Công nghệ 5G và xu hướng phát triển
Mạng 5G ngày càng trở nên phổ biến với các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: hội nghị trực tuyến, xe tự lái, chăm sóc sức khỏe từ xa, máy bay không người lái, thực tế ảo... Bằng cách tích hợp học máy vào công nghệ 5G với những ưu điểm nổi bật về tốc độ và kết nối, hệ thống thông tin liên lạc sẽ trở nên thông minh hơn với khả năng vô tuyến nhận thức được hỗ trợ bởi các mô hình học máy để thực hiện các nhiệm vụ quan trọng như cảm nhận và chia sẻ phổ tần.
Theo báo cáo mới nhất năm 2020 được công bố bởi Công ty nghiên cứu thị trường toàn cầu Juniper Research (Hoa Kỳ), dự kiến từ năm 2025 sẽ có khoảng 50 tỷ thiết bị được kết nối trên internet theo thời gian thực. Với việc truyền tải lượng dữ liệu lớn với tốc độ cao vượt trội, tính tin cậy trong kết nối, cùng với độ trễ tín hiệu được duy trì ở mức tối thiểu, công nghệ mạng di động 5G sẽ tăng tốc độ truyền dữ liệu và cải thiện băng thông so với công nghệ 4G hiện có, từ đó phát triển các ứng dụng mới trong quân sự và thương mại.
Công nghệ di động 5G sẽ là trụ cột, là cơ sở hạ tầng quan trọng của nền kinh tế số, với những tính năng vượt trội như: băng thông rộng, tốc độ cao, mật độ kết nối truyền thông không dây cao, độ trễ thấp, đáp ứng nhanh… Đây là những nhân tố quan trọng đóng vai trò nền tảng trong thời đại nền kinh tế số, xã hội số và chính phủ số. Mục tiêu của mạng 5G là gắn kết tất cả các lĩnh vực kinh tế - xã hội, nhằm xây dựng hệ sinh thái thông tin số mà trung tâm là người dùng. Về bản chất, mạng 5G vẫn phát triển dựa trên nền tảng của 4G, nhưng ở mức độ cao hơn. Mạng 5G sẽ hỗ trợ các công nghệ mở rộng đa nền tảng LAS-CDMA (Large Area Synchronized Code Division Multiple Access), công nghệ băng thông siêu rộng UWB (Ultra Wideband), dịch vụ phân tán đa điểm LMDS (Local Multipoint Distribution Service), dịch vụ Ipv6 (Internet Protocol Version 6) và và kỹ thuật đa truy cập phân chia theo búp sóng BDMA (Beam Division Multiple Access). Dự án chiến lược phát triển 5G giữa ITU và Dự án đối tác thế hệ thứ ba (Third Generation Partnership Project - 3GPP) được đặc tả dựa trên 2 giai đoạn:
5G giai đoạn 1: Tháng 6/2018, bộ thông số kỹ thuật 5G đầu tiên đã được thiết lập tại bản phát hành số 15, chủ yếu tập trung vào thông số kỹ thuật cho các mạng 5G hoạt động với mạng lõi 4G LTE và xác định giao diện vô tuyến thế hệ mới 5G- NR (5G- new radio). Dựa trên bản phát hành số 15, các nhà sản xuất có thể cung cấp thiết bị cho các nhà mạng triển khai dịch vụ băng thông rộng di động nâng cao eMBB (enhanced Mobile Broadband) từ năm 2020 trở đi. Cách tiếp cận này cho phép sự chuyển đổi linh hoạt và tăng tính bền vững của công nghệ LTE cho các nhà mạng di động, đồng thời cung cấp cho người dùng các tính năng mới nhất của công nghệ di động thế hệ thứ 5.
Hình 1. Dự án chiến lược phát triển 5G.
