Viễn cảnh truyền thông không dây 6G (Phần 2)

Chúng ta đang tiến tới một xã hội dựa trên các hệ thống hoàn toàn tự động và quản lý từ xa. Sự phát triển nhanh chóng của các ứng dụng mới nổi như AI (trí tuệ nhân tạo), truyền thông 3D (3D media) và IoE (Internet of everything: Internet mọi thứ) đòi hỏi khối lượng lưu lượng rất lớn.
09:31 AM 29/12/2020 In bài viết này

Tổng khối lượng lưu lượng trong năm 2010 đã là 7,462 EB/tháng và dự báo lưu lượng này sẽ đạt đến 5016 EB/tháng vào năm 2030. Dự báo này cho thấy tầm quan trọng của việc cần thiết cải thiện các hệ thống truyền thông. Các hệ thống tự động ngày càng trở nên phổ biến trong mọi lĩnh vực cuả xã hội như công nghiệp, y tế, giao thông đường bộ, hàng không. Để cung cấp các hệ thống thông minh và tự động, hàng triệu các bộ cảm biến sẽ được lắp đặt trong các thành phố, các xe ô tô, các nhà ở, các cơ sở công nghiệp, các đồ chơi và các môi trường khác. Vì thế cần có tốc độ số liệu cao với kết nối tin cậy để hỗ trợ các ứng dụng này.

Các đặc tả và yêu cầu

5G đã phải cân nhắc để cân đối một số vấn đề như: thông lượng, độ trễ, hiệu suất năng lượng, giá thành triển khai, độ tin cậy và độ phức tạp phần cứng. Vì thế khó có thể kỳ vọng rằng 5G sẽ đáp ứng được yêu cầu thị trường vào năm 2030. Khi đó, 6G sẽ lấp kín khoảng trống giữa 5G và yêu cầu thị trường. 

Dựa trên các xu thế trước đây và các nhu cầu được dự báo, các mục tiêu chính đối với 6G sẽ là (1) tốc độ số liệu trên một thiết bị rất cao, (2) số lượng các thiết bị được kết nối rất lớn, (3) trễ rất thấp, (4) giảm tiêu thụ năng lượng đối với các thiết bị IoT không pin, (5) kết nối tin cậy siêu cao và (6) trí tuệ được kết nối với khả năng máy học (machine learning). Bảng 2 cho thấy so sánh 6G với các hệ thông truyền thông 4G và 5G.

Viễn cảnh truyền thông không dây 6G (phần 2)  - Ảnh 1.

1. Các yêu cầu dịch vụ

Các hệ thống không dây 6G sẽ có các nhân tố quan trọng sau:

+  Băng rộng di động tăng cường (eMBB)

+ Truyền thông siêu tin cậy trễ thấp (URLLC)

+  Truyền thông kiểu máy số đông (mMTC)

+ Truyền thông tích hợp AI

+ Internet xúc giác

+ Thông lượng cao

+ Dung lượng mạng cao

+ Hiệu suất năng lượng cao

+ Nghẽn mạng truy nhập và tuyến sau (bachaul) thấp

+ An ninh số liệu được tăng cường

 Ước tính rằng hệ thống 6G sẽ có kết nối đồng thời không dây cao hơn 5G đến 1000 lần. Tính năng quan trọng của 5G, URLLC, cũng sẽ là tính năng quan trọng của 6G để đảm bảo trễ đầu cuối đầu cuối nhỏ hơn 1 ms. Hiệu suất phổ của 6G sẽ tốt hơn nhiều. 6G sẽ đảm bảo thời hạn pin rất lâu và công nghệ pin tiên tiến để tự thu thập năng lượng (energy harvesting).

 2. Các đặc trưng mới của 6G
Mạng tích hợp các vệ tinh

Để đảm bảo kết nối di động toàn cầu, 6G được kỳ vọng sẽ tích hợp với các vệ tinh. Tích hợp các mạng mặt đất, vệ tinh các vật thể bay trên không vào một mạng duy nhất sẽ rất quan trọng đối với 6G.

