Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông

A. Kỹ thuật 6G
Khi mạng 5G được ra đời thì theo xu thế phát triển của công nghệ, cùng yêu cầu về tốc độ xử lý, khả năng phủ sóng, độ tin cậy và trễ thấp thì tất yếu sẽ có các thế hệ mạng sau 5G [1], (Beyond 5G - B5G), 6G được nghiên cứu và triển khai. Cùng với các yêu cầu của người dùng, các ứng dụng và phạm vi sử dụng của mạng mới sẽ mang lại nhiều vấn đề, thách thức, đòi hỏi các mô hình truyền thông khác biệt, các công nghệ phối hợp hiệu quả, đặc biệt là ở lớp vật lý. Một kỹ thuật hỗ trợ nổi trội, đem lại sự tối ưu cho hệ thống truyền thông không dây đó là các bề mặt phản xạ thông minh có thể tái cấu hình RIS (Reconfigurable Intelligent Surfaces) [2-3]. RIS giúp khắc phục các tác động tiêu cực của hệ thống thông tin liên lạc truyền thống, giảm nhiễu, đảm bảo độ tin cậy, tăng sự bảo mật, tối ưu hóa kênh truyền, nâng cao hiệu phổ, tiết kiệm năng lượng, mở rộng phạm vi phủ sóng, đáp ứng các yêu cầu về tốc độ dữ liệu của người dùng và chất lượng dịch vụ, góp phần nâng cao hiệu năng chung của toàn bộ hệ thống truyền thông. Nhằm cung cấp cho các nhà thiết kế mạng, các nghiên cứu viên, tác giả sẽ tiến hành khảo sát các công trình để đưa ra các thông tin về lý thuyết cấu tạo và hoạt động của công nghệ nổi trội này.

Hình 1: Minh họa khái niệm RIS được tạo ra từ các bề mặt thông minh có thể cấu hình lại.

Hình 2: Kiểm soát phản xạ điện từ bằng diode PIN.

Hình 3: Điều khiển phản xạ điện từ bằng bộ cộng hưởng điều chỉnh varactor.

Hình 4: Mô hình truyền dẫn chùm tia kép cơ bản.

B. Tương lai 6G
Ý tưởng về mạng không dây 6G trong tương lai thu hút sự quan tâm của xã hội hiện đại. Mạng 6G có gì những ưu điểm nổi bật nào? Hãy cùng Elcom tìm hiểu trong bài viết dưới đây.
Với những thông tin được đưa ra trước đó, 5G được kỳ vọng sẽ là công cụ tuyệt vời, phục vụ hoạt động của ô tô tự lái, vũ trụ ảo (metaverse),... Tuy nhiên, kể từ khi ra đời cho đến nay, 5G giường như vẫn chưa thực hiện được những kỳ vọng đó, thậm chí hiệu suất trên điện thoại di động cũng không được cải thiện quá nhiều so với những thế hệ trước [3-4].

Hình 5: Phủ sóng cho mạng 6G.

