28 trang 4 lượt tải

Khảo sát toàn diện về mạng 6G: Động lực, công nghệ và tương lai môn Thông tin di động | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tính đến nay, hệ thống di động thế hệ thứ năm (5G) đã được triển khai ở nhiều quốc gia và số lượng thuê bao 5G đã đạt quy mô rất lớn. Đã đến lúc giới nghiên cứu và công nghiệp chuyển hướng nghiên cứu sang thế hệ tiếp theo. Tài liệu được sưu tầm gồm 28 trang, giúp các bạn ôn luyện và phục vụ cho việc học tập, đạt kết quả tốt. Mời các bạn đón xem!

Môn: Thông tin di động 7 tài liệu

Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội 3.4 K tài liệu

Tác giả:

My Lữ

1 tuần trước

Danh sách Quiz

The Road Towards 6G: A

ComprehensiveNguyễn Trọng Lê Minh MSSV:20182687 GVHD PGS.

TS Trần Quang Vinh

Survey

Hướng tới mạng 6G: Khảo sát toàn diện

Tóm tắt—Tính đến nay, hệ thống di động thế hệ thứ

năm (5G) đã được triển khai ở nhiều quốc gia và số

lượng thuê bao 5G đã đạt quy mô rất lớn. Đã đến lúc

giới nghiên cứu và công nghiệp chuyển hướng nghiên

cứu sang thế hệ tiếp theo. Trong bối cảnh đó, việc có

một cái nhìn tổng quan về tình hình hiện tại và tầm

nhìn tương lai về truyền thông là rất cần thiết. Bài báo

này nhằm cung cấp một khảo sát toàn diện, mô tả hệ

thống thế hệ thứ sáu (6G) từ các khía cạnh như động

lực thúc đẩy, trường hợp sử dụng, kịch bản ứng dụng,

yêu cầu kỹ thuật, chỉ số hiệu suất chính (KPI), kiến

trúc và các công nghệ hỗ trợ.

Trước hết, bài báo trả lời câu hỏi “Liệu có cần 6G

không?” bằng cách làm sáng tỏ các yếu tố thúc đẩy

chính, trong đó dự đoán sự tăng trưởng lưu lượng di

động đến năm 2030 và hình dung các trường hợp sử

dụng cũng như kịch bản tiềm năng. Tiếp theo, các yêu

cầu kỹ thuật của 6G được thảo luận và so sánh với 5G

dựa trên các KPI định lượng. Sau đó, tóm tắt các

nghiên cứu tiên tiến về 6G từ các tổ chức và quốc gia

tiêu biểu, đồng thời dự kiến lộ trình về định nghĩa, đặc

tả, chuẩn hóa và quy định. Bài báo còn xác định hơn

mười công nghệ tiềm năng, trình bày nguyên lý, ưu

điểm, thách thức và các vấn đề nghiên cứu mở của

từng công nghệ. Cuối cùng, bài báo kết luận và hình

dung 6G sẽ như thế nào. Khảo sát này nhằm là hướng

dẫn khai sáng, thúc đẩy sự quan tâm và nghiên cứu

phát triển hệ thống truyền thông 6G.

Bài báo được chia làm 6 phần. Phần I giới thiệu sơ qua

về lịch sử phát triển , sự chuyển dịch từ 5G sang 6G.

Phần II làm rõ các động lực then chốt cho sự cần thiết

phát triển 6G, bao gồm sự tăng trưởng bùng nổ của

lưu lượng và thuê bao di động, các trường hợp sử dụng

đột phá, cùng các kịch bản sử dụng tiên tiến.

Phần III phân tích các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống

6G thông qua một tập hợp các chỉ số hiệu suất chính

(KPIs).

Phần IV tổng hợp các tham vọng và nỗ lực của các tổ

chức chủ chốt trong ngành viễn thông di động, đồng

thời ước lượng một lộ trình phát triển cho 6G. Phần V

cung cấp cái nhìn toàn diện về hơn một chục

công nghệ chủ chốt hỗ trợ 6G. Cuối cùng, Phần VI kết

luận bài báo bằng cách khắc họa một bức tranh tổng

thể về “6G sẽ như thế nào”.

I. GIỚI THIỆU

Ngành viễn thông di động đã trải qua nhiều bước phát

triển quan trọng, bắt đầu từ hệ thống analog thế hệ đầu

tiên (1G), với các hệ thống như Advanced Mobile Phone

System tại Mỹ và Nordic Mobile Telephone ở châu Âu,

cung cấp dịch vụ thoại di động vào những năm 1980 [1].

Tiếp đó, thế hệ kỹ thuật số 2G với GSM ra đời vào

những năm 1990, mang lại dịch vụ thoại và nhắn tin kỹ

thuật số cho hơn một tỷ người dùng trên toàn thế giới

[1]. Thế hệ 3G dựa trên công nghệ CDMA, với các

chuẩn như WCDMA, CDMA2000, TD-SCDMA, được

triển khai từ năm 2001, hỗ trợ truy cập dữ liệu tốc độ cao

[2]. Mạng 4G LTE xuất hiện vào năm 2009 với sự kết

hợp của MIMO và OFDM đã thúc đẩy sự bùng nổ của

điện thoại thông minh và ngành công nghiệp Internet di

động trị giá hàng nghìn tỷ đô la mỗi năm [3].

Kỷ nguyên 5G bắt đầu từ năm 2019 khi các nhà mạng

Hàn Quốc và Mỹ cạnh tranh để trở thành nhà cung cấp

dịch vụ đầu tiên [4]. 5G mở rộng phạm vi kết nối từ con

người sang thiết bị IoT và các ngành công nghiệp, với

khả năng hỗ trợ đa dạng các dịch vụ như Industry 4.0,

thực tế ảo (VR), Internet vạn vật (IoT) và xe tự lái [5].

Đại dịch COVID-19 năm 2020 càng làm nổi bật vai trò

quan trọng của 5G trong các lĩnh vực như y tế từ xa,

giáo dục trực tuyến và sản xuất tự động [6].

Dù 5G đang được triển khai trên toàn cầu, nhiều tổ chức

và quốc gia đã bắt đầu tập trung nghiên cứu thế hệ mạng

tiếp theo – 6G – nhằm đáp ứng các yêu cầu ICT phức

tạp hơn trong thập kỷ tới [7]. Nhóm chuyên trách

“Technologies for Network 2030” của ITU-T được thành

lập từ năm 2018 để nghiên cứu khả năng mạng cho năm

2030 và xa hơn, với các kịch bản ứng dụng tiên tiến như

truyền thông holographic, trí tuệ phổ biến, Internet xúc

giác, trải nghiệm đa giác quan và bản sao kỹ thuật số

(digital twin) [8]. Ủy ban châu Âu tài trợ cho các dự án

nghiên cứu 6G trong khuôn khổ Horizon 2020 và công

bố chiến lược tăng tốc đầu tư vào hạ tầng “Gigabit

Connectivity” bao gồm 5G và 6G [9]. NGMN cũng phát

động dự án “6G Vision and Drivers” nhằm cung cấp

định hướng phát triển 6G toàn cầu [10]. ITU-R bắt đầu

nghiên cứu xu hướng công nghệ tương lai cho phát triển

hệ thống IMT [11].

Đại học Oulu (Phần Lan) mở đầu các nghiên cứu tiên

phong về 6G trong chương trình 6Genesis tập trung vào

các thách thức như kết nối tức thời, trí tuệ phân tán và

vật liệu anten tương lai [12]. Các quốc gia lớn như Mỹ,

Trung Quốc, Đức, Nhật Bản và Hàn Quốc cũng đã công

bố kế hoạch nghiên cứu và lộ trình sơ bộ cho 6G [13]–

[16].

Như vậy, phần giới thiệu nhấn mạnh xu hướng tất yếu

chuyển từ 5G sang 6G, đồng thời cho thấy sự cần thiết

xây dựng một tầm nhìn toàn diện để định hướng nghiên

cứu và phát triển công nghệ đáp ứng nhu cầu kết nối và

dịch vụ trong tương lai.

A. Các công trình nghiên cứu liên quan

Bài báo sớm nhất về chủ đề 6G được công bố vào tháng

9 năm 2018 là [10], trong đó David và Berndt đã cố

gắng trả lời câu hỏi “Liệu có cần vượt qua 5G hay

không?” bằng cách rà soát các dịch vụ chủ chốt và các

đổi mới từ hệ thống analog 1G đến hạ tầng 5G định

nghĩa bằng phần mềm và ảo hóa. Nawaz và cộng sự [11]

đã xem xét các tiến bộ hiện đại trong lĩnh vực học máy

(ML) và tính toán lượng tử, đồng thời dự báo sự kết hợp

giữa hai công nghệ này với mạng truyền thông cần được

cân nhắc trong hệ thống 6G. Trong [12], Rappaport và

đồng tác giả đã mô tả các thách thức và tiềm năng của

truyền thông terahertz (THz) trong quá trình phát triển

và triển khai mạng 6G.

Tiếp theo, các tác giả trong [13] đã cung cấp một mô tả

ngắn gọn về tầm nhìn và các kỹ thuật tiềm năng. Letaief

et al. trong [14] thảo luận về các công nghệ có khả năng

hỗ trợ dịch vụ Trí tuệ Nhân tạo (AI) phổ biến trong

mạng 6G (cụ thể là mạng cho AI) cũng như các phương

pháp AI hỗ trợ thiết kế và tối ưu hóa mạng 6G (AI cho

mạng). Zong và cộng sự [15] đề xuất hai kiến trúc hệ

thống ứng viên cho 6G và xác định một số công nghệ

6G bao gồm radio định nghĩa bằng quang học, truyền

thông holographic và AI.

Trong bối cảnh này, các tác giả của [16] nhằm làm rõ các

yêu cầu, kiến trúc mạng, công nghệ chủ chốt và các ứng

dụng mới trong hệ thống 6G sắp tới. Strinati et al. [17]

hình dung năm công nghệ chủ lực cho 6G, bao gồm AI

phổ biến ở rìa mạng, phủ sóng ba chiều (3D) kết hợp

giữa mạng mặt đất, nền tảng bay và chòm sao vệ tinh,

lớp vật lý mới tích hợp truyền thông dưới THz và ánh

sáng khả kiến (VLC), các cơ chế bảo mật phân tán, và

kiến trúc mạng mới.

Huang và cộng sự [18] khảo sát các thay đổi kiến trúc

liên quan đến mạng 6G thân thiện môi trường, đồng thời

giới thiệu sơ lược về các công nghệ tiềm năng như phủ

sóng 3D phổ biến, AI toàn diện, THz, VLC và

blockchain. Trong [19], Jiang và Luo trình bày một tổng

quan toàn diện và nhất quán về các khía cạnh công nghệ

liên quan đến học máy cho truyền thông và mạng không

dây.

Kể từ đầu năm 2020, số lượng các công trình liên quan

đến 6G tăng nhanh hơn so với hai năm trước đó. Dang

và cộng sự [20] lập luận rằng 6G nên tập trung vào con

người, do đó các yếu tố như an ninh, bí mật và quyền

riêng tư trở thành những tính năng then chốt. Để hỗ trợ

tầm nhìn này, các khung hệ thống, công nghệ cần thiết

và các thách thức dự kiến đã được phác thảo. Tiếp đó,

trong [21], một khảo sát về các công nghệ học máy được

áp dụng cho truyền thông, mạng và bảo mật trong mạng

phương tiện được trình bày, cùng với tầm nhìn về hướng

phát triển mạng phương tiện thông minh 6G.

Giordani et al. [22] dự đoán một số trường hợp sử dụng

tiềm năng của 6G và giới thiệu các công nghệ được coi

là nhân tố thúc đẩy cho các trường hợp đó. Viswanathan

và Mogensen [23] đã cố gắng xây dựng một bức tranh

toàn cảnh về nhu cầu và công nghệ truyền thông trong

kỷ nguyên 6G, đề xuất các chủ đề mới có thể định hình

các yêu cầu 6G. Zhang và cộng sự [24] nhấn mạnh trong

bài viết của họ rằng việc giảm giá 1000 lần từ góc nhìn

khách hàng là chìa khóa thành công cho hệ thống 6G.

Chen et al. [25] đóng góp một thảo luận toàn diện về tầm

nhìn, yêu cầu, xu hướng công nghệ và thách thức, nhằm

làm rõ cách tiếp cận để giải quyết các vấn đề về phủ

sóng, dung lượng, tốc độ dữ liệu và khả năng di động

của mạng 6G. Tác giả của [26] chia sẻ quan điểm về các

ứng dụng, xu hướng công nghệ, các lớp dịch vụ và yêu

cầu, đồng thời xác định các công nghệ hỗ trợ và các vấn

đề nghiên cứu mở. Kato et al. [27] nhận diện các thách

thức và hướng nghiên cứu tiềm năng về việc tích hợp

các công nghệ học máy trong mạng 6G tương lai từ góc

độ truyền thông, mạng và tính toán.

Guo [28] trình bày các khái niệm cốt lõi của AI có khả

năng giải thích (explainable AI) cho 6G, bao gồm động

lực xã hội và pháp lý, định nghĩa, sự đánh đổi giữa khả

năng giải thích và hiệu năng, các phương pháp giải thích

và một khung AI có khả năng giải thích cho hệ thống

không dây tương lai. Một bài khảo sát tổng quan [29]

cung cấp cái nhìn toàn diện về 6G dưới các khía cạnh

ứng dụng, yêu cầu, thách thức và hướng nghiên cứu,

đồng thời giới thiệu sơ lược các công nghệ chính như AI,

terahertz, blockchain, mạng ba chiều và truyền thông

quang không dây.

Trong [30], các tác giả mở rộng tầm nhìn từ 5G đến các

kịch bản tham vọng hơn trong tương lai xa và suy đoán

về các công nghệ mang tính cách mạng có thể tạo ra

những bước chuyển đổi cần thiết cho 6G. Liu et al. [31]

xác định tầm nhìn phát triển xã hội đến năm 2030 và rút

ra các yêu cầu hiệu suất chính từ các ứng dụng và dịch

vụ mới. Dựa trên sự hội tụ của các công nghệ thông tin

và truyền thông, một kiến trúc mạng di động hợp lý

được đề xuất nhằm giải quyết các bài học từ thiết kế

mạng 5G.

Gui và cộng sự [32] tóm tắt các vấn đề khác nhau của

6G, bao gồm các dịch vụ cốt lõi, trường hợp sử dụng,

yêu cầu, công nghệ hỗ trợ, kiến trúc, kịch bản điển hình,

thách thức và hướng nghiên cứu. Tác giả của [33] cung

cấp một cái nhìn tổng quan về truyền thông bề mặt

MIMO holographic như một công nghệ đầy hứa hẹn cho

mạng không dây 6G.

Gần đây, Bariah và cộng sự [34] trình bày một tầm nhìn

toàn diện về 6G, xác định bảy công nghệ đột phá, các

yêu cầu, thách thức và các vấn đề nghiên cứu mở liên

quan. Từ góc độ phần cứng tần số vô tuyến và anten,

[35] phân tích ngân sách liên kết của các kênh truyền

terahertz với các ước lượng về các tham số như độ

nhiễu, công suất phát và lợi ích anten, đồng thời đánh

giá các khoảng cách truyền thông dự kiến cho các kịch

bản 6G tại tần số 300 GHz.

Polese et al. [36] đưa ra tổng quan về các vấn đề cần giải

quyết để ứng dụng phổ terahertz trong mạng di động, tập

trung vào các lớp điều khiển truy cập phương tiện, mạng

và truyền tải, cũng như hiệu năng của các luồng dữ liệu

đầu-cuối (E2E) trên kết nối terahertz. Wang và cộng sự

[37] khảo sát các đo lường và mô hình kênh truyền

không dây 6G trên toàn bộ dải tần, bao gồm mmWave,

terahertz và truyền thông quang không dây (OWC), cùng

với các vùng phủ sóng như vệ tinh, hàng hải và truyền

âm dưới nước, cũng như các kịch bản ứng dụng như tàu

cao tốc, giao tiếp giữa các phương tiện và IoT công

nghiệp.

Bài báo [38] trình bày tiềm năng tích hợp truyền thông

ánh sáng khả kiến (VLC) trong 6G và thảo luận về các

tiến bộ công nghệ bao gồm vật liệu mới, thiết bị, kỹ

thuật điều chế, truyền dưới nước và xử lý tín hiệu dựa

trên học máy. Tác giả của [39] làm rõ lợi ích của các

thiết bị bay không người lái (UAV) trong việc cải thiện

vùng phủ sóng và dung lượng cho 6G, đồng thời đề xuất

một kiến trúc mạng sử dụng UAV được neo giữ dây cáp.

Trong [40], các tác giả phác thảo khái niệm tự chủ đáng

tin cậy cho 6G, làm rõ cách thức AI có khả năng giải

thích có thể tạo ra các phương thức đánh giá niềm tin

định tính và định lượng, đồng thời đề xuất các chỉ số

hiệu suất chính (KPI) để đo lường niềm tin này. Cuối

cùng, Du và cộng sự [41] tóm tắt một số phương pháp

thông minh sử dụng AI và học máy nhằm tối ưu mạng

6G, bao gồm truyền thông terahertz, quản lý năng lượng,

bảo mật, quản lý di động và phân bổ tài nguyên.

