Công nghệ 5G mang lại những khả năng nào?

Điểm quan trọng là không nên hiểu 5G đơn giản là “4G nhưng nhanh hơn”. Tốc độ cao là một phần nổi bật, nhưng giá trị của 5G còn nằm ở khả năng giảm thời gian phản hồi, phục vụ mật độ thiết bị lớn và cấu hình mạng phù hợp với những loại dịch vụ khác nhau. Những khả năng này kết hợp với nhau để mở rộng phạm vi ứng dụng của mạng di động.

5G là gì và khác biệt cốt lõi nằm ở đâu?

5G là thế hệ công nghệ thông tin di động kế tiếp 4G, được chuẩn hóa để đáp ứng nhiều yêu cầu hiệu năng hơn thay vì chỉ tập trung vào tốc độ. Trong khuôn khổ IMT-2020, ITU xác định hàng loạt chỉ tiêu kỹ thuật như tốc độ dữ liệu, độ trễ, mật độ kết nối, hiệu quả phổ, độ tin cậy, khả năng di động và hiệu quả năng lượng.

Ba nhóm dịch vụ giúp thể hiện rõ bản chất này:

·         eMBB – Enhanced Mobile Broadband: Hướng đến lưu lượng và tốc độ dữ liệu cao

·         URLLC – Ultra-Reliable and Low Latency Communications: Hướng đến độ trễ thấp kết hợp độ tin cậy cao

·         mMTC – Massive Machine-Type Communications: Hướng đến số lượng rất lớn thiết bị kết nối, trong đó nhiều thiết bị chỉ truyền lượng dữ liệu nhỏ

Vì vậy, 5G không tạo ra một mức hiệu năng duy nhất cho mọi tình huống. Một dịch vụ xem nội dung dung lượng lớn cần ưu tiên băng thông; điều khiển công nghiệp có thể đặt nặng độ trễ và độ tin cậy; còn mạng cảm biến cần phục vụ rất nhiều thiết bị mà mỗi thiết bị không nhất thiết cần tốc độ cao.

Tốc độ cao của 5G mang lại khả năng gì?

Một trong những thay đổi dễ nhận thấy nhất của 5G là năng lực truyền dữ liệu lớn. Các yêu cầu kỹ thuật IMT-2020 đặt mức tốc độ đỉnh 20 Gbit/s ở đường xuống và 10 Gbit/s ở đường lên. Tốc độ dữ liệu người dùng trải nghiệm mục tiêu tương ứng là 100 Mbit/s và 50 Mbit/s trong các kịch bản đánh giá liên quan.

Khả năng này phục vụ trực tiếp nhóm eMBB. Khi mạng có năng lực truyền nhiều dữ liệu hơn trong một đơn vị thời gian, những dịch vụ sử dụng video độ phân giải cao, dữ liệu dung lượng lớn hoặc trải nghiệm số giàu nội dung có thêm dư địa hoạt động.

Tuy nhiên, 20 Gbit/s không có nghĩa một chiếc điện thoại 5G thông thường sẽ luôn tải dữ liệu ở 20 Gbit/s. Đây là chỉ tiêu tốc độ đỉnh trong khuôn khổ yêu cầu kỹ thuật, không phải cam kết về tốc độ thực tế cho từng thuê bao. Hiệu năng người dùng nhận được còn phụ thuộc vào phổ tần, băng thông được cấp, cấu hình mạng, thiết bị, tải của cell, chất lượng tín hiệu và môi trường truyền sóng.

Đây là khác biệt cần thiết giữa “khả năng của công nghệ” và “trải nghiệm của một kết nối cụ thể”. Chỉ nhìn vào con số tốc độ đỉnh có thể khiến người dùng đánh giá quá mức lợi ích thực tế của 5G.

Độ trễ thấp thay đổi trải nghiệm như thế nào?

Tốc độ và độ trễ mô tả hai đặc tính khác nhau. Tốc độ cho biết lượng dữ liệu có thể truyền trong một khoảng thời gian, còn độ trễ phản ánh thời gian cần thiết để dữ liệu đi qua hệ thống và tạo ra phản hồi.

Theo các yêu cầu IMT-2020, độ trễ mặt phẳng người dùng tối thiểu được đặt ở mức 4 ms đối với eMBB và 1 ms đối với URLLC trong các điều kiện đánh giá tương ứng.

