5G NR (New Radio) là gì?

Bạn đã thấy và nghe rất nhiều về 5G những ngày này. Bạn cũng có thể đã nghe nói về 5G New Radio, còn được gọi là 5G NR, đặc điểm kỹ thuật công nghệ truy cập vô tuyến 5G mới. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn thông tin tổng quan về 5G NR, cung cấp cho bạn câu trả lời cho những câu hỏi này và các câu hỏi cơ bản khác về 5G NR – đặc biệt tập trung vào ý nghĩa của những câu trả lời này đối với những người trong ngành IoT.

NR trong 5G NR là gì?

Như tên gọi của nó, 5G New Radio hoặc 5G NR là đặc điểm kỹ thuật công nghệ truy cập vô tuyến mới được tìm thấy trong tiêu chuẩn 5G do 3GPP đặt ra.

Nói một cách khác, 5G NR mô tả cách các thiết bị cạnh 5G NR và cơ sở hạ tầng mạng 5G NR sử dụng sóng vô tuyến để nói chuyện với nhau.

5G NR là một phần rất quan trọng của 5G. Rốt cuộc, nó mô tả cách các giải pháp 5G sẽ sử dụng sóng vô tuyến để truyền dữ liệu không dây nhanh hơn và ít độ trễ hơn so với các thông số kỹ thuật của công nghệ truy cập vô tuyến trước đây. Tuy nhiên, mặc dù 5G NR là một phần rất quan trọng của tiêu chuẩn 5G mới, nhưng nó không bao gồm mọi thứ liên quan đến 5G.

Ví dụ: 5G bao gồm một tiêu chuẩn kiến trúc mạng lõi mới (được đặt tên thích hợp là Mạng lõi 5G hoặc 5GCN) chỉ định kiến trúc của mạng thu thập, xử lý và định tuyến dữ liệu từ các thiết bị biên và sau đó gửi dữ liệu này đến đám mây, các thiết bị biên khác, hoặc ở nơi khác. 5GCN sẽ cải thiện năng lực hoạt động, hiệu quả và hiệu suất của mạng 5G.

Tuy nhiên, 5GCN không phải là một công nghệ truy cập vô tuyến như 5G NR, mà là một công nghệ mạng cốt lõi. Trên thực tế, các mạng sử dụng mạng lõi 5GCN sẽ có thể hoạt động với các loại công nghệ truy cập vô tuyến trước đây – như LTE.

5G NR có phải là một trong những tiến bộ công nghệ mới quan trọng nhất của 5G không? Đúng. Nhưng nó không phải là tiến bộ công nghệ duy nhất được giới thiệu bởi 5G.

5G NR hoạt động như thế nào?

Giống như tất cả các thông số kỹ thuật của công nghệ vô tuyến, thông số kỹ thuật 5G NR mô tả cách các thiết bị biên và cơ sở hạ tầng mạng truyền dữ liệu cho nhau bằng sóng vô tuyến điện từ. Tùy thuộc vào tần số của sóng điện từ (sóng dài bao nhiêu), nó chiếm một phần khác nhau của phổ không dây.

Một số sóng mà 5G NR sử dụng có tần số từ 400 MHz đến 6 GHz. Những sóng này được gọi là phổ phụ 6 (vì tần số của chúng đều dưới 6 GHz).

Phổ phụ 6 này cũng được sử dụng bởi các công nghệ truy cập vô tuyến di động khác, như LTE. Trước đây, việc sử dụng các công nghệ truy cập vô tuyến di động khác nhau như thế này trên cùng một phổ tần sẽ dẫn đến các vấn đề nhiễu không thể quản lý được, với các công nghệ khác nhau thì sóng vô tuyến giao thoa với nhau.

Một trong những lợi thế của 5G NR là nó đã giải quyết được vấn đề này bằng cách sử dụng công nghệ có tên là Chia sẻ phổ động (Dynamic Spectrum Sharing – DSS). Công nghệ DSS này cho phép các tín hiệu 5G NR sử dụng cùng một dải phổ như LTE và các công nghệ di động khác, như LTE-M và NB-IoT. Điều này cho phép triển khai mạng 5G NR mà không cần tắt LTE hoặc các mạng khác hỗ trợ điện thoại thông minh LTE hoặc thiết bị IoT hiện có.