Để minh họa rõ hơn, các công trình nêu trên với những

đóng góp chính và chủ đề được phân loại theo trình tự

thời gian được tổng hợp trong Bảng 1.

B. Đóng góp

Quan sát từ các công trình nghiên cứu trước đây cho

thấy phần lớn chỉ tập trung vào một khía cạnh cụ thể của

6G, chẳng hạn như phổ tần terahertz (THz) [12], trí tuệ

nhân tạo (AI) [14], mạng xanh (green networks) [18],

các trường hợp sử dụng (use cases) [22], học máy (ML)

[27], và truyền thông ánh sáng khả kiến (VLC) [38].

Mặc dù có một số khảo sát cố gắng cung cấp cái nhìn

tổng thể, nhưng đến nay vẫn chưa có một bài khảo sát

toàn diện thực sự. Nhằm lấp đầy khoảng trống này, bài

báo hiện tại tổng hợp toàn diện những tiến bộ mới nhất

trong nghiên cứu 6G, đồng thời đưa ra tầm nhìn rộng lớn

về các động lực, yêu cầu, các nỗ lực và công nghệ hỗ

trợ.

Bắt đầu từ việc phân tích kỹ lưỡng các công trình hiện

trạng, bài viết khởi đầu bằng việc hình dung các yếu tố

thúc đẩy, các trường hợp sử dụng tiềm năng và các kịch

bản sử dụng nhằm trả lời câu hỏi về sự cần thiết phát

triển 6G. Tiếp theo, các yêu cầu kỹ thuật cần thiết để hỗ

trợ các ứng dụng và dịch vụ 6G được làm rõ thông qua

một bộ chỉ số hiệu suất chính (KPIs), đồng thời xác định

và phân tích các công nghệ đầy hứa hẹn. Các hoạt động

nghiên cứu cập nhật trên toàn cầu được tổng hợp, cùng

với việc dự kiến lộ trình cho nghiên cứu, đặc tả, chuẩn

hóa và phát triển đến năm 2030. Cuối cùng, bài báo đưa

ra những kết luận nhằm khắc họa hình ảnh của “6G có

thể sẽ như thế nào?”.

So với các bài báo 6G hiện có, các đóng góp chính của

bài viết này bao gồm:

1. Phân tích toàn diện và cập nhật nhất các công

trình liên quan, cung cấp bản tóm tắt đầy đủ

nhất về những tiến bộ mới.

2. Nỗ lực trả lời câu hỏi “Chúng ta có thật sự cần

6G?” bằng cách làm sáng tỏ các yếu tố thúc đẩy

chính, bao gồm sự tăng trưởng bùng nổ của lưu

lượng và thuê bao di động đến năm 2030, cũng

như các trường hợp sử dụng đột phá. Bài viết

vượt ra ngoài hiện trạng bằng cách xác định sự

đồng thuận của các công trình trước về trường

hợp sử dụng và đề xuất các trường hợp mới

chưa từng được báo cáo như Kết nối Toàn cầu

Phổ biến (Global Ubiquitous Connectability),

Truyền thông Tăng cường trên Tàu (Enhanced

On-Board Communications), và Trí tuệ Phổ

biến (Pervasive Intelligence).

3. Sử dụng phương pháp toàn diện, ba kịch bản sử

dụng mới cho 6G được đề xuất, bao gồm băng

rộng di động phổ biến khắp nơi (uMBB), truyền

thông băng rộng độ trễ thấp cực kỳ tin cậy

(ULBC), và truyền thông độ trễ thấp cực kỳ tin

cậy với mật độ lớn (mULC).

4. Thảo luận về các yêu cầu kỹ thuật của 6G thông

qua bộ KPIs, so sánh định lượng với KPIs của

5G khi có thể.

5. Tổng hợp các tham vọng, nỗ lực và hoạt động

nghiên cứu về 6G trên toàn thế giới, đồng thời

dự kiến lộ trình sơ bộ cho định nghĩa, đặc tả,

chuẩn hóa và quy định. Đây là lần đầu tiên trong

tài liệu khoa học có một khảo sát như vậy từ góc

nhìn này.

6. Hình dung kiến trúc phủ sóng ba chiều (3D) tích

hợp mạng mặt đất và phi mặt đất, minh họa

trong các kịch bản triển khai 6G.

7. Khác với các bài báo trước chỉ liệt kê các công

nghệ ứng viên theo danh sách, bài viết phân loại

công nghệ hỗ trợ 6G thành các nhóm: phổ tần

mới, mạng mới, giao diện không khí mới, kiến

trúc mới và mô hình mới. Đây là lần đầu tiên

phương pháp này được áp dụng trong các công

bố về 6G.

8. Cung cấp cái nhìn toàn diện nhất về các công

nghệ tiềm năng cho 6G, xác định số lượng công

nghệ hỗ trợ lớn nhất từ trước đến nay. Nguyên

lý, ưu điểm, thách thức và các vấn đề nghiên

cứu mở của từng công nghệ được trình bày chi

tiết. Một số công nghệ được giới thiệu lần đầu

tiên trong bối cảnh 6G, như chòm sao vệ tinh

quy mô lớn và bảo mật hậu lượng tử. Các công

nghệ bao gồm phổ tần mmWave, THz, VLC,

truyền thông quang không dây (OWC) và quản

lý phổ động (DSM); mạng mềm hóa, ảo hóa,

slicing mạng truy cập vô tuyến (RAN), O-RAN,

bảo mật hậu lượng tử; giao diện không khí mới

như massive MIMO, bề mặt phản chiếu thông

minh (IRS), phối hợp đa điểm (CoMP), cell-free

massive MIMO và kỹ thuật điều chế mới; kiến

trúc mới với phủ sóng 3D tích hợp vệ tinh quy

mô lớn, nền tảng ở độ cao lớn (HAP), UAV và

mạng mặt đất; mô hình mới với sự hội tụ của

tính toán và truyền thông, tích hợp mạng di

động, AI, blockchain và digital twin.

9. Kết luận bài báo bằng việc khắc họa hình ảnh

tổng thể về “6G có thể sẽ như thế nào?”, trong

đó 6G được dự kiến là một hệ thống kết hợp

điện tử - quang học, một nền tảng thông minh

kết nối, một mạng tích hợp không gian - trên

không - mặt đất, và một thực thể kết nối tính

toán thông minh, biến Trái đất thành một bộ não

khổng lồ, hỗ trợ toàn diện xã hội thông tin hóa

và trí tuệ hóa đến năm 2030 và xa hơn.

II. ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN

Từ giữa năm 2019, mạng di động 5G thương mại đã

được triển khai rộng rãi trên toàn cầu và đã đạt quy mô

rất lớn tại một số quốc gia. Ví dụ, số lượng trạm gốc 5G

được triển khai tại Trung Quốc đã vượt quá 500.000 vào

cuối năm 2020, phục vụ hơn 100 triệu thuê bao 5G [1].

Theo truyền thống, cứ khoảng một thập kỷ xuất hiện một

thế hệ mạng mới, đã đến lúc cả giới học thuật và ngành

công nghiệp cần bắt đầu nghiên cứu thế hệ kế tiếp của

5G.

Tuy nhiên, trên con đường hướng tới 6G, vấn đề đầu tiên

đặt ra là nhiều câu hỏi như “Liệu chúng ta có thật sự cần

6G không?” hay “5G đã đủ chưa?”. Để trả lời những câu

hỏi này, cần làm rõ các yếu tố thúc đẩy chính cho sự

phát triển của 6G.

Việc phát triển một hệ thống thế hệ tiếp theo không chỉ

được thúc đẩy bởi sự tăng trưởng theo cấp số nhân của

lưu lượng và thuê bao di động mà còn bởi các dịch vụ và

ứng dụng đột phá mới sắp xuất hiện. Bên cạnh đó, còn

có nhu cầu nội tại trong cộng đồng truyền thông di động

nhằm không ngừng nâng cao hiệu quả của mạng lưới,

bao gồm hiệu quả chi phí, hiệu quả năng lượng, hiệu quả

sử dụng phổ tần và hiệu quả vận hành.

Với sự xuất hiện của các công nghệ tiên tiến như trí tuệ

nhân tạo (AI), phổ terahertz (THz) và chòm sao vệ tinh

quy mô lớn, mạng truyền thông có khả năng tiến hóa

thành một hệ thống mạnh mẽ và hiệu quả hơn, đáp ứng

tốt hơn các yêu cầu của dịch vụ hiện tại và mở ra khả

năng cung cấp những dịch vụ đột phá chưa từng có trước

đây.

Trong phần này, bài báo tập trung làm rõ ba động lực

chính: i) sự tăng trưởng bùng nổ của lưu lượng di động,

ii) các trường hợp sử dụng đột phá, và iii) các kịch bản

sử dụng mới. Các động lực công nghệ sẽ được thảo luận

chi tiết trong Phần V.

A. Sự tăng trưởng bùng nổ của lưu lượng di động

Chúng ta đang sống trong một thời đại chưa từng có khi

hàng loạt các sản phẩm thông minh, dịch vụ tương tác và

ứng dụng trí tuệ phát triển nhanh chóng, tạo ra nhu cầu

rất lớn đối với truyền thông di động. Có thể dự báo rằng

hệ thống 5G sẽ khó có thể đáp ứng được khối lượng lưu

lượng di động khổng lồ vào năm 2030 và các năm sau

đó.

Nguyên nhân chủ yếu đến từ sự bùng nổ của các ứng

dụng video chất lượng cao, độ phân giải màn hình được

cải thiện liên tục, truyền thông máy-máy (M2M), dịch

vụ đám mây di động, và nhiều yếu tố khác. Theo ước

tính của ITU-R năm 2015 [42], lưu lượng di động toàn

cầu sẽ tăng theo cấp số nhân, đạt tới 5016 exabyte (EB)

mỗi tháng vào năm 2030, so với chỉ 62 EB mỗi tháng

năm 2020. Báo cáo từ Ericsson năm 2019 [43] cho thấy

lưu lượng di động toàn cầu đã đạt 33 EB mỗi tháng, xác

nhận tính chính xác của ước tính ITU-R.

Trong thập kỷ qua, số lượng điện thoại thông minh và

máy tính bảng tăng mạnh mẽ do sự phổ biến của băng

thông rộng di động (MBB). Xu hướng này được dự báo

sẽ tiếp tục trong thập niên 2020, đặc biệt khi tỷ lệ thâm

nhập smartphone và máy tính bảng ở nhiều quốc gia

đang phát triển vẫn chưa bão hòa. Đồng thời, các thiết bị

đầu cuối kiểu mới như thiết bị điện tử đeo được và kính

thực tế ảo (VR) cũng nhanh chóng xuất hiện và được

người dùng chấp nhận.

Hình 1. Ước lượng số thuê bao toàn cầu và lưu lượng thuê bao

từ năm 2020 đến 2030.

Dự kiến tổng số thuê bao băng rộng di động trên toàn

cầu sẽ đạt 17,1 tỷ vào năm 2030, như minh họa trong

Hình 1. Cùng với đó, nhu cầu lưu lượng trung bình trên

mỗi thuê bao cũng không ngừng tăng, chủ yếu do sự phổ

biến của các dịch vụ video di động như Youtube, Netflix

và gần đây nhất là TikTok, cũng như sự cải tiến liên tục

về độ phân giải màn hình trên thiết bị di động. Lưu

lượng phát sinh từ các dịch vụ video hiện nay chiếm

khoảng hai phần ba tổng lưu lượng di động [43], và dự

kiến sẽ ngày càng chiếm ưu thế trong tương lai.

Tại một số quốc gia phát triển, tốc độ tăng trưởng lưu

lượng mạnh mẽ trước năm 2025 được thúc đẩy bởi các

dịch vụ video chất lượng cao, cùng với đó là sự gia tăng

lâu dài nhờ sự thâm nhập của các ứng dụng thực tế tăng

cường (AR) và thực tế ảo (VR). Mức tiêu thụ dữ liệu

trung bình mỗi người dùng di động hàng tháng được dự

báo tăng từ khoảng 5 GB năm 2020 lên trên 250 GB vào

năm 2030 (xem Hình 1).

Ngoài các kết nối tập trung vào con người, số lượng thiết

bị M2M dự kiến sẽ tăng nhanh và chỉ đạt ngưỡng bão

hòa muộn nhất vào khoảng năm 2030. Ước tính số thuê

bao M2M sẽ đạt 97 tỷ, tăng khoảng 14 lần so với năm

2020 [42]. Đây cũng là một trong những động lực then

chốt cho sự tăng trưởng bùng nổ của lưu lượng di động

trong tương lai.

B. Các trường hợp sử dụng tiềm năng

Với sự xuất hiện của các công nghệ mới và sự tiến hóa

không ngừng của các công nghệ hiện có, ví dụ như

holography, robot học, vi điện tử, quang điện tử, trí tuệ

nhân tạo (AI) và công nghệ vũ trụ, nhiều ứng dụng chưa

từng có có thể được phát triển trong các mạng di động.

Để làm rõ những đặc điểm độc đáo và xác định các yêu

cầu kỹ thuật của 6G, chúng ta dự báo một số trường hợp

sử dụng tiêu biểu như sau:

Truyền thông Holographic (HTC): So với video 3D

truyền thống sử dụng hiệu ứng thị giác hai mắt, hình ảnh

hologram thực sự có thể đáp ứng tất cả các chỉ báo thị

giác khi quan sát các vật thể 3D bằng mắt thường một

cách tự nhiên nhất. Với sự tiến bộ đáng kể của công

nghệ hiển thị holographic trong những năm gần đây,

chẳng hạn như HoloLens của Microsoft [44], việc ứng

dụng công nghệ này sẽ trở thành hiện thực trong thập kỷ

tới. Việc render hologram độ phân giải cao qua mạng di

động sẽ mang lại trải nghiệm thực sự sống động. Ví dụ,

telepresence holographic sẽ cho phép người tham gia từ

xa được chiếu dưới dạng hologram vào phòng họp hoặc

cho phép người tham gia các buổi đào tạo trực tuyến

tương tác với các vật thể siêu thực tế. Tuy nhiên, HTC

yêu cầu băng thông rất lớn, lên đến terabit mỗi giây,

ngay cả khi có nén hình ảnh. Bên cạnh việc xem xét tỷ lệ

khung hình, độ phân giải và độ sâu màu trong video 2D,

chất lượng của hologram còn phụ thuộc vào dữ liệu thể

tích như độ nghiêng, góc và vị trí. Nếu đại diện một vật

thể bằng hình ảnh mỗi 0.3°, một hologram hình ảnh với

góc nhìn 30° và độ nghiêng 10° cần một mảng 2D gồm

3300 hình ảnh riêng biệt [45]. HTC cũng yêu cầu độ trễ

cực thấp để tạo ra sự tương tác chân thực và đồng bộ hóa

chính xác giữa hàng triệu luồng dữ liệu liên quan nhằm

tái tạo hologram.

Thực tế Mở rộng (ER): Kết hợp giữa thực tế tăng cường

(AR), thực tế ảo (VR) và thực tế hỗn hợp, ER đang bước

vào các ứng dụng thực tế trong kỷ nguyên 5G, nhưng nó

vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, giống như dịch vụ video ở

những ngày đầu của Internet di động. Để đạt được cùng

mức độ chất lượng hình ảnh, thiết bị ER với góc nhìn

360° cần băng thông cao hơn nhiều so với truyền video

2D. Để có trải nghiệm nhập vai lý tưởng, chất lượng

video với độ phân giải cao, tỷ lệ khung hình cao, độ sâu

màu cao và dải động rộng là cần thiết, dẫn đến nhu cầu

băng thông hơn 1.6 Gbps mỗi thiết bị [46]. Tương tự

như lưu lượng video đã làm bão hòa mạng 4G, sự phát

triển nhanh chóng của các thiết bị ER sẽ gặp phải hạn

chế về dung lượng của mạng 5G với tốc độ cực đại 20

Gbps, đặc biệt là ở rìa cell. Ngoài băng thông, các ứng

dụng ER tương tác như game nhập vai, phẫu thuật từ xa,

và điều khiển công nghiệp từ xa yêu cầu độ trễ thấp và

độ tin cậy cao.

Internet xúc giác (Tactile Internet): Cung cấp độ trễ end-

to-end (E2E) cực thấp để đáp ứng thời gian phản hồi 1

miligiây (ms) hoặc thấp hơn, đạt đến giới hạn cảm nhận

của con người [47]. Khi kết hợp với độ tin cậy cao, độ

khả dụng cao, bảo mật cao và đôi khi là băng thông cao,

Internet xúc giác mở ra nhiều ứng dụng đột phá thời gian

thực. Nó sẽ đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực giám

sát thời gian thực và quản lý công nghiệp từ xa cho

Industry 4.0 và lưới điện thông minh (Smart Grid). Ví

dụ, với các luồng video âm thanh và hình ảnh nhập vai

từ ER hoặc truyền thông HTC, kết hợp với dữ liệu cảm

giác xúc giác, một người vận hành có thể điều khiển

máy móc trong một khu vực có nguy cơ sinh học hoặc

hóa học, cũng như thực hiện phẫu thuật robot từ xa bởi

các bác sĩ cách xa hàng trăm dặm [48]. Điều khiển vòng

kín điển hình, đặc biệt là đối với các thiết bị hoặc máy

móc di chuyển nhanh, có yêu cầu thời gian cực kỳ nhạy

cảm, trong đó độ trễ E2E dưới 1 ms là cần thiết.