Độ trễ thấp đặc biệt quan trọng đối với các tác vụ tương tác theo thời gian. Khi một lệnh được gửi đi, việc hệ thống phản hồi nhanh hơn có thể quan trọng hơn việc truyền một lượng dữ liệu cực lớn. Đây là lý do URLLC trở thành một hướng năng lực riêng của 5G thay vì chỉ là hệ quả của việc tăng tốc độ. 3GPP cũng lưu ý rằng độ trễ và độ tin cậy là hai thuộc tính khác nhau và việc đồng thời tối ưu cả hai đặt ra những yêu cầu kỹ thuật riêng.

Độ trễ đầu cuối của một ứng dụng thực tế cũng không thể được suy ra trực tiếp từ chỉ tiêu 1 ms. Dữ liệu còn có thể phải đi qua mạng lõi, mạng truyền dẫn và máy chủ ứng dụng. Đưa tài nguyên tính toán đến gần người dùng bằng edge computing là một cách giảm khoảng cách truyền và nhờ đó giảm một phần độ trễ đầu cuối. 3GPP cho biết trong ví dụ minh họa, edge computing có thể giảm đáng kể độ trễ tùy kiến trúc và giả định triển khai.

5G có thể kết nối bao nhiêu thiết bị?

Khả năng thứ ba ít trực quan hơn tốc độ nhưng rất quan trọng là mật độ kết nối. Yêu cầu IMT-2020 đối với mMTC đặt mật độ kết nối tối thiểu ở mức 1.000.000 thiết bị trên mỗi km² trong kịch bản đánh giá tương ứng.

Ý nghĩa của con số này không phải một triệu điện thoại cùng xem video trong một kilomet vuông. mMTC hướng đến số lượng rất lớn thiết bị máy–máy, trong đó nhiều thiết bị có thể chỉ gửi những gói dữ liệu nhỏ và không nhạy cảm với độ trễ. 3GPP lấy những cảm biến gửi cập nhật định kỳ làm ví dụ cho loại nhu cầu này.

Khả năng đó tạo nền tảng cho những hệ thống có mật độ cảm biến và thiết bị IoT lớn. Thay vì yêu cầu mỗi thiết bị phải có băng thông rất cao, bài toán chuyển sang quản lý và duy trì kết nối hiệu quả cho một quần thể thiết bị lớn với đặc điểm lưu lượng khác nhau.

Điều này cũng cho thấy ba lợi ích thường được nhắc đến của 5G không đồng nghĩa với việc mọi kết nối đều đồng thời đạt tốc độ cực đại, độ trễ cực tiểu và mật độ thiết bị cực đại. Các chỉ tiêu được thiết kế cho những kịch bản sử dụng và điều kiện đánh giá khác nhau.

Vì sao 5G có thể phục vụ nhiều loại dịch vụ khác nhau?

Khả năng của 5G không chỉ đến từ giao diện vô tuyến. Kiến trúc hệ thống 5G còn được xây dựng để mạng có thể thích ứng tốt hơn với những yêu cầu dịch vụ khác nhau.

Một đặc điểm quan trọng là network slicing. 3GPP mô tả network slice như tập hợp các tính năng và chức năng được cấu thành để cung cấp những dịch vụ cần thiết cho một kịch bản sử dụng cụ thể. Điều này cho phép hạ tầng mạng được tổ chức theo các yêu cầu khác nhau thay vì buộc mọi dịch vụ sử dụng cùng một cấu hình chung.

Edge computing bổ sung một khả năng khác: đưa năng lực mạng lõi hoặc tính toán đến gần người sử dụng hơn. Khi quãng đường dữ liệu phải di chuyển được rút ngắn, độ trễ có thể giảm, điều đặc biệt hữu ích cho những ứng dụng cần phản hồi nhanh.

Nhờ đó, ý nghĩa của 5G nằm ở sự kết hợp giữa năng lực vô tuyến và kiến trúc mạng. Tốc độ cao giải quyết nhu cầu băng thông; URLLC hướng đến những dịch vụ đòi hỏi phản hồi nhanh và độ tin cậy cao; mMTC giải quyết quy mô kết nối; còn các cơ chế như network slicing và edge computing giúp hạ tầng thích ứng với từng yêu cầu cụ thể.

