Từ năm 2017, khi mạng 5G trên thế giới mới chỉ có khái niệm về mặt lý thuyết,
chưa định hình các tiêu chuẩn (về băng thông, tần số, giao thức kết nối,...), mới
chỉ có một số thử nghiệm sản phẩm dạng nguyên mẫu đơn lẻ, TS Nguyễn Khắc Kiểm và cộng sự tại Viện Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội bắt đầu nghiên cứu phát triển hệ thống ăng-ten MIMO đa búp sóng hỗ trợ người dùng kết nối mạng sau 4G. Hệ thống này cho phép tăng tốc độ dữ liệu người dùng, giảm nhiễu của hệ thống đồng thời hỗ trợ số lượng kết nối vượt trội so với các hệ thống trước đó.
Sau ba năm nghiên cứu và chế tạo, hệ thống ăng-ten này đã được hoàn thành, với sự hợp tác và hỗ trợ của các chuyên gia Đại học Bách khoa Turin, Cộng hòa Italy, trong khuôn khổ nhiệm vụ khoa học và công nghệ theo Nghị định thư do Bộ Khoa học và Công nghệ quản lý.
Phân hệ ăng - ten MIMO có 64 phần tử thu phát tín hiệu ở tần số 5,8 GHz. Ảnh: Nhóm nghiên cứu.
Hệ thống ăng-ten MIMO này cho phép búp sóng di chuyển theo người dùng, giúp
tăng tốc độ truyền dẫn và giảm nhiễu khi lượng người dùng tăng. "Hệ thống hướng tới những tiêu chuẩn mới của các mạng di động sau 4G, sử dụng công nghệ massive MIMO, tức đa cổng vào - đa cổng ra với số lượng phần tử bức xạ rất lớn để cải thiện việc nhận tín hiệu, mở rộng khoảng cách truyền dẫn và tăng thông lượng. Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật điều khiển búp sóng (beamforming) giúp tín hiệu được điều khiển thích nghi với người dùng và truyền tải một cách đảm bảo, hạn chế tối đa nhiễu hệ thống", TS Kiểm, Trưởng nhóm nghiên cứu nói.
Bộ thiết bị có cấu tạo gồm phân hệ ăng-ten bức xạ, phân hệ xử lý số và tín hiệu,
khối chương trình thuật toán điều khiển. Phần ăng-ten bức xạ gồm 64 phần tử thu
phát tín hiệu, kích thước khoảng 25cm x 25cm, được thiết kế hoạt động ở tần số
5,8 GHz. Các phần tử bức xạ được chế tạo sử dụng công nghệ mạch in vi dải.
Phân hệ xử lý tín hiệu đảm bảo tốc độ cao và tạo sự đồng bộ cho hoạt động của cả hệ thống. Bộ phận điều khiển búp sóng sử dụng kỹ thuật định dạng búp sóng số trên nền tảng FPGA, kết hợp với các thuật toán được nghiên cứu và tối ưu, giúp thực thi việc định hướng búp sóng tới người sử dụng.
Trong hệ thống ăng-ten MIMO này, yếu tố quan trọng nhất là việc định hướng búp sóng theo sự di chuyển của người dùng. TS Kiểm cho biết, để đạt yếu tố này, cả ba phân hệ phải thiết kế, chế tạo một cách đồng bộ. Các thuật toán điều khiển đa búp sóng được thực hiện bắt đầu từ nghiên cứu mô hình lý thuyết, sau đó kết hợp với kinh nghiệm và hỗ trợ của các chuyên gia từ Italy, nhóm nghiên cứu đã phát triển các bộ code và nạp vào mạch FPGA để thực hiện các chức năng theo yêu cầu kỹ thuật của hệ thống.
Nhờ vậy, hệ thống có khả năng tạo ra các búp sóng có độ phân giải góc quét dưới
10 độ, và đặt điểm không tùy ý, điều này giúp tín hiệu người dùng giảm thiểu sự
gián đoạn phục vụ, giảm được nhiễu hệ thống, từ đó tăng tốc độ truyền dữ liệu
người dùng, đạt tối thiểu 100Mb/s trong các thử nghiệm ban đầu theo cả hai hướng truyền dẫn.
Thiết lập mô hình và đo đạc các tham số hệ thống trong phòng thí nghiệm. Ảnh: Nhóm nghiên cứu.
Thiết bị cũng đã được thử nghiệm tại phòng đo tiêu chuẩn của Đại học Bách khoa
Turin về các thông số liên quan tới băng thông, tần số, tốc độ...TS Kiểm cho biết,
nhóm nghiên cứu đã làm việc với một số doanh nghiệp để lên kế hoạch thử nghiệm trong nước và phát triển hệ thống tương thích với lộ trình triển khai 5G của các nhà cung cấp dịch vụ.
"Sắp tới, nhóm sẽ thiết kế, điều chỉnh hệ thống để hoạt động ở các dải tần đã và sẽ được cấp phép cho hệ thống 5G tại Việt Nam như ở dải tần số 3,5 GHz. Từ đó giúp kết quả đề tài sớm đưa vào thực tiễn, có tiềm năng tạo ra các sản phẩm là các trạm thu phát ngoài trời hoặc trong nhà của mạng 5G", ông nói.
Độc giả muốn biết thêm thông tin về nghiên cứu, liên hệ với Văn phòng các Chương trình Khoa học và Công nghệ quốc gia tại website:http://vpctqg.gov.vn.