Trải nghiệm đa giác quan (Multi-Sense Experience):

Con người có năm giác quan (thị giác, thính giác, xúc

giác, khứu giác và vị giác) để cảm nhận môi trường

xung quanh, trong khi truyền thông hiện nay chỉ tập

trung vào phương tiện quang học (văn bản, hình ảnh,

video) và âm thanh (âm thanh, giọng nói, âm nhạc). Việc

tham gia của các giác quan vị giác và khứu giác có thể

tạo ra trải nghiệm hoàn toàn nhập vai, mở ra các dịch vụ

mới, ví dụ như trong ngành thực phẩm và cảm giác [6].

Hơn nữa, ứng dụng truyền thông xúc giác sẽ đóng vai

trò quan trọng hơn và mở rộng nhiều ứng dụng như phẫu

thuật từ xa, điều khiển từ xa và game nhập vai. Trường

hợp sử dụng này yêu cầu độ trễ cực thấp.

Bản sao kỹ thuật số (Digital Twin): Được sử dụng để tạo

ra một bản sao ảo chi tiết của một đối tượng vật lý (hay

còn gọi là đối tượng thực). Bản sao phần mềm này được

trang bị một loạt các đặc tính, thông tin và thuộc tính

liên quan đến đối tượng gốc. Sau đó, bản sao này được

sử dụng để sản xuất nhiều bản sao của đối tượng với sự

tự động hóa và trí tuệ hoàn toàn. Những triển khai ban

đầu của bản sao kỹ thuật số đã thu hút sự quan tâm đáng

kể của nhiều ngành công nghiệp và nhà sản xuất. Tuy

nhiên, việc triển khai đầy đủ sẽ được hiện thực hóa với

sự phát triển của các mạng 6G.

Trí tuệ phổ biến (Pervasive Intelligence): Với sự gia tăng

nhanh chóng của các thiết bị thông minh di động và sự

xuất hiện của các thiết bị kết nối kiểu mới như robot, xe

thông minh, drone và kính VR, các dịch vụ thông minh

qua không gian sẽ phát triển mạnh mẽ. Các nhiệm vụ

thông minh này chủ yếu dựa vào các công nghệ AI

truyền thống yêu cầu tính toán cao như thị giác máy

tính, định vị và bản đồ đồng thời (SLAM), nhận diện

khuôn mặt và giọng nói, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, điều

khiển chuyển động, v.v. Để vượt qua các hạn chế về tính

toán, bộ nhớ, năng lượng và quyền riêng tư trên các thiết

bị di động, các mạng 6G sẽ cung cấp trí tuệ phổ biến

theo mô hình AI-as-a-Service [14] thông qua việc sử

dụng tài nguyên tính toán phân tán trên điện toán đám

mây, biên di động và các thiết bị cuối, đồng thời phát

triển các cơ chế huấn luyện học máy hiệu quả trong

truyền thông và can thiệp.

Giao thông và Logistics thông minh (Intelligent

Transport and Logistics): Vào năm 2030 và xa hơn, hàng

triệu phương tiện tự lái và drone sẽ cung cấp dịch vụ vận

chuyển an toàn, hiệu quả và xanh cho con người và hàng

hóa. Các phương tiện tự lái kết nối có yêu cầu nghiêm

ngặt về độ tin cậy và độ trễ để đảm bảo an toàn cho hành

khách và người đi bộ. Các phương tiện bay không người

lái, đặc biệt là đàn drone, mở ra khả năng cho một loạt

các ứng dụng chưa từng có, đồng thời cũng đặt ra các

yêu cầu đột phá đối với mạng di động.

Truyền thông trên tàu tăng cường (Enhanced OnBoard

Communications): Với sự phát triển của nền kinh tế,

phạm vi hoạt động của con người và tần suất di chuyển

sẽ gia tăng nhanh chóng trong thập kỷ tới. Số lượng

hành khách di chuyển bằng máy bay thương mại, máy

bay trực thăng, tàu cao tốc, du thuyền và các phương

tiện khác sẽ tăng mạnh, dẫn đến nhu cầu bùng nổ về dịch

vụ truyền thông chất lượng cao trên tàu. Dù đã có những

nỗ lực ở các thế hệ trước cho đến 5G, việc kết nối trên

tàu vẫn còn thiếu sót trong hầu hết các trường hợp do tốc

độ di chuyển cao, chuyển vùng thường xuyên, vùng phủ

sóng mạng mặt đất thưa thớt và băng thông hạn chế, chi

phí cao cho truyền thông vệ tinh. Với sự phát triển của

công nghệ phóng vệ tinh tái sử dụng và sản xuất vệ tinh

quy mô lớn, việc triển khai chòm sao vệ tinh quy mô lớn

như Starlink của SpaceX [50] sẽ trở thành hiện thực,

giúp cung cấp dịch vụ kết nối toàn cầu với chi phí thấp

và băng thông cao. Do đó, 6G được kỳ vọng sẽ trở thành

hệ thống tích hợp giữa mạng mặt đất, chòm sao vệ tinh

và các nền tảng trên không để cung cấp dịch vụ truyền

thông toàn cầu 3D chất lượng cao và chi phí thấp.

Kết nối toàn cầu phổ biến (Global Ubiquitous

Connectability): Các thế hệ mạng di động trước chủ yếu

tập trung vào các khu vực đô thị đông đúc, đặc biệt là

các kịch bản trong nhà. Tuy nhiên, một bộ phận lớn dân

cư ở các khu vực xa xôi, thưa thớt và nông thôn vẫn

chưa có quyền truy cập vào các dịch vụ ICT cơ bản, tạo

ra một khoảng cách số lớn giữa các khu vực. Hơn nữa,

hơn 70% diện tích Trái đất được bao phủ bởi nước, nơi

sự phát triển của các ứng dụng hàng hải yêu cầu có

mạng phủ sóng cho cả mặt nước và dưới nước. Tuy

nhiên, việc cung cấp vùng phủ sóng toàn cầu với dung

lượng đủ lớn, chất lượng dịch vụ (QoS) chấp nhận được

và chi phí hợp lý vẫn còn rất xa vời. Mạng mặt đất

không thể phủ sóng các khu vực xa xôi và địa hình cực

đoan như biển, sa mạc hay các vùng núi cao, trong khi

việc cung cấp dịch vụ viễn thông cho các khu vực dân

cư thưa thớt quá tốn kém. Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh

(GEO) rất tốn kém khi triển khai và dung lượng của

chúng chỉ giới hạn ở vài Gbps mỗi vệ tinh [51], chỉ phục

vụ cho các ngành công nghiệp cao cấp như hàng hải và

hàng không.

Như đã đề cập, việc triển khai chòm sao vệ tinh quỹ đạo

thấp (LEO) sẽ mở ra khả năng cung cấp dịch vụ truyền

thông toàn cầu với chi phí thấp và băng thông cao [52].

Hệ thống 6G được kỳ vọng sẽ tận dụng sự kết hợp giữa

mạng mặt đất, chòm sao vệ tinh và các nền tảng trên

không khác để hiện thực hóa kết nối toàn cầu cho người

dùng MBB toàn cầu và các ứng dụng IoT rộng lớn.

C. Các kịch bản sử dụng

Hệ thống 5G được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu chất

lượng dịch vụ (QoS) đa dạng phát sinh từ một loạt các ứng

dụng và dịch vụ ngành dọc, những điều mà các thuê bao

di động trong các thế hệ trước chưa từng gặp phải. Để định

nghĩa 5G, ba kịch bản sử dụng đã được ITU-R M.2083 đề

xuất lần đầu vào năm 2015 [53]:

• Băng rộng di động nâng cao (eMBB): Hướng

tới các ứng dụng tập trung vào con người, cung

cấp kết nối với tốc độ dữ liệu cao cho các dịch vụ

di động, nội dung đa phương tiện và dữ liệu. Kịch

bản này thúc đẩy các dịch vụ và ứng dụng mới

qua các thiết bị thông minh (smartphones, máy

tính bảng, và thiết bị điện tử đeo được). Nó nhấn

mạnh vào việc cung cấp vùng phủ sóng rộng lớn

để đảm bảo truy cập liên tục và dung lượng cao

tại các điểm nóng.

• Truyền thông độ tin cậy cao và độ trễ thấp

cực cao (URLLC): Đây là sự cải tiến đột phá so

với các hệ thống thế hệ trước chỉ tập trung vào

người dùng con người. Nó mở ra khả năng kết

nối quan trọng cho các ứng dụng mới như xe tự

lái, Smart Grid và Industry 4.0, những ứng dụng

này có yêu cầu nghiêm ngặt về độ tin cậy, độ trễ

và khả dụng.

• Truyền thông máy-máy mật độ cao (mMTC):

Hỗ trợ kết nối dày đặc với số lượng thiết bị kết

nối rất lớn, thường được triển khai trong các kịch

bản IoT. Các thiết bị như cảm biến có chi phí thấp,

tiêu thụ điện năng thấp nhưng thường truyền tải

một lượng dữ liệu nhỏ có thể chịu độ trễ.

Hình 2. Bên cạnh các kịch bản sử dụng 5G điển hình

(eMBB, URLLC và mMTC), ba kịch bản nâng cao

có tên uMBB, ULBC và mULC được các tác giả của

bài báo này đề xuất cho hệ thống 6G nhằm hỗ trợ các

trường hợp sử dụng và ứng dụng đột phá.

Có thể thấy rằng các kịch bản sử dụng 5G này không

thể đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của các trường hợp

sử dụng 6G đã nêu ở trên. Ví dụ, một người dùng đeo kính

VR nhẹ để chơi game nhập vai tương tác không chỉ yêu

cầu băng thông cực cao mà còn yêu cầu độ trễ thấp. Các

phương tiện tự lái trên đường hoặc drone bay cần kết nối

phổ biến với băng thông cao, độ tin cậy cao và độ trễ thấp.

Mặc dù một số công trình nghiên cứu đã thảo luận về các

kịch bản sử dụng tiềm năng cho 6G, các kịch bản được

đề xuất chỉ đơn giản là mở rộng hoặc cải tiến các kịch

bản của 5G. Các định nghĩa về kịch bản trong những bài

viết này thường mang tính tùy tiện và rời rạc, thiếu sự

làm rõ về sự phối hợp giữa các kịch bản 6G và mối quan

hệ của chúng với các kịch bản 5G.

Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một phương pháp

luận toàn diện và hợp lý hơn để định nghĩa các kịch bản

6G thông qua việc mở rộng phạm vi của các kịch bản sử

dụng hiện tại, như minh họa trong Hình 2. Ba kịch bản

mới được đề xuất để đáp ứng yêu cầu của các trường hợp

sử dụng đã nêu, bao gồm các khu vực giao thoa của các

kịch bản 5G nhằm tạo thành một bộ đầy đủ. Để hỗ trợ

truyền thông trên tàu chất lượng cao và kết nối toàn cầu

phổ biến, dịch vụ MBB sẽ cần có mặt trên toàn bộ bề mặt

Trái đất trong kỷ nguyên 6G, gọi là MBB phổ biến hoặc

uMBB. Ngoài tính phổ biến, một cải tiến khác của uMBB

là sự tăng cường đáng kể dung lượng mạng và tỷ lệ truyền

tải tại các điểm nóng để hỗ trợ các dịch vụ đột phá, ví dụ

như một nhóm người dùng đeo kính VR nhẹ tụ tập trong

một phòng nhỏ, nơi cần băng thông lên đến vài Gbps mỗi

người dùng. Kịch bản uMBB sẽ là nền tảng của bản sao

kỹ thuật số, trí tuệ phổ biến, truyền thông trên tàu tăng

cường và kết nối toàn cầu phổ biến, như mối quan hệ ánh

xạ được minh họa trong Hình 2. Ngoài các KPIs áp dụng

để đánh giá eMBB (chẳng hạn như tốc độ dữ liệu cực đại

và tốc độ dữ liệu người dùng trải nghiệm), các KPIs khác

trở nên quan trọng không kém trong uMBB, bao gồm di

động, phủ sóng và định vị, như được chỉ ra trong Bảng 2.

Truyền thông băng rộng độ tin cậy cao và độ trễ thấp

cực kỳ (ULBC) hỗ trợ các ứng dụng không chỉ yêu cầu

URLLC mà còn yêu cầu băng thông cực kỳ cao, ví dụ như

game nhập vai dựa trên HTC. Dự kiến các trường hợp sử

dụng HTC, ER, Internet xúc giác, trải nghiệm đa giác

quan, và trí tuệ phổ biến sẽ được hưởng lợi từ kịch bản

này.

Hình 3. Tầm nhìn về các kịch bản triển khai và kiến trúc

cho 6G, minh họa các trường hợp sử dụng tiêu biểu và một

số yếu tố công nghệ hỗ trợ chủ chốt.

Ngoài ra, kịch bản thứ ba gọi là Truyền thông máymáy

mật độ cao và độ tin cậy cao (mULC) kết hợp đặc điểm

của cả mMTC và URLLC, sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho

việc triển khai các cảm biến và bộ truyền động mật độ lớn

trong các ngành công nghiệp dọc. Cùng với eMBB,

URLLC và mMTC, ba kịch bản mới này lấp đầy các

khoảng trống giữa các kịch bản và tạo thành một bộ kịch

bản sử dụng đầy đủ để hỗ trợ tất cả các loại trường hợp sử

dụng và ứng dụng trong 6G, như minh họa trong Hình 2.

Các yêu cầu về hiệu suất (KPIs) cần thiết trong thiết kế

và triển khai các kịch bản sử dụng này được liệt kê trong

Bảng 2.

III. YÊU CẦU KĨ THUẬT

Để hỗ trợ tốt các trường hợp sử dụng và ứng dụng đột

phá vào năm 2030 và các năm sau đó, hệ thống 6G sẽ cần

cung cấp dung lượng, độ tin cậy, và hiệu quả vượt trội.

Giống như các yêu cầu tối thiểu đối với IMT-2020 được

xác định trong [54], một số KPIs định lượng hoặc định

tính được sử dụng để chỉ ra các yêu cầu kỹ thuật cho 6G.

Hầu hết các KPIs được áp dụng để đánh giá 5G vẫn sẽ có

giá trị cho 6G, trong khi một số KPIs mới sẽ được giới

thiệu để đánh giá các tính năng công nghệ mới. Tám KPIs

đầu tiên trong phần tiếp theo được xem là các yêu cầu

chính trong định nghĩa của 5G, được giới thiệu ngắn gọn

như sau:

• Tốc độ dữ liệu cực đại là tốc độ dữ liệu cao nhất

trong điều kiện lý tưởng, trong đó tất cả các tài

nguyên vô tuyến sẵn có được phân bổ hoàn toàn

cho một trạm di động duy nhất. Đây thường là

tham số mang tính biểu tượng nhất để phân biệt

các thế hệ mạng di động. Được thúc đẩy bởi cả

nhu cầu người dùng và các tiến bộ công nghệ như

truyền thông THz, tốc độ dữ liệu cực đại dự kiến

sẽ đạt tới 1 Tbps, gấp hàng chục lần so với 5G, có

tốc độ cực đại là 20 Gbps cho tải xuống và 10

Gbps cho tải lên.

• Tốc độ dữ liệu người dùng trải nghiệm được

định nghĩa là điểm phân vị thứ 5 (5%) của hàm

phân phối tích lũy của lưu lượng người dùng. Nói

cách khác, một người dùng có thể có được ít nhất

tốc độ dữ liệu này tại bất kỳ thời điểm hoặc địa

điểm nào với khả năng 95%. Đây là chỉ số có ý

nghĩa hơn trong việc đo lường hiệu suất cảm

nhận, đặc biệt là tại rìa cell, và phản ánh chất

lượng thiết kế mạng như mật độ trạm, kiến trúc,

tối ưu hóa liên-cell, v.v. Trong kịch bản triển khai

5G ở khu vực đô thị dày đặc, mục tiêu của tốc độ

dữ liệu người dùng trải nghiệm là 100 Mbps cho

tải xuống và 50 Mbps cho tải lên. Dự kiến rằng

6G sẽ cung cấp ít nhất 1 Gbps, gấp 10 lần so với

5G.