Giáo sư Mérouane Debbah, nhà nghiên cứu chính tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Kỹ thuật số và Trí tuệ nhân tạo tại Viện Đổi mới Công nghệ (TII) ở Abu Dhabi, cho biết: “Trên thực tế, điểm quan trọng nằm ở góc nhìn. Chính thức ra mắt vào năm 2020, 5G vẫn còn ở giai đoạn đầu trong vòng đời và tác động lớn nhất có thể xảy ra khi toàn bộ tiềm năng của Internet vạn vật (IoT - Internet of Things) được hiện thực hóa”.
Giáo sư Debbah và nhóm nghiên cứu gần 80 nhà khoa học của ông đang theo đuổi những đổi mới về mạng không dây với khả năng tạo nên metaverse, phương tiện tự động, hình ba chiều (3D) và hơn thế nữa. Tương lai đó có thể yêu cầu một mạng thậm chí còn nhanh hơn 5G, kết hợp đầy đủ Trí tuệ nhân tạo (AI - Artificial Intelligence), đó là nơi 6G xuất hiện.
C. Hoạt động 6G
Dự kiến, các giải pháp cảm biến không dây 6G sẽ sử dụng có chọn lọc những tần số khác nhau để đo mức độ hấp thụ và điều chỉnh tần số cho phù hợp. Phương pháp này khả thi vì nguyên tử và phân tử phát ra, cũng như hấp thụ bức xạ điện từ ở những tần số đặc trưng. Tần số phát xạ và hấp thụ là giống nhau đối với bất kỳ chất nào [4-5].
6G sẽ có ý nghĩa lớn trong lĩnh vực an toàn công cộng và bảo vệ tài sản quan trọng, chẳng hạn như:
⦁ Phát hiện mối đe dọa;
⦁ Theo dõi sức khỏe;
⦁ Nhận dạng khuôn mặt;
⦁ Ra quyết định trong một số lĩnh vực như thực thi pháp luật và hệ thống tín dụng xã hội;
⦁ Đo chất lượng không khí;
⦁ Cảm biến khí và độc tính;
Bước cải tiến trong những lĩnh vực này cũng sẽ mang lại lợi ích cho điện thoại thông minh và nhiều công nghệ mạng di động khác, bao gồm các công nghệ mới nổi hiện nay như thành phố thông minh, xe tự lái, thực tế ảo và thực tế tăng cường.
D. Ứng dụng tiềm năng chính của mạng 6G trong tương lai
Giống như sự phát triển của tất cả công nghệ từ trước đến nay, 6G sẽ tiếp tục chuyển đổi cách con người kinh doanh, quản lý và vận hành cơ sở hạ tầng cộng đồng cũng như sinh sống. Cảm biến là chìa khóa, cơ sở cho mọi tương tác và mô phỏng môi trường vật lý, đồng thời tiềm năng của nó mở rộng sang phương tiện tự lái, nhà máy thông minh, chăm sóc sức khỏe chủ động,...
Tốc độ dữ liệu vượt trội, độ trễ thấp, độ tin cậy an toàn, tính linh hoạt và những ưu điểm vượt trội của 6G sẽ mở rộng phạm vi khả năng hỗ trợ nhiều ứng dụng mới mẻ, sáng tạo trong kết nối không dây, nhận thức, cảm biến và hình ảnh. 
Nền tảng 5G đã khai thác AI để tối ưu hóa, phân bổ tài nguyên động và xử lý dữ liệu. Nhưng độ trễ cực thấp dưới một phần nghìn giây và kiến trúc phân tán cho thấy 6G có thể sẽ cung cấp trí thông minh tích hợp ở phạm vi toàn cầu. 6G sẽ thúc đẩy cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, được kích hoạt chủ yếu bởi các dịch vụ IoT, AI và ML [3].
Những giải pháp cảm biến không dây 6G sẽ tác động đến phương pháp tiếp cận của chính phủ và toàn ngành đối với lĩnh vực an toàn công cộng và bảo vệ tài sản quan trọng. Có ý kiến dự đoán khả năng ra quyết định sẽ được cải thiện bằng cách sử dụng thông tin theo thời gian thực, nâng cao khả năng phản hồi từ cơ quan thực thi pháp luật và ban quản lý.
Xe tự hành
Lái xe tự hành cũng là một trong những ứng dụng chính, trong đó, 6G dự kiến sẽ đóng vai trò quan trọng, cho phép độ chính xác và độ tin cậy cao hơn. IEEE 2846, một tiêu chuẩn mới về an toàn cho xe tự hành (AV), được phát hành gần đây, cung cấp một bước quan trọng trong việc thúc đẩy thử nghiệm hàng loạt AV ở Hoa Kỳ. Nhìn xa hơn, 6G và các mạng kết nối không dây trong tương lai sẽ rất cần thiết để thúc đẩy một xã hội AV [3-5].
Một phần thiết yếu của hệ thống định vị AV là bản đồ tinh vi, kế thừa của GIS trên mặt đất. Tương lai bao gồm sự ra đời của bản đồ 4D thời gian thực mà người dân, kể cả các tổ chức chính phủ, sẽ sử dụng để giám sát, quản lý và vận hành cơ sở hạ tầng, bao gồm giao thông thông minh, nơi phương tiện tự hành hoạt động. Một mạng lưới cảm biến rộng lớn, tổng hợp dữ liệu từ đầu vào tại mặt đất và trên không, sẽ được sử dụng để lập bản đồ mọi thứ, từ lưu lượng giao thông đến điều kiện thời tiết.

Hình 6: Sự ra đời của 6G mang lại bước tiến gần hơn của con người đến xe tự hành.

