Công nghệ 6G tương lai sẽ ra sao?

Tiến sĩ Shaghik Atakaramians bình luận: “Trong 10 năm tới, chúng ta có thể mong đợi những thay đổi lớn và công nghệ mới sẽ đi vào cuộc sống của chúng ta, đòi hỏi ngày càng nhiều kết nối hơn với tốc độ cao hơn khi chúng ta truyền tải ngày càng nhiều dữ liệu. Chúng ta có thể tưởng tượng các hệ thống hoàn toàn tự trị; hoặc thực tế mở rộng đa giác quan tích hợp 5 giác quan truyền thống của con người với thế giới kỹ thuật số; hoặc phẫu thuật từ xa trong thời gian thực; hoặc các trung tâm mua sắm ảo hoàn chỉnh. Những điều này nghe có vẻ như một thứ gì đó như khoa học viễn tưởng, nhưng chúng có khả năng thực hiện được với công nghệ 6G trong khi lại không khả thi khi sử dụng các tiêu chuẩn 5G hiện tại.

Tất cả những thứ đó - và hơn thế nữa - đòi hỏi chúng ta phải chuyển sang một thế hệ truyền thông không dây khác có thể hỗ trợ công nghệ mới. Tôi nghĩ bạn thậm chí có thể gọi nó là một chiều không gian mới, nơi chúng ta có thể tích hợp kỹ thuật số, vật lý và con người các thế giới kết hợp với nhau thành một thứ gì đó thực sự phi thường”. Trong khi các tiêu chuẩn 6G vẫn chưa được xác định chính xác, Tiến sĩ Atakaramians giải thích, mọi thứ bạn cần biết về những khả năng thú vị sắp tới trong tương lai không xa.

Công nghệ 6G là gì?

6G là thế hệ thứ 6 của công nghệ truyền thông không dây trong đó tín hiệu sẽ được truyền ở băng tần cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn hiện đang được sử dụng rộng rãi. Tiêu chuẩn 5G hiện tại (bao gồm cả sự phát triển của 5G) bao gồmcác dải tần từ khoảng 0,4 GHz đến 114 GHz và có thể cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10 gigabyte mỗi giây. Tuy nhiên, với sự gia tăng giao tiếp toàn cầu và ngày càng có nhiều ứng dụng yêu cầu cung cấp thông tin nhanh chóng và đáng tin cậy, thì nhu cầu ngày càng lớn về việc tăng băng thông. Hãy coi nó giống như một đường ống dẫn nước dưới lòng đất.

Đường ống có đường kính cố định (đây sẽ là băng thông trong trường hợp liên lạc) và do đó một lượng nước (hoặc dữ liệu) cố định có thể đi qua bất kỳ thời điểm nào. Làm cho đường ống lớn hơn trong khi nó được chôn dưới đất hầu như không thể, vì vậy giải pháp tốt nhất là xây dựng một đường ống hoàn toàn mới với đường kính lớn hơn nhiều để cho phép nhiều nước chảy qua hơn và với tốc độ nhanh hơn. Đường ống mới đó là 6G.

Khoảng cách terahertz là gì?

Truyền thông 6G sẽ xảy ra ở đâu đó trong cái gọi là “khoảng cách terahertz”, ở tần số khoảng từ 100 GHz đến 10 THz (terahertz) - cao hơn tín hiệu 5G hiện tại. Điều này nằm trong một “khoảng trống” trên phổ điện từ giữa sóng vô tuyến hiện có và ánh sáng hồng ngoại, nơi bức xạ như vậy không thể được tạo ra cho đến chỉ vài thập kỷ trước. Do đó, nó là một không gian rất trống trên phổ, sau đó lý tưởng cho các công nghệ truyền thông trong tương lai đòi hỏi băng thông cao và tốc độ nhanh. Về phương diện tương tự đường ống nước, hiện có cơ hội để sản xuất một đường ống mới rất lớn có thể chuyển tải nhiều nước hơn vào bất kỳ thời điểm nào.