• Độ trễ có thể được phân biệt thành độ trễ của mặt

người dùng và độ trễ của mặt điều khiển. Độ trễ

của mặt người dùng là thời gian trì hoãn trong

mạng vô tuyến từ khi một gói dữ liệu được gửi từ

nguồn cho đến khi đích nhận được nó, giả sử trạm

di động đang ở trạng thái hoạt động. Trong 5G,

yêu cầu tối thiểu đối với độ trễ của mặt người

dùng là 4 ms đối với eMBB và 1 ms đối với

URLLC. Dự kiến giá trị này sẽ được giảm thêm

xuống còn 100 µs hoặc thậm chí 10

µs. Độ trễ của mặt điều khiển là thời gian chuyển từ

trạng thái "tiết kiệm năng lượng" nhất (ví dụ,

trạng thái nghỉ) đến bắt đầu chuyển dữ liệu liên

tục (ví dụ, trạng thái hoạt động). Yêu cầu tối thiểu

đối với độ trễ của mặt điều khiển là 10 ms trong

5G và dự kiến cũng sẽ được cải thiện đáng kể

trong 6G.

• Di động là tốc độ di chuyển cao nhất của một

trạm di động mà mạng có thể hỗ trợ với chất

lượng trải nghiệm (QoE) chấp nhận được. Để hỗ

trợ kịch bản triển khai của tàu cao tốc, tốc độ di

động cao nhất mà 5G hỗ trợ là 500 km/h. Trong

6G, mục tiêu là tốc độ tối đa 1000 km/h nếu xét

đến các hệ thống máy bay thương mại.

• Mật độ kết nối là KPI được áp dụng để đánh giá

trong kịch bản sử dụng mMTC. Với số lượng tài

nguyên vô tuyến có hạn, số lượng thiết bị tối thiểu

với QoS thoải mái trên mỗi km2 là 10^6 trong 5G,

dự kiến sẽ được cải thiện thêm gấp 10 lần lên

10^7 mỗi km2.

• Hiệu quả năng lượng là yếu tố quan trọng để

thực hiện các mạng di động tiết kiệm chi phí và

giảm lượng phát thải carbon tổng thể cho ICT

xanh, đóng vai trò quan trọng từ góc độ kinh tế xã

hội. Sau khi triển khai 5G, đã có một số phàn nàn

về mức tiêu thụ năng lượng cao dù hiệu quả năng

lượng trên mỗi bit đã được cải thiện đáng kể so

với các thế hệ trước. Trong các mạng 6G, KPI này

dự kiến sẽ tốt hơn gấp 10-100 lần so với 5G để

cải thiện hiệu quả năng lượng trên mỗi bit trong

khi giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng của ngành

công nghiệp di động.

• Hiệu quả phổ tần cực đại là KPI quan trọng để

đo lường sự tiến bộ của công nghệ truyền dẫn vô

tuyến. Yêu cầu tối thiểu trong 5G đối với hiệu quả

phổ tần cực đại là 30 bps/Hz đối với tải xuống và

15 bps/Hz đối với tải lên. Dựa trên dữ liệu thực

nghiệm, dự kiến các công nghệ vô tuyến tiên tiến

của 6G có thể đạt được hiệu quả phổ tần gấp ba

lần so với hệ thống 5G.

• Dung lượng lưu lượng khu vực là đo lường tổng

lưu lượng di động mà một mạng có thể chứa đựng

trên mỗi đơn vị diện tích, liên quan đến băng

thông có sẵn, hiệu quả phổ tần và sự dày đặc của

mạng. Yêu cầu tối thiểu đối với 5G là 10 Mbps

mỗi m2, dự kiến sẽ đạt 1 Gbps/m2 trong một số

kịch bản triển khai như các điểm nóng trong nhà.

Ngoài các khả năng chính được liệt kê trên, còn có một

số KPI mở rộng hoặc mới cần thiết để đánh giá đúng yêu

cầu của 6G:

• Độ tin cậy liên quan đến khả năng truyền tải một

lượng lưu lượng xác định trong khoảng thời gian

xác định với xác suất thành công cao. Yêu cầu này

được định nghĩa để đánh giá trong kịch bản sử

dụng URLLC. Trong các mạng 5G, yêu cầu tối

thiểu về độ tin cậy được đo bằng xác suất thành

công 1−10−5 khi truyền tải một gói dữ liệu 32

byte trong 1 ms với chất lượng kênh ở rìa vùng

phủ sóng trong kịch bản triển khai

môi trường macro đô thị. Dự kiến nó sẽ được cải

thiện ít nhất hai bậc, tức là 1−10−7 hoặc

99.99999% trong hệ thống thế hệ tiếp theo.

• Băng thông tín hiệu là băng thông hệ thống tối

đa có thể hỗ trợ. Băng thông này có thể được hỗ

trợ bởi một hoặc nhiều sóng mang vô tuyến (RF).

Yêu cầu băng thông trong 5G là ít nhất 100 MHz,

và 6G sẽ hỗ trợ lên đến 1 GHz cho hoạt động ở

các băng tần cao hơn hoặc thậm chí cao hơn trong

truyền thông THz hoặc OWC.

• Độ chính xác định vị của dịch vụ định vị 5G tốt

hơn 10 m. Độ chính xác cao hơn có nhu cầu mạnh

mẽ trong nhiều ứng dụng công nghiệp và ngành

dọc, đặc biệt là trong môi trường trong nhà không

thể được phủ sóng bởi hệ thống định vị vệ tinh.

Với ứng dụng của trạm vô tuyến THz, có tiềm

năng mạnh mẽ trong việc định vị chính xác cao,

độ chính xác được hỗ trợ bởi mạng 6G dự kiến sẽ

đạt mức centimet (cm).

• Vùng phủ sóng trong định nghĩa yêu cầu 5G chủ

yếu tập trung vào chất lượng tín hiệu vô tuyến

nhận được trong một trạm gốc duy nhất. Mất mối

ghép, được định nghĩa là tổng tổn thất kênh lâu

dài trên liên kết giữa trạm di động và trạm gốc,

bao gồm lợi ích anten, mất mát đường truyền và

bóng mờ, được sử dụng để đo lường khu vực phục

vụ bởi trạm gốc. Trong các mạng 6G, phạm vi của

“vùng phủ sóng” sẽ được mở rộng đáng kể khi

vùng phủ sóng sẽ trở thành toàn cầu và sẽ chuyển

từ chỉ phủ sóng 2D trong các mạng mặt đất sang

3D trong hệ thống tích hợp mặt đất-vệ tinh-trên

không.

• Đúng thời gian là yêu cầu hiệu suất thời gian mới

nổi cho các hệ thống truyền thông trong tương lai.

Các chỉ số điển hình của đúng thời gian bao gồm

age-of-information (AoI) [55], và các biến thể

gần đây của nó như age-of-task (AoT) [56] và

age-of-synchronization (AoS) [57]. Khác với chỉ

số độ trễ không nhớ, tập trung vào độ trễ tổng thể

của tất cả các gói dữ liệu hoặc phiên dịch vụ trong

suốt quá trình truyền tải của chúng, khái niệm

đúng thời gian nhấn mạnh sự tươi mới của dữ liệu

và dịch vụ mới nhất được gửi đến người dùng

cuối. Điều này mang lại cho hệ thống khả năng

phân biệt thời gian khởi tạo các dữ liệu/dịch vụ

lỗi thời, cũng như một bộ nhớ về trạng thái lịch

sử của nó, do đó tăng cả ảnh hưởng và độ phức

tạp trong việc lên lịch các tác vụ trong tối ưu hóa

hệ thống.

• Bảo mật và quyền riêng tư là cần thiết để đánh

giá xem mạng có đủ an toàn để bảo vệ cơ sở hạ

tầng, thiết bị, dữ liệu và tài sản hay không. Các

nhiệm vụ bảo mật chính đối với mạng di động bao

gồm bảo mật thông tin để ngăn ngừa thông tin

nhạy cảm bị lộ ra ngoài, đảm bảo tính toàn vẹn

thông tin và xác thực đảm bảo rằng các bên giao

tiếp là những gì họ nói. Bảo mật và quyền riêng

tư sẽ trở thành ưu tiên cao trong việc giải quyết

mối quan tâm ngày càng tăng và các quy định bảo

vệ quyền riêng tư như GDPR ở châu Âu.

• Chi phí vốn và chi phí vận hành là yếu tố quan

trọng để đo lường khả năng chi trả của các dịch

vụ di động, ảnh hưởng trực tiếp đến thành công

thương mại của hệ thống di động. Chi phí của một

nhà cung cấp dịch vụ di động có thể được chia

thành hai phần chính: chi phí vốn (CAPEX), là

chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng truyền thông, và

chi phí vận hành (OPEX), là chi phí sử dụng cho

việc duy trì và vận hành mạng lưới.

• Do sự gia tăng mật độ mạng, các nhà cung cấp

dịch vụ di động phải đối mặt với áp lực chi phí

vốn cao. Trong khi đó, việc khắc phục sự cố mạng

(bao gồm sự cố hệ thống, tấn công mạng, và suy

giảm hiệu suất, v.v.) vẫn không thể tránh khỏi các

thao tác thủ công. Một nhà cung cấp dịch vụ di

động phải duy trì một đội ngũ vận hành với số

lượng lớn các quản trị viên mạng có chuyên môn

cao, dẫn đến chi phí vận hành (OPEX) đắt đỏ,

hiện tại gấp ba lần so với chi phí vốn (CAPEX)

và vẫn đang tiếp tục tăng [58]. Khi thiết kế mạng

6G, chi phí sẽ là một yếu tố quan trọng cần phải

xem xét.

Hình 4. So sánh định lượng các yêu cầu kỹ thuật

giữa 5G và 6G với tám KPI đại diện. Các đỉnh của

hình lục giác bên trong đại diện cho các KPI của 5G,

trong khi các đỉnh của hình bát giác ngoài đại diện

cho các KPI của 6G. Các vòng tròn đứt nét khác

nhau chỉ ra các giá trị theo cách số mũ thay vì theo tỷ

lệ tỷ lệ, trong đó giá trị trong vòng tròn lớn hơn

đại diện cho một bậc “tốt hơn” so với vòng tròn nhỏ

hơn kế cận. Ví dụ, độ trễ tối thiểu của 5G được định

nghĩa là 1 ms so với 0.1 ms dự kiến trong 6G, tức là

gấp 10 lần tốt hơn, trong khi tốc độ đỉnh của 6G

được kỳ vọng là 1 Tbps, gấp 50 lần so với 5G.

Để cung cấp một phép so sánh hiệu suất định lượng

giữa 5G và 6G, tám KPI đại diện đã được trực

quan hóa, như thể hiện trong Hình 4. Các KPI cần

thiết để đánh giá các kịch bản sử dụng 5G và 6G,

cùng với các công nghệ hỗ trợ việc triển khai từng

KPI, được tổng hợp trong Bảng 2 và Bảng 5

tương ứng.

IV. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN VÀ CÁC CỐ GẮNG

Mặc dù các cuộc thảo luận vẫn đang diễn ra trong cộng

đồng không dây về việc liệu có cần thiết phát triển 6G

hay không và liệu có nên dừng đếm thế hệ mạng di động

ở 5G, một số công trình tiên phong về mạng không dây

thế hệ tiếp theo đã được bắt đầu. Trong phần này, những

tiến bộ cập nhật về nghiên cứu 6G từ các tổ chức và

quốc gia đại diện được tổng hợp, trong khi một lộ trình

sơ bộ về định nghĩa, đặc tả, chuẩn hóa và quy định cũng

được dự kiến, như được minh họa trong Hình 5.

Vào tháng 7 năm 2018, một nhóm chuyên trách “Công

nghệ cho Mạng 2030” đã được thành lập dưới ITU-T

[6]. Nhóm này có mục tiêu nghiên cứu và rà soát các

công nghệ, nền tảng, và tiêu chuẩn hiện có để xác định

các khoảng cách và thách thức hướng tới khả năng của

các mạng vào năm 2030 và xa hơn, với sự xuất hiện của

các kịch bản tiên tiến như ứng dụng holographic,

Internet xúc giác, mạng đa giác quan, và bản sao kỹ

thuật số (digital twin). Mặc dù nhóm chủ yếu tập trung

vào các mạng truyền thông dữ liệu cố định, nhưng tầm

nhìn, yêu cầu, kiến trúc, và các trường hợp sử dụng mới

được xác định trong nhóm này cũng có giá trị tham

chiếu cho việc định nghĩa hệ thống di động 6G.

Theo dòng thời gian thực tế, ITU-R sẽ bắt đầu nghiên

cứu tầm nhìn 6G và sẽ công bố yêu cầu về IMT cho năm

2030 (tương tự như yêu cầu IMT-2020 được công bố vào

năm 2017 [54]) vào giữa những năm 2020, và sau đó sẽ

chuyển sang giai đoạn đánh giá. Xem xét các thành công

mà ITU đã đạt được trong sự phát triển của IMT-2000,

IMT-Advanced và IMT-2020, các hành động tương tự

cũng sẽ được đề xuất cho sự phát triển của IMT hướng

tới 2030 và xa hơn. Tại cuộc họp vào tháng 2 năm 2020,

nhóm làm việc 5D của ITU-R đã quyết định bắt đầu

nghiên cứu các xu hướng công nghệ tương lai cho sự

phát triển của IMT [8]. Kế hoạch là hoàn thành nghiên

cứu này vào cuộc họp vào tháng 6 năm 2022. Một bản

báo cáo dự thảo sơ bộ sẽ được phát triển và sẽ xem xét

thông tin liên quan từ các tổ chức bên ngoài và các

chương trình nghiên cứu quốc gia/khu vực. ITU-R cũng

chịu trách nhiệm tổ chức hội nghị viễn thông vô tuyến

thế giới (WRC) để điều phối phân bổ tần số, diễn ra mỗi

ba đến bốn năm. Trong WRC-19 tổ chức vào năm 2019,

vấn đề phân bổ phổ cho hệ thống 5G đã được xác định.

Dự kiến WRC được tổ chức vào năm 2023 (WRC-23) sẽ

thảo luận về các vấn đề phổ tần cho 6G và việc phân bổ

phổ cho truyền thông 6G có thể sẽ được quyết định

chính thức trong WRC-27 vào năm 2027.

Vào đầu năm 2019, Dự án Đối tác Thế hệ Thứ Ba

(3GPP) đã hoàn thiện các đặc tả của Release 15 (Rel. 15

hoặc R15), là giai đoạn đầu tiên của các tiêu chuẩn 5G.

Rel. 15 chủ yếu tập trung vào eMBB và cung cấp cơ sở

cho URLLC, đặc biệt là hỗ trợ độ trễ thấp. Vào tháng 7

năm 2020, bản phát hành tiếp theo (Rel. 16) đã được

hoàn thành như là giai đoạn thứ hai của tiêu chuẩn 5G

[59]. Ngoài các cải tiến cho các tính năng hiện có của

Rel. 15, các tính năng mới như mạng không công cộng,

radio mới (NR) không có giấy phép, định vị NR,

NRLight và truy cập tích hợp và kết nối lại (IAB) đã

được giới thiệu để hoàn toàn hỗ trợ URLLC và IoT công

nghiệp. Hiện nay, một phiên bản tiên tiến hơn (Rel. 17)

đang được chuẩn hóa bởi 3GPP và dự kiến sẽ hoàn thành

vào đầu năm 2021, mặc dù có sự trì hoãn do đại dịch

COVID-19. Được thúc đẩy bởi nhiều bên liên quan chủ

chốt từ ngành công nghiệp di động truyền thống, nhiều

ngành dọc và ngành công nghiệp ngoài mặt đất, Rel. 17

được dự báo là bản phát hành đa năng nhất trong lịch sử

3GPP về nội dung tính năng, bao gồm NR qua các mạng

ngoài mặt đất, NR ngoài 52.6 MHz, cải tiến NR sidelink,

tự động hóa mạng, v.v. 3GPP dự kiến sẽ chuẩn hóa một

số bản phát hành tiếp theo để phát triển hệ thống 5G, có

thể được gọi là 5G+ hoặc 5G Evolution. Dựa trên kinh

nghiệm thu được từ các thế hệ trước, 6G sẽ là một hệ

thống đột phá không thể phát triển theo cách tiếp cận

tương thích ngược. Do đó, 3GPP dự kiến sẽ bắt đầu

nghiên cứu về 6G vào khoảng năm 2025, sau đó là giai

đoạn đặc tả, để đảm bảo việc triển khai thương mại 6G

đầu tiên vào năm 2030.

Vào tháng 10 năm 2018, Ủy ban Châu Âu đã bắt đầu tài

trợ cho các hoạt động nghiên cứu vượt ra ngoài 5G bằng

cách mở cuộc gọi ICT-20-2019 “5G Long Term

Evolution” trong khuôn khổ Chương trình Nghiên cứu

và Phát triển Công nghệ Khung thứ Tám (FP8), được gọi

là Horizon 2020. Tám dự án như 5G-COMPLETE [60]

và 5G-CLARITY [61] đã được chọn từ tổng số 66 đề

xuất và bắt đầu vào đầu năm 2020. Trong cuộc gọi gần

đây ICT-52-2020 “Smart Connectivity beyond 5G,” các

dự án đã được chấp nhận, được chọn từ một quá trình

đánh giá rất cạnh tranh, cho thấy rõ tham vọng của họ là

cung cấp các nỗ lực nghiên cứu sớm cho 6G. Chi tiết của

các dự án nghiên cứu ICT-20 và ICT-52 được tổng hợp

trong Bảng 3. Trong chương trình khung nghiên cứu và

đổi mới sắp tới mang tên Horizon Europe hoặc FP9, một

số lượng lớn các nỗ lực và tài trợ sẽ tập trung vào nghiên

cứu và phát triển 6G và sẽ được tổ chức trong khuôn khổ

Đối tác Công-Tư “Mạng thông minh & Dịch vụ,” theo

chiến lược thành công của 5G Infrastructure Public

Private Partnership (5G-PPP) trong Horizon 2020. Hơn

nữa, Ủy ban Châu Âu đã công bố vào tháng 2 năm 2020

chiến lược để tăng tốc đầu tư vào “Kết nối Gigabit” tại

Châu Âu, bao gồm cả 5G và 6G, nhằm định hình tương

lai số của châu Âu [7].

