Những thách thức trong xác nhận hợp chuẩn cho các sáng tạo 6G

Nghiên cứu 6G không chỉ giúp khám phá các đặc tính kênh cụ thể mà còn phải xác nhận hiệu năng của tần số, dạng sóng và các tính năng mới khác từ lớp vật lý cho đến các giao thức lớp cao hơn. Các nhà nghiên cứu phải giải quyết các khó khăn thách thức ở cả cấp độ kênh và cấp độ mạng.

Các thách thức cấp độ kênh

Ở cấp độ kênh, việc truyền tín hiệu tần số cao gặp nhiều khó khăn, bao gồm suy hao đường truyền, vì các băng tần terahertz (THz) và cận terahezts có độ suy hao cao khiến cường độ tín hiệu bị giảm mạnh khi truyền qua khoảng cách xa. Các băng tần này còn gặp vấn đề về suy hao xuyên, trong đó tín hiệu tần số cao bị pha đinh khi gặp vật cản như rừng cây hay tòa nhà, từ đó tạo ra các vấn đề về vùng phủ sóng.

Một vấn đề khác là hấp thụ khí quyển. Các tín hiệu THz đặc biệt nhạy cảm với sự hấp thụ của các loại khí trong bầu khí quyển, làm giảm cường độ tín hiệu và độ tin cậy.

Ngoài ra còn có các thách thức về quỹ công suất đường truyền. Băng thông rộng của tín hiệu 6G có thể dẫn đến tỷ lệ tín hiệu tạp âm thấp, vì năng lượng được trải trên băng tần rộng hơn.

Các vấn đề về lan truyền đa đường bao gồm xuyên nhiễu và pha đinh. Các tín hiệu phản xạ từ bề mặt đến máy thu vào các thời điểm khác nhau dẫn đến xuyên nhiễu và biến dạng tín hiệu. Vấn đề này còn nghiêm trọng hơn trong môi trường đô thị. Khi có pha đinh, sự biến thiên nhanh chóng của biên độ tín hiệu do hiệu ứng đa đường làm biến đổi chất lượng tín hiệu và giảm độ tin cậy của đường truyền.

Trong quá trình tạo và quản lý búp sóng, cần có các kỹ thuật tạo búp sóng chính xác để định hướng các búp sóng hẹp tần số cao tới máy thu, và việc định hướng búp sóng có thể gặp khó khăn trong môi trường linh động. Một thách thức khác là theo dõi búp sóng, vì cần phải thường xuyên theo dõi vị trí của máy thu để điều chỉnh hướng búp sóng theo thời gian thực, làm cho hệ thống phức tạp hơn.

Các thách thức cấp độ mạng

Các thách thức cấp độ mạng bao gồm các vấn đề liên quan tới mật độ mạng và xuyên nhiễu, độ trễ và độ tin cậy cũng như khả năng tích hợp với các mạng không đồng nhất.

Ở cấp độ mạng, hiệu năng phụ thuộc vào việc giảm nhẹ các vấn đề phát sinh từ mật độ mạng và xuyên nhiễu giữa các tế bào (cell) cũng như quản lý phổ tần. Các mạng mật độ cao với nhiều cell nhỏ có thể làm tăng xuyên nhiễu giữa các cell, làm giảm hiệu năng mạng tổng thể. Quản lý hiệu quả phổ tần là điều kiện trọng yếu để giảm xuyên nhiễu và tăng mức độ sử dụng tần số sẵn có.

Độ trễ và độ tin cậy cũng là các tham số then chốt để đạt được các mục tiêu về độ trễ siêu thấp (chẳng hạn độ trễ 1 micro giây), và cần có các kỹ thuật xử lý tín hiệu và truyền dẫn hiệu quả cao. Ngoài ra, cần bảo đảm kết nối 6G đáng tin cậy trong các môi trường khác nhau, chẳng hạn như thành thị, nông thôn và vùng sâu vùng xa.

Quá trình tích hợp mạng 6G với mạng 5G hiện tại và các công nghệ vô tuyến khác yêu cầu khả năng chuyển giao liền mạch giữa các loại mạng và giải quyết các vấn đề về khả năng tương tác. Việc đảm bảo tính tương tác của các cấu phần và công nghệ mạng khác nhau, chẳng hạn như mạng vệ tinh, mặt đất và không trung là điều kiện thiết yếu để đạt được các mục tiêu toàn diện về vùng phủ và hiệu năng.

Từ lý thuyết tới mô phỏng và giả lập 6G

Các nhà nghiên cứu đang lập mô hình các phương án sử dụng 6G khác nhau, bao gồm lan truyền kênh, dạng sóng và mạng bằng các công cụ phần mềm thiết kế mô phỏng.

Bước đi tiếp theo trong quá trình phát triển 6G này là biến các kết quả mô phỏng này thành giả lập tín hiệu thực. Giả lập là nhân tố trọng yếu để đo kiểm hiệu năng hệ thống 6G trong các kênh và mạng thời gian thực, từ các giao thức vật lý tới các lớp cao hơn.

Giả lập tín hiệu 6G trong môi trường có kiểm soát giúp cho các nhà nghiên cứu đánh giá chính xác hiệu năng các hệ thống 6G. Công việc này bao gồm đánh giá các thách thức đã được đề cập ở trên, trong những điều kiện khả lặp cho tới việc tinh chỉnh các chương trình theo các kịch bản khác nhau. Các nhà nghiên cứu còn có thể nghiên cứu các điểm yếu của hệ thống bằng cách giả lập và sớm giải quyết các vấn đề an ninh bảo mật.

6G: Từ nghiên cứu đổi mới sáng tạo tới thực tế

Chẳng hạn, để đóng góp vào quá trình phát triển công nghệ 6G, Keysight hợp tác với các nhà nghiên cứu 6G tại Đại học Northeastern cùng khám phá hệ thống MIMO băng thông rộng 130 GHz và thực hiện nghiên cứu cận THz theo thời gian thực ở lớp mạng.

Thị trường kỳ vọng 6G sẽ được thương mại hóa vào năm 2030 – tức, chúng ta chỉ còn nhiều nhất là 5 năm để hiện thực hóa các sản phẩm và ứng dụng tuân thủ tiêu chuẩn mà hiện nay vẫn còn đang trong quá trình hoàn thiện. Các nhà nghiên cứu, nhà thiết kế thiết bị và linh kiện, chuyên gia đo kiểm và đo lường, kỹ sư mạng và an ninh mạng, cùng các cơ quan quản lý đang cùng nhau hợp tác trên toàn hệ sinh thái 6G để hiện thực hóa 6G.