Một trong những cải tiến lớn khác của 5G NR là nó không chỉ sử dụng sóng ở dải tần phụ 6 để truyền dữ liệu. Thông số kỹ thuật 5G NR cũng chỉ định cách các thiết bị biên và cơ sở hạ tầng mạng có thể sử dụng sóng vô tuyến trong băng tần từ 24 GHz đến 52 GHz để truyền dữ liệu.

Các dải sóng milimet (mmWave) này mở rộng đáng kể lượng phổ có sẵn cho truyền thông dữ liệu không dây. Việc thiếu băng tần đã từng là một vấn đề trong quá khứ, vì có một số lượng hạn chế dải tần dưới 6 cho các tổ chức sử dụng truyền thông di động và nhiều dải tần này nhỏ. Thiếu dung lượng khả dụng và dải phổ hẹp dẫn đến tắc nghẽn mạng, làm hạn chế lượng dữ liệu có thể được truyền qua các mạng sử dụng phổ phụ 6.

mmWave mở ra một lượng lớn phổ không dây mới, cũng như các dải phổ không dây rộng hơn nhiều để truyền dữ liệu di động. Phổ bổ sung này và các dải phổ rộng hơn này làm tăng dung lượng (lượng dữ liệu) có thể được truyền qua các dải này, cho phép các thiết bị 5G NR mmWave đạt được tốc độ dữ liệu nhanh hơn bốn lần hoặc hơn so với các thiết bị chỉ sử dụng phổ phụ 6.

Dung lượng không dây bổ sung do mmWave cung cấp cũng làm giảm độ trễ (khoảng thời gian từ khi thiết bị gửi tín hiệu đến khi thiết bị nhận được phản hồi). Bằng cách giảm độ trễ từ 10 mili giây với thiết bị dưới 6 xuống còn 3-4 mili giây hoặc thấp hơn với thiết bị 5G NR mmWave, 5G cho phép các trường hợp sử dụng tự động hóa công nghiệp, xe tự hành và chơi game nhập vai, cũng như Thực tế ảo (VR), Thực tế tăng cường (AR) và các trường hợp sử dụng Thực tế ảo mở rộng (Extended Reality – XR) tương tự, tất cả đều yêu cầu độ trễ rất thấp.

Mặt khác, các thiết bị mmWave và cơ sở hạ tầng mạng mới này đi kèm với các yêu cầu kỹ thuật mới, cũng như các nhược điểm liên quan đến việc sử dụng phổ mmWave của chúng. Ví dụ: các thiết bị mmWave sử dụng nhiều điện hơn và tạo ra nhiều nhiệt hơn các thiết bị dưới 6. Ngoài ra, tín hiệu mmWave có phạm vi ngắn hơn và không xuyên qua tường và các vật thể vật lý khác dễ dàng như sóng phụ 6. 5G NR bao gồm một số công nghệ, chẳng hạn như định dạng chùm và Multiple Input Multiple Output (MIMO) khổng lồ giúp giảm bớt một số hạn chế về phạm vi và khả năng xuyên chướng ngại vật – nhưng không thể loại bỏ hết được.

Sự khác biệt giữa 5G NR và LTE là gì?

Mặc dù sub-6 và mmWave rất khác nhau nhưng cả hai loại 5G NR đều cung cấp tốc độ truyền dữ liệu, độ trễ và các cải tiến hiệu suất khác so với LTE, đặc điểm kỹ thuật công nghệ truy cập vô tuyến trước đây được sử dụng cho truyền thông di động.

Ngoài việc sử dụng mmWave, 5G NR có các cải tiến kỹ thuật khác được thiết kế để cải thiện hiệu suất mạng, bao gồm:

• Flexible numerology

Cho phép cơ sở hạ tầng mạng 5G NR đặt khoảng cách giữa các sóng mang con trong dải phổ không dây ở 15, 30, 60, 120 và 240 kHz, thay vì chỉ sử dụng khoảng cách 15 kHz, như LTE. Hệ số linh hoạt này là thứ cho phép 5G NR sử dụng phổ mmWave ngay từ đầu. Nó cũng cải thiện hiệu suất của các thiết bị 5G NR sử dụng phổ phụ 6 cao hơn, chẳng hạn như phổ C-Band 3,5 GHz, vì mạng có thể điều chỉnh khoảng cách sóng mang phụ để đáp ứng các yêu cầu về phổ cụ thể và trường hợp sử dụng của dữ liệu mà nó đang truyền. Ví dụ, khi độ trễ thấp, mạng có thể sử dụng khoảng cách sóng mang con rộng hơn để giúp cải thiện độ trễ của quá trình truyền.

