Không có kết nối nhanh, smartphone vẫn là chiếc điện thoại tốt nhưng trông “ngớ ngẩn”. Cho dù là smarphone cao cấp tới đâu thì trải nghiệm của người dùng vẫn phụ thuộc vào mạng không dây - huyết mạch cung cấp dữ liệu cho cuộc sống số. Những năm qua, mạng 3G đã đáp ứng phần nào nhu cầu băng thông sử dụng cho truyền tải dữ liệu không dây. Nhưng lưu lượng dữ liệu đang tăng vọt do người dùng sử dụng thiết bị di động để tiêu thụ và đưa nội dung lên mạng ngày càng nhiều hơn, đòi hỏi các nhà mạng trên thế giới phải mở rộng mạng, tăng cường băng thông đẩy nhanh tốc độ với mạng thế hệ mới 4G (fourth-generation).

Mạng di động qua các thế hệ

Trước hết chúng ta hãy điểm qua tiến trình phát triển của các thế hệ mạng di động.

Mạng di động qua các thế hệ

• 1G (thập kỷ 1980): Truyền tín hiệu tương tự (analog) liền mạch với các trạm phát sóng sử dụng phổ vô tuyến riêng; mở ra dịch vụ đàm thoại di động. Các chuẩn thương mại chính: AMPS, NMT, TACS.
• 2G (thập kỷ 1990): Tín hiệu số, chuyển mạch kênh; truyền cả tin nhắn và dữ liệu; dung lượng mạng lớn cho phép nhiều thuê bao hơn. Các chuẩn thương mại chính: D-AMPS, GSM/GPRS/EDGE, cdmaOne.
• 3G (thập kỷ 2000): Chuyển mạch gói tốc độ cao; băng thông rộng hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện trực tuyến. Các chuẩn thương mại chính: CDMA200/EV-DO, WCDMA/HSPA+, TD-SCDMA.
• 4G (thập kỷ 2010): Băng thông rộng hơn, tốc độ nhanh hơn, hỗ trợ các dịch vụ di động cao cấp như truyền hình trực tuyến, video HD, game online cao cấp, đáp ứng cùng lúc nhiều người sử dụng. Các chuẩn thương mại chính: LTE, LTE Advanced, Mobile Wimax và WiMax Release 2.

4G - mạng toàn IP, vượt trội so với 3G

Cũng như 3G, các mạng 4G dựa vào giao thức Internet (IP) để gửi và nhận dữ liệu theo gói. Tuy nhiên, có điều khác là 4G sử dụng IP cho cả dữ liệu thoại. Đây là một chuẩn truyền thông không dây dựa vào mạng toàn IP (all-IP). Hiện tại các hệ thống 4G vẫn chưa phải là mạng toàn IP, vì vẫn còn dùng chung với các mạng 3G và 2G đang phổ biến tại nhiều quốc gia và khu vực trên thế giới. Sẽ cần thêm một thời gian phát triển nữa mới có các mạng 4G trọn vẹn, dựa hoản toàn trên nền IP.

4G không phải cuộc cách mạng mà là một sự tiến hóa, cải thiện đáng kể trải nghiệm Internet 3G.

Cải thiện tốc độ là yếu tố gây ấn tượng và dễ nhận thấy nhất. Về lý thuyết, theo định nghĩa của Liên minh Viễn thông Thế giới (ITU), 4G có thể tăng tốc độ tải về của thiết bị lên tới 100 Mbps khi di chuyển, và đạt xấp xỉ 1 Gbps trong điều kiện đứng yên.

Bỏ qua yếu tố tốc độ, 4G còn có một số ưu điểm nổi bật, thực sự là một hệ thống không dây tiên tiến, mang lại trải nghiệm kết nối di động băng rộng vượt trội so với các thế hệ trước.

4G có công suất cao hơn, nghĩa là có thể hỗ trợ một lượng lớn người dùng tại một thời điểm bất kỳ. 4G hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao hơn, do vậy các ứng dụng đa truyền thông như thoại có hình hay các đoạn video chạy trên YouTube sẽ mượt hơn. Một trạm phát 3G có thể phục vụ cùng lúc khoảng 60 đến 100 người dùng dịch vụ 3G đủ nhanh và đáng tin cậy. Tuy nhiên một tháp 4G LTE có thể phục vụ tới 300 - 400 người. Đặc biệt, 4G có khả năng giảm độ trễ xuống ở mức rất thấp, lý tưởng cho các dịch vụ đòi hỏi đáp ứng theo thời gian thực.