Bên cạnh đó, nhiều quốc gia đã công bố và đang thực

hiện các kế hoạch tham vọng để khởi động các sáng kiến

nghiên cứu và phát triển 6G. Tại Phần Lan, Đại học

Oulu đã bắt đầu nghiên cứu 6G tiên phong trong khuôn

khổ chương trình trọng điểm của Học viện Phần Lan [9],

gọi là “Xã hội Thông minh và Hệ sinh thái không dây

6G” (6Genesis), tập trung vào một số lĩnh vực nghiên

cứu thách thức như kết nối không dây gần như tức thời

và không giới hạn, tính toán phân tán và trí tuệ nhân tạo,

cùng với vật liệu và anten sẽ được sử dụng trong tương

lai cho các mạch và thiết bị. Sớm nhất vào năm 2016,

Cơ quan Nghiên cứu Các Dự án Quốc phòng Mỹ

(DARPA), cùng với các công ty từ ngành công nghiệp

bán dẫn và quốc phòng, đã khởi động dự án hợp tác đại

học về vi điện tử (JUMP), trong đó trung tâm truyền

thông và cảm biến THz hội tụ nhằm phát triển các công

nghệ cho cơ sở hạ tầng di động trong tương lai. Vào

tháng 3 năm 2019, Cục Quản lý Phổ Tần của Mỹ (FCC)

đã công bố mở giấy phép thử nghiệm cho việc sử dụng

các tần số giữa 95 GHz và 3 THz cho 6G và các công

nghệ vượt qua 6G. Vào tháng 10 năm 2020, Liên minh

Giải pháp Công nghiệp Viễn thông (ATIS) đã công bố ra

mắt “Next G Alliance” [62], một sáng kiến công nghiệp

nhằm thúc đẩy vị thế công nghệ di động Bắc Mỹ trong

6G trong thập kỷ tới.

Vào tháng 11 năm 2019, Trung Quốc đã chính thức khởi

động công việc nghiên cứu và phát triển công nghệ 6G

dưới sự phối hợp của Bộ Khoa học và Công nghệ, cùng

với năm bộ ngành và các tổ chức quốc gia khác. Một

nhóm làm việc từ chính phủ chịu trách nhiệm quản lý và

điều phối, cùng một nhóm chuyên gia toàn diện gồm 37

chuyên gia từ các trường đại học, viện nghiên cứu và

ngành công nghiệp đã được thành lập tại sự kiện này.

Sau đó, đã có thông báo rằng Trung Quốc đặt mục tiêu

hoàn thiện ý tưởng phát triển 6G vào cuối năm 2020.

Vào tháng 11 năm 2020, Trung Quốc đã phóng vệ tinh

6G thử nghiệm đầu tiên mà họ tuyên bố để kiểm tra

truyền thông từ không gian sử dụng phổ tần terahertz

cao.

Vào đầu năm 2020, chính phủ Nhật Bản đã thành lập

một ủy ban chuyên trách với sự tham gia của các đại

diện từ khu vực tư nhân và học viện để thảo luận về phát

triển công nghệ, các trường hợp sử dụng tiềm năng và

chính sách. Nhật Bản dự định dành khoảng 2 tỷ USD để

khuyến khích nghiên cứu và phát triển công nghệ 6G

của khu vực tư nhân. Cuối năm 2020, chính phủ Hàn

Quốc đã xác nhận kế hoạch thực hiện thử nghiệm 6G

vào năm 2026 và dự kiến chi khoảng 169 triệu USD

trong vòng năm năm để phát triển công nghệ 6G. Cuộc

thử nghiệm này nhằm đạt tốc độ truyền tải dữ liệu 1

Tbps và giảm độ trễ xuống còn một phần mười so với

dịch vụ 5G hiện tại. Chính phủ sẽ ban đầu tập trung vào

sáu lĩnh vực chính (hiệu suất cực cao, băng thông cực

cao, độ chính xác cực cao, không gian cực cao, trí tuệ

cực cao và niềm tin cực cao) để chủ động giành lấy công

nghệ thế hệ tiếp theo.

V.CÁC YẾU TỐ HỖ TRỢ CÔNG NGHỆ Để hỗ trợ

tốt các trường hợp sử dụng và ứng dụng đột phá, các

công nghệ tiên tiến về truyền tải, mạng và tính toán sẽ

được phát triển và sau đó ứng dụng trong hệ thống 6G.

Phần này cung cấp cái nhìn toàn diện về các yếu tố hỗ

trợ công nghệ 6G tiềm năng, được phân loại thành các

nhóm sau: phổ tần mới gồm mmWave, truyền thông

THz, VLC, OWC và DSM, mạng mới bao gồm phần

mềm hóa và ảo hóa, chia cắt RAN, O-RAN và bảo mật

hậu lượng tử, giao diện không khí mới bao gồm MIMO

khổng lồ, IRS, CoMP, MIMO khổng lồ không cell, và

các kỹ thuật điều chế mới, kiến trúc mới cung cấp phạm

vi phủ sóng 3D thông qua việc tích hợp chòm sao vệ tinh

quy mô lớn, HAP và UAV với các mạng mặt đất truyền

thống, và mô hình mới được tăng cường bởi sự hội tụ

của các tài nguyên truyền thông, tính toán và lưu trữ,

cũng như sự tích hợp của AI, blockchain, digital twin và

các mạng di động. Nguyên lý, lợi ích, thách thức và các

vấn đề nghiên cứu mở cho mỗi công nghệ đã được xác

định sẽ được giới thiệu.

A. Phổ tần mới

Các mạng di động thế hệ mới cung cấp khả năng kết nối

vô tuyến đa dạng (heterogeneous radio access technology

- RAT), trong đó các RAT truyền thống với tần số vô tuyến

thấp và các RAT phụ thuộc vào đường truyền trực tiếp

(LOS) như THz, VLC và OWC có thể cùng tồn tại tốt với

nhau. THz, VLC và OWC có thể xây dựng một lớp mạng

mới trong kiến trúc mạng truy cập vô tuyến (RAN) phân

cấp (ví dụ: picocells), trong đó các tế bào khác nhau với

các RAT khác nhau được phủ chồng lên nhau. Ý tưởng

này tương tự như việc đưa mmWave vào mạng 5G.

1) Sóng milimet (mmWave)

Công nghệ mmWave đã được giới thiệu trong radio mới

5G và dự kiến sẽ vẫn là một thành phần thiết yếu trong

các mạng 6G trong tương lai. So với các công nghệ vô

tuyến truyền thống hoạt động dưới 6 GHz, mmWave mở

rộng đáng kể băng thông có sẵn với tần số mang mới lên

đến 300 GHz. Băng thông mới khổng lồ này, như định lý

Shannon đã chỉ ra, sẽ làm tăng dung lượng kênh vô tuyến

và làm giảm nhu cầu dữ liệu cao hơn. Đồng thời, bước

sóng ngắn hơn cũng dẫn đến kích thước anten nhỏ hơn.

Điều này không chỉ cải thiện tính di động và khả năng tích

hợp của thiết bị mà còn cho phép tăng kích thước của các

mảng anten, từ đó thu hẹp chùm tia [63], điều này có lợi

cho các ứng dụng cụ thể như radar phát hiện và bảo mật

lớp vật lý. Hơn nữa, sự hấp thụ không khí và phân tử thể

hiện các đặc điểm thay đổi mạnh mẽ ở các tần số khác

nhau trong băng mmWave, tạo ra khả năng ứng dụng đa

dạng. Một mặt, độ suy giảm thấp có thể được quan sát ở

một số băng tần đặc biệt như 35 GHz, 94 GHz, 140 GHz

và 220 GHz, cho phép truyền thông điểm-điểm dài hạn ở

những tần số này; mặt khác, tổn thất lan truyền nghiêm

trọng xảy ra ở một số "đỉnh suy giảm" như 60 GHz, 120

GHz và 180 GHz, có thể được khai thác cho các mạng

ngắn hạn với các yêu cầu bảo mật nghiêm ngặt [63], [64].

Hiện nay, các nỗ lực chuẩn hóa trong lĩnh vực mmWave

chủ yếu tập trung vào băng tần 60 GHz cho việc sử dụng

trong nhà, ví dụ như ECMA-387 [65], IEEE 802.15.3c

[66], và IEEE 802.11ad [67].

Cùng với những lợi ích của công nghệ mmWave, cũng

có những thách thức mới. Đầu tiên, băng thông rộng trong

băng mmWave và công suất truyền tải cao có thể dẫn đến

các biến dạng tín hiệu phi tuyến nghiêm trọng, điều này

đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao hơn đối với các mạch tích

hợp so với các thiết bị RF. Trong khi đó, do phạm vi truyền

hiệu quả của mmWave, đặc biệt là ở băng tần 60 GHz, bị

giới hạn nghiêm trọng bởi sự hấp thụ của không khí và

phân tử, các kênh mmWave thường bị chi phối bởi đường

truyền LOS. Đây là một nhược điểm chính, càng trở nên

rõ rệt do khả năng tán xạ kém ở bước sóng ngắn này, gây

ra sự mất tín hiệu mạnh mẽ trong các tình huống có nhiều

vật cản nhỏ như xe cộ, người đi bộ, hoặc thậm chí chính

cơ thể người dùng [68]. Sự mất tín hiệu mạnh và phụ thuộc

vào LOS cũng làm tăng độ nhạy của kênh với di động,

nghĩa là tác động của suy giảm mạnh hơn so với các băng

tần RF. Do đó, nhu cầu quản lý di động xuất sắc trở nên

quan trọng hơn bao giờ hết. Thêm vào đó, trong các tình

huống có nhiều liên kết chồng chéo, đặc biệt là trong môi

trường trong nhà, sự can thiệp giữa các điểm truy cập khác

nhau sẽ trở nên rất đáng kể, do đó cần có các phương pháp

quản lý can thiệp [69].

2) Truyền thông Terahertz (THz)

Mặc dù hiện tại mmWave có băng tần dư thừa, nhưng

nó sẽ không đủ để giải quyết nhu cầu băng thông ngày

càng tăng trong suốt thập kỷ tới. Nhìn về kỷ nguyên 6G,

các công nghệ vô tuyến hoạt động ở tần số cao hơn, chẳng

hạn như THz hoặc các băng tần quang học, dự kiến sẽ

đóng vai trò quan trọng trong mạng RAN thế hệ tiếp theo,

cung cấp băng thông cực cao. Tương tự như mmWave,

sóng THz cũng chịu sự mất tín hiệu cao và vì vậy rất phụ

thuộc vào anten chỉ thị và kênh LOS, mặc dù cung cấp

phạm vi phủ sóng rất hạn chế. Tuy nhiên, khi có một liên

kết LOS thỏa mãn, tần số mang cao mang lại băng thông

cao hơn nhiều so với bất kỳ công nghệ truyền thống nào,

điều này cho phép cung cấp hiệu suất cực cao đồng thời

về băng thông, độ trễ và độ tin cậy. Hơn nữa, so với các

hệ thống mmWave hoạt động ở tần số thấp hơn và các hệ

thống quang học không dây hoạt động ở các băng tần cao

hơn, hệ thống truyền thông THz ít bị ảnh hưởng bởi các

tác động từ khí quyển, giúp việc hình thành và theo dõi

chùm tia dễ dàng hơn. Điều này giúp truyền thông THz

trở thành một giải pháp bổ sung tốt cho các công nghệ vô

tuyến chính thống cho các trường hợp sử dụng cụ thể,

chẳng hạn như truyền thông trong nhà và kết nối không

dây hậu cần; và là một lựa chọn cạnh tranh cho các ứng

dụng mạng vật lý ảo trong tương lai với yêu cầu QoS cực

kỳ nghiêm ngặt, chẳng hạn như VR/AR thời gian thực

[70].

Hơn nữa, tần số mang cao cũng cho phép kích thước

anten nhỏ hơn để tăng mức độ tích hợp. Dự báo [16] rằng

có thể nhúng hơn 10.000 anten vào một trạm gốc THz duy

nhất để cung cấp hàng trăm chùm tia siêu hẹp cùng lúc,

nhằm vượt qua tổn thất lan truyền cao và đạt được dung

lượng lưu lượng cực kỳ cao cùng với kết nối mật độ lớn,

mở ra các ứng dụng trong truyền thông máymáy siêu

khổng lồ như Internet vạn vật mọi thứ (IoE) [71]. Tuy

nhiên, mặc dù THz vượt trội hơn mmWave về nhiều mặt,

nó cũng đối mặt với các thách thức kỹ thuật lớn, đặc biệt

là từ khía cạnh triển khai các mạch phần cứng thiết yếu,

bao gồm anten [72], bộ khuếch đại [73], và bộ điều chế.

Đặc biệt, việc điều chế tín hiệu baseband vào các tần số

mang cao này bằng mạch tích hợp đã là một thách thức

quan trọng trong việc triển khai công nghệ THz thực tế.

Để giải quyết vấn đề này, một nỗ lực lớn đã được thực

hiện trong suốt thập kỷ qua, dẫn đến một loạt phát triển

tươi sáng, phần lớn là các hệ thống THz bán dẫn sử dụng

phương pháp pha trộn tần số, như trong báo cáo [74]. Gần

đây, việc áp dụng điều chế trực tiếp không gian trong các

hệ thống THz cũng đã được thảo luận, nhằm trực tiếp điều

chế tín hiệu baseband vào băng tần THz mà không cần

giai đoạn tần số trung gian.

3) Truyền thông Ánh sáng khả kiến (VLC)

VLC hoạt động trong dải tần từ 400 THz đến 800 THz.

Khác với các công nghệ RF trong dải tần THz thấp hơn sử

dụng anten, VLC phụ thuộc vào các nguồn chiếu sáng —

đặc biệt là đèn LED — và các mảng cảm biến hình ảnh

hoặc photodiode để thực hiện các bộ thu phát. Với các bộ

thu phát này, băng thông cao có thể đạt được dễ dàng với

mức tiêu thụ năng lượng thấp (100 mW cho tốc độ 10

Mbps đến 100 Mbps) mà không tạo ra sự can thiệp điện

từ hoặc radio [75]. Hiệu suất năng lượng tốt, tuổi thọ dài

(lên đến 10 năm) và chi phí thấp của các đèn LED phổ

biến, cùng với quyền truy cập không có giấy phép vào phổ

tần, khiến VLC trở thành một giải pháp hấp dẫn cho các

trường hợp sử dụng nhạy cảm với tuổi thọ pin và chi phí

truy cập, như IoT đại trà và mạng cảm biến không dây

(WSN). Hơn nữa, VLC còn thể hiện hiệu suất lan truyền

tốt hơn so với các công nghệ RF trong một số tình huống

không phải mặt đất, như không gian vũ trụ và dưới nước,

điều này có thể trở thành một phần quan trọng trong hệ

sinh thái 6G trong tương lai, như sẽ được giới thiệu trong

Phần V-D.

So với RF, lợi ích MIMO trong VLC, đặc biệt là trong

các kịch bản trong nhà, là rất yếu. Điều này xuất phát từ

sự đồng nhất cao giữa các đường truyền, tức là độ đa dạng

không gian thấp. Mặc dù sự đồng nhất này có thể giảm

bớt bằng cách sử dụng các mảng đèn LED cách xa nhau

[76], nhưng MIMO-VLC cũng đối mặt với thách thức

trong việc thiết kế và triển khai bộ thu: các bộ thu không

hình ảnh cực kỳ nhạy cảm với sự căn chỉnh không gian

với bộ phát, trong khi bộ thu hình ảnh không áp dụng cho

các trường hợp sử dụng đòi hỏi chi phí thấp do giá thành

cao [77]. Do đó, cho đến nay chưa có phương pháp MIMO

nào được chuẩn hóa trong lớp vật lý VLC chính thống của

IEEE 802.15.7, mặc dù đã có nỗ lực kiên trì từ học thuật

trong suốt một thập kỷ qua [78], [79], [80]. Vì vậy, việc

hình thành chùm tia trong VLC, khác với việc hình thành

chùm tia dựa trên MIMO trong RF, được thực hiện bằng

một thiết bị quang học đặc biệt gọi là bộ điều chế ánh sáng

không gian (SLM) [81].