• Beamforming

Công nghệ ăng ten MIMO (nhiều đầu vào và nhiều đầu ra) khổng lồ được sử dụng để tập trung tín hiệu không dây và sau đó quét chúng qua các khu vực cho đến khi chúng tạo ra kết nối mạnh mẽ. Beamforming giúp mở rộng phạm vi mạng sử dụng mmWave và phổ sub-6 cao hơn.

• Yêu cầu lặp lại tự động kết hợp có chọn lọc (Hybrid Automatic Repeat Request – HARQ)

Cho phép 5G NR chia khối dữ liệu lớn thành các khối nhỏ hơn, để khi có lỗi, quá trình truyền lại sẽ nhỏ hơn và dẫn đến tốc độ truyền dữ liệu cao hơn LTE, truyền dữ liệu trong các khối lớn hơn.

• Song công phân chia theo thời gian (Time Division Duplexing – TDD)

Cho phép mạng 5G NR chuyển đổi giữa đường lên và đường xuống nhanh hơn, giảm độ trễ.

• Lập lịch ưu tiên

Làm giảm độ trễ bằng cách cho phép dữ liệu có mức độ ưu tiên cao hơn ghi đè hoặc xóa trước dữ liệu có mức độ ưu tiên thấp hơn, ngay cả khi dữ liệu có mức độ ưu tiên thấp hơn đã được truyền đi. Các đơn vị lập lịch ngắn hơn giúp cắt đơn vị lập lịch tối thiểu chỉ còn hai ký hiệu, cải thiện độ trễ.

• Trạng thái không hoạt động mới cho các thiết bị

Các thiết bị LTE có hai trạng thái – nhàn rỗi và được kết nối. 5G NR bao gồm một trạng thái mới – không hoạt động – giúp giảm thời gian cần thiết để thiết bị cạnh di chuyển vào và ra khỏi trạng thái được kết nối (trạng thái được sử dụng để truyền), giúp thiết bị phản hồi nhanh hơn.

Những tiến bộ này và các tiến bộ kỹ thuật khác được tạo ra cho 5G NR rất phức tạp, nhưng kết quả của những tiến bộ này khá đơn giản – tốc độ dữ liệu nhanh hơn, độ trễ thấp hơn, nhanh hơn về phổ và hiệu suất tốt hơn LTE.

Công nghệ LPWA, như NB-IoT và LTE-M, có được hỗ trợ bởi 5G không?

Mặc dù 5G có công nghệ truy cập vô tuyến mới, 5G NR, nhưng 5G cũng hỗ trợ các công nghệ truy cập vô tuyến khác. Điều này bao gồm các công nghệ Diện tích rộng năng lượng thấp (LPWA), IoT băng thông hẹp (NB-IoT) và Long Term Evolution for Machines (LTE-M). Trên thực tế, các tiêu chuẩn LPWA này là các tiêu chuẩn mà 5G sử dụng để giải quyết một trong ba trường hợp sử dụng chính của nó – Massive, Machine-Type Communications (mMTC).

Các cải tiến đã được thực hiện và tiếp tục được thực hiện đối với các tiêu chuẩn 5G LPWA này để giải quyết các trường hợp sử dụng mMTC này – những cải tiến giúp hạ thấp hơn nữa chi phí của các thiết bị LPWA, giảm mức sử dụng năng lượng của các thiết bị này và cho phép một số lượng lớn hơn các thiết bị LPWA kết nối với mạng trong một khu vực nhất định.

Các trường hợp sử dụng 5G NR và 5G LPWA

Ngày nay, LTE hỗ trợ ba trường hợp sử dụng cơ bản:

• Giọng nói

Mọi người ngày nay có thể sử dụng LTE để nói chuyện với nhau bằng thiết bị di động.

• Băng thông rộng di động (Mobile broadband – MBB)

Mọi người có thể sử dụng điện thoại thông minh, máy tính bảng, thiết bị di động và các thiết bị tiên tiến khác để xem video, chơi trò chơi và sử dụng các ứng dụng khác yêu cầu tốc độ dữ liệu băng thông rộng.

• IoT

Mọi người có thể sử dụng mô-đun di động, bộ định tuyến và các Gateway khác được nhúng vào bất kỳ thứ gì thực tế – loa thông minh, vòng đeo cổ cho chó, máy giặt thương mại, giày bảo hộ, máy lọc không khí công nghiệp, bể chứa phân bón lỏng – để truyền dữ liệu từ đến đám mây hoặc trung tâm dữ liệu tư nhân và quay lại qua internet.