Trí tuệ được kết nối

Tương phản với các thế hệ truyền thông không dây trước đây, 6G sẽ thay đổi và sẽ cập nhật nâng cấp không dây từ "mọi vật được kết nối" đến "trí tuệ được kết nối". AI sẽ được đưa vào tất cả các bước của quá trình truyền thông. Thâm nhập rộng khắp của AI sẽ tạo nên một mô hình các hệ thống truyền thông mới.

Tích hợp liền mạch chuyển không dây thông tin và năng lượng

Các mạng 6G sẽ chuyển công suất để nạp các thiết dùng pin như các điện thoại thông minh và các bộ cảm biến. Vì thế chuyển không dây thông tin và năng lượng (WIET: wireless information and energy transfer) sẽ được tích hợp.

Kết nối mọi nơi siêu 3D

Truy nhập mạng và các phần tử mạng trên các drone và các vệ tinh quỹ đao thấp sẽ cho phép kết nối siêu 3D mọi nơi.

3. Một số yêu cầu chính trong các đặc trưng mạng

Các mạng ô nhỏ

Ý tưởng của các mạng ô nhỏ được đưa ra để cải thiện chất lượng tín hiệu thu nhờ tăng cường thông lượng , hiệu suất năng lượng và hiệu suất phổ trong các hệ thống tổ ong. Vì thế các mạng ô nhỏ là một đặc trưng quan trọng của các hệ thống 5G và sau 5G (B5G: Beyond 5G) và các hệ thống truyền thông 6G cũng phải tiếp nhận đặc trưng mạng này.

Các mạng hỗn tạp mật đô siêu cao

Các mạng hỗn tạp mật độ siêu cao sẽ là một đặc trưng quan trọng khác của các hệ thống truyền thông 6G. Các mạng đa lớp bao gồm các mạng hỗn tạp sẽ cải thiện QoS tổng thể và giảm giá thành.

Tuyến sau (backhaul) dung lượng cao

Các mạng tuyến sau là các mạng kết nối mạng truy nhập không dây với mạng lõi. Các mạng này phải có dung lượng cao để hỗ trợ khối lượng rất lớn của lưu lượng. Sợi quang tốc độ cao và truyền quang trong không gian tự do (FSO: Free-space optical) có thể là các giải pháp cho vấn đề này.

Công nghệ radar được tích hợp với các công nghệ di động

Định vị độ chính xác cao cùng với truyền thông cũng là một trong các tính năng của hệ thống truyền thông không dây 6G. Vì thế các hệ thống radar sẽ được tích hợp với các mạng 6G.

Mềm hóa và ảo hóa

Mềm hóa và ảo hóa là hai tính năng quan trọng và là cơ sở của quá trình thiết thế các mạng B5G nhằm đảm bảo tính linh hoạt, khả năng tái cấu hình và khả năng lập trình. Ngoài ra chúng sẽ cho phép chia sẻ hàng tỷ thiết bị trong một hạ tầng vật lý chia sẻ.

4. Các công nghệ động hỗ trợ 6G

6G sẽ được hỗ trợ bởi nhiều công nghệ. Dưới đây là một số công nghệ then chốt được kỳ vọng sẽ hỗ trợ cho 6G.

Trí tuệ nhân tạo, AI

Công nghệ quan trọng nhất và mới được đưa ra cho các hệ thống 6G là AI. AI không tham gia vào các hệ thống 4G. Hệ thống 5G sẽ được hỗ trợ một phần hoặc rất hạn chế bởi AI. Tuy nhiên 6G sẽ được hoàn toàn hỗ trợ bởi AI cho quá trình tự động hóa. Các tiến bộ trong máy học sẽ tạo nên các mạng thông minh cho truyền thông thời gian thực trong 6G. Việc đưa AI vào truyền thông sẽ đơn giản hóa và cải thiện truyền tải thời gian thực. 

