Ngày nay, công nghệ 5G không chỉ mang lại tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp và khả năng kết nối nhiều thiết bị đã đánh dấu một sự chuyển đổi quan trọng trong kiến trúc mạng di động. Một trong những thay đổi lớn nhất trong hành trình triển khai 5G là sự chuyển đổi từ Non-Standalone (NSA) sang Standalone (SA). Đây không chỉ là một bước tiến về kỹ thuật mà còn là nền tảng để 5G phát huy toàn bộ tiềm năng của mình. Bài viết này sẽ tìm hiểu sự khác biệt giữa hai kiến trúc này và vai trò của modem 5G, hệ thống RF và ăng-ten trong quá trình chuyển đổi của hệ thống không dây.

Kiến trúc chuyển tiếp từ Non-Standalone

Khi 5G được triển khai ban đầu thì các nhà mạng đã lựa chọn kiến trúc Non-Standalone (NSA) như là một bước đệm để nhanh chóng đưa công nghệ này vào thực tế. Trong đó, kiến trúc NSA tận dụng cơ sở hạ tầng 4G LTE hiện có trong khi 5G chỉ được sử dụng cho các kết nối vô tuyến (Radio Access Network - RAN). Ưu điểm lớn nhất của NSA là khả năng triển khai nhanh chóng và tiết kiệm chi phí. Vì không cần xây dựng một lõi mạng 5G hoàn toàn mới nên các nhà mạng có thể dễ dàng nâng cấp các trạm phát 4G hiện có để hỗ trợ 5G. Điều này cho phép người dùng trải nghiệm tốc độ cao hơn và kết nối ổn định hơn mà không cần chờ đợi quá lâu.

Tuy nhiên, NSA cũng có những hạn chế đáng kể do vẫn phụ thuộc vào lõi mạng 4G vì nó không thể cung cấp toàn bộ các tính năng tiên tiến của 5G như độ trễ cực thấp, khả năng kết nối hàng triệu thiết bị IoT hay tính năng mạng cắt lớp (network slicing). Chính vì vậy NSA chỉ được coi là một giải pháp tạm thời trong hành trình tiến tới 5G thực sự.

Standalone (SA): Nền Tảng Của 5G Thực Sự

Kiến trúc Standalone (SA) là mục tiêu cuối cùng của mạng 5G khi toàn bộ hệ thống được xây dựng trên một lõi mạng 5G độc lập. SA mang lại tất cả những ưu điểm vượt trội mà công nghệ 5G hứa hẹn mà không còn phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng 4G. Một trong những điểm khác biệt lớn nhất của SA là khả năng hỗ trợ các tính năng tiên tiến như độ trễ cực thấp, điều này vô cùng cần thiết cho các ứng dụng như xe tự lái, phẫu thuật từ xa hay thực tế ảo (VR) và thực tế tăng cường (AR). Ngoài ra, SA cũng cung cấp khả năng mạng cắt lớp nhằm cho phép các nhà mạng tùy chỉnh các phần mạng riêng biệt để đáp ứng nhu cầu của từng nhóm người dùng hoặc ứng dụng cụ thể. SA đã mở ra cơ hội cho nhiều ứng dụng sáng tạo mà NSA không thể thực hiện nhờ khả năng xử lý ở tốc độ dữ liệu cực cao và độ trễ thấp. Tuy nhiên, việc triển khai SA sẽ đi kèm với những thách thức lớn như chi phí đầu tư rất cao và thời gian triển khai lâu hơn. Đồng thời, các thiết bị đầu cuối như điện thoại thông minh và modem 5G cũng phải được thiết kế để tương thích hoàn toàn với kiến trúc SA, điều này đòi hỏi sự cải tiến đáng kể trong công nghệ phần cứng.

