5G mmWave (sóng milimet 5G) là công nghệ mạng di động nhanh nhất hiện tại, có thể đạt tốc độ thực tế lên đến 10Gbps. Để có cái nhìn sâu sắc hơn, chúng ta hãy cùng khám phá bản chất của 5G mmWave và cách thức hoạt động của các mạng di động nói chung. Mặc dù có thể liên quan đến một số khái niệm vật lý cơ bản, nhưng việc nắm vững chúng sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ tiên tiến này.
Sóng là gì? Khái niệm cơ bản trong truyền thông
Chắc hẳn bạn đã từng thấy những gợn sóng trên mặt nước khi có sự xáo động. Giả sử có một cái phao đang nổi trên mặt nước bị xáo động đó, bạn sẽ nhận thấy nó chỉ nhấp nhô lên xuống mà không di chuyển theo hướng nào khác. Tại sao nó không di chuyển tới hoặc lùi như vẻ ngoài của những con sóng? Và sự nhấp nhô đó chắc chắn cần năng lượng, vậy năng lượng đó đến từ đâu?
Câu trả lời là năng lượng đã lan truyền ra từ nguồn gây xáo động ban đầu. Ví dụ, nếu ai đó thả một viên sỏi xuống mặt nước tĩnh, nó sẽ tạo ra sóng. Những con sóng lan rộng đó đã mang năng lượng từ viên sỏi đi khắp nơi, đến tận vị trí của cái phao.
Giọt mưa rơi xuống mặt nước tạo ra các gợn sóng lan tỏa
Tại sao năng lượng đó không đẩy cái phao về phía trước? Đó là vì mặc dù tạo ra ảo ảnh về sự lan truyền, bản thân nước không thực sự di chuyển ra xa. Nó chỉ nhấp nhô lên xuống tại chỗ. Tóm lại, năng lượng của sóng được truyền đi xa, nhưng bản thân sóng lại đứng yên. Điều này giống như cách mọi người tạo ra “làn sóng” trong sân vận động bằng cách đứng lên và ngồi xuống.
Mọi loại sóng đều tuân theo những nguyên tắc cơ bản này. Ví dụ, một con sóng sẽ hoạt động tương tự nếu bạn tạo ra sự xáo động trong không khí thay vì nước (đó chính là âm thanh).
Về mặt khoa học, có những thuật ngữ để định lượng các hành vi này. Chẳng hạn, nếu bạn đếm số lần cái phao nhấp nhô lên xuống trong một giây, đó là tần số của nó. Khoảng cách mà phao di chuyển lên xuống mỗi lần là biên độ của sóng. Và nếu bạn dùng thước đo khoảng cách giữa các gợn sóng, đó sẽ là bước sóng của nó.
Khi các gợn sóng được đóng gói gần nhau hơn, bước sóng ngắn hơn và tần số cao hơn. Ngược lại, khi các gợn sóng cách xa nhau, tần số thấp hơn và bước sóng dài hơn. Theo quy tắc chung, tần số cao hơn đồng nghĩa với nhiều năng lượng hơn, và ngược lại.
5G là một loại sóng đặc biệt
Sóng hiện diện khắp mọi nơi xung quanh chúng ta. Ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy cũng có thể hoạt động giống như sóng nước. Tuy nhiên, không giống sóng nước hay sóng âm thanh trong không khí, ánh sáng là một loại sóng đặc biệt không cần môi trường vật chất để lan truyền. Nó có thể lan truyền trong không gian trống. Loại sóng đặc biệt này được gọi là sóng điện từ.
Sóng điện từ được tạo thành từ một phổ toàn diện các bước sóng khác nhau, và một dải hẹp trong phổ đó là những gì chúng ta cảm nhận được dưới dạng ánh sáng khả kiến. Tất cả các màu sắc chúng ta nhìn thấy chỉ là những bước sóng khác nhau trong phổ này. Nói một cách đơn giản hơn, chúng ta chỉ nhìn thấy một phần nhỏ của sóng điện từ, phần còn lại là vô hình.
