Hệ thống thông tin vô tuyến đã xuất hiện xu thế phát triển di động hóa, mở rộng băng tần và IP hóa. Trong tình hình đó, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã đưa ra chuẩn IMT-Advanced, cũng tức là kỹ thuật 4G lâu nay vẫn được đề cập.
Tốc độ đỉnh ITU yêu cầu đối với IMT-Advanced là: a) Trường hợp di động với tốc độ thấp, trong vùng phủ sóng là 1 Gbit/s trở lên; b) Di động với tốc độ cao, trong vùng phủ sóng là 100 Mbit/s. WiMAX, LTE và UMB được coi là ba loại tiêu chuẩn kỹ thuật chủ yếu thông tin di động chuyển đổi lên 4G. Hiện nay ba tiêu chuẩn này đều chưa đạt đến mục tiêu mà ITU xác định cho IMT-Advanced, vì vậy các tổ chức tiêu chuẩn lớn như IEEE và 3GPP, đều đang tích cực sửa đổi các tiêu chuẩn của mình cho phù hợp với kiến nghị của ITU-R.
WiMAX là kỹ thuật truy nhập vô tuyến băng rộng do IEEE đưa ra, được các nhà sản xuất IT như Intel, Cisco,... ủng hộ. Do không có sự trói buộc của thể chế đã có, nên nó phù hợp nhất với nhu cầu của thị trường truy nhập băng rộng.
LTE là tiêu chuẩn do 3GPP đề xuất, nó đã định nghĩa hai phương thức là LTE FDD (Frequency Division Duplexing) và LTE TDD (Time Division Duplexing). LTE FDD đã nhận được sự ủng hộ của các nhà khai thác di động truyền thống, tập đoàn di động. Tuy nhiên, với sự đi sâu nghiên cứu kỹ thuật LTE TDD, ngày càng có nhiều nhà khai thác và nhà sản xuất tham gia vào đội ngũ của LTE TDD.
UMB (Ultra - Mobile Broadband) là kỹ thuật băng rộng siêu di động do 3GPP2 đề xuất, chủ yếu là có Qualcomm ủng hộ, là phiên bản nâng cấp lên từ hệ tiêu chuẩn CDMA 2000.
Phương thức chuyển đổi từ tiêu chuẩn 3G lên tiêu chuẩn 4G
Có ba con đường chủ yếu chuyển đổi từ 3G lên 4G: a) WiMAX từ 802.16e chuyển đổi lên 802.16m; b) WCDMA và TD-SCDMA đều chuyển đổi từ HSPA đến HSPA+, rồi từ đó đến LTE (phân thành hai phương thức là FDD và TDD); c) CDMA 2000 thì tuần tự theo 1xEV-DO Rev.A, 1x EV-DO Rev.B, rồi cuối cùng là đến UMB.
Hiện nay, UMB vẫn chưa có nhà khai thác nào công bố áp dụng, trên thực tế đã rút ra khỏi sự cạnh tranh để trở thành 4G. Nhà khai thác CDMA lớn nhất toàn cầu là nhà khai thác di động lớn thứ hai ở Mỹ, Verizon Wireless tuyên bố mạng thế hệ tiếp theo của mình cũng sẽ áp dụng kỹ thuật LTE. Hành động này đã kéo các nhà khai thác CDMA khác nhanh chóng làm theo, họ hoặc là đi theo con đường LTE hoặc là WiMAX di động. Dưới đây sẽ không tiếp tục phân tích đối với UMB.
LTE FDD sẽ là tiêu chuẩn 4G áp dụng nhiều nhất, nó được chuyển đổi từ WCDMA, có thể tiến tới tương thích (compatibility) giữa hai tiêu chuẩn kỹ thuật WCDMA và CDMA 2000 với nhau, trở thành tiêu chuẩn được chấp nhận rộng rãi.
LTE TDD có ưu thế tương đối lớn về mặt tận dụng tần số, có thể sử dụng dải tần phân tán mà hệ thống LTE FDD không dễ sử dụng, cũng sẽ trở thành tiêu chuẩn kỹ thuật chủ đạo của 4G. Hai phương thức này đều có ưu điểm riêng của nó, có tính bổ trợ cho nhau, có thể cùng tồn tại.
LTE TDD và WiMAX tương tự nhau nhiều hơn, có thể dung hợp với nhau. Tuy hiện nay WiMAX (802.16e) đã được sử dụng có tính thương mại, nhưng trong tương lai khi phát triển 4G, WiMAX vẫn có thể dung hợp với tiêu chuẩn LTE TDD. Hiện nay chúng ta có thể coi WiMAX như là một sự bổ sung cho mạng 3G.