Tương tự như các công nghệ mmWave và THz, VLC

cũng phụ thuộc vào các kênh LOS, vì nó không có khả

năng xuyên qua và không đủ tán xạ để vượt qua các vật

cản phổ biến. Đồng thời, do các mối quan ngại về can

thiệp giữa các cell liền kề và hầu hết các nguồn ánh sáng

môi trường xung quanh, các hệ thống VLC thường yêu

cầu anten định hướng với các chùm tia hẹp. Những yếu tố

này khiến hệ thống VLC rất nhạy cảm với vị trí và di động

của người dùng, dẫn đến yêu cầu theo dõi chùm tia rất cao.

Mặt khác, đặc điểm này cũng có thể được tận dụng để

mang lại lợi thế trong một số tình huống sử dụng, như độ

chính xác tốt hơn trong định vị trong nhà [82], và ít can

thiệp hơn trong truyền thông phương tiện [83].

4) Truyền thông quang không dây (OWC) OWC là

truyền thông không dây [85] sử dụng hồng ngoại (IR),

ánh sáng khả kiến (VLC) hoặc tia cực tím (UV) làm

phương tiện truyền tải. Đây là một công nghệ bổ sung

hứa hẹn cho các truyền thông không dây truyền thống

hoạt động trên các băng tần RF. Các hệ thống OWC hoạt

động trong băng tần ánh sáng khả kiến thường được gọi

là VLC, công nghệ này đã thu hút nhiều sự chú ý gần

đây và sẽ được thảo luận riêng trong Phần V-A3. Băng

tần quang có thể cung cấp băng thông gần như không

giới hạn mà không cần sự cho phép từ các cơ quan quản

lý tần số trên toàn cầu. Nó có thể được áp dụng để thực

hiện truy cập tốc độ cao với chi phí thấp nhờ sự sẵn có

của các bộ phát và bộ thu quang. Vì sóng IR và UV có

hành vi tương tự như ánh sáng khả kiến, các rủi ro bảo

mật và sự can thiệp có thể bị hạn chế đáng kể, đồng thời

mối lo ngại về bức xạ điện từ đối với sức khỏe con

người có thể được loại bỏ. OWC dự kiến sẽ có những lợi

thế rõ rệt trong các kịch bản triển khai như truyền thông

phương tiện trong các hệ thống giao thông thông minh,

chiếu sáng hành khách trên máy bay và các thiết bị y tế

nhạy cảm với sự can thiệp điện từ. Mặc dù có lợi thế

này, OWC vẫn gặp phải những hạn chế như tiếng ồn ánh

sáng môi trường, tổn thất khí quyển, phi tuyến tính của

đèn LED, phân tán đa đường, và lỗi hướng [86].

Trong OWC, đèn LED hoặc diode laser (LD) được sử

dụng để chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang tại bộ

phát, và bộ thu sử dụng photodiode (PD) để chuyển tín

hiệu quang thành dòng điện. Thông tin được truyền tải

bằng cách điều chế cường độ xung quang đơn giản

thông qua các phương pháp điều chế phổ biến như điều

chế bật-tắt (on-off keying) hoặc điều chế vị trí xung

(pulse-position modulation), cũng như các phương pháp

điều chế đa sóng mang tiên tiến như OFDM để đạt được

tỷ lệ truyền tải cao hơn [87]. Để hỗ trợ nhiều người dùng

trong một điểm truy cập quang duy nhất, OWC có thể áp

dụng không chỉ các công nghệ phân chia điện tử như

phân chia theo thời gian, phân chia theo tần số và phân

chia theo mã, mà còn sử dụng phân chia quang học như

phân chia theo bước sóng [88]. Công nghệ MIMO quang

học [78] cũng được triển khai trong OWC, trong đó

nhiều đèn LED và nhiều PD được sử dụng, tương tự như

việc sử dụng nhiều anten trong hệ thống MIMO truyền

thống hoạt động trên băng tần RF.

Hệ thống quang sử dụng cảm biến hình ảnh để phát hiện

xung quang cũng được gọi là hệ thống máy ảnh quang

học. Cảm biến hình ảnh có thể chuyển tín hiệu quang

thành tín hiệu điện, có lợi thế trong việc triển khai dễ

dàng nhờ sự phổ biến của điện thoại thông minh có gắn

camera. Mặt khác, OWC điểm-điểm trên mặt đất, còn

gọi là truyền thông quang không gian tự do (FSO) [88],

hoạt động tại băng tần gần IR. Sử dụng chùm tia laser

mạnh mẽ và có độ hội tụ cao tại bộ phát, hệ thống FSO

có thể đạt được tốc độ truyền tải dữ liệu cao, ví dụ 10

Gbps mỗi bước sóng, trên khoảng cách dài (lên đến

10.000 km). Nó cung cấp một giải pháp tiết kiệm chi phí

cho nút thắt cổ chai hậu cần trong các mạng mặt đất, cho

phép kết nối chéo giữa các nền tảng không gian, không

khí và mặt đất, đồng thời hỗ trợ các liên kết vệ tinh giữa

các vệ tinh trong chòm sao LEO mới nổi. Hơn nữa, đã

có sự quan tâm ngày càng lớn đối với truyền thông tia

cực tím [89] nhờ những tiến bộ gần đây trong các bộ

phát và bộ thu quang học bán dẫn cho truyền thông UV

không LOS, mang lại phạm vi phủ sóng rộng và bảo mật

cao.

5) Quản lý phổ động (Dynamic Spectrum

Management) Bên cạnh việc tiếp tục khai thác các phổ

chưa sử dụng ở các tần số cao hơn, có một phương pháp

thứ hai hướng tới tầm nhìn về sự thịnh vượng băng

thông trong 6G: cải thiện tỷ lệ sử dụng tài nguyên vô

tuyến thông qua Quản lý phổ động (DSM).

Ý tưởng của DSM có từ giao thức nổi tiếng "lắng nghe

trước khi nói" (listen-before-talk - LBT) được áp dụng

trong IEEE 802.11, trong đó tất cả người dùng đều có

quyền truy cập vào phổ tần dựa trên phương pháp kiểm

soát truy cập tranh giành, và một người có thể chỉ sử

dụng băng tần khi nó không bị chiếm dụng bởi người

khác. Trong băng tần công nghiệp, khoa học và y tế

(ISM) không có giấy phép, LBT đã chứng minh sự thành

công lớn trong việc kiểm soát sự can thiệp và va chạm.

Trong khi đó, trong băng tần có giấy phép, như báo cáo

từ FCC của Mỹ, việc sử dụng không hiệu quả phổ tần do

truy cập bị quản lý đã trở thành một vấn đề lớn hơn cả

"sự khan hiếm vật lý của phổ tần" [90]. Thực tế này đã

làm gia tăng sự quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ về chủ đề

chia sẻ phổ tần động kiểu LBT giữa các hệ thống khác

nhau với RATs và ưu tiên truy cập băng tần có giấy phép

và không có giấy phép. Được thúc đẩy bởi sự phát triển

thành công của công nghệ vô tuyến định nghĩa bằng

phần mềm (SDR), những nỗ lực nghiên cứu này đã tạo

ra công nghệ vô tuyến nhận thức (cognitive radio - CR)

[91], công nghệ này đã trở nên thành thạo nhanh chóng

trong thập kỷ đầu của thế kỷ này. Kể từ kỷ nguyên LTE,

CR đã trở thành một chủ đề nổi bật trong lĩnh vực mạng

không dây để nghiên cứu DSM trong sự đồng tồn tại của

các hệ thống di động có giấy phép và các công nghệ

băng tần ISM không có giấy phép [92]. Với các hệ thống

6G trong tương lai, nhu cầu về DSM đang trở nên cấp

thiết hơn bao giờ hết. Một mặt, truy cập vô tuyến vào

băng tần ISM (đặc biệt là các băng tần IEEE 802.11)

hiện nay gần như trở thành một chức năng chuẩn của các

thiết bị di động chính thống, làm cho nó trở thành một

giải pháp phổ biến để cung cấp thêm năng lực mạng

trong các kịch bản có người dùng đông đúc. Mặt khác,

do không thể dành riêng các băng tần rộng của phổ tần

6G chỉ cho mục đích sử dụng có giấy phép (đặc biệt là

phổ ánh sáng khả kiến), hệ thống 6G dự kiến sẽ gặp khó

khăn trong việc đối mặt với sự can thiệp phổ quát từ các

hệ thống khác và tiếng ồn môi trường trong phần phổ

không có giấy phép của nó, những yếu tố này có sự thay

đổi mạnh mẽ và phụ thuộc vào môi trường. Do đó, các

hệ thống 6G phải có khả năng chọn lựa động và nhận

thức phổ tần một cách hợp lý đối với tình huống tức

thời.

Có rất nhiều thách thức kỹ thuật mà DSM 6G đang phải

đối mặt. Từ khía cạnh triển khai phần cứng, vấn đề

chính là độ rộng của phổ tần mới của 6G gây khó khăn

trong việc thiết kế các bộ thu phát có khả năng nhận diện

động tất cả các phổ tần [93]. Front-end của 6G phải có

khả năng thực hiện việc nhận diện phổ tần nhanh chóng

và hiệu quả về năng lượng trên toàn bộ băng tần rộng

của 6G, để cho phép nhận thức môi trường vô tuyến trực

tuyến và thích ứng kịp thời với việc truy cập phổ tần. Ở

cấp độ hệ thống, để cải thiện hiệu quả và độ an toàn của

DSM, lớp vật lý CR dựa trên nhận diện phổ tần sẽ cần

được hoàn thiện hơn nữa bằng cách nhận thức thông tin

bối cảnh cấp độ mạng vật lý, để hiểu sâu hơn về môi

trường truyền thông, bao gồm các kịch bản địa hình,

mẫu lưu lượng, quy định địa phương, v.v. Điều này dẫn

đến các thách thức ở nhiều khía cạnh nhận thức bối

cảnh, từ cung cấp dữ liệu đến quyền sở hữu dữ liệu [94].

B. Mạng mới

Để triển khai các trường hợp sử dụng đã nêu ở trên

sử dụng các công nghệ hỗ trợ chủ chốt, cơ sở hạ

tầng mạng dự kiến sẽ cần linh hoạt, thông minh và

mở cho thiết bị của nhiều nhà cung cấp và đa người

thuê. Để đạt được mục tiêu này, việc phần mềm hóa

và ảo hóa mạng 6G là bước đầu tiên và quan trọng

nhất. Dựa trên kiến trúc như vậy, slicing mạng và

phân tách tài nguyên trong cả hai lĩnh vực lõi và

RAN (mạng truy cập vô tuyến) được coi là cơ chế

mới để giảm bớt độ phức tạp trong việc quản lý và

vận hành điều phối. Các khía cạnh này, cùng với

các vấn đề về bảo mật và quyền riêng tư, của mạng

di động 6G sẽ được thảo luận trong tiểu mục này. 1)

1) Phần mềm hóa và ảo hóa

Hầu hết các chức năng mạng của mạng lõi 5G

(5GC) và kiến trúc RAN thế hệ tiếp theo (NGRAN)

đều được ảo hóa sử dụng công nghệ ảo hóa chức

năng mạng (NFV), mang lại tính linh hoạt cao để

thích ứng với các kịch bản, yêu cầu và trường hợp

sử dụng của các hệ thống truyền thông thế hệ tiếp

theo [95]. Tuy nhiên, trong thực tế, NFV phải đối

mặt với một số thách thức nghiêm trọng cần phải

giải quyết, chẳng hạn như số lượng chức năng mạng

ảo (VNFs) gia tăng, các yêu cầu khác nhau của các

người thuê khác nhau, việc điều phối tài nguyên của

VNFs trong cơ sở hạ tầng chia sẻ, sự phức tạp trong

việc quản lý và vận hành điều phối, và các vấn đề

khác [96]. Do đó, việc phân bổ tài nguyên mạng ảo,

quản lý và điều phối các VNFs trong môi trường đa

người thuê yêu cầu các công cụ tiên tiến và giải

pháp hứa hẹn để giải quyết, chẳng hạn như các kỹ

thuật AI [58] và các thuật toán học máy (ML) [97].

Trong bối cảnh này, Nhóm Đặc tả Ngành (ISG) của

Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) đã

thành lập nhóm công tác Experiential Network

Intelligence (ENI) nhằm cải thiện trải nghiệm của

các nhà điều hành mạng và gia tăng giá trị cho các

dịch vụ do nhà cung cấp viễn thông cung cấp [98].

Mục tiêu chính của ENI là khai thác các kỹ thuật AI

và ML để điều chỉnh các VNFs của các dịch vụ

mạng dựa trên những thay đổi động trong yêu cầu

của người dùng cuối, điều kiện môi trường và mục

tiêu kinh doanh. Hiện tại, đặc tả của ENI đang ở

giai đoạn đầu. Cần có thêm công việc để khám phá

việc triển khai AI và ML trong NFV của các mạng

di động vượt ra ngoài 5G và 6G. Mạng định nghĩa

bằng phần mềm (SDN) được coi là một trong những

yếu tố hỗ trợ quan trọng nhất của mạng di động 5G,

kết hợp với khả năng NFV, chúng có thể cung cấp

tính linh hoạt cao trong quản lý mạng và đạt được

hiệu quả cao trong mô-đun hóa dịch vụ [95]. Dựa

trên vai trò và hiệu suất quan trọng của SDN trong

mạng di động 5G, SDN sẽ không thể thiếu trong sự

phát triển của các mạng di động vượt ra ngoài 5G

và 6G, và sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong

việc quản lý, điều phối, kiến trúc, v.v. [14]. Mặc dù

có nhiều ưu điểm trong 5G, công nghệ SDN vẫn

gặp phải một số vấn đề nghiên cứu quan trọng cần

được giải quyết để khai thác tối đa tiềm năng của nó

trong các thế hệ mạng truyền thông tương lai. Các

thách thức chính mà SDN phải đối mặt trong kỷ

nguyên 6G bao gồm nhưng không giới hạn ở: giải

quyết hiệu quả vị trí tối ưu của bộ điều khiển SDN

trong các mạng tương lai [99], [100], duy trì hiệu

quả các cái nhìn toàn cầu về độ động của mạng và

trạng thái liên kết của nó [101], khai thác kỹ thuật

AI/ML để tự động hóa quản lý mạng [102] và điều

phối [103], và kỹ thuật lưu lượng với các yêu cầu

QoS nghiêm ngặt của các dịch vụ đa dạng [104].

2) Chia cắt RAN (RAN Slicing)

Việc chia cắt kiến trúc RAN, sử dụng các công nghệ

SDN và NFV, là một hướng nghiên cứu mới nổi nhằm

hướng tới việc điện toán đám mây, ảo hóa và tập trung

hóa tài nguyên RAN trong các mạng di động vượt ra

ngoài 5G và 6G [105]. Kiến trúc NG-RAN với khả năng

nhận thức chia cắt mạng giúp các nhà cung cấp dịch vụ

di động có thể chia cắt toàn bộ hạ tầng (hoặc một phần

của nó) dựa trên các yêu cầu của người dùng cuối và các

ngành công nghiệp theo chiều dọc [106]. Việc phân loại

như vậy cũng có thể áp dụng cho việc chia cắt NG-RAN

thành các mạng con eMBB, URLLC và mMTC. Tài

nguyên cần thiết cho ba loại chia cắt RAN này được

phân chia thành tài nguyên vật lý và tài nguyên ảo. Tài

nguyên vật lý được quản lý bởi hệ thống quản lý chia cắt

mạng 3GPP [107], trong khi tài nguyên ảo được quản lý

bởi hệ thống quản lý và điều phối ảo hóa chức năng

mạng ETSI (NFV-MANO) [108].

Hướng tới việc chia cắt RAN hiệu quả, hiện nay một số

chức năng xử lý vô tuyến của NodeB thế hệ tiếp theo

(gNB) trong NG-RAN được chứa dưới dạng các VNFs

[109], cụ thể là đơn vị trung tâm (CU) và đơn vị phân

tán (DU), trong khi một số chức năng khác được phân

tán dưới dạng chức năng mạng vật lý (PNF), cụ thể là

đơn vị vô tuyến (RU). Các VNFs chạy trên các điểm

hiện diện (PoPs) [110], trong khi các PNFs được triển

khai trên phần cứng chuyên dụng tại các vị trí mạng di

động. Trong thế hệ mạng di động tiếp theo, việc ảo hóa

hoàn toàn CU và DU, và ảo hóa một phần hoặc toàn bộ

RU, có thể mang lại một số lợi thế, chẳng hạn như nâng

cao hiệu suất của kiến trúc RAN, triển khai các mạng

con chia cắt RAN, giảm chi phí mạng, đơn giản hóa các

hoạt động và quản lý mạng, v.v. [111]. Vì vậy, chúng tôi

tin tưởng rằng các nghiên cứu tiếp theo là cần thiết để

giải quyết việc ảo hóa chức năng RU hướng tới một

RAN ảo hóa và nhận thức chia cắt trong các mạng di

động 6G [112].

