dụng trong các thử nghiệm là một mảng kích thước cỡ bao diêm gồm 64 phần tử ăng ten kết nối với các thành phần xử lý tín hiệu chuyên dụng. Bằng cách biến đổi linh hoạt pha tín hiệu tại mỗi ăng ten, bộ thu phát này phát ra một chùm sóng hẹp chỉ khoảng 10 độ nên có thể chuyển hướng nhanh chóng, như cách đèn pha quét sáng. Để kết nối với bộ thu phát khác, chúng liên tục quét các chùm sóng, tận dụng những vật cản xung quanh để tạo phản xạ, dò tìm ra kết nối mạnh nhất. Samsung đã thử nghiệm với băng tần 28 GHz, nhưng cho biết giải pháp của hãng có thể áp dụng cho hầu hết dải tần từ 3 đến 300 GHz.

    Trong các thử nghiệm ngoài trời, Phòng thí nghiệm Truyền thông tiên tiến (Advanced Communications Lab) của Samsung tại Suwon, Hàn Quốc, đã dùng một bộ phát sóng có thể truyền dữ liệu đạt tốc độ trên 1 gigabit/giây tới hai bộ thu di chuyển với tốc độ 8 km/giờ (tương đương tốc độ của người chạy bộ tập thể dục). Sử dụng công suất truyền “không cao hơn so với các trạm phát sóng 4G hiện tại”, các thiết bị có thể kết nối ở khoảng cách tới 2 km khi không có vật cản, Wonil Roh, trưởng phòng thí nghiệm Suwon cho biết. Nếu có vật cản, khoảng cách giảm xuống còn khoảng 200 đến 300 mét.

    Theodore Rappaport, một chuyên gia về công nghệ không dây tại Đại học Bách khoa New York, cũng đã đạt được những kết quả thử nghiệm tương tự tại các khu vực đô thị đông dân cư như ở New York và thủ phủ Austin của bang Texas (Mỹ). Sau những thử nghiệm với việc dùng ăng ten mảng beam-forming, ông kết luận rằng một trạm phát sóng hoạt động ở tần số 28 GHz hoặc 38 GHz có tầm phủ sóng có thể lên tới 200 mét. Rappaport nhận định, các bộ thu phát sóng milimet có thể chưa thay thế ngay được các trạm phát sóng hiện nay vì vùng phủ sóng chưa đạt tới tầm cây số, nhưng trong tương lai các trạm phát sóng có khả năng sẽ nhỏ hơn nhiều so với hiện tại. Các nhà mạng hiện đang tập trung phát triển công nghệ di động tế bào nhỏ (small cell) với việc triển khai nhiều trạm phát sóng nhỏ tại những khu vực đô thị đông người để tăng dung lượng dữ liệu truyền. Rappaport còn cho rằng công nghệ sóng milimet với chi phí rẻ và tiện lợi hơn có thể thay thế cho cả cáp truyền dẫn để kết nối các trạm phát sóng với mạng lõi của nhà khai thác mạng.

    Theo Rappaport, ưu điểm của công nghệ sóng milimet là phổ tần số còn rất nhiều nên có thể áp dụng cho những hệ thống sử dụng phổ tần không chỉ để kết nối các trạm phát sóng với các thiết bị di động mà còn để liên kết các trạm phát với nhau hoặc với các bộ chuyển mạch. Đó là một kiến trúc mạng tế bào hoàn toàn mới.

    Dẫu vậy, nhiều chuyên gia về công nghệ không dây vẫn hoài nghi công nghệ sóng milimet có thể được sử dụng rộng rãi cho băng thông rộng di động. Afif Osseiran, nhà nghiên cứu kỳ cựu tại Ericsson và là người điều phối dự án METIS – một dự án nhận được nhiều vốn đầu tư nhất từ EU để xây dựng các tiêu chuẩn cho mạng 5G, cho biết METIS đang xem xét hàng loạt công nghệ, bao gồm mã hóa dữ liệu và các kỹ thuật điều biến mới, mạng di động tế bào nhỏ, kiểm soát nhiễu tốt hơn, và những thiết kế bộ thu sóng tiên tiến. Ông nhấn mạnh rằng đặc điểm quan trọng của các mạng 5G là kết hợp nhiều hệ thống khác nhau. Và công nghệ sóng milimet chỉ là một phần của chiếc bánh lớn hơn.

    Samsung dự kiến công nghệ của hãng sẽ được thương mại hóa vào năm 2020. Cuối năm ngoái nhà mạng NTT DoCoMo của Nhật Bản cũng đã công bố thử nghiệm thành công truyền dữ liệu với tốc độ 10 gigabit/giây. Nhiều hãng công nghệ và trường đại học tại châu Âu đang ráo riết nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp hứa hẹn nhất cho 5G vào đầu năm 2015. Hồi cuối tháng 2, Liên minh châu Âu (EU) đã công bố kế hoạch đầu tư 50 triệu euro (gần 65 triệu USD) cho công cuộc nghiên cứu nhằm mục tiêu triển khai mạng di động 5G vào năm 2020.
     




    56 tỷ thiết bị kết nối Internet vào năm 2020


    Những năm gần đây, khái niệm Internet of Things (IoT) thường được đề cập tới để chỉ cuộc cách mạng tiếp theo của Internet đang diễn ra, kết nối các đối tượng trong đời sống với nhau, tạo ra khả năng tương tác, điều khiển từ xa cũng như tự động hóa mọi quá trình hoạt động của chúng. Theo quan điểm của Cisco, IoT có thể hiểu đơn giản là thời đại của “các sự vật hay đối tượng” kết nối được Internet có số lượng vượt dân số thế giới. Bộ phận Kinh doanh Giải pháp Internet của Cisco (Cisco IBSG) ước tính điều đó đã xảy ra vào khoảng thời gian từ giữa những năm 2008 – 2009.

    Với đà phát triển vũ bão trong lĩnh vực CNTT và truyền thông, kết nối Internet giờ đây không chỉ còn giới hạn trong phạm vi giữa con người với nhau mà còn là giữa con người với thiết bị, qui trình, dữ liệu, giữa các đồ vật với nhau… và giá trị của các kết nối này tạo ra còn quan trọng hơn số sự vật được kết nối. Vì thế mới đây Cisco tiếp tục đưa ra khái niệm mở rộng, gọi là Internet of Everything (IoE - Internet của Vạn vật). Theo Cisco, hiện vẫn còn hơn 99% sự vật trong thế giới thực chưa được kết nối Internet, và IoE sẽ kết nối những gì chưa được kết nối, bao gồm con người, quy trình, dữ liệu và đồ vật vào trong một mạng lưới thông minh, biến thông tin thành hành động để tạo ra những trải nghiệm tốt hơn, mang đến những cơ hội kinh doanh mới cho cá nhân, doanh nghiệp, và phát triển kinh tế cho các quốc gia.

    Cisco IBSG dự đoán đến năm 2020 sẽ có 56 tỷ thiết bị được kết nối vào Internet. Hệ thống địa chỉ IPv6 đã được đưa vào sử dụng sẵn sàng đáp ứng cho lượng thiết bị khổng lồ đó. Trong khi các mạng di động 4G đang được triển khai ngày càng nhiều, và mạng “siêu tốc” 5G hứa hẹn sẽ bắt đầu được sử dụng vào năm 2020, tạo ra xa lộ cho dòng chảy thông tin không bị nghẽn bất cứ đâu.

     

     

    ID: A1308_7