Từ năm 2017, trước khi các chuẩn công nghệ 5G được định hình trên thế giới, nhóm nghiên cứu của Viện Điện tử Viễn thông thuộc ĐH Bách khoa Hà Nội do TS Nguyễn Khắc Kiểm dẫn đầu đã phát triển một nguyên mẫu ăng ten MIMO cùng phần cứng xử lý tín hiệu và thuật toán điều khiển cho phép các sóng tín hiệu bám theo người dùng theo tốc độ di chuyển của họ.

Phát triển nguyên mẫu để làm chủ công nghệ ở Việt Nam

Từ năm 2017, trong khuôn khổ chương trình Nghị định thư của Bộ Khoa học và Công nghệ, nhóm nghiên cứu ở Viện Điện tử Viễn thông thuộc trường ĐH Bách khoa Hà Nội đã hợp tác với các chuyên gia của Đại học Bách khoa Turin, Italia để phát triển những thiết kế nguyên mẫu cho thế hệ di động mới kể trên.

“Chúng tôi kết hợp công nghệ MIMO, tức đa đầu vào đa đầu ra, với Beamforming, tức điều khiển búp sóng hướng tới người dùng để giải quyết bài toán kỹ thuật cho mạng di động 5G”, TS Nguyễn Khắc Kiểm, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết.

Mặc dù đại diện nhóm tự thấy rằng đây không phải là một nghiên cứu quá “đột phá” bởi công nghệ MIMO đã được áp dụng trong thế hệ mạng từ 4G trở lại trước và Beamforming cũng được phổ biến trong các thiết bị rada quân sự và gần đây là một số bộ định tuyến Wifi mới, tuy nhiên theo anh “việc làm chủ được công nghệ ở mức cơ bản sẽ giúp tương lai chúng ta có thể mở ra các nghiên cứu ở trình độ cao hơn và phát triển các thiết bị 5G nội địa”.

Khi bắt đầu nhiệm vụ, công nghệ sau 4G còn chưa được định hình rõ rệt và đặt tên như hiện nay. Các nhà khoa học của Viện Điện tử Viễn thông đã thử nghiệm theo hướng “dò đá qua sông”. Họ tìm đọc các bài báo quốc tế về lý thuyết mô hình truyền dẫn, toán học và cấu trúc bức xạ; tổ chức các buổi thảo luận với chuyên gia trong và ngoài nước về công nghệ sau 4G, và làm việc với một số doanh nghiệp công nghệ tiên phong. Từ đó, nhóm nghiên cứu đã dần hình thành được ý tưởng về cách tiếp cận của mình.

“Chúng tôi có ưu thế của một đơn vị nghiên cứu đa lĩnh vực trong mảng viễn thông. Điều này giúp ích rất nhiều cho việc tiếp cận 5G để có thể ra được sản phẩm tương đối hoàn thiện.” TS Nguyễn Khắc Kiểm chia sẻ. Nhóm nghiên cứu của anh chia làm ba đội, tập trung vào ba cấu phần chuyên môn gồm: thiết kế ăng ten, xử lý số và tín hiệu, và lập trình thuật toán điều khiển.

Các nhà nghiên cứu lựa chọn thử nghiệm với dải tần thấp dưới 6GHz - ở đó chi phí không quá lớn, linh kiện điện tử kèm theo cũng sẵn có trên thị trường, và có thể dùng lại các vùng tần số chưa khai thác hết. Các mã lập trình điều khiển cũng được nháp đi nháp lại nhiều lần trên nền tảng “chíp trắng” FPGA trước khi ra kết quả tối ưu.

Cấu phần anten với 64 phần tử thu phát tín hiệu do Viện Điện tử Viễn thông thiết kế và chế tạo. Ảnh: HUST

Kết quả, họ đã nắm được được quy trình tạo ra mẫu anten MIMO với 64 phần tử thu phát tín hiệu hoạt động ở tần số 5,8 GHz, cùng phần mềm nhúng trên nền tảng FPGA cho phép điều khiển từ ba búp sóng trở lên. Các búp sóng có thể quét ở độ phân giải góc dưới 10° - tức có khả năng di chuyển khá “mượt” khi hướng tín hiệu phục vụ từ thiết bị này sang thiết bị di động khác. Điều này giúp tín hiệu 5G có thể phục vụ gián đoạn hàng chục người dùng trong phạm vi của mình mà không ai cảm nhận được sự thay đổi chỉ diễn ra trong vài phần chục giây. Các thiết bị này đã được kiểm nghiệm kỹ thuật ở phòng đo tiêu chuẩn tại Đại học Bách khoa Turin. Nhóm nghiên cứu cũng đã công bố tám bài báo khoa học liên quan trong và ngoài nước, trong đó có ba bài báo thuộc danh mục tạp chí ISI-Scopus.

“Dĩ nhiên, đây mới chỉ là một nghiên cứu thử nghiệm ở quy mô nhỏ. Sẽ cần đầu tư hơn nữa nếu muốn chuyển giao và mở rộng ra quy mô công nghiệp, chẳng hạn như chuyển từ dải tần thấp dưới 6GHz sang dải tần cao trên 20GHz”, TS Nguyễn Khắc Kiểm nói. Anh cũng lưu ý điều quan trọng nhất là nắm được công nghệ lõi về thuật toán điều khiển beamforming. Theo anh, đó là ưu thế “know-how”quan trọng trong công nghệ 5G mà mọi công ty đều muốn làm chủ. Khi đưa ra sản xuất đại trà, các mạch logic xây trên nền FPGA có thể ghi sang chip IC hoặc các bộ vi xử lý khác nhằm đáp ứng tốc độ xử lý nhanh chóng và chi phí rẻ.

Theo Báo Khoa học và phát triển