5G giai đoạn 2: Bản phát hành số 16 được hoàn thành vào ngày 3/7/2020, 3GPP đã bổ sung nhiều cải tiến đối với cả công nghệ 4G LTE và 5G, trong đó tập trung vào các ngành công nghiệp khác (Vertical industry) như sản xuất thông minh, ô tô tự lái… cũng như cải tiến để tăng dung lượng dữ liệu của mạng và hiệu năng khai thác mạng. Phiên bản thứ 16 và hơn thế nữa (phiên bản 17 +) được xây dựng dựa trên nền tảng đã có và tiếp tục mở rộng eMBB, kỹ thuật truyền thông siêu tin cậy độ trễ thấp URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) và công nghệ truyền thông trên quy mô lớn mMTC (massive Machine Type Communications).
Hình 2. 5G mở ra cơ hội cho kiến trúc RAN mới.
Một số ứng dụng 5G trong hoạt động quân sự
Đối với lĩnh vực quân sự, mạng 5G có thể cung cấp một số cơ hội trên cơ sở: Phổ tần số (Spectrum), mạng truy nhập vô tuyến thế hệ mới 5G-NR (5G-New Radio), công nghệ mạng lõi 5G (5G core network), dịch vụ lân cận (ProSe - proximity service) và mạng truy nhập vô tuyến phi mặt đất (NTN - Non Terrestrial Networks).
Việc triển khai 5G-NR ở các loại phổ tần khác nhau và ở nhiều băng tần cho phép triển khai các hệ thống 5G ứng dụng quân sự với hiệu quả về chi phí. 5G sẽ được triển khai phổ biến ở băng tần 3,5 GHz ở châu Âu, nhưng có thể triển khai ở băng tần 4,5-4,9 GHz ở Nhật Bản. Dải tần số 4,4-5,0 GHz được NATO sử dụng trong một số hình thức chiến thuật, ví dụ như có thể hỗ trợ việc dễ dàng truy cập vào các khối chipset của một số hệ thống liên lạc quân sự.
5G-NR sử dụng sóng mm (mmWaves) mở ra cơ hội cho các hệ thống quân sự tốc độ cao và bí mật bằng sóng điện từ. Trong bối cảnh hoạt động quân sự, những thách thức về khả năng lan truyền của mmWaves có thể được coi là nhân tố tạo ra các hệ thống vô tuyến tương đối bí mật. Tiềm năng của mmWaves được tăng cường bởi các công nghệ 5G-NR. Vì vậy, việc nghiên cứu mmWave đối với 5G-NR trong các kịch bản quân sự rất được quan tâm.
Kiến trúc MIMO (Multi-User - Multiple Input - Multiple Output) mở rộng trong 5G-NR tạo ra cơ hội cho các hệ thống không dây chiến thuật với hiệu suất cao. Sự ra đời của các ăng-ten MIMO rất lớn làm tăng đáng kể hiệu suất của 5G-NR so với các công nghệ vô tuyến cổ điển bao gồm cả 4G-LTE, từ đó mở đường cho các hệ thống vô tuyến chiến thuật hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí, góp phần làm giảm nhiễu từ bên ngoài cũng như giảm xác suất đánh chặn với mục tiêu.
Đối với thiết kế lớp vật lý, cả mạng 4G LTE và 5G-NR đều sử dụng điều chế ghép kênh phân chia theo tần số trực giao để đa truy cập và phân bổ nguồn tài nguyên vô tuyến. 5G-NR cung cấp cả ghép kênh song công phân chia theo tần số và ghép kênh sóng công phân chia theo thời gian. Nhiều ứng dụng mở rộng hơn nữa của 5G-NR được dùng trong hệ thống MIMO cho phép tạo và định hướng chùm búp sóng tín hiệu. Quá trình định hướng búp sóng góp phần giảm đáng kể hiện tượng tự giao thoa và cải thiện các mức năng lượng sẵn có.