4G có hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn 3G, cho phép dung lượng dữ liệu truyền lớn hơn. Đó là nhờ 4G sử dụng các chương trình mã hóa thông minh hơn. Thêm nữa, 4G nén được nhiều bit dữ liệu hơn trong mỗi herzt trên phổ tần số so với 3G.

4G LTE thẳng tiến

Tốc độ lý tưởng của mạng 4G theo định nghĩa của ITU trên thực tế còn lâu mới thành hiện thực. Đó là lý do vì sao khái niệm 4G LTE trở nên phổ biến gần đây.

Những năm qua, các nhà mạng dốc tiền đầu tư và ra sức quảng bá cho LTE (Long Term Evolution). Cùng với Mobile WiMax, đây là hai chuẩn mạng có tốc độ truyền tải dữ liệu cao, nhưng vẫn chưa đạt tiêu chí mạng 4G theo định nghĩa của ITU trong các đặc tả kỹ thuật IMT-Advanced. Do vậy, ITU đã “nới lỏng” định nghĩa mạng 4G, coi như những công nghệ này cũng là 4G, để các nhà mạng trên thế giới gắn mác thương mại hóa. Mobile WiMax và LTE là bước tiến công nghệ quan trọng từ 3G, bởi cả hai được thiết kế ngay từ đầu cho dữ liệu, sử dụng mạng toàn IP. Mobile WiMax đến từ thế giới mạng dữ liệu do Intel hậu thuẫn, nhưng trong cuộc đua lên 4G đã thất bại trước đối thủ LTE dựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA, được sự ủng hộ mạnh mẽ từ các nhà khai thác di động (xem thêm “WiMax và LTE: Chiến hay hoà?” - www.pcworld.com.vn/T1192949).

Công nghệ di động 4G LTE cho phép truyền tải nhiều dữ liệu hơn

LTE viết tắt của cụm từ Long Term Evolution, nghĩa là tiến hóa dài hạn. Trong cách đặt tên này, các nhà mạng muốn gắn bó với công nghệ này lâu dài, vì việc nâng cấp hạ tầng mỗi năm là rất tốn kém. LTE có ưu điểm dễ mở rộng qui mô cả về dung lượng và hiệu suất.

Với độ trễ chỉ vài mili giây, 4G LTE đảm bảo cho các cuộc gọi video không bị giật hình và âm thanh không bị tiếng vọng, cũng rất hữu ích cho game online cao cấp, truyền hình tương tác hay dịch vụ video di động.

Công nghệ 4G LTE cho phép các thiết bị truyền và nhận dữ liệu đồng thời vì chúng sử dụng các tần số khác nhau cho các tác vụ này. LTE sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), chia nhỏ tín hiệu thành nhiều luồng dữ liệu và truyền đồng thời trên các kênh nhỏ. Tín hiệu sau đó được ghép lại bởi bộ xử lý ở đầu thiết bị nhận. LTE còn sử dụng một phương thức, gọi là MIMO (Multiple Input Multiple Output), dựa vào nhiều ăng ten và các bộ truyền cả trên điện thoại và trạm gốc và cho phép đồng thời tải lên và tải về.

Tính đến cuối năm 2014, đã có hơn 300 mạng 4G LTE phủ sóng tại trên 100 quốc gia, và rất nhiều nhà mạng trên thế giới đang chuẩn bị triển khai 4G LTE. Các nhà mạng sẽ còn tiếp tục nâng cấp mạng LTE của họ lên LTE-Advanced, thực sự đạt chuẩn 4G.

Mạng thông minh

Hiện tại chưa có nhiều mạng 4G LTE thuần túy. Thay vào đó, các mạng khắp nơi đang kết hợp cả công nghệ 3G lẫn 4G, thậm chí cả 2G và các chuẩn giao tiếp không dây khác. Tại nhiều khu vực, các mạng 2G, 3G và 4G đang phủ sóng chồng lấn lên nhau. Do vậy các điện thoại được gọi là 4G thực tế tích hợp cả chip 3G nên chúng có thể truy cập các mạng 3G và 3G+.

Về mặt công nghệ, các mạng xưa cũ 1G và 2G gọi là “chậm hiểu”, nhưng mạng 4G có thể gọi là hệ thống thông minh. Chẳng hạn, mạng 4G sẵn sàng đáp ứng cho hàng nghìn người cùng sử dụng dịch vụ với smartphone tại khu vực xảy ra sự cố tắc nghẽn lưu thông. Ở tình huống này, các mạng 3G có thể bị nghẽn khiến người dùng thất vọng.