Tập trung vào việc phân tách chức năng trong NG-RAN,

sự phân bổ hiện tại các chức năng xử lý vô tuyến qua

các thành phần gNB được thực hiện một cách tĩnh mà

không xem xét loại mạng con RAN. Khi hỗ trợ một

lượng lớn mạng con RAN với các loại eMBB, URLLC

và mMTC, kiến trúc phân tách chức năng một kích cỡ

phù hợp với tất cả trong NG-RAN không hiệu quả về

phân bổ tài nguyên và hiệu suất mạng [109]. Chúng tôi

mạnh mẽ tin rằng một phân phối động và tùy chỉnh các

chức năng gNB là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu dịch

vụ của ba loại mạng con RAN đã nêu ở trên trong các

mạng tương lai. Phân phối động các chức năng gNB này

sẽ cải thiện việc sử dụng tài nguyên vật lý và ảo, nâng

cao hiệu suất NG-RAN, và duy trì mức độ cách ly và tùy

chỉnh đáng kể giữa các mạng con RAN của các loại khác

nhau trong khi xem xét các chỉ số của các thỏa thuận

chất lượng dịch vụ giữa nhà cung cấp dịch vụ di động và

người thuê [113].

NG-RAN được kỳ vọng sẽ hỗ trợ một lượng lớn các

mạng con chia cắt RAN. Mỗi loại mạng con chia cắt

RAN sẽ đáp ứng các yêu cầu dịch vụ của một loại

trường hợp sử dụng của một người thuê duy nhất. Tuy

nhiên, có một số lượng lớn các ngành công nghiệp theo

chiều dọc – chẳng hạn như ô tô, sản xuất, lưới điện và

các ngành khác – bao gồm nhiều trường hợp sử dụng

[111]. Việc cung cấp các mạng con chia cắt RAN cho

nhiều trường hợp sử dụng của các ngành công nghiệp

theo chiều dọc là một vấn đề nghiên cứu quan trọng cần

được giải quyết trong các mạng di động thế hệ tiếp theo.

Một phần quan trọng của vấn đề nghiên cứu này là thiết

kế một khuôn khổ kiến trúc rộng rãi cho lĩnh vực RAN

6G để hỗ trợ các mạng con chia cắt RAN cho các ngành

công nghiệp đa trường hợp sử dụng. Khuôn khổ quản lý

và điều phối này sẽ quản lý hiệu quả CU, DU và RU của

các mạng con RAN cho từng ngành theo từng trường

hợp sử dụng trong RAN 6G bằng cách sử dụng AI và

ML.

3) Mạng RAN Mở (Open-RAN)

Các khái niệm chính của O-RAN, bao gồm tầm nhìn,

kiến trúc, giao diện, công nghệ, mục tiêu và các khía

cạnh quan trọng khác, lần đầu tiên được giới thiệu bởi

liên minh O-RAN trong một tài liệu trắng [114]. Liên

minh O-RAN sau đó đã nghiên cứu sâu hơn các trường

hợp sử dụng khai thác kiến trúc O-RAN để chứng minh

khả năng của nó trong hành vi thời gian thực trong

[115]. Mục tiêu chính của việc mở và trí tuệ trong kiến

trúc RAN là xây dựng một mạng vô tuyến có hiệu quả

tài nguyên, tiết kiệm chi phí, điều khiển bằng phần mềm,

ảo hóa, nhận thức chia cắt, tập trung, mã nguồn mở,

phần cứng mở, thông minh, và do đó linh hoạt và động

hơn bất kỳ thế hệ mạng di động nào trước đây. Để thực

hiện điều này, cộng đồng nghiên cứu đã giới thiệu việc

sử dụng các kỹ thuật AI và ML trên từng lớp của kiến

trúc RAN để đáp ứng các yêu cầu của mạng biên dày

đặc trong các hệ thống truyền thông di động vượt ra

ngoài 5G và 6G.

Bằng cách mở rộng RAN từ môi trường của một nhà

cung cấp đơn lẻ sang một cấu trúc điều khiển phân cấp

tiêu chuẩn hóa, mở, đa nhà cung cấp và được hỗ trợ bởi

ML và AI, điều này cho phép các bên thứ ba và các nhà

cung cấp dịch vụ di động triển khai động các ứng dụng

sáng tạo và dịch vụ mới không thể triển khai hoặc hỗ trợ

trong các kiến trúc RAN truyền thống. Thêm vào đó,

ORAN được xây dựng trên kiến trúc tham chiếu

NFVMANO do ETSI đề xuất, sử dụng các thành phần

phần cứng thương mại có sẵn, các kỹ thuật ảo hóa và

phần mềm. Các máy ảo (hoặc các tài nguyên ảo) được

trừu tượng hóa từ các tài nguyên vật lý cơ sở có thể dễ

dàng được tạo ra, triển khai, cấu hình và ngừng sử dụng.

Do đó, môi trường ảo hóa và tài nguyên ảo không chỉ

mang lại tính linh hoạt cho kiến trúc O-RAN, mà còn

giảm chi phí CAPEX/OPEX và tiêu thụ năng lượng đối

với các mạng truyền thông 6G.

Mặc dù O-RAN mang lại sự linh hoạt và khả năng tương

tác cho các nhà cung cấp dịch vụ di động, nhưng nó

cũng gặp phải một số vấn đề quan trọng cần nghiên cứu

thêm để hoàn thiện công nghệ này trong các mạng di

động tương lai, chẳng hạn như sự hội tụ giữa công nghệ

của các nhà cung cấp khác nhau và các nhà khai thác

khác nhau trên cùng một nền tảng, việc hài hòa các

khuôn khổ quản lý và điều phối khác nhau để mang lại

QoE nâng cao, thiếu các tiêu chuẩn để xác minh và xử lý

các vấn đề hiệu suất liên quan đến mạng, và các vấn đề

khác. Để vượt qua những thách thức này, các nhà nghiên

cứu từ ngành công nghiệp và học viện cũng cần tham gia

vào phân tích lý thuyết và triển khai thực tế công nghệ

này hướng tới một RAN mở và thông minh cho các

mạng di động 6G.

4) Bảo mật hậu lượng tử

Trong các hệ thống truyền thông 5G, bảo mật và quyền

riêng tư được coi là các yếu tố quan trọng nhất để đảm

bảo sự liên tục trong kinh doanh. Vấn đề này thậm chí

đã được nâng lên tầm quốc tế, ví dụ, một số quốc gia

đang đề xuất các biện pháp trừng phạt để cấm phần cứng

và phần mềm 5G từ một số nhà cung cấp, với lý do "bảo

vệ các mạng lưới và công dân của họ." Tập trung vào

khía cạnh kỹ thuật của bảo mật 5G, cùng với thiết bị

người dùng, sự gia tăng các mô hình kinh doanh và đổi

mới như các ngành công nghiệp theo chiều dọc, nhà

cung cấp dịch vụ mạng ảo di động và đa người thuê, đã

tạo ra gánh nặng cho việc triển khai thương mại các

mạng 5G. Ví dụ, các dịch vụ truyền thông loại mMTC

yêu cầu các thành phần bảo mật nhẹ trong khi các dịch

vụ loại eMBB và URLLC đòi hỏi các cơ chế bảo mật

hiệu quả cao. Một ví dụ khác là khía cạnh đa người thuê,

điều này có nghĩa là thiếu một máy chủ xác thực trung

tâm, do đó, danh tính của người thuê phải được xác nhận

bằng cách phân tán hoặc hợp tác. Dự kiến rằng các hệ

thống 6G sẽ gặp phải những vấn đề bảo mật thách thức

hơn so với hệ thống 5G hiện tại. Nhiều cơ chế tiên tiến

đang được nghiên cứu để đáp ứng yêu cầu về bảo mật và

quyền riêng tư trong các mạng thế hệ tiếp theo, chẳng

hạn như bảo mật E2E, xác thực phân tán và phát hiện

xâm nhập dựa trên học sâu.

Để đảm bảo bảo mật E2E cho 6G, việc triển khai các kỹ

thuật AI có thể đóng vai trò quan trọng trong thiết kế,

triển khai và tối ưu hóa các giao thức bảo mật để bảo vệ

mạng, thiết bị người dùng và các ngành công nghiệp

theo chiều dọc khỏi các truy cập và mối đe dọa không

hợp pháp. Để đảm bảo sự tin cậy giữa các tham gia giao

tiếp, việc xác thực phân tán liên quan đến việc người

dùng xác thực với gNB, và giữa các chức năng mạng

(RU, DU và CU), sẽ được thiết kế bằng cách tận dụng

công nghệ blockchain.

Ngoài những mối đe dọa truyền thống, sự xuất hiện của

máy tính lượng tử đặt ra một thách thức lớn đối với bảo

mật mạng. Các hệ thống mật mã hiện tại có thể chia

thành hai loại: mật mã đối xứng và bất đối xứng [116].

Mật mã đối xứng chia sẻ một khóa bí mật chung giữa hai

bên giao tiếp, và một thông điệp được mã hóa ở người

gửi và giải mã ở người nhận bằng khóa này. Một ví dụ

điển hình về mật mã đối xứng được sử dụng rộng rãi

hiện nay là tiêu chuẩn mã hóa nâng cao (AES), đã được

Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) chuẩn

hóa vào năm 2001 cho tính bảo mật và toàn vẹn. Quá

trình tìm kiếm tất cả các khóa có thể thực hiện có thể

được tăng tốc đáng kể bởi thuật toán Grover, làm cho

các hệ thống mật mã này không còn an toàn khi máy

tính lượng tử xuất hiện. Trong hệ thống mật mã bất đối

xứng, một khóa công khai được sử dụng để mã hóa

thông điệp bởi bất kỳ ai trong khi chỉ chủ sở hữu của

khóa riêng tương ứng mới có thể giải mã các thông điệp

đã mã hóa. Các phương pháp khóa công khai cũng được

sử dụng để thực hiện chữ ký số, trong đó chữ ký được

tạo ra từ khóa riêng trong khi mọi người có thể sử dụng

khóa công khai để xác thực chữ ký này. Các phương

pháp mật mã bất đối xứng hiện nay như Rivest-

ShamirAdleman (RSA), hệ thống mật mã đường cong

elliptic (ECC) và thuật toán chữ ký số (DSA) đều dựa

trên độ khó của việc giải quyết một số vấn đề lý thuyết

số như phân tích thừa số nguyên và logarithm rời rạc.

Tuy nhiên, nhà toán học Peter Shor [117] đã chỉ ra rằng

máy tính lượng tử có thể giải quyết những vấn đề này

một cách hiệu quả, khiến tất cả các phương pháp mật mã

công khai này hoàn toàn bị phá vỡ.

Mặc dù vẫn chưa rõ khi nào máy tính lượng tử thực tiễn

sẽ có sẵn, nhưng những tiến bộ gần đây trong công nghệ

lượng tử cho thấy sự cấp bách trong việc nghiên cứu bảo

mật hậu lượng tử cho các mạng truyền thông. Do các

mạng 6G dự kiến sẽ được triển khai vào khoảng năm

2030 và sẽ tồn tại trong nhiều thập kỷ, các mối đe dọa

dài hạn từ máy tính lượng tử có thể cần được xem xét

nghiêm túc trong quá trình thiết kế và triển khai hệ thống

6G. Do đó, nghiên cứu và phát triển các thuật toán mật

mã chống lại lượng tử, còn gọi là mật mã hậu lượng tử,

sẽ đóng vai trò quan trọng đối với sự thành công của 6G.

Theo khuyến nghị ban đầu của NIST [118], các phương

pháp mật mã dựa trên mạng lưới, mã hóa, băm và đa

thức đa biến có thể được sử dụng trong kỷ nguyên lượng

tử.

Hơn nữa, một công nghệ lượng tử khác gọi là truyền

thông lượng tử [119] có thể nâng cao đáng kể mức độ

bảo mật của truyền tải dữ liệu, điều này có thể có tiềm

năng ứng dụng trong các mạng 6G. Theo các định lý của

vật lý lượng tử, nếu một kẻ nghe lén đo lường trạng thái

chồng chập của các hạt, thường là photon của ánh sáng

để truyền tải dữ liệu qua sợi quang, trạng thái lượng tử

siêu mỏng của chúng sẽ "sụp đổ" thành 1 hoặc 0. Vì một

hạt mang qubit không thể tách rời, kẻ nghe lén không thể

sao chép chúng. Điều này có nghĩa là kẻ nghe lén không

thể làm giả qubit mà không để lại dấu vết rõ ràng về hoạt

động của mình. Lý thuyết cho thấy truyền thông lượng

tử có thể cung cấp bảo mật tuyệt đối và cung cấp các

giải pháp mới cho các yêu cầu bảo mật cao mà các hệ

thống truyền thông truyền thống không thể thực hiện

[120].

C. Giao diện không gian mới

Sự kết hợp giữa OFDM và các mảng anten MIMO kích thước

nhỏ đã thống trị thế giới mạng truy cập vô tuyến di động trong

suốt kỷ nguyên 4G, và vẫn tiếp tục thể hiện sự ưu thế của

mình trong những tiến bộ gần đây của 5G. Tuy nhiên, như đã

thấy trong Phần V-A, bước tiến lớn hướng tới tần số mang

ngày càng cao đang "vắt kiệt" tiềm năng kỹ thuật cuối cùng từ

giao diện không khí này. Đối mặt với những thách thức mới

như tổn thất lan truyền cao và đa dạng kênh không LOS thấp,

các công nghệ mới nổi khác được kỳ vọng sẽ đóng vai trò

quan trọng trong sự tiến hóa của giao diện không khí thế hệ

tiếp theo, có khả năng khai thác tối đa lợi thế của phổ tần mới

của 6G và hỗ trợ các trường hợp sử dụng trong tương lai với

các yêu cầu hiệu suất cực kỳ cao. Sự tiến hóa này chủ yếu dự

kiến sẽ tạo ra một số sự thay đổi và mở rộng đáng kể thông

qua MIMO: từ kích thước nhỏ đến kích thước khổng lồ, từ

anten chủ động đến bề mặt phản xạ thụ động, từ lớp vật lý đến

lớp mạng. Các phương pháp điều chế và phân chia kênh mới,

như các bổ sung, cũng đang xuất hiện trong thập kỷ tới.

1) MIMO Khổng lồ (Massive MIMO)

Trong các mạng di động truyền thống, MIMO được chia thành

hai loại: MIMO điểm-điểm và MIMO người dùng đa (multi-

user MIMO). Trong loại đầu tiên, nhiều anten được lắp đặt cả

ở thiết bị người dùng và trạm gốc, tuy nhiên một thiết bị người

dùng chỉ được phục vụ trong một thời điểm. Trong loại thứ

hai, một mảng anten được lắp đặt tại trạm gốc cung cấp kết

nối cho nhiều thiết bị người dùng trong khu vực phủ sóng

tương ứng của nó. Để tăng cường trải nghiệm người dùng,

tăng thông lượng và nâng cao hiệu quả phân chia kênh thống

kê, khái niệm MIMO khổng lồ (massive MIMO) đã được giới

thiệu nhằm giải quyết các hạn chế của MIMO người dùng đa

truyền thống [95]. Kể từ đó, massive MIMO đã được xem là

một trong những yếu tố hỗ trợ quan trọng của các hệ thống

truyền thông không dây truyền thống. Ngoài ra, MIMO khổng

lồ cũng được kỳ vọng sẽ mang lại sự gia tăng đáng kể trong

dung lượng hệ thống, tăng hiệu quả phân chia kênh thống kê,

hiệu quả phổ tần, giảm CAPEX/OPEX, giảm tiêu thụ năng

lượng, và nhiều lợi ích khác trong các mạng di động vượt ra

ngoài 5G và 6G. Để triển khai MIMO khổng lồ thương mại,

nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã cấu hình trạm gốc với 64 chuỗi

thu phát hoàn toàn kỹ thuật số, điều này đã chứng minh tính

khả thi trong các mạng di động 5G [121]. Những triển khai

này đã chứng minh rằng các giới hạn do ô nhiễm sóng mang

(pilot contamination) đã được giải quyết và các phương pháp

xử lý tín hiệu liên quan đã được phát triển và triển khai để cải

thiện hiệu quả phổ tần. Để mở đường cho việc hiện thực hóa

MIMO khổng lồ trong các mạng di động vượt ra ngoài 5G và

6G, các tác giả trong [121] và [33] đã nêu ra một số thách thức

nghiên cứu, bao gồm (i) triển khai các mảng anten cực lớn; (ii)

hạn chế trong dự báo kênh; (iii) triển khai thích ứng thông

minh theo môi trường; (iv) giới hạn cơ bản của truyền thông

vô tuyến với MIMO holographic khổng lồ; (v) định vị sáu

chiều; và (vi) radar MIMO quy mô lớn. Những vấn đề nghiên

cứu này mở ra cơ hội cho các nhà nghiên cứu trong học viện,

ngành công nghiệp và các tổ chức chuẩn hóa tập trung sự chú

ý vào việc cải tiến MIMO khổng lồ trong thế hệ mạng truyền

thông tiếp theo.

