Phổ tần số trong băng tần sóng milimet (mmWave) dùng để chỉ các tần số nằm trong khoảng từ 24 GHz đến 300 GHz, nằm giữa sóng vi ba và tia hồng ngoại. Khoảng băng tần này hiện đang được sử dụng trong nghiên cứu khoa học, hệ thống vũ khí và thậm chí cả súng bắn tốc độ của cảnh sát. Trong đó, đoạn băng tần từ 24 GHz đến 100 GHz mang lại cơ hội lớn nhất cho các mạng di động.
Theo báo cáo tháng 11 năm 2020 của Hiệp hội các nhà cung cấp di động toàn cầu (GSMA), hiện có 120 nhà khai thác di động trên khắp thế giới đã nắm giữ giấy phép phổ tần trong băng tần mmWave, trong đó có 24 nhà khai thác đang sử dụng phổ tần này để triển khai mạng 5G. Bên cạnh đó, 19 quốc gia khác đã lên kế hoạch cụ thể để ấn định phổ tần mmWave cho các nhà khai thác di động từ nay đến cuối năm 2022.
Hệ sinh thái thiết bị hỗ trợ phổ tần mmWave cũng đang phát triển mạnh mẽ, với 95 thiết bị 5G được công bố có hỗ trợ ít nhất một băng tần 5G trong phổ tần mmWave, tăng từ 59 thiết bị được công bố vào thời điểm này năm ngoái, trong đó có gần 50 thiết bị đã được bán ra trên thị trường.
Trong khi việc thương mại hóa hệ sinh thái phổ tần mmWave tiếp tục phát triển, nhiều quốc gia trên thế giới cũng đang quan tâm đến phổ tần này thì các nhà nghiên cứu trên thế giới cũng đang dành thời gian vào việc nghiên cứu những vấn đề kỹ thuật liên quan đến phổ tần mmWave. Việc nghiên cứu phổ tần trong băng tần mmWave nhằm đánh giá tác động của nó đến các đối tượng sử dụng cũng như tìm ra các giải pháp để cải thiện các hệ thống và thiết bị hoạt động trong phổ tần này.
Mặc dù, việc nghiên cứu liên quan đến phổ tần mmWave rất rộng nhưng trong năm 2020, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào 3 vấn đề liên quan đến thông tin di động như sau:
Nghiên cứu chi tiết về hoạt động của phổ tần mmWave trong các môi trường khác nhau. Truyền thông trong băng tần mmWave sẽ hoạt động dưới mức công suất lý tưởng trong các điều kiện truyền sóng không có tầm nhìn thẳng do những thuộc tính của các vật liệu che chắn gây ra suy hao bởi sự hấp thụ và phân tán của sóng điện từ. Liên quan đến vấn đề này, các nhà nghiên cứu thuộc Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia Hoa Kỳ (NIST) đã tiến hành nghiên cứu về khả năng suy hao trên đường truyền sóng khi đi qua các chướng ngại vật đối với băng tần 60 GHz trong các mô hình truyền sóng di động trong nhà - trong nhà và ngoài trời - trong nhà.
Kết quả cho thấy, sự suy hao theo lý thuyết của ba vật liệu gỗ, kính và thạch cao với góc tới từ 0° đến 85° tăng theo cấp số nhân so với góc tới, trong đó vật liệu bằng gỗ có độ suy hao trong khoảng từ 20,1 dB đến 38,7 dB và vật liệu bằng kính có độ suy hao từ 5,8 dB đến 19,9 dB. Đối với vật liệu là thạch cao nhiều lớp thì suy hao thay đổi từ 5,5 dB đến 32,3 dB.
Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu khác cũng đã tiến hành nghiên cứu sự truyền sóng trong các băng tần 26 GHz, 40 GHz và 60 GHz trong môi trường văn phòng cũng như xem xét các tác động của mưa và các yếu tố môi trường khác đối với vấn đề truyền sóng trong băng tần mmWave, điều này có thể giúp cho các nhà khai thác di động thiết kế mạng lưới của họ một cách hiệu quả.
Nghiên cứu về sự phức tạp của các hệ thống ăng-ten MIMO cỡ lớn. Công nghệ ăng-ten MIMO cỡ lớn (Massive MIMO: Massive Multiple-Input Multiple-Output) là việc sử dụng nhiều ăngten MIMO cỡ lớn để giao tiếp với nhiều thiết bị vô tuyến khác nhau cùng một lúc làm tăng dung lượng trong băng tần, giúp đạt được tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR - Signal to Noise Ratio) cao và đồng đều trong mỗi tế bào (cell).
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu cụ thể quá trình tạo chùm tia, lựa chọn chùm tia và quản lý chùm tia trong hệ thống ăng-ten MIMO cỡ lớn cũng như xem xét sự liên kết tối ưu của chùm tia đa người dùng trong các hệ thống sử dụng phổ tần mmWave. Việc sử dụng hệ thống ăng-ten MIMO cỡ lớn và phổ tần mmWave cho các ứng dụng truy cập vô tuyến cố định, thành phố thông minh, thiết lập kênh liên lạc giữa thiết bị bay không người lái (AUV) với mặt đất cũng như xem xét tiềm năng của nhiều chùm tia dự phòng để khôi phục việc mất kết nối tức thời cũng đã được các nhà nghiên cứu tiến hành thử nghiệm.
Nghiên cứu phổ tần mmWave và các băng tần cao hơn cho 6G. Trong khi mạng di động thế hệ thứ 6 (6G) đang trong giai đoạn tiền nghiên cứu và chưa được chuẩn hóa thì các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã có những động thái tích cực để đánh giá xem nó sẽ hoạt động như thế nào và chúng có thể hoạt động ở phổ tần số nào và những dịch vụ nào sẽ được cung cấp bởi mạng 6G.
Trong một báo cáo của Viện Kỹ sư điện và Điện tử (IEEE) cho thấy, khả năng phổ tần số trong băng tần Terahertz (THz) sẽ được sử dụng trong mạng 6G và mạng 6G sẽ kết hợp các dịch vụ dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI), điện toán biên, điện toán lượng tử, giao tiếp vô tuyến quang học, truy cập lai tạp và các dịch vụ xúc giác.
“Sự phát triển của các hệ thống thông tin liên lạc trong băng tần mmWave chỉ mới bắt đầu. Bất chấp những phát triển gần đây để đối phó với nhiều thách thức mà các nhà nghiên cứu phải giải quyết, vẫn còn rất nhiều việc phải làm. … Truyền thông trong băng tần mmWave sẽ giúp chúng tôi phát triển đầy đủ các nghiên cứu điển hình về hệ thống 5G và các hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo” - Ông Manuel García Sánchez thuộc Khoa Truyền thông và Lý thuyết tín hiệu tại Đại học Vigo, Tây Ban Nha đã viết như vậy trong một ấn bản đặc biệt của Tạp chí Điện tử nghiên cứu về hệ thống thông tin liên lạc trong băng tần mmWave.
Tài liệu tham khảo:
1. rcrwireless.com: Where is mmWave research headed?
2. Sung Yun Jun, Derek Caudill, Jack Chuang, Peter B. Papazian, Anuraag Bodi, Camillo Gentile, Jelena Senic, Nada Golmie: Penetration Loss at 60 GHz for Indoor-to-Indoor and Outdoor-to-Indoor Mobile Scenarios.