Việt Nam nghiên cứu, chế tạo thành công anten MIMO đa búp sóng

Công nghệ mạng 4G LTE/LTE-A hiện đã và đang được triển khai rộng khắp trên toàn thế giới, được xem là công nghệ di động nhanh nhất thuộc mạng di động thế hệ 4G, cung cấp cho người dùng dịch vụ dữ liệu di động nhanh gấp 10 lần so với 3G, về lý thuyết lên tới 300 Mb/s. Mặc dù có nhiều ưu điểm nổi trội về tốc độ truyền dẫn, tuy nhiên công nghệ LTE/LTE-A vẫn chưa đủ đáp ứng nhu cầu thông tin giải trí với chất lượng ngày càng cao của người dùng. Chất lượng tín hiệu bị LTE suy giảm rõ rệt, thậm chí mất kết nối tại những khu vực có mật độ cao người sử dụng (sân vận động, khu vực lễ hội, bến xe,...) hay di chuyển trên các phương tiện giao thông tốc độ cao (tàu điện, tàu hỏa).

Hơn nữa, mạng 4G không hỗ trợ các công nghệ truy nhập vô tuyến đa dạng hiện nay, để có thể đáp ứng yêu cầu về IoT (Internet of Things). Do đó, Liên minh viễn thông quốc tế ITU đã định nghĩa mạng thông tin di động thế hệ kế tiếp với tên gọi IMT-2020 (hay ngắn gọn là 5G), được tiêu chuẩn hóa vào năm 2018 và triển khai dịch vụ từ năm 2020.

Theo Hiệp hội các nhà cung cấp dịch vụ di động toàn cầu (GSA), triển khai mạng băng rộng di động chất lượng cao và mạng IoT là hai xu hướng chính trong vài năm tới và cũng là hai động lực chính thúc đẩy ngành công nghiệp di động phải sớm phát triển và cho ra đời công nghệ mạng di động thế hệ thứ 5.

Theo đó, mạng băng rộng di động trên nền tảng 5G sẽ đáp ứng sự bùng nổ về nhu cầu sử dụng các dịch vụ băng rộng di động tốc độ cao, có khả năng hỗ trợ video đạt chuẩn HD (High Definition) và các dịch vụ nội dung phong phú khác. Còn IoT trên nền 5G sẽ tạo cơ hội cho nhà mạng phát triển kết nối mới tới hàng tỷ thiết bị và đồ vật với độ trễ rất thấp và chất lượng kết nối IP có độ tin cậy cao.

Công nghệ mạng di động sau 4G (4.5 và 5G) được xây dựng không chỉ dựa trên việc sử dụng vùng tần số cao hơn. Để đạt được tốc độ dữ liệu cao và phục vụ người dùng tốt hơn, kỹ thuật kết nối phải hướng tới những người dùng ở xa trạm gốc thu phát (BTS) tức là phải tạo ra nhiều kênh kết nối trên cùng một tần số và định hướng búp sóng tới người dùng cụ thể trong một môi trường mật độ người sử dụng lớn. Do vậy, hai kỹ thuật nền tảng trong hệ thống sau 4G (4.5 và 5G) giúp mở rộng hiệu quả tần số và đáp ứng yêu cầu người dùng là kỹ thuật anten MIMO quy mô lớn và điều khiển hướng búp sóng (beamforming).

Do đó, nghiên cứu, phát triển và chế tạo thử nghiệm hệ thống anten MIMO trạm gốc đa búp sóng ứng dụng cho hệ thống thông tin di động sau 4G nhằm tăng hiệu suất sử dụng năng lượng, hiệu quả sử dụng phổ và giảm được can nhiễu là đề tài mới và rất cần thiết để thực hiện. Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ mang tính thực tiễn cao, đáp ứng yêu cầu làm chủ công nghệ và có thể ứng dụng rộng rãi cho việc chế tạo các trạm gốc thu phát 5G. Có khả năng ứng dụng và chuyển giao cho các doanh nghiệp viễn thông trong nước (VNPT, Vietel…), đồng thời mang tính học thuật, góp phần cho định hướng các tiêu chuẩn 5G trong tương lai.

Xuất phát từ yêu cầu cấp bách này, nhóm các nhà khoa học của Viện Điện tử Viễn Thông - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội do Tiến sĩ Nguyễn Khắc Kiểm chủ trì đã được Bộ Khoa học và Công nghệ lựa chọn thực hiện đề tài "Nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm anten MIMO đa búp sóng cho hệ thống thông tin di động sau 4G". Công trình được bắt đầu từ cuối năm 2017, trong khuôn khổ nhiệm vụ khoa học và công nghệ theo Nghị định thư do Văn phòng các Chương trình khoa học và công nghệ quốc gia phối hợp cùng Vụ Hợp tác quốc tế (Bộ Khoa học và Công nghệ) quản lý.

Sau hơn 2 năm miệt mài nghiên cứu, các nhà khoa học vừa thông báo đã thực hiện thành công nhiệm vụ được giao khi đã chế tạo thành công mẫu anten MIMO tích hợp với phần cứng có khả năng xử lý tín hiệu tạo đa búp sóng cho hệ thống thông tin di động sau 4G. Nhóm nghiên cứu cũng đã xây dựng phần mềm nhúng, cho phép tạo định dạng búp sóng cho mẫu anten MIMO đa búp sóng này.

TS Nguyễn Khắc Kiểm cho hay, đề tài nghiên cứu đã đóng góp cho sự phát triển về kiến trúc anten MIMO quy mô lớn đồng thời hiện thực hóa một phương pháp tạo dạng đa búp sóng trên cơ sở lý thuyết hệ thống. Đối với đội ngũ cán bộ giảng dạy và nghiên cứu khoa học trong nước, đề tài này cũng là một cơ hội để phát triển kỹ năng nghiên cứu và triển khai ứng dụng theo xu hướng công nghệ mới mang tính thời sự cao.

Nhóm nghiên cứu cũng khẳng định, về mặt kinh tế xã hội thì đề tài đã thúc đẩy các hoạt động nghiên cứu trình độ cao trong lĩnh vực viễn thông và chuyển đổi số tại Việt Nam. Nâng cao được vị thế, vai trò và uy tín khoa học của Việt Nam đối với một lĩnh vực khoa học công nghệ còn tương đối mới cả trong nước và quốc tế. Đồng thời góp phần giúp Việt Nam sở hữu một số công nghệ ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực anten, siêu cao tần và hình thành các nhóm nghiên cứu mạnh tại Việt Nam đủ sức giải quyết các vấn đề khoa học công nghệ do thực tiễn tạo ra.

Trao đổi với Dân trí sáng 24/12, TS.Nguyễn Khắc Kiểm cho biết: Đề tài này đã được Bộ Khoa học và Công nghệ nghiệm thu và đánh giá thành công. Hiện nhóm nghiên cứu đang phối hợp chặt chẽ với một tập đoàn lớn về Viễn thông trong nước để tiếp tục nghiên cứu đưa sản phẩm tương thích với các tiêu chuẩn mạng 5G đã và sẽ triển khai tại Việt Nam nhằm sớm chuyển giao công nghệ để áp dụng vào thực tế.