Thử nghiệm mạng không dây 5G ở New York: “nhanh như điên”!

Công nghệ hiện tại của Samsung cho mạng dữ liệu siêu nhanh đòi hỏi cả một xe tải thiết bị.

Tuần qua, nhà sản xuất điện thoại di động lớn nhất thế giới, Samsung, đã khuấy động dư luận khi ra thông báo về một công nghệ không dây siêu nhanh, có tên không chính thức là “5G”. Và thực tế là công nghệ này đã được thử nghiệm trên đường phố New York.

Hệ thống rất ấn tượng nhưng vẫn còn đang trong giai đoạn phát triển–điều này đúng với tất cả công nghệ mở đường cho thế hệ tiếp theo của truyền thông không dây. Khi mạng 5G thực sự xuất hiện, nhiều khả năng nó sẽ kết hợp các giao thức không dây mới với các thiết kế mạng mới, các phương thức chia sẻ băng thông mới, và các bộ phát tín hiệu nhỏ.

Samsung cho biết bộ thu phát mới của hãng có thể gửi và nhận dữ liệu với tốc độ hơn 1Gbps trong phạm vi đến 2 ki-lô-mét – và nó có thể truyền tải hàng chục gigabit dữ liệu mỗi giây khi khoảng cách ngắn hơn. Trong khi đó chuẩn giao tiếp mới nhất, được biết đến với tên gọi 4G LTE, chỉ đạt tốc độ khoảng 75Mbps. Công nghệ của Samsung hoạt động trên băng tần 28 GHz, nên có thể truyền tải nhiều dữ liệu hơn, nhưng có thể bị cản trở bởi các tòa nhà, con người, cây cối và thậm chí là mưa.

Samsung nói rằng họ giải quyết phần lớn các vấn đề nói trên bằng cách gửi dữ liệu đồng thời trên nhiều kênh – tối đa là 64 kênh qua 64 ăng-ten, rồi tuỳ theo sự thay đổi của môi trường mà họ sẽ thay đổi cách chia luồng dữ liệu vào các kênh, thậm chí điều khiển cả hướng phát tín hiệu, và điều chỉnh hoạt động một cách tương ứng chỉ trong khoảng thời gian vài chục nano giây (một trong những tính năng khác là khả năng thu được cả các tín hiệu phản xạ từ một vật cản). Samsung không đồng ý trả lời phỏng vấn nhưng công nghệ này đã được mô tả trong hồ sơ nộp đơn xin cấp bằng sáng chế năm 2010.

Công trình cũng đã được thử nghiệm trong môi trường thực. Năm ngoái, NYU Wireless, một phòng thí nghiệm thuộc Học Viện Kỹ Thuật thuộc Đại Học New York (Polytechnic Institute of New York University) đã thực hiện các thử nghiệm cho Samsung tại thành phố New York và Austin, Texas, và thấy rằng công nghệ này, còn được biết đến như là công nghệ di động trên tần số có bước sóng cỡ millimet (millimeter-wave cellular), có thể hoạt động tốt cả khi cách xa các bộ phát tín hiệu đến 200 mét, và ngay cả trong các khu vực đông đúc. “Phản ứng chung của rất nhiều người là: ‘Làm sao mà nó hoạt động được?’ Nhưng chúng tôi đã chứng minh  rằng điều này có thể thực hiện được,” theo Theodore Rappaport, giám đốc của NYU Wireless. Những thử nghiệm của chúng tôi đã mang lại niềm tin cho Samsung và phần còn lại của ngành công nghệ không dây rằng truyền dữ liệu không dây (trên băng tần 28 GHz) là khả thi.”

Thử nghiệm tốc độ: Các kỹ sư của Samsung là Wonsuk Choi, Daeryong Lee, và Byunghwan Lee làm việc trên hệ thống thử nghiệm mạng không dây ở Suwon, Hàn Quốc.

Tuy nhiên, phạm vi phủ sóng này cũng ám chỉ rằng công nghệ tần số cao sẽ là tốt nhất cho các điểm thu phát có tầm ngắn, Jeff Reed, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Không dây Virginia, cho biết. “Tôi hoài nghi việc họ sẽ có thể cung cấp tốc độ dữ liệu cao với tính di động mà chúng ta đã từng quen thuộc trong các mạng di động 2G, 3G, và 4G”, ông nói. “Trong khi đó, chúng ta vẫn còn có thể làm rất nhiều điều để cải thiện hệ thống 4G vốn hoạt động ở dải tần số thấp ưa thích.”