Vai Trò Của Modem 5G Trong Chuyển Đổi Kiến Trúc

Hiện nay, modem 5G là trung tâm của mọi thiết bị kết nối 5G với vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi từ NSA sang SA. Với NSA thì modem phải có khả năng hoạt động đồng thời trên cả mạng 4G và 5G để đảm bảo thiết bị có thể sử dụng lõi mạng 4G để quản lý kết nối trong khi khai thác tốc độ cao của 5G. Modem phải hỗ trợ nhiều dải tần bao gồm cả sub-6 GHz và mmWave để đáp ứng các yêu cầu về độ trễ thấp và tốc độ xử lý cao. Các modem hiện đại như Snapdragon X70 của Qualcomm được thiết kế để hoạt động liền mạch trên cả hai kiến trúc NSA và SA nhằm cho phép các nhà mạng và thiết bị chuyển đổi dễ dàng giữa hai chế độ.

Một thách thức lớn đối với modem 5G trong SA là khả năng quản lý beamforming. Đây là một kỹ thuật điều khiển tín hiệu tập trung để tối ưu hóa tốc độ và độ tin cậy.  Trong đó, beamforming đặc biệt quan trọng trong các dải tần mmWave nơi mà tín hiệu dễ bị suy giảm. Modem 5G cũng phải có khả năng điều khiển beamforming trong thời gian thực và phối hợp với hệ thống RF và ăng-ten để đảm bảo kết nối ổn định.

Hệ Thống RF Trong Kiến Trúc SA

Hệ thống RF (Radio Frequency) trong kiến trúc SA phải được thiết kế để xử lý các tín hiệu phức tạp của 5G đặc biệt là ở tần số cao như mmWave. Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của RF là khuếch đại tín hiệu để đảm bảo chúng đủ mạnh để truyền qua không gian hoặc vượt qua các vật cản. Trong NSA thì hệ thống RF có thể được tối ưu hóa cho các dải tần sub-6 GHz. Tuy nhiên, với SA thì RF sẽ phải hỗ trợ cả mmWave và sub-6 GHz và đồng thời đảm bảo tín hiệu từ nhiều ăng-ten được xử lý đồng bộ. Một yếu tố khác cần xem xét trong thiết kế RF cho SA là khả năng bảo vệ tín hiệu khỏi nhiễu. Với số lượng lớn các thiết bị kết nối trong mạng 5G SA thì nhiễu tín hiệu có thể trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Các bộ lọc và bộ khuếch đại trong hệ thống RF phải được thiết kế để đảm bảo tín hiệu luôn rõ ràng và chính xác.

Ăng-Ten Trong Chuyển Đổi Sang SA

Ăng-ten đóng vai trò không thể thiếu trong việc triển khai kiến trúc SA đặc biệt là với các dải tần mmWave. Trong NSA thì ăng-ten thường được thiết kế để hỗ trợ cả 4G và 5G với trọng tâm là các dải tần sub-6 GHz. Tuy nhiên, SA thường có những yêu cầu đối với ăng-ten khắt khe hơn đặc biệt là trong việc hỗ trợ beamforming và MIMO. Một đổi mới quan trọng trong thiết kế ăng-ten SA là việc sử dụng mảng pha (phased arrays) nhằm cho phép tạo ra các chùm tín hiệu định hướng để tăng cường tín hiệu ở các khu vực cụ thể. Điều này không chỉ giúp khắc phục hạn chế về phạm vi của mmWave mà còn tối ưu hóa hiệu suất của mạng.

Ngoài ra, các ăng-ten trong kiến trúc SA thường được tích hợp sâu vào thiết kế thiết bị chẳng hạn như trong khung máy của điện thoại thông minh. Điều này đòi hỏi các kỹ sư phải cân nhắc kỹ lưỡng về kích thước, vị trí và khả năng tản nhiệt của ăng-ten để đảm bảo rằng chúng hoạt động hiệu quả mà không ảnh hưởng đến thiết kế tổng thể của thiết bị.

Kết Luận

Sự chuyển đổi từ kiến trúc NSA sang SA đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của công nghệ 5G. Trong khi NSA giúp triển khai 5G nhanh chóng và tiết kiệm chi phí thì SA đã thực sự mang lại toàn bộ tiềm năng của công nghệ này. Dù còn nhiều thách thức nhưng sự phát triển không ngừng của công nghệ và sự hợp tác giữa các bên liên quan sẽ đảm bảo rằng SA trở thành nền tảng cho kết nối không dây trong tương lai. Đây không chỉ là một bước tiến kỹ thuật mà còn là động lực thúc đẩy đổi mới và sáng tạo trên toàn cầu.