Vũ trụ ảo metaverse
6G cũng sẽ cho phép trải nghiệm giao tiếp phong phú thông qua các dịch vụ kỹ thuật số nhận biết bối cảnh và vị trí, trải nghiệm cảm giác, chẳng hạn như thực tế mở rộng thực sự đắm chìm (XR) và hình ba chiều có độ trung thực cao [5].
Công nghệ hình ảnh 3D sẽ được tích hợp vào nhiều lĩnh vực, bao gồm truyền thông, y tế từ xa, kiến trúc, thiết kế nội thất và chơi game. Thay vì sử dụng những ứng dụng kết nối video từ xa hiện nay, mọi người có thể nói chuyện trong không gian thực tế ảo (VR), sử dụng các cảm biến đeo (mũ, kính thực tế ảo), cho phép người dùng có cảm giác vật lý như đang ở trong cùng một không gian.
Hỗ trợ công nghệ Internet vạn vật
Vì 6G tiết kiệm năng lượng hơn 5G nên nhiều thiết bị IoT công suất thấp thậm chí có thể được sạc qua mạng. Hiệu quả này sẽ đảm bảo tính kinh tế của việc triển khai hàng loạt và hỗ trợ tính bền vững. Nhưng ngoài mạng, 6G cũng sẽ thúc đẩy các công nghệ có thể làm cho thế giới của chúng ta bền vững hơn thông qua những cảm biến toàn cầu, đo lường đầu vào từ hệ sinh thái rộng lớn, bao gồm rừng, đại dương, thành phố và nhà ở [6].
Ở cấp độ chi tiết nhất, một ngôi nhà thông minh có thể thu thập thông tin tình báo từ cảm biến bên trong và bên ngoài ngôi nhà để học hỏi và thích ứng với các hành vi của bạn, chẳng hạn như khi nào thì bật hệ thống HVAC và khi nào thì tạm dừng hoặc tắt chúng.
Chúng ta cũng có thể mong đợi những tiến bộ trong chăm sóc sức khỏe chính xác, trong đó khoa học dữ liệu, phân tích và y sinh được kết hợp để tạo ra một hệ thống học tập, tiến hành nghiên cứu trong bối cảnh chăm sóc lâm sàng, đồng thời tối ưu hóa công cụ và thông tin để mang lại kết quả tốt hơn cho bệnh nhân.
E. Tóm lại
Theo dự đoán, mạng 6G có tiềm năng tạo nên một thế giới thông minh hơn và khả năng kết nối vô hạn tất cả các khía cạnh của thế giới vật lý và kỹ thuật số, cái mà một ta gọi là metaverse.
Việc ra mắt 6G có thể thúc đẩy sự gia tăng mạnh mẽ các ứng dụng IoT. Rất nhiều ứng dụng mới sẽ được phát triển để quan sát và phân tích sự kiện, đưa ra dự đoán đáng tin cậy về những kết quả có thể xảy ra trong tương lai và đề xuất hành động.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] “Cisco visual networking index: Global mobile data traffic forecast update, 2017–2022,” Feb. 2019. [Online] Available: https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/white-paper-c11-738429.pdf.
[2] M. Patzold, “It’s time to go big with 5G mobile radio,” IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 13, no. 4, pp. 4–10, 2018.
[3] W. Saad, M. Bennis, and M. Chen, “A vision of 6G wireless systems: Applications, trends, technologies, and open research problems,” arXiv preprint arXiv:1902.10265, 2019.
[4] Q. Wu and R. Zhang, “Towards smart and reconfigurable environment: Intelligent reflecting surface aided wireless network,” IEEE Commun. Mag., vol. 58, no. 1, pp. 106–112, Jan. 2020.
[5] M. D. Renzo et al., “Smart radio environments empowered by reconfigurable AI meta-surfaces: An idea whose time has come,” EURASIP J. Wireless Commun. Netw., vol. 2019, May 2019, Art. no. 129.
[6] E. Basar, M. D. Renzo, J. de Rosny, M. Debbah, M.-S. Alouini, and R. Zhang, “Wireless communications through reconfigurable intelligent surfaces,” IEEE Access, vol. 7, pp. 116 753–116 773, 2019.
ThS. Hồ Quốc Bảo (Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Văn Hiến)