Dựa trên nhiều phân tích, AI có thể quyết định cách thực hiện một nhiệm vụ đích phức tạp. AI sẽ tăng tính hiệu quả và giảm trễ xử lý trong các bước truyền thông. Các nhiệm vụ mất thời gian như chuyển giao hay chọn mạng sẽ được thực hiện nhanh chóng bằng cách sử dụng AI. AI cũng đóng vai trò quan trọng trong các cuộc truyền thông M2M, người - máy (Human- Machine). Nó cũng sẽ thúc đẩy truyền thông trong BCI. Tất cả các hệ thống truyền thông dựa trên AI sẽ được hỗ trợ bởi các siêu vật liệu (metamaterial), các cấu trúc trí tuệ, các mạng trí tuệ, các thiết bị vô tuyến trí tuệ tự hiểu, các mạng không dây tự duy trì và các máy học (machine learning).

Supervised learning (học có giám sát), unsupervised learning (học không giám sát), và reinforcement learning (học củng cố) là các nhóm khác nhau của máy học. Supervised learning không khả thi trong 6G vì đòi hỏi đánh nhãn các khối lượng lớn số liệu. Unsupervised learning không cần đánh nhãn, vì thế có thể sử dụng nó để xây dựng các trình bày cho các mạng phức tạp một cách độc lập. Kết hợp unsupervised learning và reinforcement learning cho phép mạng hoạt động theo cách hoàn toàn tự trị.

Mở rộng tần số và cải thiện sử dụng phổ

Có thể tăng cao tốc độ số liệu bằng cách sử dụng truyền thông dưới THz (sub-THz) với băng thông rộng và áp dụng các công nghệ mMIMO (massive MIMO: anten nhiều đầu phát thu mật độ cao). 5G NR sử dụng các băng tần dưới 52,6 GHZ và dự kiến mở rộng đến 100 GHz trong tương lai.

Băng THz sẽ đóng vai trò quan trọng trong truyền thông 6G. Sóng THz còn được gọi là sóng dưới mm (sub-mm) thường được coi là băng tần từ 0,1 THz đến 10 THz tương ứng với dải bước sóng từ 0,03 mm đến 3mm. Băng giữa THz và phổ quang thường được gọi là khoảng trống giữa THz (Hình 4). 

Viễn cảnh truyền thông không dây 6G (phần 2)  - Ảnh 2.

Theo các khuyến nghị của ITU-R, dải tần từ 275 GHz đến 3 THz sẽ được coi là phần chính của băng tần THz dành cho truyền thông tổ ong. Dung lượng truyền thông tổ ong sẽ tăng bằng cách bổ sung băng THz (275 GHz - 3 THz) vào băng sóng mm (30 - 300 GHz). Hiện naybăng 275 GHz - 3 THz chưa được cấp phát cho bất kỳ mục đích nào trên toàn thế giới, vì thế băng này rất tiềm năng cho việc thực hiện truyền thông tốc độ cao.

FCC khuyến nghị các tần số cao hơn 5G: chẳng hạn từ 95 GHz đến 3 THz sẽ được xem xét sử dụng cho 6G. Tại các tần số cao hơn này, từ phần cao của sóng mm đến băng sóng "tetahetz", cung cấp băng thông rộng hơn đáng kể so với 5G và các nghiên cứu cho thấy có thể đạt được tốc độ truyền dẫn số liệu lên đến 100 Gbps. Tại thời điểm này dải tần vào khoảng 300 GHz mới chỉ được khảo sát cho 6G (Hình 5).

Viễn cảnh truyền thông không dây 6G (phần 2)  - Ảnh 3.