So sánh về mặt kỹ thuật của ba tiêu chuẩn chủ đạo hiện nay, có thể thấy rõ:
a) Độ tương tự về kỹ thuật mà ba tiêu chuẩn áp dụng rất cao. Ví dụ đều đã sử dụng độ rộng băng tần, phương thức mã hóa như nhau hoặc tương tự với nhau; đều đã áp dụng các kỹ thuật OFDMA, MIMO,... trong tương lai rất có thể sẽ tiếp tục dung hợp (fusion). Nhưng bất luận là dung hợp như thế nào, các kỹ thuật nêu trên tất yếu sẽ trở thành kỹ thuật chủ đạo của tiêu chuẩn 4G trong tương lai.
b) Về mặt tương thích, WiMAX (802.16e) có thể hoàn toàn tương thích với WiMAX (802.16d), trong 4G tương lai WiMAX (802.16m) cũng có thể hoàn toàn tương thích với WiMAX (802.16e), nhưng không thể hỗ trợ đối với mạng 3G truyền thống. Hiện nay, có thể phát triển mô thức kép (dual mode) kết hợp máy cầm tay truyền thống với WiMAX để giải quyết vấn đề đó. LTE FDD có tính tương thích hướng xuống rất tốt, hỗ trợ cho sự chuyển đổi của WCDMA/CDMA 2000, vì vậy nó sẽ trở thành tiêu chuẩn hỗ trợ được chấp nhận rộng rãi. Nếu so sánh, thì hình như LTE TDD chỉ hỗ trợ sự chuyển đổi của TD-SCDMA. Nhưng sự thực không phải như vậy. Ngày 13/2/2008, Ericsson là nhà sản xuất đầu tiên đã trình diễn việc đồng thời hỗ trợ kỹ thuật LTE FDD và LTE TDD trên cùng một hệ thống và một đầu cuối. Đồng thời, Vodafone và China Mobile cũng đã tuyên bố yêu cầu nhà sản xuất thiết bị đồng thời hỗ trợ cho hai phương thức LTE FDD và LTE TDD. Trong tương lai hệ thống cùng dùng hai phương thức sẽ trở thành tiêu chuẩn của ngành nghề viễn thông.
c) Về hiệu suất tần phổ, LTE TDD và WiMAX đều áp dụng phương thức song công phân thời gian, không cần tần số ghép đôi (pairing), khi mà ngày nay tài nguyên tần số đã rất thiếu thốn; phương thức này có thể linh hoạt bố trí tần số, dùng hệ thống LTE FDD không dễ sử dụng dãi tần phân tán. Đây cũng sẽ trở thành ưu thế lớn nhất của LTE TDD và WiMAX.
d) Xét từ tốc độ tối đa, thì tốc độ tối đa của LTE TDD có thể thấp hơn của LTE FDD một ít. Đó là do LTE TDD cần giữ một tỷ lệ nhất định khe thời gian đưa lên và lấy xuống trên cùng một tải tần và cần dành tài nguyên khe thời gian nhất định để bảo hộ khoảng giữa khe thời gian đưa lên và lấy xuống, cho nên tốc độ tối đa của LTE TDD hơi thấp hơn của LTE FDD, nhưng vẫn ở trong phạm vi có thể chấp nhận được.
e) Nhìn từ độ chín muồi của tiêu chuẩn, thì WiMAX đã được sử dụng có tính chất thương mại, việc trưng cầu tiêu chuẩn diễn tiến thành 802.16m hiện nay cũng tương đối thuận lợi. Còn LTE dự tính đến tháng 12 năm 2008 sẽ hoàn thành phiên bản đầu tiên của công tác tiêu chuẩn hóa, sử dụng thương mại sớm nhất cũng phải đợi đến trước hoặc sau năm 2010, sử dụng thương mại có quy mô lớn có thể sẽ là sau năm 2012. Về điểm này, rõ ràng là WiMAX đã đi trước một bước.
Tính năng hệ thống của ba tiêu chuẩn nêu trên về cơ bản là tương đương với nhau, mỗi bên đều có ưu thế riêng. Sự ủng hộ của nhà khai thác và nhà chế tạo sẽ trở thành lực lượng quan trọng đưa tiêu chuẩn nào tiến lên phía trước.
Tất cả các nhà khai thác WCDMA và TD-SCDMA và đại bộ phận nhà khai thác CDMA 2000 đều đã lựa chọn lấy LTE làm phương hướng chuyển đổi mạng trong tương lai. LTE hầu như đã trở thành tiêu chuẩn thừa nhận ngầm là kỹ thuật 4G trong tương lai.
Các nhà khai thác truyền thống CDMA 2000 đã chuyển hướng, như Verizon Wireless của Mỹ, KDDI của Nhật, SK và KTF của Hàn Quốc, Bell và Telus của Canađa đều đã chọn LTE.
Vodafone và AT&T đồng thời với việc sử dụng LTE để bố trí mạng lưới tiếp theo, cũng đã dùng WiMAX làm kỹ thuật bổ sung, là vì việc sử dụng thương mại LTE ít nhất là phải chờ cho đến năm 2010, còn WiMAX thì đã có thể bù đắp cho vấn đề tốc độ không đủ hiện nay của HSPA.
Thông qua việc phân tích và đánh giá ở trên, có thể kết luận dùng LTE FDD và LTE TDD làm phương hướng chuyển đổi 4G của 3GPP hầu như đã trở thành sự lựa chọn chung và duy nhất của các nhà khai thác trên toàn cầu. LTE FDD và LTE TDD đều có ưu điểm riêng của mình, có tính bổ trợ cho nhau, có thể cùng tồn tại, đây cũng là mấu chốt thành công của LTE TDD...
Lê Đức Niệm