5G là gì? Ba kịch bản dịch vụ và kiến trúc mạng di động
5G là thế hệ mạng di động thứ năm, được 3GPP định nghĩa từ Release 15 và hoàn tất đặc tả vào khoảng giữa năm 2019. Khác với các thế hệ trước chỉ tập trung tăng tốc độ dữ liệu, 5G được thiết kế xoay quanh ba kịch bản dịch vụ riêng biệt: băng thông di động tăng cường, truyền thông siêu đáng tin cậy với độ trễ thấp, và Internet vạn vật quy mô lớn.
5G khác gì so với 4G
Theo tổ chức 3GPP, tốc độ downlink trong kịch bản eMBB được đặc tả tối đa 50 Mbps ngoài trời và 1 Gbps trong điều kiện trong nhà, với giá trị bằng một nửa cho chiều uplink. Nhưng con số này chỉ là một phần: kiến trúc mới còn thay đổi cách mạng được xây dựng ở tầng lõi.
3GPP chỉ ra ba công nghệ nền tảng giúp 5G đạt được mục tiêu về độ trễ và khả năng mở rộng:
- Network Function Virtualization (NFV): các chức năng mạng chạy trên phần cứng ảo hoá thay vì thiết bị chuyên dụng, giúp triển khai nhanh và tiết kiệm chi phí.
- Network Slicing: một hạ tầng vật lý được chia thành nhiều mạng ảo độc lập, mỗi lát cắt phục vụ một loại ứng dụng với mức bảo đảm chất lượng khác nhau.
- Edge computing: đưa phần tính toán xuống gần người dùng để giảm độ trễ end-to-end xuống mức vài chục mili giây.
- Non-Terrestrial Networks: kết nối vệ tinh bổ sung vùng phủ cho các khu vực hành lang, ngoại ô và vùng biển.
Ba kịch bản dịch vụ của 5G
Enhanced Mobile Broadband
Đây là kịch bản quen thuộc nhất: tốc độ dữ liệu cao hơn cho người dùng di động. 3GPP đưa ra ví dụ ứng dụng thực tế là truyền hình qua sóng vô tuyến trên máy bay, với bitrate lên tới 1,2 Gbps nhờ công nghệ eMBB.
Ultra Reliable and Low Latency Communication
Kịch bản này phục vụ các ứng dụng công nghiệp và phương tiện giao thông. Với điều khiển từ xa các thiết bị tự động hoá, 3GPP đặc tư độ tin cậy tới 99,9999%, tốc độ dữ liệu trải nghiệm tới 100 Mbps và độ trễ end-to-end khoảng 50 mili giây. Nguyên nhân kỹ thuật chính nằm ở khả năng tính toán tại biên mạng thay vì phải đi vòng tới trung tâm dữ liệu.
Massive Internet of Things
Kịch bản thứ ba hướng tới mật độ thiết bị cực lớn: cảm biến công nghiệp, đồng hồ đo điện nước thông minh và thiết bị đeo. Yêu cầu ở đây không phải tốc độ mà là khả năng kết nối đồng thời rất nhiều thiết bị với chi phí và năng lượng thấp.
Lộ trình triển khai theo các phiên bản Release
5G không xuất hiện một lần mà được chuẩn hoá theo nhiều đợt. Release 15 định nghĩa giai đoạn phase 1 với kỹ thuật truyền vô tuyến mới và các yêu cầu về độ tin cậy, tính mô đun và tốc độ phản hồi. Các phiên bản sau tiếp tục bổ sung tính năng và mở rộng năng lực.
Điểm đáng chú ý là 5G không phải công nghệ mới hoàn toàn tách rời 4G. Hệ thống 5G hỗ trợ gần như toàn bộ dịch vụ của LTE, và người dùng vẫn di chuyển giữa mạng lõi 5G và lõi 4G (EPC) một cách liền mạch. Nhờ vậy các nhà mạng có thể triển khai từng phần mà không phải thay toàn bộ hạ tầng cùng lúc.