Lợi ích của 6G

Lợi ích lớn nhất và rõ ràng nhất của 6G là tốc độ truyền dữ liệu tiềm năng - với băng thông tăng lên sẽ có sẵn. Trong khi 5G cung cấp tốc độ lên đến 10 gigabyte mỗi giây, nghiên cứu cho thấy 6G sẽ cho phép tốc độ truyền khoảng 1.024 gigabyte mỗi giây, tương đương với 1 terabyte mỗi giây. Vì vậy, 6G hứa hẹn sẽ có tốc độ nhanh hơn 100 lần so với các tiêu chuẩn hiện tại và một số người nói rằng nó sẽ nhanh hơn thế nhiều. Băng thông tăng lên cũng có nghĩa là nhiều thông tin hơn có thể được truyền tải vào bất kỳ thời điểm nào - điều này cho phép các công nghệ mới như xe tự hành và phẫu thuật từ xa ngày càng trở nên khả thi hơn. Lượng dữ liệu mà các ứng dụng yêu cầu khiến chúng khó phát triển hơn về mặt kỹ thuật theo các tiêu chuẩn 5G hiện tại.

Chúng ta có thể mong đợi nhiều đối tượng vật lý hơn có các cảm biến, bộ xử lý và phần mềm kết nối chúng với Internet of Things (IoT), để chúng có thể trao đổi dữ liệu với các thiết bị và hệ thống khác. Ngoài viễn thông, một lợi ích khác của việc bắt đầu tạo tín hiệu trong dải tần terahertz là liên quan đến bảo mật và hình ảnh - như một giải pháp thay thế cho máy quét tia X. Tín hiệu terahertz có thể truyền qua gốm sứ, vải dệt nhựa và giấy; điều này lý tưởng cho việc kiểm tra an ninh, đặc biệt là vì các vật liệu hữu cơ khác, chẳng hạn như chất nổ và một số loại ma túy bất hợp pháp, có đỉnh hấp thụ cao trong bức xạ terahertz và do đó tạo ra “dấu vân tay” đặc biệt.

Do đó, có thể phát hiện xem một phong bì hoặc gói hàng được niêm phong có chứa các chất bất hợp pháp hay không ngay cả khi không mở nó - chỉ bằng cách quét bức xạ terahertz. Điều này hiện không thể thực hiện được bằng cách quét tia X, có thể phát hiện ra một số loại chất được giấu bên trong một gói hàng, nhưng sẽ không thể xác định đó là một túi đường vô hại hay một khối cocaine.

Ngoài ra, năng lượng photon của bức xạ ở tần số terahertz rất thấp, điều này làm cho nó trở thành một giải pháp thay thế an toàn cho các mục đích quét y tế đối với tia X ion hóa và có thể làm hỏng mô và DNA sống.

Những thách thức cần vượt qua

Một thách thức quan trọng đối với 6G ở tần số cao hơn 100 GHz là sự suy giảm - hoặc yếu đi của tín hiệu. Ở tần số cao hơn, tín hiệu bị ảnh hưởng nhiều hơn từ cái được gọi là “mất đường trong không gian tự do”, tức là sự giảm năng lượng vô tuyến khi tín hiệu truyền giữa hai điểm trong không khí. Ngoài ra, ở tần số cao, tín hiệu bị gián đoạn nhiều hơn vì suy giảm khí quyển do các phân tử nước và oxy trong không khí. Do đó, toàn bộ phổ “khoảng cách terahertz” không phải là lý tưởng cho tất cả các hình thức truyền thông không dây, nhưng vẫn tồn tại các cửa sổ truyền dẫn cho truyền thông không dây tầm trung đến xa.

Để bù đắp cho sự suy giảm có thể tăng lên, nguồn điện cho tín hiệu 6G có thể cần phải cao hơn nhiều so với hiện tại. Tuy nhiên, cộng đồng nhà nghiên cứu trên thế giới đang nỗ lực làm việc để phát triển hệ thống lái tia tập trung tín hiệu chính xác hơn nhiều và hướng nó đến một điểm cụ thể. Một số nhà nghiên cứu thậm chí đã đề xuất một mạng lưới máy bay không người lái để chuyển tiếp tín hiệu terahertz 6G và giúp khắc phục sự cố suy hao để đảm bảo truyền dữ liệu liền mạch và  đáng tin cậy. Một vấn đề lớn khác với terahertz là công nghệ kết nối phù hợp - là kết nối vật lý giữa hai chip hoặc thành phần trong một hệ thống. Dây đồng hiện đang được sử dụng rộng rãi cho nhiều kết nối như vậy; nhưng trên 100 GHz, chúng có xu hướng tiêu tán năng lượng điện hoặc điện từ và không thể hỗ trợ các loại băng thông cần thiết cho 6G.

