Sau khi hoàn thành đánh giá toàn bộ bốn nhóm công nghệ được các tổ chức tiêu chuẩn hóa (SDO) xây dựng và đề cử để SG5 xem xét công nhận là IMT-2020/5G, có hai nhóm công nghệ được ITU-R công nhận là công nghệ IMT-2020 bao gồm: 3GPP-NR (từ Rel.15) do Tổ chức Dự án đối tác thế hệ thứ 3 - 3GPP phát triển và TSDSI-5Gi do Hiệp hội Phát triển tiêu chuẩn viễn thông Ấn Độ - TSDSI phát triển.
Trong khi đó, hai nhóm công nghệ được đề cử khác cho IMT-2020 là DECT1-2020 do Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu - ETSI phát triển và EUHT2 do Tập đoàn Công nghệ Nufront của Trung Quốc phát triển sẽ phải đánh giá lại khả năng đáp ứng các yêu cầu tối thiểu của IMT-2020 theo các tiêu chí đã được ITU-R đặt ra tại Báo cáo M.2410 và M.2412.
Xây dựng tiêu chuẩn công nghệ IMT-2020/5G của ITU
Lộ trình xây dựng tiêu chuẩn công nghệ cho IMT-2020/5G được ITU-R xác định gồm 8 bước chặt chẽ được mô tả chi tiết trong hình dưới.
Đến hết bước 3 (Submission), các Tổ chức Phát triển tiêu chuẩn (SDO) trên thế giới đã lập hồ sơ đề xuất cho 4 nhóm công nghệ để nộp cho ITU-R WP5D theo thủ tục được quy định tại Báo cáo M.2411, đó là các nhóm công nghệ sau:
- 5G NR và NB-IoT do 3GPP phát triển.
- DECT-2020 NR do ETSI (Châu Âu) phát triển.
- EUHT do Nufront (Trung Quốc) phát triển chủ yếu sử dụng cho tầu điện cao tốc.
- TSDSI-LMLC3 do TSDSI (Ấn Độ) phát triển để triển khai ở khu vực nông thôn, sau đó được đổi tên thành 5Gi.
Ở bước 4 (Evaluation), chín Nhóm đánh giá độc lập (IEG) được ITU-R công nhận đã thực hiện đánh giá kiểm tra và xác nhận về hiệu năng kỹ thuật của 4 nhóm công nghệ nói trên theo các quy định cụ thể trong Báo cáo M.2412.
Kết quả, ở bước 8, hai công nghệ ứng cử viên vượt qua bước đánh giá về các yêu cầu hiệu năng kỹ thuật tối thiểu đã được nhóm nghiên cứu WP5D tập hợp vào Khuyến nghị M.[IMT-2020.Specs] để trình lên ITU-R SG5 xem xét thông qua và tiến hành các thủ tục theo quy định tại Nghị quyết ITU-R 1-7 để được chính thức công nhận. Với khó khăn phát sinh do dịch bệnh Covid-19 nên nhóm nghiên cứu WP5D chỉ có thể họp trực tuyến dẫn đến không đảm bảo tiến độ cho bước 8, nên việc phê chuẩn đã bị kéo dài thêm khoảng 2 tháng so với dự kiến.
Các công nghệ được ITU công nhận là IMT-2020 phải đáp ứng tất cả các yêu cầu tối thiểu về hiệu suất kỹ thuật như tổng hợp trong Bảng 1 cho ba kịch bản ứng dụng chính gồm kết nối băng thông rộng di động nâng cao (eMBB), thông tin độ tin cậy rất cao với độ trễ thấp (uRLLC) và truyền thông máy quy mô rất lớn (mMTC).
Chương trình phát triển tiêu chuẩn công nghệ IMT-2020 kéo dài nhiều năm với 8 bước chính đã được hoàn thành. ITU-R đã xác định được những công nghệ đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật mà ITU đã đặt ra cho IMT-2020.