Hình 5 cho thấy khái niệm của công nghệ truy nhập vô tuyến khi xem xét đến sử phát triển các băng tần cao nói trên và sự mở rộng vùng phủ bao gồm cả vùng trời, vùng biển và không gian. Mặc dù tồn tại các hướng phát triển khác nhau, các vấn đề chung vẫn là vùng phủ và hiệu suất công suất sẽ trở nên quan trọng hơn hiệu suất phổ tần. Đối với công nghệ vô tuyến, dạng sóng đơn sóng mang sẽ trở nên có ưu thế hơn so với OFDM và phạm vi ứng dụng sẽ bao hàm cả IAB (Interactive Avertising Bureau) trong tương lai. Tầm quan trọng của công nghệ vô tuyến liên quan đến đơn sóng mang hiệu quả công suất sẽ ngày càng tăng

Phát triển của công nghệ tuyến

Công nghệ mMIMO (massive MIMO: anten nhiều đầu phát thu mật độ cao) một trong các công nghệ then chốt của 5G đặc biệt dải sóng mm. Trong quá trình phát triển từ 5G lên 6G, mMIMO sẽ được phát triển để nhiều phần tử anten nhiều lớp hơn cho ghép kênh không gian tổ chức anten phân bố sẽ được kết hợp với mạng mới.

Công nghệ đa truy nhập tuyến 'truyền dẫn nhanh hơn Nyquist (FTN: faster-than-Nyquist)" dựa trên OFDM cho phép gần như đạt được giới hạn Shannon đang được nghiên cứu. Công nghệ này nén phát các tín hiệu không trực giao sử dụng tốc độ lấy mẫu trong miền thời gian nhanh hơn băng thông tần số . Mặc rất khó vượt được giới hạn Shannon nhưng FTN đảm bảo PAPR tốt hơn.

Ngoài ra công nghệ mMIMO ảo (VM MIMO) (Hình 6) cũng được đề xuất cho phép đạt được độ lơi ghép kênh không gian bằng một anten đơn. Cũng như trong công nghệ FTN, trong công nghệ VM MIMO tốc độ lấy mẫu thu nhanh hơn băng thông tần số.

Viễn cảnh truyền thông không dây 6G (phần 2)  - Ảnh 4.

Truyền thông nhận biết phần cứng

Với việc đưa ra các công nghệ truy nhập vô tuyến mới và đảm bảo dịch vụ cho rất nhiều thiết bị IoT, các hạn chế về phần cứng sẽ đóng vai trò lớn khi thiết kế các mạng 6G. Khi truyền thông vô tuyến chuyển dịch đến các băng mm và THz, giá thành và tiêu thụ công suất cao của các cấu kiện phần cứng sẽ ảnh hưởng lên thiết kế cấu trúc và giải thuật thiết bị phát thu, trong khi đó các thiết bị IoT có bộ nhớ, nguồn điện và công suất tính toán hạn chế. Giá thành và công suất tiêu thụ cao của các cấu kiện này trong các băng mm và THz dẫn đến khó tiếp nhận các cấu trúc phát thu vô tuyến thông thường. Các nền tảng bị hạn chế tài nguyên này đòi hỏi một thiết kế tổng thể đối với truyền thông, cảm nhận và nhiễu. Mô hình thiết kế mới cho 6G là truyền thông nhận biết phần cứng.

Dưới đây ta xét một số giải pháp thiết kế được đưa ra để khắc phục các nhược điểm trên là: đồng thiết kế phần cứng và giải thuật, truyền thông tự nhận biết ứng dụng (Transfer Learning: Học chuyển giao) đối với các thiết bị IoT và kết lợp lấy mẫu, truyền thông và xử lý nhiễu.

Đồng thiết kế phần cứng và giải thuật

Cho phép giảm thiểu số lượng cấu kiện phần cứng bằng cách đưa ra giải thuật hợp lý để có thể dùng chung nhiều cấu kiện. Chẳng hạn, trong băng THz, 6G phải sử dụng các mảng anten có mật độ các phần tử rất lớn để khắc phục tổn hao đường truyền lớn và các hiện tượng truyền sóng khác. Các mảng anten này bao gồm nhiều phần tử anten cùng với các bộ dịch pha khác nhau, ngoài ra nó cũng cần sự hỗ trợ của nhiều lọai cấu kiện phần cứng khác bao gồm các bộ trộn tín hiệu, các bộ ADC/ DAC, các bộ khuyếch đại công suất…. Thiết kế đồng thời giải thuật với phần cứng cho phép thiết bị có thể chia sẻ các bộ dịch pha, và các cấu kiện vô tuyến một cách hiệu quả, nhờ vậy giảm số lượng phần tử và tiêu thu năng lượng.