Do đó, Tiến sĩ Atakaramians và Nhóm Đổi mới Terahertz của UNSW đang tiến hành nghiên cứu - phối hợp với Đại học Adelaide và đối tác trong ngành Ericsson - để phát triển dây làm bằng sợi polyme có thể giảm đáng kể tổn thất. Nhóm cũng nghiên cứu phát triển các nền tảng dựa trên ống dẫn sóng băng thông rộng và tổn hao thấp terahertz cho những thiết bị truyền thông terahertz trong tương lai.

Các ứng dụng trong thế giới thực cho 6G siêu tốc

Hầu hết mọi ngành sẽ được hưởng lợi từ việc truyền thông tin nhanh hơn, với 6G trong dải tần terahertz hứa hẹn độ trễ - đó là thời gian trễ trước khi bắt đầu truyền dữ liệu - chỉ micro giây. Một bước phát triển quan trọng được mong đợi là trong phẫu thuật từ xa thời gian thực, nơi độ trễ thấp là rất quan trọng, cũng như những quy trình chăm sóc sức khỏe khác như theo dõi bệnh nhân và phân tích thời gian thực của chụp MRI và CT. Tính khả dụng của các phương tiện tự hành cũng có khả năng tăng lên vì 6G giúp xử lý nhanh hơn và dễ dàng hơn tất cả mọi thông tin thu thập được từ hệ thống cảm biến và radar khác nhau - những thông tin này cần được chuyển rất nhanh để đảm bảo mức độ an toàn cao.

Trong một số trường hợp, sự suy giảm của tín hiệu tần số cao thực sự có thể là một lợi ích. Liên lạc trường gần nơi dữ liệu nhạy cảm và riêng tư đang được truyền trở nên an toàn hơn khi tín hiệu được bản địa hóa nhiều hơn - trong khi liên lạc chiến trường có thể tận dụng lợi thế của thực tế là thông tin không thể truyền đi khoảng cách xa và bị kẻ thù thu thập.

Khi nào có 6G?

Các tiêu chuẩn và tần số chính xác cho 6G vẫn chưa được xác định. Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) sẽ tổ chức Hội nghị Truyền thông vô tuyến thế giới (WRC) vào năm 2023, nơi những cuộc thảo luận về việc sử dụng mở rộng phổ tần số vô tuyến sẽ diễn ra, với quyết định cuối cùng có thể là tại hội nghị tiếp theo vào năm 2027. ITU là tổ chức chuyên môn của Liên hiệp quốc nhằm tiêu chuẩn hóa viễn thông quốc tế. ITU được thành lập ngày 17-5-1865 tại Paris - Pháp.

Ngày 15-7-1947, ITU chính thức trở thành tổ chức chuyên môn của Liên hiệp quốc. WRC là hội nghị do ITU tổ chức để xem xét và, khi cần thiết, sửa đổi Quy định về radio (Radio Regulations – RR) - điều ước quốc tế điều chỉnh việc sử dụng phổ tần số vô tuyến cũng như các quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh và không địa tĩnh. Nó được tổ chức  3 đến 4 năm một lần.

Việc nghiên cứu và phát triển sẽ tiếp tục nhanh chóng trong thời gian chờ đợi và các ứng dụng dự kiến sẽ được tung ra rất sớm sau khi RR được thiết lập. Điều đó có nghĩa là từ khoảng năm 2028, vì vậy chỉ trong vòng 6 năm nữa, kích thước mới mà 6G hứa hẹn sẽ cung cấp có thể bắt đầu trở thành hiện thực.