Dịch vụ lân cận (5G-ProSe) và dịch vụ hỗ trợ truy cập tích hợp (IAB - Integrated Access Backhaul) rất hấp dẫn đối với các ứng dụng chiến thuật đa tầng và các liên kết vô tuyến, tạo điều kiện cho một số tình huống chiến thuật “cơ sở hạ tầng không sẵn có”, khi các hệ thống không dây được sắp xếp nhiều tầng hoặc được thiết kế như mong muốn. IAB cho các mục đích liên kết nhiều mạng ở cự ly xa, cho phép các trạm gốc thế hệ mới gNB (gNodeB) giao tiếp với một nhóm khác thông qua giao diện không dây 5G-NR. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai các mạng di động mật độ cao mà không cần cáp kết nối đến tất cả các gNB với mạng trục. Trong 5G, giải pháp ProSe giao tiếp giữa thiết bị người dùng (UE-User Equipment) không có sự can thiệp của 5G-RAN hoặc mạng lõi 5G - Core Network (5G-CN).
5G-NTN (Non-Terrestrial Networks) có thể tạo ra các cơ hội ứng dụng mới trong lĩnh vực chiến thuật. Đặc điểm kỹ thuật của kiến trúc công nghệ 5G-NTN không phải là ưu tiên trong tiêu chuẩn của 5G và có thể cần thời gian để trở thành hiện thực. Tuy nhiên, nó có thể tạo cơ hội để mở rộng các hình thái truyền thông chiến thuật đến một khu vực hoạt động chung, bằng các phương tiện hoặc hệ thống 5G trên không hoặc dựa trên vệ tinh. Thực tế đã chỉ ra rằng, 5G là cuộc cách mạng hóa công nghệ an ninh và quân sự. 5G giúp hiện đại hóa lĩnh vực quân sự, thúc đẩy áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, từ mô hình đào tạo cho đến thực hành tác chiến. Hệ thống vệ tinh quỹ đạo tầm thấp và thiết bị bay là những phương tiện tiềm năng nhất có khả năng ứng dụng 5G-NTN với độ trễ truyền lan thấp hơn. Nhiều giải pháp công nghệ 5G-NTN được đánh giá trong hoạt động bản phát hành 16, trong khi các thông số kỹ thuật được mong đợi cho 3GPP ở bản phát hành 17.
Hình 3. Tình huống chiến thuật của lực lượng Hải quân Mỹ sử dụng 5G-NR và IAB.
5G cũng sẽ đóng một vai trò then chốt trong thực hành chiến đấu. Khả năng liên lạc đồng thời của hàng triệu máy thu phát vô tuyến trên một khu vực nhất định cho phép các lực lượng vũ trang, các đơn vị cũng như từng người lính, cũng như khả năng truyền nhận bản đồ, dữ liệu ảnh, video và thông tin khác về các hoạt động theo thời gian thực.
Việc ứng dụng công nghệ 5G trong lĩnh vực quân sự mang ý nghĩa chiến lược nhất là trong thông tin liên lạc quân sự và sẽ tạo ra hiệu ứng domino đối với sự phát triển của các loại công nghệ quân sự khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. O.Y. Alani, et al. (2017), "Technologies for 5G networks: Challenges and opportunities", It Professional, 19(1), pp.12-20.
2. L. Bastos, et al. (2021), Potential of 5G technologies for military application, 2021 International Conference on Military Communication and Information Systems (ICMCIS), The Hague, Netherlands.
3. L. Jingjing, et al. (2020), 5G military application scenarios and private network architectures, 2020 IEEE International Conference on Advances in Electrical Engineering and Computer Applications (AEECA).
4. V.K. Bhargava, et al. (2017), "Energy efficiency in massive MIMO-based 5G networks: Opportunities and challenges", IEEE Wireless Communications, 24(3), pp.86-94.
5. L.S. Yu, et al. (2017), "5G new radio: Waveform, frame structure, multiple access, and initial access", IEEE communications magazine, 55(6), pp.64-71.