Phổ tần trung cao (7-24 GHz)
Phổ tần trung cao (7-24 GHz) được xem là vùng tần số hấp dẫn nhất cho các hệ thống 6G thế hệ đầu. Hình 1 minh họa sơ đồ phân bổ băng tần dành cho truy cập vô tuyến di động và cố định trong khoảng tần số này. Đặc biệt, dải tần 7-15 GHz rất được quan tâm vì có đặc tính lan truyền tương tự như các băng tần dưới 7 GHz. Tín hiệu ở dải tần này có mức suy hao thấp hơn so với dải tần số 5G, đồng thời khả năng xuyên qua các tòa nhà và vật cản tốt hơn, giúp cải thiện vùng phủ sóng trong nhà. Nhờ đó, các nhà mạng có thể tăng dung lượng hệ thống mà chỉ phải triển khai ít trạm gốc hơn so với khi sử dụng sóng mmWave thuộc dải tần số 5G để mở rộng vùng phủ sóng.
Hình 1. Giản đồ phân bổ phổ tần trung cao (7-24 GHz) cho các ứng dụng di động/cố định.
Một trong những thách thức lớn nhất đối với việc sử dụng phổ tần này là các quy định và chính sách liên quan. Hiện tại, phổ tần này đang được chia sẻ bởi nhiều tổ chức khác nhau, bao gồm cả cơ quan chính phủ và tổ chức dân sự, cho các mục đích không liên quan đến truy cập vô tuyến di động, chẳng hạn như dự báo thời tiết, thiên văn vô tuyến và dẫn đường hàng hải. Nhiều tổ chức trong số này khó có khả năng chuyển sang dải tần khác, hoặc thậm chí không thể, do họ là các đơn vị Chính phủ hoặc nhà cung cấp dịch vụ thông tin vệ tinh, mà một khi vệ tinh đã được phóng lên quỹ đạo, việc thay đổi tần số sẽ rất khó khăn hoặc gần như không thể thực hiện được. Ngay cả khi các cơ quan quản lý nhà nước đạt được sự đồng thuận về việc phổ tần này có thể sử dụng và cách thức cấp phép, thì thách thức kỹ thuật lớn là làm sao để sử dụng chung dải tần này mà không gây ảnh hưởng hoặc gián đoạn đến người dùng.
Phổ tần dưới terahertz (90-300 GHz)
Các phổ tần dưới terahertz (Sub-THz) mang lại những khối phổ rộng và liền mạch, có tiềm năng được phân bổ cho mạng 6G. Với băng thông lên tới 20 GHz, những dải tần này có thể phục vụ cho 6G, dù vẫn còn nhiều thách thức kỹ thuật cần được giải quyết. Hiện nay, các ứng dụng yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cực cao, vượt quá 100 Gbps. Để đáp ứng nhu cầu đó, 6G cần sử dụng các khối băng thông liền kề rộng hơn so với những gì khả dụng ở các dải tần thấp.
Mặc dù còn nhiều trở ngại kỹ thuật, các băng tần Sub-THz vẫn rất đáng được tiếp tục nghiên cứu vì chúng có tiềm năng giải quyết nhiều bài toán khó như: kết nối giữa không gian và Trái đất, truyền tải nội dung nghe nhìn đa chiều, cũng như hỗ trợ các ứng dụng cảm biến và truyền thông tiên tiến.
Hình 2. Giản đồ phân bổ tần số di động/tần số cố định toàn cầu, băng tần 92-175 GHz.
Dải tần 90-110 GHz (băng tần W) có nhiều phân đoạn với băng thông liền kề hợp lý được phân bổ cho vô tuyến di động hoặc cố định và có băng thông liền kề lớn hơn so với 110-170 GHz (băng tần D) trong hình 2. Băng tần W và D là hai dải sub-THz có tiềm năng được đưa vào sử dụng sớm nhất, do hệ sinh thái công nghệ ở các dải tần này đã tương đối phát triển và đặc tính lan truyền cũng thuận lợi hơn so với các tần số cao hơn.