Học chuyển giao (Transfer learning)

Các mạng vô tuyến ngày càng trở nên hỗn tạp. Sự hỗn tạp này khởi đầu từ các mạng 4G LTE và cùng với sự phát triển của các kỹ thuật tiên tiến trong 5G và 6G, chẳng hạn mMIMO, sự hỗn tạp này ngày càng trở nên phức tạp. Điều này gây rất nhiều khó khăn khi phải thiết kế lại hệ thống cho các cấu trúc phần cứng của các máy thu phát khác nhau. 

Chẳng hạn các kiến trúc máy thu phát khác nhau được đề suất cho băng sóng mm bao gồm tạo búp tương tự, tạo búp số và tạo búp hỗn hợp. Cách tiếp cận thông thường là dựa trên thiết kế bằng tay cho từng kiến trúc nói trên là không hiệu quả. Các kiểu máy thu phát khác nhau đều có cùng một hệ thống vật lý, vì thế một giải thuật tốt cho một hệ thống có thể được học để thiết kế cho một giải thuật đối với một hệ thống khác. Học chuyển giao là một kỹ thuật hứa hẹn cho cho việc chuyển giao thiết kế của một kiến trúc cho một kiến trúc khác.

Truyền thông không dây quang - OWC (optical wireless communication)

Các công nghệ OWC được kỳ vọng sử dụng cho truyền thông không dây 6G để bổ sung cho các truyền thông dựa trên vô tuyến đối với mạng các thiết bị truy nhập. Các mạng này cũng có thể truy nhập đến kết nối của: mạng đến tuyến sau/ tuyến trước (fronthaul: tuyến trước là tuyến truy nhập máy cầm tay đến BS). Các công nghệ OWC cũng đã được sử dụng trong các hệ thống truyền thông 4G, tuy nhiên nó sẽ được sử dụng rộng rãi để đáp ứng các yêu cầu của các hệ thống truyền thông 6G. 

Các công nghệ OWC như Li-Fi (Light fjdetity), truyền thông ánh sáng nhìn thấy, truyền thông camera quang và FSO dựa trên băng tần quang đã rất phổ biến. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để tăng cường hiệu năng và khắc phục các thách thức của các công nghệ này. LiDAR hoạt động trong băng quang là một công nghệ hứa hẹn cho việc lập bản đồ 3D trong truyền thông 6G.

Mạng tuyến sau FSO (Free Space Optical: quang không gian tự do)

Mạng tuyến sau FSO rất triển vọng cho các hệ thống truyền thông B5G. Các đặc tính của máy phát và máy thu trong hệ thống FSO tương tự như trong các mạng sợi quang. Vì thế truyền dẫn trong hệ thống FSO cũng tương đương truyền dẫn trong hệ thống sợi quang và cùng với các mạng sợi quang, FSO cũng là một công nghệ tốt để đảm bảo kết nối tuyến sau trong 6G. Sử dụng FSO có thể có truyền thông cự ly dài lên đến hơn 10000 km. FSO hỗ trợ kết nối tuyến sau dung lượng cao cho các vùng xa và cả các vùng không xa như biển, không gian, dưới nước và các đảo cô lập. FSO cũng có thể hỗ trợ kết nối BS.

