Giải ngố về 4G LTE: Những điều bạn còn chưa hay biết

Mạng xã hội, video trực tuyến và thậm chí chơi điện tử trực tuyến, những dịch vụ tuyệt vời này biến chiếc smartphone của bạn kết nối nhiều hơn và tiêu thụ dữ liệu nhiều hơn bao giờ hết. Và băng tần 4G LTE, công nghệ kết nối mạng không dây hiện tại giúp biến những điều tuyệt vời trên thành hiện thực với tốc độ nhanh hơn nhiều so với chuẩn 2G và 3G trước đây.

Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn có cái nhìn rõ hơn về khía cạnh kỹ thuật cũng như phần cứng tương thích với của công nghệ này, đi kèm với những lợi ích và làm thế nào tất cả những điều đó đều liên quan đến chiếc smartphone trong túi bạn.

Cách 4G LTE hoạt động.

Sự khác biệt đáng chú ý nhất so với những người tiền nhiệm của 4G LTE là sự thay đổi về tần số và băng thông sử dụng. Tuy nhiên, bản thân 4G LTE cũng có rất nhiều băng tần khác nhau, được xác định bởi các tiêu chuẩn, mục đích sử dụng tùy thuộc vào từng quốc gia, thậm chí từng công nghệ của mỗi nhà mạng cụ thể.

Các tần số này lại được chia thành hai loại : Song công phân chia theo tần số (Frequency Division Duplexing - FDD) và Song công phân chia theo thời gian (Time Division Duplexing - TDD). Phổ tần FDD yêu cầu một cặp băng tần, một cho đường dẫn lên và một cho đường dẫn xuống. Trong khi đó, TDD chỉ sử dụng một băng tần đơn cho cả đường dẫn lên và xuống trên một tần số, nhưng sẽ có sự phân chia theo thời gian.

Có tổng cộng 31 cặp băng tần LTE hoạt động trong dải tần từ 452 MHz đến 3600 MHz, ngoài ra còn có thêm 12 băng tần TDD ở giữa 703 MHz đến 3800 MHz. Tần số cao hơn cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn trong phạm vi phủ sóng, trong khi tần số thấp hơn sẽ mang lại phạm vi phủ sóng rộng hơn nhưng với băng thông hạn chế hơn. Đặc trưng của các băng tần này là sẽ dành ra từ 10 đến 20 MHz cho việc truyền dữ liệu, mặc dù thông thường chúng cũng có thể được chia thành các dải tần nhỏ hơn như 1,4 MHz, 3 MHz hay 5 MHz.

Trong khi FDD là một biến thể của 4G LTE thường được sử dụng tại thị trường Bắc Mỹ, châu Âu và một vài nước châu Á, TDD được triển khai tại Trung Quốc và Ấn Độ với băng thông rộng hơn cho phép có được nhiều người dùng hơn trên mỗi MHz. Đây là lý do tại sao bạn nên cẩn thận kiểm tra lại băng tần LTE trên thiết bị và khả năng tương thích với nhà mạng mỗi khi dự định nhập khẩu điện thoại từ các quốc gia khác.

LTE sử dụng hai kênh radio khác nhau cho chuyển tín hiệu theo đường dẫn lên và xuống, giữa tháp thu phát sóng với thiết bị và ngược lại. Đối với đường dẫn xuống, LTE sử dụng kỹ thuật OFDMA (Truy cập đa phân chia theo tần số trực giao – Orthogonal Frequency Division Mutiple Access), trong đó đòi hỏi công nghệ MIMO. MIMO là viết tắt của Multiple Input, Multiple Output, công nghệ truyền thông cho phép các thiết bị phát và nhận sử dụng hai hay nhiều ăng ten để giảm đáng kể độ trễ và tăng tốc độ trong một kênh nhất định. Chuẩn LTE có thể chứa một tổ hợp 4x4 MIMO (số đầu tiên là số ăng ten phát tín hiệu, số thứ hai là số ăng ten nhận tín hiệu).