Tuy nhiên, hệ thống 4G là mạng lưới IP được thiết kế theo kiến trúc đồng đẳng, có khả năng tự cấu hình bù đắp giữa các thiết bị để truyền tải thông tin, đáp ứng nhanh hơn cho nhiều người dùng đồng thời. Tương tự, sự cố mất điện và hỏng thiết bị thường làm tê liệt mạng 3G. Nhưng nhờ các cảm biến và phần mềm tiên tiến, một mạng 4G sẽ tự biết điều chuyển lưu lượng truyền qua các trạm phát khác cho đến khi khắc phục xong sự cố..

Đáng ngạc nhiên là mạng 4G đủ thông minh để thực hiện các công việc như vậy mà không có sự can thiệp của con người.

Dù vậy, 4G chưa thực sự là một công nghệ mới hoàn toàn. Nó chỉ là một phương pháp mới kết hợp kiến thức đã có sẵn với thiết bị xử lý mạnh hơn nhiều. Như smartphone, những năm qua công nghệ không mới, chỉ là cải tiến nhanh hơn, mạnh hơn. Nhiều mẫu mới nhất đã dùng vi xử lý 8 nhân, có sức mạnh tính toán chưa từng nghe thấy trong mấy năm trước.

4G đang tới, hãy sẵn sàng

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của smarphone, băng thông rộng không dây đang được quảng bá khắp nơi trong cuộc chiến khốc liệt thu hút thuê bao của các nhà mạng. Tất cả cùng lao vào xây dựng các mạng di động tốc độ cao với độ phủ sóng rộng nhất cả về phương diện địa lý và khu vực dân cư.

Các nhà mạng tại Việt Nam cũng sắp bắt đầu vào cuộc đua 4G. Dự kiến các băng tần 4G LTE sẽ được đưa ra đấu giá vào cuối năm nay. Chi phí cho băng tần không hề rẻ, và các nhà mạng còn phải nâng cấp mạng của họ, thay thế các bộ định tuyến (router), máy chủ, nghĩa là sẽ tốn tiền và thời gian trong khi chưa có ngay được thuê bao mới để bù đắp chi phí.

Theo các chuyên gia, 4G phủ sóng khắp nơi sẽ tác động mạnh mẽ tới truyền hình, giáo dục, y tế, bán lẻ và nhiều lĩnh vực khác. Nhưng các nhà mạng và người dùng cũng đừng quá ảo tưởng vào tốc độ của mạng 4G, vì khi lượng người dùng bắt đầu tăng cao tốc độ sẽ giảm xuống.

4G cho phép đàm thoại có hình, xem video YouTube miễn phí, nhưng hình ảnh bị giật. Dường như điều đó sẽ khiến người dùng sẵn sàng trả tiền nếu muốn sử dụng dịch vụ suôn sẻ. Tuy nhiên, các gói dữ liệu 4G sẽ có giá cao hơn 3G, do vậy người dùng sẽ đối mặt với hạn mức dữ liệu và họ khó có thể hài lòng.

Thêm nữa, pin vẫn là điều gây khó chịu cho người dùng smartphone. Chip 4G gây hao pin hơn cả 3G, có nghĩa là smartphone dùng với mạng 4G thậm chí không dùng đủ một ngày với một lần sạc pin. Thêm vào đó, chính những chiếc điện thoại đang nhận được các tính năng mạnh mẽ hơn khiến pin cạn nhanh hơn. Công nghệ pin vẫn đang “ì ạch” trước sức mạnh tăng nhanh của smartphone.

4G sẽ có giá cao hơn 3G, do vậy người dùng sẽ đối mặt với hạn mức dữ liệu và họ khó có thể hài lòng.

Thêm nữa, pin vẫn là điều gây khó chịu cho người dùng smartphone. Chip 4G gây hao pin hơn cả 3G, có nghĩa là smartphone dùng với mạng 4G thậm chí không dùng đủ một ngày với một lần sạc pin. Thêm vào đó, chính những chiếc điện thoại đang nhận được các tính năng mạnh mẽ hơn khiến pin cạn nhanh hơn. Công nghệ pin vẫn đang “ì ạch” trước sức mạnh tăng nhanh của smartphone.