Blockchain

Blockchain sẽ là một công nghệ quan trọng để quản lý số liệu khối lượng lớn trong các hệ thống truyền thông tương lai. Blockchain được quản lý bởi các mạng đồng cấp. Nó có thể tồn tại mà không bị quản lý bởi một thẩm quyền tập trung hay một server. Số liệu trên một Blockchain được cùng thu thập và được cấp trúc thành các khối. Các khối này được kết nối với nhau và được đảm bảo an ninh bởi kỹ thuật mật mã. Blockchain thực sự là một bổ trợ quan trọng cho IoT khối lượng lớn với khả năng tương tác, an ninh, tin cậy và định cỡ được cải thiện. Vì thế công nghệ Blokchain sẽ đảm bảo một số phương tiện như tương tác giữa các thiết bị, theo dõi số liệu khối lượng lớn, tương tác tự trị giữa các hệ thống IoT khác nhau và sự tin cậy đối với kết nối khối lượng lớn trong các hệ thống truyền thông không dây 6G. Blockchain cũng sẽ được sử dụng trong chia sẻ phổ cho phép người dùng chia sẻ phổ để giải quyết vấn đề yêu cầu phổ quá lớn trong 6G và đảm bảo sử dụng phổ hiệu quả, giá thành thấp và an ninh.

Nối mạng 3D

Hệ thống 6G sẽ tích hợp các mạng mặt đất và không trung để hỗ trợ các người dùng trong việc mở rộng chiều thẳng đứng. Các 3D BS sẽ được đặt trên các vệ tinh quỹ đạo thấp hoặc các UAV. Sự bổ sung các kích thước mới liên quan đến độ cao và các độ tự do liên quan dẫn đến kết nối 3D rất khác với kết nối của các mạng 2D.

Thiết bị bay không người lái (UAV hay drone)

UAV hay drone sẽ là một phần tử quan trọng trong truyền thông không dây 6G. Trong nhiều trường hợp, kết nối không dây tốc độ cao sẽ được đảm bảo bằng cách sử dụng công nghệ UAV. Các thực thể BS sẽ được thiết lập trên UAV để cung cấp kết nối tổ ong. UAV có các tính năng mà các hạ tầng BS không thể có là triển khai dễ dàng, đường truyền tầm nhìn thẳng tín hiệu mạnh, và độ tự do di động có điều khiển. Trong các tình trạng khẩn cấp như thảm họa tự nhiên, triển khai các hạ tầng truyền thông mặt đất về kinh tế không khả thi và đôi khi không thể đảm bảo dịnh vụ trong các môi trường bốc hơi nước. 

UAV có thể dễ dàng xử lý các tình huống này. UAV là một mô hình mới trong lĩnh vực truyền thông không dây. Công nghệ này có thể hỗ trợ cho cho ba yêu cầu nền tảng của các mạng không dây là eMBB, URLLC và mMTC. UAV cũng có thể phục vụ cho một số mục đích như tăng cường kết nối mạng, phát hiện hỏa hoạn, các dịch vụ khẩn cấp khi thảm họa, an ninh và giám sát, giám sát ô nhiễm, giám sát bãi đậu xe… Vì thế UAV được coi là một trong những công nghệ quan trọng nhất đối với truyền thông không dây 6G.

Truyền thông không ô (cell free communication)

Sự tích hợp chặt chẽ giữa nhiều tần số và các công nghệ truyền thông hỗn tạp sẽ rất quan trọng trong các hệ thống 6G. Nhờ sự tích hợp này mà người dùng có thể di chuyển liền mạch từ mạng này sang mạng khác mà không cần lập cấu hình nhân công trong thiết bị. Mạng tốt nhất sẽ được lựa chọn tự động từ công nghệ khả dụng này. Điều này sẽ phá vỡ khái niệm về các ô trong các truyền thông không dây.

Hiện nay chuyển động của người sử dụng từ ô này đến ô khác gây ra quá nhiều chuyển giao trong các mạng mật độ cao và cũng gây ra các thất bại chuyển giao, trễ chuyển giao, mất số liệu, và hiệu ứng bật đi bật lại (ping pong). Các truyền thông không ô sẽ khắc phục các nhược điểm này và cung cấp QoS tốt hơn. Truyền thông không ô sẽ đựa được thực hiện thông qua đa kết nối và và các kỹ thuật lai ghép nhiều lớp và bởi hỗn tạp các công nghệ vô tuyến trong các thiết bị.