Khi một sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, nó có thể là tia gamma, tia X, hoặc sóng cực tím (tia UV mà chúng ta nên tránh khi ra nắng). Ở phía đối diện, khi nó có bước sóng dài nhất có thể, đó là sóng vô tuyến.
Tháp thu phát sóng di động 5G trên đồi, biểu tượng của kết nối không dây
Sóng vô tuyến có thể truyền đi những khoảng cách đáng kinh ngạc vì chúng có bước sóng dài nhất và tần số rất thấp. Đó là lý do tại sao chúng ta sử dụng chúng cho giao tiếp không dây. Wi-Fi và mạng di động, bao gồm cả 5G, thực chất đều là sóng vô tuyến.
Sóng có thể mang nhiều dữ liệu, rất nhanh
Vậy làm thế nào một con sóng có thể mang một tin nhắn hoặc các gói dữ liệu internet? Nghe có vẻ khó tin, nhưng chìa khóa nằm ở sự đơn giản của ngôn ngữ tin nhắn đó.
Bạn có thể đã nghe nói về mã Morse. Đó là một ngôn ngữ được tạo thành hoàn toàn từ các dấu chấm và dấu gạch ngang. Sau đó là mã nhị phân, ngôn ngữ của các số 1 và 0, mà máy tính đọc và hiểu.
Hãy nhớ cái phao nhấp nhô lên xuống khi bạn thả một viên sỏi xuống nước? Bạn có thể tạo ra một ngôn ngữ từ đó để gửi tin nhắn. Chiều cao mà cái phao nhấp nhô lên có thể là mã: chiều cao cao hơn có thể là 1, và chiều cao thấp hơn có thể là 0. Bạn có thể thả một tảng đá lớn để “mã hóa” số 1 và một viên sỏi nhỏ để “mã hóa” số 0. Mặc dù sẽ khá cồng kềnh và chậm, nhưng về nguyên tắc, ai đó ở xa có thể quan sát cái phao và giải thích tin nhắn bạn đã gửi qua sóng.
Đó về cơ bản là cách hoạt động của giao tiếp vô tuyến. Một thiết bị truyền tải “mã hóa” các số 1 và 0 bằng cách thay đổi tần số, biên độ (giống như ví dụ cái phao của chúng ta), hoặc pha của sóng. Về mặt kỹ thuật, nó được gọi là điều chế (modulation).
Một chuỗi các số 1 và 0 có thể được ánh xạ hoặc “mã hóa” vào một con sóng bởi vì thiết bị truyền tải có thể tạo ra các dao động cực kỳ chính xác. Phần cứng của thiết bị nhận sau đó sẽ giải thích và “giải mã” chúng thành các số 1 và 0. Bạn có thể thấy rằng một con sóng có tần số cao hơn (nhiều dao động hơn mỗi giây) và bước sóng ngắn hơn sẽ cho phép bạn mã hóa nhiều thông tin hơn, vì có nhiều “vị trí” hoặc cơ hội để điều chế các bit của sóng.
Sóng hình sin màu xanh hiển thị trên màn hình máy tạo dao động, minh họa dữ liệu sóng được điều chế
Chúng ta đã biết rằng các mạng di động chạy trên sóng vô tuyến, và sóng vô tuyến có thể có bước sóng nhỏ đến một milimet hoặc dài đến vài dặm. Đó chính là điểm mấu chốt.
Giải thích chi tiết về 5G mmWave
Với những khái niệm đã nắm được, chúng ta đã có đủ các mảnh ghép để minh họa 5G mmWave là gì.
Các thế hệ mạng di động ban đầu (1G và 2G) sử dụng sóng vô tuyến dao động khoảng 1-2 tỷ lần mỗi giây (1-2GHz) và có bước sóng khoảng 30cm. Nghe có vẻ nhanh, nhưng thế hệ đầu tiên thậm chí còn không thể gửi tin nhắn văn bản. Thế hệ thứ ba (3G) đã tăng tần số lên 2.5 GHz và giảm bước sóng xuống một nửa. Với 3G, bạn có thể duyệt internet và xem video ở chất lượng SD. Với thế hệ thứ tư (4G), tần số đã tăng lên đến 8 GHz, và bước sóng rút ngắn xuống còn khoảng 3.8cm, cho phép phát trực tuyến HD và duyệt web nhanh chóng. Tốc độ thực tế của 4G đạt khoảng 50Mbps đến 100Mbps.