Đối với đường dẫn lên, LTE sử dụng tín hiệu theo kỹ thuật SC-FDMA (Truy cập đa phân chia theo tần số mạng đơn – Single Carrier Frequency Division Multiple Access). Nguyên nhân SC-FDMA tốt hơn cho đường dẫn lên là do kỹ thuật này có tỷ lệ công suất đỉnh trên trung bình tốt hơn OFDMA.

Tốc độ và LTE-A.

Loại bỏ đi các thuật ngữ kỹ thuật khô khan, lợi ích lớn nhất cho người tiêu dùng khi sử dụng mạng 4G LTE là tốc độ download nhanh hơn. Mặc dù chất lượng và tốc độ kết nối sẽ rất khác nhau dựa trên số lượng người dùng và cường độ của tín hiệu, nhưng theo nghiên cứu mới nhất của OpenSignal, phần lớn mạng LTE cho phép tốc độ download đạt được từ 10 đến 20 Mbp trên giây. Quốc gia có mạng 4G LTE nhanh nhất có thể đạt tốc độ download lên đến 50 Mbp trên giây, cho dù con số trên thực tế chỉ đâu đó khoảng 35 Mbps.

Nếu so sánh với các mạng 3G cũ hơn, ta sẽ thấy sự khác biệt thực sự về tốc độ là rất lớn. Trong khi mạng HSPA có thể cho tốc độ download cao nhất vào khoảng 14 Mbps và upload khoảng 6 Mbps, nhưng hiếm khi đạt đến gần những con số này. Có thể thấy một mạng LTE tốt sẽ cho tốc độ nhanh hơn mạng 3G tốt nhất từ ba đến năm lần.

Minh họa sự khác biệt về tốc độ giữa các công nghệ mạng di động.

Nhưng tốc độ lý thuyết của LTE còn có thể đạt đỉnh ở mức 100 Mbps download và khoảng 50 Mbps upload. Nếu muốn có được tốc độ cao hơn, chúng ta cần tăng số lượng của các băng thông hiện tại. Công nghệ LTE Advanced (LTE-A) mở đầu cho việc sử dụng 8x8 MIMO cho đường dẫn tín hiệu lên và 4x4 cho đường dẫn tín hiệu xuống. Điều này cho phép hàng loạt băng tần có thể được tổ hợp lại với nhau, để cải thiện cường độ tín hiệu và băng thông. Mỗi băng tần LTE có một băng thông riêng, có thể là 1,4, 3, 5, 10, 15 hay 20 MHz, sẽ cho chúng ta băng thông cực đại đến 100 MHz khi kết hợp 5 băng thông với nhau. Mặc dù vậy, trên thực tế con số này sẽ thay đổi tùy thuộc vào băng thông có sẵn trong từng khu vực cụ thể.

Về mặt lý thuyết, công nghệ này còn có thể cung cấp tốc độ download cực đại lên đến 3,3 Gbps và 1,5 Gbps upload. Tuy nhiên, các modem tích hợp bên trong chiếc smartphone của bạn có thể không đủ nhanh và vùng phủ sóng khu vực đó không đủ tốt để đáp ứng với tiêu chí trên.

Từ góc độ của nhà cung cấp mạng, kiến trúc mạng của LTE đã được đơn giản hóa rất nhiều so với những người tiền nhiệm của mình, do LTE chỉ là một giao thức Internet (Internet Protocol) dựa trên mạng chuyển mạch gói. Đổi lại, thời kỳ đầu kiến trúc mạng này không có khả năng tự xử lý các cuộc gọi thoại và tin nhắn văn bản, nhưng với sự xuất hiện của VoIP và các dịch vụ của LTE-A đã mở đầu cho việc mang những tính năng này đến với khách hàng.

Công nghệ bên trong điện thoại của bạn.

Như bạn có thể hình dung, mạng 4G LTE đang phát triển để trở thành một tiêu chuẩn cho các nhà mạng, và nó sẽ tiếp tục thay đổi khi chúng ta đang hướng tới một tương lai với công nghệ 5G. Điều này cũng cho thấy, phần cứng bên trong những chiếc smartphone của chúng ta đã thay đổi qua nhiều năm để theo kịp với các với tốc độ nhanh hơn của mạng LTE.