Tích hợp thông tin không dây và truyền năng lượng - WIEF (wireless information and energy transfer)

WIET trong truyền thông không dây sẽ là một trong các công nghệ đổi mới nhất trong 6G. WIET sử dụng cùng các trường và các sóng trong các hệ thống truyền thông không dây. Cụ thể là các bộ cảm biến và các máy điện thoại thông minh sẽ được nạp điện bằng cách sử dụng truyền công suất trong quá trình truyền thông. Vì thế các thiết bị không dùng pin sẽ được hỗ trợ trong các truyền thông 6G.

Tích hợp cảm nhận và truyền thông

Động lực then chốt cho các mạng không dây tự trị là khả năng cảm nhận được các trạng thái thay đổi động của môi trường và trao đổi thông tin trong các nút khác nhau. Trong 6G cảm nhận sẽ được tích hợp chặt chẽ với truyền thông để hỗ trợ các hệ thống tự trị.

Tích hợp các mạng truy nhập-tuyến sau

Mật độ các mạng truy nhập trong 6G sẽ rất lớn. Từng mạng truy nhập được kết nối với tuyến sau, như các sợi quang hay các mạng FSO. Để giải quyết số lượng rất lớn các mạng truy nhập nay, cần tích hợp chặt chẽ giữa các mạng truy nhập và các mạng tuyến sau.

Cắt lát mạng động

Cắt lát mạng động cho phép nhà mạng có thể có thể cung cấp các mạng ảo dành riêng để hỗ trợ phân phát tối ưu mọi dịch vụ đến nhiều đối tượng khác nhau như: các người dùng, các ô tô, các máy móc và các cơ sở công nghiệp. Nó là một trong các phần tử quan trọng cho quản lý khi số lượng lớn các người dùng được kết nối đến một số lượng lớn các mạng hỗn tạp trong các hệ thống truyền thông không dây 6G.

Tạo búp holographic (đa chiều)

Tạo búp là một thủ tục theo đó một mảng anten có thể lái các tín hiệu phát vô tuyến đến một phương đặc thù. Đây có thể là một tập con các anten hay các hệ thống anten tiên tiến. Kỹ thuật tạo búp có một số ưu điểm như tỷ số tín hiệu trên tạp âm cao, ngăn chặn và loại bỏ nhiễu, và hiệu suất mạng cao. Tạo búp đa chiều (HBF: holographic beamforming) là một phương pháp mới cho tạo búp. Nó rất khác với MIMO vì nó sử dụng các anten được định nghĩa bằng phần mềm. HBF là một cách tiếp cận rất hiệu quả trong 6G đối với phát, thu tín hiệu hiệu quả và linh hoạt trong các thiết bị truyền thông đa anten.

Phân tích số liệu lớn (big data analytics)

Ứng dụng đầu tiên của AI là phân tích số liệu. Phân tích số liệu lớn là một quá trình phức tạp để phân tích đa dạng các tập số liệu hay số liệu lớn. Quá trình này khám phá thông tin, như các mẫu bị che dấu, các tương quan không biết và các khuynh hướng của khách hàng để đảm bảo quản lý hoàn hảo số liệu. Công nghệ này sẽ được sử dụng rộng rãi để xử lý thông lượng rất lớn trong các hệ thống 6G.

Tồn tại bốn kiểu phân tích có thể được áp dụng cho 6G: phân tích mô tả, phân tích chẩn đoán, phân tích dự đoán và phân tích đề xuất. Phân tích mô tả khái thác dữ liệu lịch sử để nhìn thấu được hiệu năng mạng, hồ sơ lưu lượng, điều kiện kênh, triển vọng người dùng… 

Phân tích chẩn đoán cho phép phát hiện các hư hỏng mạng và các xuống cấp dịch vụ, xác định các nguyên nhân không bình thường của mang để cải thiện độ tin cậy và an ninh mạng. Phân tích dự đoán sử dụng số liệu để dự đoán các sự kiện tương lai như các mẫu lưu lượng, các vị trí người dùng, hành vi và sở thích người dùng, và mức độ khả dụng tài nguyên. 