Tháp viễn thông với các biểu tượng kết nối mạng di động 4G và 5G xung quanh, minh họa sự phát triển của công nghệ
5G là một bước nhảy vọt đáng kể vì nó hoạt động ở tần số lên tới 100 GHz (tức là một trăm tỷ lần mỗi giây). Bước sóng của nó có thể ngắn tới một milimet (mm); do đó có tên gọi 5G mmWave. Vậy đó là gì: một mạng di động hoạt động ở tần số cực kỳ cao và bước sóng 1mm, đạt tốc độ tải xuống trung bình 2.5Gbps.
5G mmWave mang ý nghĩa gì với người dùng?
5G không chỉ nhanh hơn 4G; nó còn phản hồi nhanh hơn nhiều. Độ trễ có thể thấp tới 1 mili giây, gần như tức thì. Điều đó có nghĩa là không có độ trễ trong chơi game trực tuyến và xem video 4K hoặc 8K mà không bị giật. Thời gian phản hồi gần như tức thì cũng hoàn hảo cho các thiết bị Internet vạn vật (IoT), Thực tế tăng cường (AR), xe tự lái và các công nghệ đòi hỏi độ trễ thấp.
Mô phỏng mạng 5G phủ sóng khắp thành phố, thể hiện khả năng kết nối tốc độ cao và độ trễ thấp
Ngoài khả năng truyền dữ liệu cực nhanh và độ trễ cực thấp, 5G mmWave còn hỗ trợ băng thông lớn hơn so với các mạng truyền thống (nhiều thiết bị hơn có thể kết nối mà không bị tắc nghẽn mạng).
Hạn chế của 5G mmWave
Mọi công nghệ di động trước 5G, bao gồm cả 4G, đều sử dụng một băng tần duy nhất. 5G sử dụng nhiều băng tần. 5G mmWave chỉ là một trong số đó. Ngoài ra còn có 5G Sub-6 GHz, hoạt động ở cùng tần số với 4G. Sau đó là Sub-1 GHz, sử dụng tần số thậm chí thấp hơn. Các băng tần 5G có thể là tần số cao, tần số trung bình và tần số thấp. Vậy điều gì đã xảy ra?
Biểu tượng 5G UC trên thanh trạng thái iPhone, cho thấy các băng tần 5G khác nhau
Vì sóng 5G mmWave được đóng gói chặt chẽ (so với các loại sóng vô tuyến cũ), chúng không thể lan truyền xa. Các tòa nhà, cây cối, và thậm chí mưa hoặc tuyết cũng có thể cản trở sóng 5G mmWave.
Đó là lý do tại sao công nghệ này chưa quá phổ biến rộng rãi. Nó đòi hỏi một mạng lưới dày đặc các trạm phát sóng nhỏ (small cells) để phủ sóng chỉ vài dãy phố, trái ngược với 4G, vốn dựa vào các tháp di động lớn thường phủ sóng vài dặm.
5G mmWave là bước tiến mới nhất và xa nhất của chúng ta trong giao tiếp không dây liền mạch, nhưng nó có thể không đạt được sự phổ biến rộng rãi như các thế hệ trước. Tuy nhiên, việc thấy tốc độ gigabit trên kết nối dữ liệu điện thoại của bạn sẽ luôn mang lại cảm giác tương lai đã hiện hữu.
Lời kết: Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn cái nhìn toàn diện về công nghệ 5G mmWave, từ những nguyên lý sóng cơ bản đến những ứng dụng thực tiễn và các giới hạn hiện tại. 5G mmWave đang mở ra kỷ nguyên mới cho kết nối siêu tốc, hứa hẹn thay đổi cách chúng ta tương tác với thế giới kỹ thuật số. Bạn có câu hỏi hay trải nghiệm nào về 5G mmWave không? Hãy chia sẻ trong phần bình luận bên dưới nhé!