5G NR, cũng như các công nghệ truy cập vô tuyến LPWA của 5G (NB-IoT và LTE-M) sẽ tiếp tục hỗ trợ các trường hợp sử dụng thoại và IoT hiện có này.

Tuy nhiên, 5G cũng mở rộng trên trường hợp sử dụng MBB với trường hợp sử dụng Băng thông rộng di động nâng cao (Enhanced Mobile Broadband – eMBB) mới. Các trường hợp sử dụng eMBB này tận dụng tốc độ cao nhất và tốc độ trung bình cao hơn của 5G NR và độ trễ thấp hơn để cho phép điện thoại thông minh và các thiết bị khác hỗ trợ trò chơi điện tử nhập vai dựa trên đám mây độ nét cao, cuộc gọi điện video chất lượng cao và các ứng dụng VR, AR mới và các ứng dụng XR khác.

Ngoài ra, 5G NR cũng hỗ trợ một trường hợp sử dụng mới, được gọi là Truyền thông siêu đáng tin cậy, độ trễ thấp (URLLC). 5G NR cho phép các thiết bị tạo kết nối siêu đáng tin cậy với độ trễ rất thấp. Với các khả năng 5G NR mới này, cũng như hỗ trợ 5G NR cho quá trình xử lý rất nhanh và tính di động cao, các tổ chức hiện có thể triển khai tự động hóa nhà máy mới, thành phố thông minh 2.0 và các ứng dụng IoT công nghiệp (IIoT) thế hệ tiếp theo khác, cũng như Xe-to- mọi ứng dụng (V2X), chẳng hạn như xe tự hành.

Ngoài ra, 5G NR cũng hỗ trợ một trường hợp sử dụng mới, được gọi là Truyền thông siêu đáng tin cậy, độ trễ thấp (URLLC). 5G NR cho phép các thiết bị tạo kết nối siêu đáng tin cậy với độ trễ rất thấp. Với các khả năng 5G NR mới này, cũng như hỗ trợ 5G NR cho quá trình xử lý rất nhanh và tính di động cao, các tổ chức hiện có thể triển khai tự động hóa nhà máy mới, thành phố thông minh 2.0 và các ứng dụng IoT công nghiệp (IIoT) thế hệ tiếp theo khác, cũng như Vehicle-to-everything (V2X), chẳng hạn như xe tự hành.

Như chúng tôi đã đề cập ở trên, 5G cũng sẽ hỗ trợ trường hợp sử dụng mMTC mới, thể hiện sự cải tiến của trường hợp sử dụng IoT hiện có. Tuy nhiên, trong trường hợp của mMTC, các trường hợp sử dụng mới sẽ được kích hoạt bằng các cải tiến đối với các tiêu chuẩn công nghệ truy cập vô tuyến LTE-M và NB-IoT, không phải 5G NR. Ví dụ về các loại trường hợp sử dụng mMTC mới này bao gồm triển khai quy mô lớn các thiết bị nhỏ, chi phí thấp (như cảm biến) cho thành phố thông minh, hậu cần thông minh, lưới điện thông minh và các ứng dụng tương tự.

3GPP cũng đang kiểm tra các thay đổi tiêu chuẩn đối với NR, LTE-M và NB-IoT trong Bản phát hành 5G 17 để các vệ tinh có thể sử dụng các công nghệ này cho truyền thông Mạng phi mặt đất (Non-Terrestrial Network – NTN). Tính năng NTN mới này sẽ giúp cho phép triển khai các vệ tinh có thể cung cấp vùng phủ sóng NR, LTE-M và NB-IoT ở các khu vực rất xa, cách xa các trạm gốc di động.

Bạn có thể tìm thấy các trang web, báo cáo và bài báo với nhiều thông tin hơn về 5G NR và cách nó, cùng với những tiến bộ 5G khác, đang dẫn đến những thay đổi mang tính cách mạng và tiến hóa trong cách chúng ta kết nối với thiết bị công nghiệp và thiết bị khác, đám mây, v.v. khác.

• Qualcomm: 5G NR | 5g New Radio Standard 
• TechTarget: 5G new radio (NR)
• Verizon: What is 5G NR?
• IDC: What 5G Really Means for Public Safety