Nhóm công nghệ 3GPP-NR
Các tiêu chuẩn kỹ thuật của IMT-2020 được 3GPP phát triển dưới tên thương mại 5G bao gồm các tiêu chuẩn kỹ thuật được 3GPP phát hành từ phiên bản 15 trở lên, hiện 3GPP đã có phiên bản 16, với kiến trúc tổng thể như sau:
Công nghệ New Radio (NR) được 3GPP thiết kế hoạt động trong các băng tần đã được ITU xác định (identified) dành cho IMT và đã vượt qua bài đánh giá của ITU về đáp ứng tất cả các yêu cầu về hiệu suất kỹ thuật cho ba kịch bản ứng dụng chính là eMBB, uRLLC và mMTC trong năm môi trường thử nghiệm được quy định gồm:
- Môi trường điểm phát sóng trong nhà cho dịch vụ băng thông rộng di động nâng cao (Indoor Hotspot - eMBB);
- Môi trường trung tâm đô thị mật độ cao cho dịch vụ băng thông rộng di động nâng cao (Dense urban - eMBB);
- Môi trường nông thôn cho dịch vụ băng thông rộng di động nâng cao (Rural - eMBB);
- Môi trường đô thị sử dụng trạm gốc vùng phủ rộng cho dịch vụ có độ tin cậy rất cao, độ trễ thấp (Urban macro - URLLC);
- Môi trường đô thị sử dụng trạm gốc vùng phủ rộng cho dịch vụ truyền thông máy quy mô rất lớn (Urban macro - mMTC).
Công nghệ NR của 3GPP hoàn toàn đáp ứng các quy định của Thể lệ Thông tin vô tuyến điện – Radio Regulation về phân chia tần số cho nghiệp vụ di động kèm theo các chú thích về xác định băng tần cho IMT. Cụ thể, công nghệ NR sử dụng các băng tần trong dải dưới 6 GHz đã xác định cho IMT trước năm 2019 và các băng tần trong dải trên 24,25 GHz vừa mới được ITU quy hoạch cho IMT tại Hội nghị Thông tin vô tuyến thế giới năm 2019 (WRC-19), các băng tần này được quy định trong Thể lệ Thông tin vô tuyến điện của ITU, chi tiết như mô tả trong bảng dưới.
Bộ tiêu chuẩn hoàn chỉnh cho giao diện vô tuyến mặt đất của IMT-2020 được xác định là 3GPP 5G - RIT không chỉ đáp ứng đầy đủ các tính năng chính của công nghệ IMT-2020 theo tiêu chí được ITU đặt ra trong báo cáo M.2410 mà còn có thêm các tính năng bổ sung khác và tất cả đều đang được 3GPP tiếp tục nghiên cứu phát triển thêm.
Tiêu chuẩn kỹ thuật của hệ thống 5G/NR (5GS) mà 3GPP xây dựng còn bao gồm các thông số kỹ thuật cho phần phi vô tuyến như các phần tử mạng lõi gồm Mạng lõi EPC và Mạng lõi 5G (5GC), bảo mật, mã hóa và giải mã (codec), quản lý mạng,… Tuy nhiên, các thông số kỹ thuật phi vô tuyến này không được nhóm nghiên cứu ITU-R SG5 đưa vào trong Khuyến nghị về Tiêu chuẩn kỹ thuật cho giao diện vô tuyến của IMT-2020/5G.
Công nghệ NR theo các phiên bản 15 và 16 do 3GPP phát hành hoạt động theo cả phương thức song công phân chia theo tần số FDD sử dụng một cặp băng tần (pair spectrum) cho đường lên và đường xuống riêng biệt và phương thức song công phân chia theo thời gian TDD sử dụng một băng tần (unpair spectrum) chung cho cả đường lên và đường xuống. Ngoài ra, bên cạnh hai phương thức FDD và TDD, NR còn cho phép thiết bị người dùng UE có thể hoạt động với cấu hình Đường lên bổ sung (SUL) chủ yếu để cải thiện hạn chế về vùng phủ của kết nối UL, đặc biệt là khi hoạt động ở các băng tần mid-band và high-band. Tuy nhiên, SUL hiện chỉ có thể được lên lịch truyền dẫn trên đường lên bổ sung hoặc trên đường lên của sóng mang chính mà không phải trên cả hai sóng mang cùng một lúc.