Phân tích đề xuất dựa trên dự đoán để đề xuất các tùy chọn cho ấn định tài nguyên, cắt lát và ảo hóa mạng, vị trí bộ nhớ cache, điện toán biên...

Truyền thông lượng tử

Truyền thông lượng tử là một công nghệ hứa hẹn trong 6G. Kỳ vọng nó có thể đóng góp đáng kể cho các tiêu chí tốc độ số liệu cao và an ninh của 6G. Rối lượng tử hay vướng lượng tử (quantum engtanglement) đảm bảo một tính năng an ninh có sẵn của truyền thông lượng tử. Rối lượng tử là hiện tượng vật lý trong đó hai hạt lượng tử trở nên liên quan đặc biệt với nhau, hay nói một các khác chúng vướng víu với nhau. Sự thay đổi trạng thái của một hạt sẽ làm cho hạt vướng víu thay đổi tương tự. Do đó bằng cách đo trạng thái của một hạt ta cũng có thể xác định trạng thái của hạt kia. Rối lượng tử thỏa mãn định lý no-cloning (không thể nhân bản), vì thế đây là một tính năng an ninh quan trọng của truyền thông lượng tử.

Một tính năng hấp dẫn nữa của truyền thông lượng tử là nó phù hợp cho truyền thông cự ly dài. Tuy nhiên khái niệm bộ lặp hiện nay không thể áp dụng cho truyền thông lượng tử vì không thể nhân bản rối lượng tử. Các vệ tinh, các nền tảng cao độ và các UAV có thể được sử dụng như là các nút tin cậy để tái tạo khóa và phân phối lại khóa. Liên quan đến thiết kế thiết bị, thiết bị phát photon đơn đã được thực hiện tại vài độ cao hơn so với nhiệt độ không tuyệt đối. Vẫn cần nhiều nghiên cứu để được các thiết bị hoạt động trong nhiệt độ bình thường.

Kết luận

Các mạng truyền thông không dây 5G được khai trương trong năm 2020 sẽ không đáp ứng được yêu cầu ngày càng tăng trong năm 2030. Vì thế các nghiên cứu cho truyền thông không dây 6G đã được bắt đầu. Viễn cảnh về các tính năng, các ứng dụng và các công nghệ có thể sẽ có trong 6G, cho thấy 6G sẽ cải thiện hiệu năng mạng, tích hợp các công nghệ khác nhau và tăng QoS để tạo nên một xã hội siêu thông minh trong đó mọi thứ đều được kết nối đến mạng.

Tài liệu tham khảo

1. Mostafa and others, "6G Wireless Communication Systems: Applications, Requirements, Technologies, Challenges, and Research" Directions". IEEE, July 2020 

2.  F. Tariq and others , "A Speculative Study on 6G". IEEE Magazine, August 2019 

3.  Khaled B.and others , "The Roadmap to 6G: AI Empowered Wireless Networks". IEEE Communications Magazine , August 2019 

4.  NTT Docomo, Inc., "White Paper: 5G Evolution and 6G". January 2020 

5.  Mohammed H. and others, "Sixth Generation (6G) Wireless Networks: Vision, Research Activities, Challenges and Potential Solutions". Symmetry,March 2020 

6. Nguyễn Phạm Anh Dũng, "Thông tin di động 4G LTE và 5G". Nhà xuất bản Thông tin và Truyền thông, 4/2019.

(Bài đăng ấn phẩm in Tạp chí TT&TT số 15+16 tháng 11/2020)

PGS.TS Nguyễn Phạm Anh Dũng
Xem thêm