So sánh tốc độ băng tần và băng thông giữa các Category khác nhau.

Để người dùng nắm rõ chuẩn LTE trên thiết bị của mình, Liên đoàn Viễn thông Quốc tế ITU đã tạo ra các Category (mục) khác nhau, với Category 1 có tốc độ chậm nhất, và Category 8 có tốc độ nhanh nhất. Mỗi Category được thiết kế đi kèm một nhóm tính năng và tốc độ dựa trên chỉ tiêu kỹ thuật của mỗi phiên bản. Đó là các con số mà chúng ta thường thấy trên bảng đặc điểm kỹ thuật của những chiếc smartphone.

Phiên bản 10 cho ta thấy tốc độ và số MIMO được cải thiện đi cùng với LTE-Advanced, nhưng với phiên bản 12 mới hơn, cũng mang đến những cải thiện khác. Dưới đây là bảng so sánh về khác biệt giữa các phiên bản.

Dù không cần thiết, nhưng do sự quan trọng của công nghệ này, các nhà sản xuất chip SoC trên di động thường tích hợp một nhóm modem 4G LTE bên cạnh những thành phần khác bên trong chip chính. Điều này sẽ giúp tiết kiệm chi phí và thời gian phát triển cho các nhà mạng. Ví dụ, chip Snapdragon 810 của Qualcomm đặc trưng với modem LTE Category 9 X10 (phiên bản 10) của riêng công ty, trong khi chip Snapdragon 820 đi kèm modem X12 (phiên bản 12) nhanh hơn và hỗ trợ Category 12, đi kèm với việc kết hợp ba băng tần.

Trong khi đó, chip cao cấp nhất của MediaTek, Helio X20 đặc trưng với một modem Category 6, tương tự như chip Exynos 7420 của Samsung, được sử dụng trên dòng smartphone Galaxy S6. Mặc dù rõ ràng hỗ trợ tốc độ cao hơn, nhưng lưu ý rằng phần lớn các mạng LTE vẫn chưa được đẩy đến tốc độ đỉnh, vì vậy không cần thiết phải vội vàng loại bỏ ngay các công nghệ modem hiện tại này để có thể tận hưởng tốc độ dữ liệu nhanh hơn nữa.

Đường tới 5G.

Việc triển khai mạng 4G LTE vẫn chưa kết thúc, khi vẫn còn nhiều hơn nữa những khách hàng cần kết nối trực tuyến và cơ sở hạ tầng cần phải cải thiện trên toàn cầu. Thậm chí nhiều công nghệ hiện tại cũng chưa được thiết lập để trở nên thực sự tốt (Thực chất LTE mới chỉ được coi như 3,9G chưa đủ đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật của 4G). Dự kiến việc phủ sóng 4G sẽ tăng từ khoảng 7 tỷ kết nối của năm 2015 lên đến gần 9 tỷ kết nối vào năm 2020.

Tuy nhiên, điều đó không khiến chúng ta ngừng hướng vào tương lai khi một chuẩn kết nối thậm chí còn nhanh hơn nữa, 5G, đã được phát triển. Mạng 5G được kỳ vọng sẽ mang lại kết nối với độ trễ dưới 1 ms (mili giây) và tốc độ đường dẫn xuống lớn hơn cả 1 Gbps trong thế giới thực, chứ không chỉ tốc độ tối đa trên lý thuyết. Chuẩn kết nối 5G cũng được thiết kế để chứa được số lượng lớn các thiết bị kết nối IoT (Internet of Things) nhỏ hơn, trong khi đồng thời giải quyết được những mối lo ngại về việc tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng.

Chúng ta vẫn còn cách xa ngày mà mạng 5G được triển khai đến người tiêu dùng, nhưng việc thử nghiệm những mạng có khả năng đáp ứng các mục tiêu đề ra đã được bắt đầu tại Hàn Quốc và nhà mạng Verizon của Mỹ cũng đã lên kế hoạch cho những thử nghiệm của riêng mình vào cuối năm nay.

Theo Androidauthority.com