Băng thông tối đa của một kênh tần số lên đến 400 MHz và hỗ trợ ghép tổng hợp sóng mang lên đến 16 sóng mang thành phần, vì thế NR có thể cung cấp được dịch vụ eMBB với tốc độ dữ liệu đỉnh lên đến khoảng 140 Gbit/s ở đường xuống và 65 Gbit/s ở đường lên.
Công nghệ NR cũng hỗ trợ một loạt các dịch vụ mới ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác ngoài viễn thông (thường gọi là vertical industry), IoT trong công nghiệp (IIoT), Giao thông vận tải (V2X), Mạng dùng riêng (Private Network),… Công nghệ NR cho phép sử dụng chung băng tần với NB-IoT và eMTC.
Nhóm công nghệ TSDSI-5Gi
TSDSI-5Gi là Nhóm Công nghệ thứ 2 đã vượt qua bài đánh giá của ITU về đáp ứng tất cả các yêu cầu về hiệu suất kỹ thuật cho ba kịch bản ứng dụng chính trong năm môi trường thử nghiệm như đã nêu trên.
Công nghệ 5Gi được phát triển trên cơ sở công nghệ 3GPP-NR, trong đó TSDSI tập trung điều chỉnh các tính năng để có thể hỗ trợ Low-Mobility-Large-Cell (LMLC) hay nói cách khác là Low-cost-coverage chủ yếu phục vụ triển khai ở khu vực nông thôn:
1. Tăng hiệu quả sử dụng phổ tần và hiệu quả truy cập băng rộng;
2. Kết nối độ trễ thấp;
3. Hỗ trợ hàng triệu thiết bị IoT;
4. Tăng hiệu suất sử dụng năng lượng;
5. Kết nối tốc độ cao;
6. Tăng vùng phủ sóng, đặc biệt đối với khu vực Nông thôn;
7. Hỗ trợ nhiều dải tần bao gồm cả các băng tần mmWave.
Tiêu chuẩn kỹ thuật của TSDSI-5Gi cũng sẵn sàng cho việc nâng cấp, cải thiện các tính năng trong các phiên bản tương lai.
Kế hoạch tiếp theo
Theo quy định của Liên minh Viễn thông quốc tế, sau đây ITU-R sẽ gửi văn bản số CACE/965 để đề nghị tất cả các quốc gia thành viên cho ý kiến về việc chuẩn y kết quả phê duyệt Khuyến nghị này. Sau đó, dự kiến khoảng cuối tháng 1 năm 2021, phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên của IMT-2020/5G sẽ được ITU-R chính thức ban hành.
Đồng thời, ngay sau khi hoàn thành Khuyến nghị về IMT-2020, SG5 đã khởi động nghiên cứu về các xu hướng công nghệ trong tương lai cho “IMT hướng đến 2030”, về các use-case mới cho IMT, các yêu cầu tính năng mới và giải pháp kỹ thuật tương ứng có thể xuất hiện trong giai đoạn từ nay đến 2030. Trước tiên, dự kiến khoảng năm 2022/2023, ITU-R sẽ hoàn thành báo cáo Tầm nhìn về “thế hệ sau IMT-2020/5G”.
Tài liệu tham khảo:
[1]: ITU Radio Regulation
[2]: Report ITU-R M.2410 - Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s)
[3]: Report ITU-R M.2411 - Requirements, evaluation criteria and submission templates for the development of IMT-2020
[4]: Report ITU-R M.2412 - Guidelines for evaluation of radio interface technologies for IMT-2020
[5]: Report ITU-R M.2083 - ITU-2020 vision
[6]: 3GPP Release 15, 16
[7]: Chairman’s Report 36thbis e-meeting of Working Party 5D (17-19 November 2020 – Virtual meeting).