Để tìm hiểu chi tiết hơn về mức độ phổ biến thực tế của mạng di động thế hệ mới tại Việt Nam, bạn có thể xem các bài phân tích tốc độ mạng 5G và so sánh gói cước tại trang tổng quan hệ thống 5G của 3GPP cùng trang công nghệ di động không dây của ETSI.
Ảnh hưởng đến người dùng và doanh nghiệp
Với người dùng phổ thông, lợi ích rõ nhất là tốc độ tải cao hơn khi di chuyển và độ trễ thấp hơn, đặc biệt trong các ứng dụng như gọi video, phát trực tiếp và thực tế ảo.
Với doanh nghiệp, giá trị nằm ở những ngành như ô tô, đường sắt, hàng hải, tự động hoá công nghiệp, phân phối điện và an ninh công cộng. Đây đều là các lĩnh vực mà độ trễ và độ tin cậy quan trọng hơn nhiều so với tốc độ thuần tuý.
Tuy nhiên, mạng 5G cần tần số cao hơn nên phủ sóng ngắn hơn, đòi hỏi mật độ trạm phát sóng lớn hơn và tốn nhiều năng lượng hơn so với 4G. Đây là lý do một số quốc gia triển khai băng tần thấp cho 5G để tăng độ phủ, trong khi băng tần cao được dành cho tốc độ.
5G khác 4G ở điểm nào về mặt kỹ thuật
Ngoài tốc độ, kiến trúc vô tuyến của 5G có những thay đổi mang tính cách mạng. Công nghệ sóng milimét cho phép băng thông rất rộng nhưng bị hấp thụ mạnh bởi vật cản như tường hoặc kính, nên mạng cần mật độ trạm cao. Ngược lại, sơ đồ đa số dùng nhiều ăng-ten để định hướng tín hiệu, giúp tái sử dụng tần số hiệu quả hơn so với 4G.
Bảng dưới đây tóm tắt những khác biệt chính về mặt kỹ thuật giữa hai thế hệ mạng di động.
| Tiêu chí | 4G LTE | 5G |
|---|---|---|
| Loại băng tần | Chủ yếu băng thấp và trung | Bổ sung băng cao và sóng milimét |
| Độ trễ đặc tả | Hàng chục mili giây | Cỡ 50 ms cho kịch bản URLLC |
| Kiến trúc lõi | 4G EPC với thiết bị chuyên dụng | 5G Core ảo hoá, hỗ trợ network slicing |
| Mật độ thiết bị | Giới hạn ở mức vài chục nghìn | Hỗ trợ hàng trăm nghìn thiết bị/km2 |
| Phủ sóng ngoài trời | Km | Trăm mét với băng milimét |
Câu hỏi thường gặp về 5G
5G có nhanh hơn 4G bao nhiêu lần?
Con số phụ thuộc tần số và điều kiện phủ sóng. Trong điều kiện lý tưởng ở băng tần cao, tốc độ có thể cao hơn nhiều lần; nhưng ở băng tần thấp, nhiều khu vực 5G chỉ cho tốc độ tương đương hoặc chỉ nhỉnh hơn 4G một chút. Đó là lý do tốc độ thực tế ở từng địa điểm có thể rất khác nhau.
Điện thoại cũ có dùng được mạng 5G không?
Không. 5G đòi hỏi modem và ăng-ten hỗ trợ băng tần 5G, nên điện thoại chỉ hỗ trợ 4G sẽ chỉ kết nối 4G. Ngay cả khi mạng có phát sóng 5G, thiết bị cũ vẫn dùng LTE bình thường, và nhiều khi tốc độ còn nhanh hơn 5G yếu do tín hiệu ổn định hơn.
Mạng slicing khác gì với ưu tiên QoS cổ điển?
QoS cổ điển chỉ ưu tiên lưu lượng trong một mạng dùng chung. Network slicing tạo ra các mạng ảo tách biệt hoàn toàn, mỗi mạng có tài nguyên, chính sách bảo mật và mức bảo đảm riêng. Nhờ vậy một nhà sản xuất có thể chạy dây chuyền robot và hệ thống giám sát video trên cùng hạ tầng mà không ảnh hưởng lẫn nhau.