Có lẽ là cho đến giờ, ngành (viễn thông) chỉ mới triển khai những tính năng cơ bản nhất của mạng 4G LTE. Các tính năng phức tạp hơn sẽ cho phép cải thiện tốc độ dữ liệu. Một trong số đó là “carrier aggregation” (tập hợp sóng mang): tính năng sử dụng đồng thời nhiều tần số để gửi dữ liệu. Một cách khác là sử dụng nhiều ăng-ten, theo những cách tương tự như công nghệ của Samsung. Cuối cùng, các thủ thuật xử lý tín hiệu có thể làm tăng băng thông một cách hiệu quả bằng cách phối hợp một cách thông minh các hoạt động của các trạm thu phát (base station) và các thiết bị trên mạng để tránh nhiễu.

Ngoài những cải tiến nói trên, việc sử dụng thêm các dải tần số không cần giấy phép – tương tự như các dải tần mà thiết bị Wi-Fi đang dùng – có thể giảm tải lưu lượng bên trong tòa nhà để tăng băng thông lên. Nói gì thì nói khoảng 70 phần trăm của lưu lượng truy cập di động được thực hiện bởi người dùng ở trong nhà và văn phòng.

Ý tưởng này được mở rộng ra thành mạng các tế bào nhỏ (small cells) – các trạm thu phát của mạng di động có thể nhận tín hiệu trong vòng một vài chục mét và chuyển tiếp bằng mạng Internet có dây (xem bài “Tiny Transmitters Could Help Avert Data Throttling”). Nếu có một thiết bị này trong mỗi gia đình, chúng có thể phủ sóng toàn bộ một khu dân cư hay một vùng đô thị mà không cần một trạm thu/phát lớn nào (xem bài “Qualcomm Proposes a Cell-Phone Network by the People, for the People”).

Thực tế hàng ngày mà người tiêu dùng gặp là trong nhiều trường hợp, dữ liệu tốc độ cao trở nên tốt hơn khi nó đến từ các điểm phát Wi-Fi, chứ không phải từ các mạng 3G và 4G, bởi vì tốc độ cực đại của các mạng này không phải ở bất kỳ nơi nào và bất kỳ lúc nào cũng có thể đạt được. “Điều này đặt ra câu hỏi: Chúng ta có thực sự cần tốc độ truyền dữ liệu di động nhanh hơn, hay chúng ta sẽ được phục vụ tốt hơn nếu 5G cải thiện hơn nữa những điều mà mạng di động làm tốt hơn mạng Wi-Fi, đó là tính di động trên diện rộng và tính kết nối liên tục?” Vanu Bose, Giám đốc điều hành của Vanu, một công ty về mạng không dây ở Cambridge, Massachusetts cho biết. “Bất chấp tốc độ dữ liệu cao trên mạng 3G và 4G, tất cả chúng ta vẫn còn phải chịu đựng việc bị rớt cuộc gọi và phạm vi phủ sóng kém ở nhiều nơi.”

Có một công nghệ có thể cung cấp việc phủ sóng tốt hơn bằng cách chuyển đổi giữa các tần số khác nhau và các giao thức không dây khác nhau, được gọi là “cognitive radio”. Cứ mỗi giây, thiết bị thu phát sóng sẽ dò tìm và sử dụng các tần số chưa ai dùng. “Trong trung hạn, đây là một giải pháp khả dĩ hơn cho việc truyền dữ liệu với tốc độ và tính di động cao so với việc sử dụng các  tần số cao hơn”, Reed nói (xem bài “The Spectrum Crunch That Wasn’t” và “4G on the Baby-Monitor Frequency”).

Trong khi công nghệ của Samsung có thể là một phần của tương lai 5G – một công nghệ mạng cực nhanh chạy bằng điểm thu phát (hot spot) – một sự kết hợp sâu hơn giữa công nghệ và việc hoạch định sẽ là cần thiết để cung cấp dữ liệu nhanh và đáng tin cậy hơn. Các tiêu chuẩn được thiết lập bởi Liên minh Viễn thông quốc tế (International Telecommunications Union), một bộ phận của Liên Hợp Quốc. Sẽ mất nhiều năm nữa chỉ để triển khai tất cả các phiên bản của 4G. Samsung cho biết công nghệ của mình có thể sẵn sàng vào năm 2020.

• Nguyên bản tiếng Anh: “What 5G Will Be: Crazy-Fast Wireless Tested in New York City,” David Talbot, MIT Technology Review, 22 May 2013
• Người dịch: Nguyễn Ngọc Hoa Phượng
• Biên tập: Tạ Minh Chiến