Hình 3. Suy hao khí quyển theo tần số.
Tuy nhiên, khi tần số tăng cao, suy hao trong không gian tự do cũng tăng theo. Mức suy hao này còn bị ảnh hưởng bởi các đỉnh hấp thụ phân tử trong khí quyển (hình 4). Để giảm thiểu suy hao tín hiệu ở dải sub-THz, có thể ứng dụng các công nghệ tiên tiến như định hướng búp sóng, bề mặt thông minh có thể tái cấu hình (RIS) và các loại ăng-ten thế hệ mới. Dù vậy, ngay cả với những giải pháp công nghệ này, mức suy hao ở dải sub-THz vẫn còn quá lớn, khiến chúng chưa thể được triển khai rộng rãi trong các hệ thống thông tin di động trong tương lai gần.
Phổ tần thấp (dưới 7 GHz)
Các băng tần 600-900 MHz sẽ tiếp tục đóng vai trò nền tảng trong việc phủ sóng diện rộng. Nhờ khả năng truyền xa và độ phủ sóng tốt cả trong nhà lẫn ngoài trời, các băng tần này đặc biệt phù hợp với khu vực nông thôn và vùng ngoại ô. Đây vẫn là lựa chọn tối ưu để mở rộng vùng phủ sóng, dù không thể cung cấp băng thông rộng, ngay cả khi được phân bổ thêm phổ tần liền kề. Ngay cả trong trường hợp không có phổ tần 6G mới ở dải thấp, các băng tần này vẫn giữ vai trò quan trọng trong mạng lưới tương lai.
Trong vòng 5 đến 10 năm tới, dự kiến sẽ có thêm nhiều phổ tần mới trong khoảng 1-7 GHz được phân bổ cho các dịch vụ vô tuyến di động và cố định, nhằm đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng tăng của 5G. Tất cả các phổ mới trong dải này đều có thể sử dụng cho 6G. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang xem xét một số băng tần mới như 3,3-3,4 GHz, 3,6-3,8 GHz, 6,425-7,025 GHz và 7,025-7,125 GHz; trong đó, dải băng tần 7,025-7,125 GHz là băng tần duy nhất được đề xuất sử dụng trên phạm vi toàn cầu.
Việc rà soát lại cách sử dụng phổ tần trong dải này và tái phân bổ cho các thế hệ công nghệ mới như đã từng thực hiện cho mạng 5G là một ví dụ điển hình về cách mở rộng băng thông dưới 7 GHz. Phổ tần trong dải tần số này là tài nguyên có giới hạn và ngày càng khan hiếm, vì vậy cần được quản lý và khai thác một cách thông minh, hiệu quả để tối ưu hóa giá trị sử dụng.
*
* *
Theo xu hướng phát triển hiện nay của ngành viễn thông, 6G sẽ khai thác nhiều dải tần khác nhau để đáp ứng nhu cầu đa dạng. Dải tần 7-15 GHz được xem là ứng cử viên hàng đầu cho các triển khai 6G giai đoạn đầu. Tuy nhiên, 6G vẫn cần tận dụng hiệu quả các băng tần đã được phân bổ dưới 7 GHz. Để làm được điều này, cần cải thiện khả năng chia sẻ phổ tần một cách linh hoạt và thông minh nhằm khai thác tối đa các băng tần có hiệu suất cao.
Các băng tần sub-THz, dù chưa phù hợp cho triển khai vào năm 2030, nhưng vẫn được đánh giá là tiềm năng trong giai đoạn sau của 6G, dự kiến từ khoảng năm 2035 đến 2040. Băng thông rộng mà các dải tần này cung cấp là yếu tố quan trọng để hỗ trợ các ứng dụng mới mà 6G hướng đến.
Phạm Thịnh (theo Power Electronics News)