Các khả năng của 5G được ứng dụng ra sao?

Khi nhìn từ yêu cầu của ứng dụng thay vì chỉ nhìn vào thông số mạng, vai trò của từng khả năng trở nên rõ hơn.

Với các dịch vụ tiêu thụ nhiều dữ liệu, eMBB cung cấp nền tảng cho tốc độ và dung lượng cao hơn. Với các hệ thống tương tác nhạy với thời gian, độ trễ thấp và độ tin cậy của URLLC trở thành yếu tố quan trọng. Với mạng cảm biến hoặc IoT quy mô lớn, mMTC ưu tiên khả năng phục vụ mật độ thiết bị cao thay vì cố gắng cung cấp tốc độ cực lớn cho từng thiết bị. 3GPP xác định cả ba nhóm khả năng này trong phạm vi phát triển 5G.

Một số ứng dụng còn cần kết hợp nhiều thuộc tính. Chẳng hạn, XR đặt ra đồng thời yêu cầu về tốc độ dữ liệu cao và độ trễ thấp, vì nội dung phải được truyền với dung lượng đáng kể nhưng phản hồi cũng phải đủ nhanh để duy trì trải nghiệm tương tác. 3GPP đã nghiên cứu riêng các cơ chế hỗ trợ XR trong NR vì sự kết hợp yêu cầu này tạo ra những thách thức khác với truyền dữ liệu thông thường.

Do đó, câu hỏi thực tế không chỉ là “5G nhanh đến đâu?” mà còn là “ứng dụng cần thuộc tính mạng nào?”. Chính khả năng phục vụ những cấu hình nhu cầu khác nhau mới là bước mở rộng đáng kể của 5G.

Cần hiểu thế nào về các con số hiệu năng của 5G?

Các thông số như 20 Gbit/s, độ trễ 1 ms hay một triệu thiết bị/km² rất hữu ích để hiểu mục tiêu kỹ thuật của IMT-2020, nhưng chúng cần được đọc đúng ngữ cảnh. Chúng thuộc các chỉ tiêu và kịch bản đánh giá kỹ thuật khác nhau, không phải một bộ thông số mà mọi người dùng sẽ đồng thời nhận được trong mọi mạng 5G.

Trải nghiệm thực tế phụ thuộc vào toàn bộ chuỗi cung cấp dịch vụ. Riêng với độ trễ, khoảng cách vật lý tới nơi xử lý dữ liệu đã tạo ra một giới hạn mà giao diện vô tuyến không thể tự loại bỏ; đó là một lý do edge computing được sử dụng để đưa xử lý đến gần người dùng.

Vì thế, đánh giá 5G nên tách ba lớp: mục tiêu của tiêu chuẩn, năng lực của mạng được triển khai và trải nghiệm thực tế của người dùng. Một thiết bị hiện biểu tượng 5G chỉ xác nhận nó đang sử dụng một dạng kết nối 5G phù hợp với mạng và thiết bị; điều đó không tự động bảo đảm rằng mọi chỉ tiêu cực đại của công nghệ đang được đáp ứng.

5G là bước phát triển của mạng di động theo nhiều chiều cùng lúc. Công nghệ này có thể cung cấp băng rộng di động với tốc độ cao hơn, hỗ trợ liên lạc cần độ trễ thấp và độ tin cậy cao, đồng thời phục vụ mật độ rất lớn thiết bị kết nối. Các mục tiêu IMT-2020 như tốc độ đỉnh 20 Gbit/s đường xuống, độ trễ mặt phẳng người dùng 1 ms cho URLLC và mật độ một triệu thiết bị/km² cho mMTC cho thấy rõ ba hướng năng lực đó.

Điểm cốt lõi vì vậy không phải 5G chỉ làm Internet trên điện thoại nhanh hơn. Giá trị rộng hơn của nó là tạo một nền tảng kết nối có thể đáp ứng những yêu cầu rất khác nhau về băng thông, phản hồi, độ tin cậy và quy mô thiết bị. Các con số tiêu chuẩn vẫn cần được phân biệt với hiệu năng của mạng thương mại và trải nghiệm thực tế trong từng điều kiện sử dụng.