2) Bề mặt phản xạ thông minh (Intelligent Reflecting

Surfaces)

Trong khi việc giải phóng một băng thông đáng kể để hỗ trợ

thông lượng cao, việc sử dụng các băng tần tần số cao trên 10

GHz cũng mang lại những thách thức mới, chẳng hạn như tổn

thất lan truyền cao hơn, tán xạ thấp hơn và nhiều sự cản trở

hơn. Trong dải tần mmWave, MIMO khổng lồ đã chứng minh

hiệu quả trong việc thực hiện beamforming chủ động để cung

cấp độ lợi anten cao nhằm vượt qua tổn thất kênh. Tuy nhiên,

khả năng của nó có thể không đủ cho phổ tần mới của 6G, như

đã thảo luận trước đó trong Phần V-A3. Trong số tất cả các

giải pháp ứng viên để nâng cao các phương pháp

beamforming hiện tại, công nghệ Bề mặt phản xạ thông minh

(IRS) đã được xem là triển vọng cho các mạng di động 6G.

Bề mặt phản xạ thông minh, hay còn gọi là bề mặt thông minh

có thể cấu hình lại (RIS) [122], bao gồm một loạt các vật liệu

có thể lập trình và tái cấu hình có khả năng thay đổi các đặc

điểm phản xạ vô tuyến của chúng một cách thích ứng. Khi

được gắn vào các bề mặt môi trường như tường, kính, trần,

v.v., IRS cho phép biến các phần của môi trường vô tuyến

thành các bộ phản xạ thông minh có thể tái cấu hình, được gọi

là môi trường vô tuyến thông minh (SRE) [123], và từ đó khai

thác chúng cho một beamforming thụ động có thể cải thiện

đáng kể độ lợi kênh, với chi phí triển khai và tiêu thụ năng

lượng thấp hơn so với các mảng anten MIMO khổng lồ chủ

động. Hơn nữa, khác với các mảng anten mà phải đủ nhỏ gọn

để tích hợp, SRE được triển khai trên các bề mặt có kích thước

lớn cách xa các thiết bị người dùng (UEs), giúp dễ dàng thực

hiện beamforming chính xác với các chùm tia siêu hẹp, điều

này đặc biệt cần thiết cho các ứng dụng như bảo mật lớp vật

lý.

Hơn nữa, khác với các mảng anten MIMO chủ động phải được

triển khai đặc biệt cho từng RAT riêng lẻ, cơ chế phản xạ thụ

động mà IRS dựa vào có thể hoạt động gần như phổ quát cho

tất cả các tần số RF và quang học, điều này đặc biệt có lợi về

chi phí cho các hệ thống 6G hoạt động trong phổ tần cực rộng.

Mặc dù IRS thể hiện tính cạnh tranh kỹ thuật lớn trong bối

cảnh phổ tần mới của 6G, nhưng nó vẫn thiếu các kỹ thuật

trưởng thành để mô hình hóa chính xác và ước tính các kênh

và bề mặt phản xạ, đặc biệt là trong phạm vi gần.

Hơn nữa, việc triển khai thương mại chỉ có thể thực hiện sau

khi giải quyết các vấn đề kinh doanh, vì IRS phụ thuộc vào

các đánh giá bên ngoài như các tòa nhà không thuộc sở hữu

của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông (MNO). Do đó, điều

này đòi hỏi phải thiết kế cẩn thận và chuẩn hóa khuôn khổ

cung cấp các giao diện thiết yếu, thỏa thuận và giao thức tín

hiệu, để các nhà cung cấp dịch vụ 6G có thể tiếp cận rộng rãi

và khai thác các vật thể được trang bị IRS trong các lĩnh vực

công cộng và tư nhân.

3) Truyền thông MIMO phối hợp (Coordinated Multi-

Point and Cell-Free)

CoMP (Truyền thông MIMO phối hợp) đề cập đến một

nhóm công nghệ cho phép nhiều điểm truy cập phục vụ

nhiều trạm di động cùng lúc, từ đó mạng có thể thực

hiện MIMO mạng, giúp tăng cường đa dạng không gian

trên nền các phương pháp MIMO lớp vật lý cổ điển. Vì

vậy, nó còn được gọi là MIMO mạng hoặc MIMO hợp

tác. CoMP ban đầu được giới thiệu bởi 3GPP trong

Release 11 [124] cho các hệ thống LTE Advanced. Với

những chứng cứ gần đây về khả năng của nó trong việc

giảm thiểu can thiệp giữa các cell trong tải xuống và

phát hiện người dùng chung trong tải lên, CoMP được

kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong 5G [125].

Trong kỷ nguyên 6G sắp tới, đối với phổ tần mới trên 10

GHz, các công nghệ CoMP tận dụng sự đa dạng cấp

trạm gốc sẽ trở thành một bổ sung quan trọng cho đa

dạng không gian cấp anten truyền thống, vì khả năng

này có thể bị giảm thiểu bởi hiện tượng cản trở mật độ

trong các băng tần tần số cao.

Hơn nữa, vì CoMP thường yêu cầu mỗi thiết bị người

dùng (UE) duy trì nhiều kết nối đồng thời với các điểm

truy cập khác nhau (ngay cả khi chúng sử dụng cùng

một RAT), nó mở ra khả năng của một kiến trúc RAN

"không cell", nơi nhiều điểm truy cập đơn anten phân bố

trên khu vực phủ sóng được kết nối với một đơn vị xử lý

trung tâm, cùng phục vụ tất cả các UE thông qua truyền

dẫn đồng bộ theo kiểu CoMP [126]. Nghiên cứu gần đây

đã chỉ ra rằng MIMO khổng lồ không có cell có thể vượt

trội hơn MIMO di động truyền thống trong khi giảm

thiểu tín hiệu truyền tải ở mặt tiền (fronthaul) [127].

Như một sự đánh đổi cho lợi ích hiệu suất có được từ

tính chất giải mã hợp tác của CoMP, công nghệ này cũng

phải đối mặt với một số thách thức kỹ thuật chính do

cùng nguyên nhân. Đầu tiên, hiệu suất của CoMP phụ

thuộc rất nhiều vào việc nhóm các trạm gốc hợp tác, vì

vậy một cơ chế phân nhóm phù hợp cần phải được tìm

ra, điều này đã là trọng tâm nghiên cứu trong những năm

qua [128]. Thứ hai, việc đồng bộ hóa giữa các trạm gốc

hợp tác phải được thực hiện mà không có sự can thiệp

giữa các sóng mang và giữa các ký tự [129]. Việc ước

tính kênh và cân bằng cũng phải được thực hiện một

cách đồng bộ giữa các trạm gốc, điều này làm tăng đáng

kể độ phức tạp tính toán.

4) Điều chế mới (New Modulation)

Mạng LTE-Advanced (LTE-A) của 3GPP được triển

khai dựa trên công nghệ phân chia tần số trực giao đa

truy nhập (OFDMA) [130], đây là một ví dụ điển hình

của công nghệ truy nhập đa tuyến trực giao (OMA),

ngăn cấm việc chia sẻ khối tài nguyên vật lý (PRB) giữa

nhiều người dùng. So với CDMA, công nghệ được triển

khai trong các hệ thống 3G, OFDMA cho thấy sự vượt

trội rõ rệt trong việc chống lại sự suy giảm đa đường

thông qua phương pháp điều chỉnh kênh đơn giản và

mạnh mẽ dựa trên sóng mang. Hơn nữa, khi kết hợp với

MIMO, OFDMA có khả năng vượt trội hơn CDMA về

hiệu suất phổ tần. Tuy nhiên, hiệu suất đầy đủ của

MIMO-OFDMA phụ thuộc rất nhiều vào mã hóa MIMO

và ánh xạ tài nguyên, những yếu tố này phải được điều

chỉnh chính xác theo điều kiện kênh để đạt được tối ưu.

Khi kích thước của MIMO tăng lên, từ tối đa 8×4 trong

LTE-A dần dần lên hơn 256×32 của MIMO khổng lồ, và

cuối cùng đến MIMO siêu khổng lồ trong tương lai (ví

dụ, 1024×64), độ phức tạp của việc điều chỉnh

MIMOOFDMA sẽ tăng lên rất nhiều.

Trong khi đó, để đáp ứng nhu cầu hỗ trợ di động cao hơn

– điều này có nghĩa là sự thay đổi fading mạnh mẽ hơn –

ràng buộc về độ trễ tính toán đối với quá trình điều chỉnh

trực tuyến này cũng trở nên nghiêm ngặt hơn. Để đối

phó với những thách thức này, một kiến trúc mới của các

bộ thu phát MIMO-OFDMA sử dụng AI đã được đề xuất

cho các hệ thống 6G tương lai, dựa vào các kỹ thuật AI

để giải quyết hiệu quả vấn đề điều chỉnh MIMO trực

tuyến và ánh xạ tài nguyên [16]. Bên cạnh sự phát triển

thêm trong công nghệ OFDMA, các công nghệ truy

nhập đa tuyến không trực giao (NOMA) cũng đang được

xem xét rộng rãi như một giải pháp cho các thách thức

mới trong các mạng truyền thông di động thế hệ tiếp

theo. Trái ngược với OMA, NOMA cho phép nhiều

người dùng sử dụng cùng một PRB, điều này có thể đạt

được thông qua việc giảm thiểu sự can thiệp giữa các

người dùng. Các phương pháp NOMA có thể được chia

thành hai loại chính, là NOMA theo miền công suất (PD-

NOMA) và NOMA theo miền mã hóa (Code-domain

NOMA). Trong khi PD-NOMA được đề xuất gần đây và

thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu trong bối cảnh 5G

[131], NOMA theo miền mã hóa có lịch sử lâu dài trong

các hệ thống truyền thống (ví dụ, CDMA trong 3G), và

cung cấp một lựa chọn thay thế cho PD-NOMA với

nhiều biến thể khác nhau, chẳng hạn như truy nhập mã

hóa trellis (TCMA) [132], truy nhập phân chia xen kẽ

(IDMA) [133], truy nhập chia sẻ người dùng (MUSA)

[134], truy nhập phân chia mẫu (PDMA) [135], và truy

nhập mã hóa sparse (SCMA) [136].

Do các hệ thống 6G dự kiến sẽ phải quản lý một lượng

lớn các liên kết đồng thời, chẳng hạn như trong kịch bản

mMTC và các mở rộng tương lai của nó, các giải pháp

NOMA tỏ ra rất triển vọng vì chúng cung cấp hiệu quả

băng thông cao hơn so với các phương pháp OMA. Các

nghiên cứu gần đây cũng đã chỉ ra rằng NOMA có thể

được khai thác hiệu quả trong phổ tần mới, bao gồm

mmWave, THz và các tần số quang học. Thêm vào đó,

khi triển khai cùng với CoMP, NOMA đã chứng minh

khả năng vượt trội hơn CoMP-OMA cả về hiệu quả năng

lượng và hiệu quả phổ tần.

Vì hoàn toàn dựa vào việc loại bỏ sự can thiệp liên tiếp

(successive interference cancellation), NOMA có độ

phức tạp thiết kế bộ thu cao hơn rất nhiều so với OMA,

và độ phức tạp này tăng theo cấp số mũ hoặc thậm chí

theo cấp số bậc với số lượng người dùng. Đặc biệt, trong

một số tình huống yêu cầu giải mã hợp tác giữa các UE

khác nhau, các giao diện D2D cụ thể phải được dành

riêng cho chức năng này, và các vấn đề về bảo mật/niềm

tin cũng cần được xem xét, để cho phép triển khai

NOMA trong 6G.

D. Kiến trúc mới

Cho đến nay, tất cả các hệ thống di động truyền thống và

hiện tại đều được thiết kế chủ yếu dựa vào các trạm gốc

mặt đất. Đối với các khu vực biển, đại dương, cũng như

các khu vực địa hình hoang dã, nơi việc phủ sóng mạng

di động mặt đất là không khả thi hoặc gặp khó khăn về

mặt kinh tế, vệ tinh từ lâu đã là giải pháp truyền thông

phổ biến nhất. Hướng tới mục tiêu nâng cao tỷ lệ phủ

sóng, việc triển khai hạ tầng ngoài mặt đất như một phần

của mạng 6G đang được xem là một chủ đề mới nổi,

được gọi là mạng tích hợp không gian và mặt đất

(ISTN). Một ISTN dự kiến sẽ bao gồm ba lớp: lớp mặt

đất được xây dựng bởi các trạm gốc mặt đất, lớp trên

không được hỗ trợ bởi HAP (Nền tảng ở độ cao lớn) và

UAV (Máy bay không người lái), và lớp không gian

được triển khai bởi các vệ tinh. Một tầm nhìn về kiến

trúc cho các hệ thống 6G, với các trường hợp sử dụng

tiêu biểu và các công nghệ hỗ trợ chủ chốt, được minh

họa trong Hình 3.

1) Chòm sao vệ tinh quy mô lớn Cho đến nay, phạm

vi phủ sóng của các mạng mặt đất chỉ mới đạt được một

phần nhỏ của toàn bộ bề mặt Trái đất. Đầu tiên, về mặt

kỹ thuật, không thể lắp đặt các trạm gốc mặt đất để cung

cấp phạm vi phủ sóng quy mô lớn ở các khu vực biển và

sa mạc [51]. Thứ hai, việc phủ sóng các địa hình cực

đoan, ví dụ như khu vực núi cao, thung lũng và vách đá,

là rất khó khăn, trong khi việc sử dụng mạng mặt đất để

cung cấp dịch vụ cho các khu vực dân cư thưa thớt

không hiệu quả về mặt chi phí. Thêm vào đó, các mạng

mặt đất rất dễ bị tổn thương bởi các thảm họa thiên

Bấm Tải xuống để xem toàn bộ.

Preview text:

The Road Towards 6G: A
ComprehensiveNguyễn Trọng Lê Minh MSSV:20182687 GVHD PGS. TS Trần Quang Vinh Survey
Hướng tới mạng 6G: Khảo sát toàn diện
thời ước lượng một lộ trình phát triển cho 6G. Phần V
cung cấp cái nhìn toàn diện về hơn một chục
Tóm tắt—Tính đến nay, hệ thống di động thế hệ thứ
năm (5G) đã được triển khai ở nhiều quốc gia và số
lượng thuê bao 5G đã đạt quy mô rất lớn. Đã đến lúc công nghệ chủ chốt hỗ trợ 6G. Cuối cùng, Phần VI kết
giới nghiên cứu và công nghiệp chuyển hướng nghiên luận bài báo bằng cách khắc họa một bức tranh tổng
cứu sang thế hệ tiếp theo. Trong bối cảnh đó, việc có thể về “6G sẽ như thế nào”.
một cái nhìn tổng quan về tình hình hiện tại và tầm
nhìn tương lai về truyền thông là rất cần thiết. Bài báo I. GIỚI THIỆU
này nhằm cung cấp một khảo sát toàn diện, mô tả hệ
thống thế hệ thứ sáu (6G) từ các khía cạnh như động Ngành viễn thông di động đã trải qua nhiều bước phát
lực thúc đẩy, trường hợp sử dụng, kịch bản ứng dụng, triển quan trọng, bắt đầu từ hệ thống analog thế hệ đầu
yêu cầu kỹ thuật, chỉ số hiệu suất chính (KPI), kiến tiên (1G), với các hệ thống như Advanced Mobile Phone
trúc và các công nghệ hỗ trợ.
System tại Mỹ và Nordic Mobile Telephone ở châu Âu,
Trước hết, bài báo trả lời câu hỏi “Liệu có cần 6G cung cấp dịch vụ thoại di động vào những năm 1980 [1].
không?” bằng cách làm sáng tỏ các yếu tố thúc đẩy Tiếp đó, thế hệ kỹ thuật số 2G với GSM ra đời vào
chính, trong đó dự đoán sự tăng trưởng lưu lượng di những năm 1990, mang lại dịch vụ thoại và nhắn tin kỹ
động đến năm 2030 và hình dung các trường hợp sử thuật số cho hơn một tỷ người dùng trên toàn thế giới
dụng cũng như kịch bản tiềm năng. Tiếp theo, các yêu [1]. Thế hệ 3G dựa trên công nghệ CDMA, với các
cầu kỹ thuật của 6G được thảo luận và so sánh với 5G chuẩn như WCDMA, CDMA2000, TD-SCDMA, được
dựa trên các KPI định lượng. Sau đó, tóm tắt các triển khai từ năm 2001, hỗ trợ truy cập dữ liệu tốc độ cao
nghiên cứu tiên tiến về 6G từ các tổ chức và quốc gia [2]. Mạng 4G LTE xuất hiện vào năm 2009 với sự kết
tiêu biểu, đồng thời dự kiến lộ trình về định nghĩa, đặc hợp của MIMO và OFDM đã thúc đẩy sự bùng nổ của
tả, chuẩn hóa và quy định. Bài báo còn xác định hơn điện thoại thông minh và ngành công nghiệp Internet di
mười công nghệ tiềm năng, trình bày nguyên lý, ưu động trị giá hàng nghìn tỷ đô la mỗi năm [3].
điểm, thách thức và các vấn đề nghiên cứu mở của
từng công nghệ. Cuối cùng, bài báo kết luận và hình Kỷ nguyên 5G bắt đầu từ năm 2019 khi các nhà mạng
dung 6G sẽ như thế nào. Khảo sát này nhằm là hướng Hàn Quốc và Mỹ cạnh tranh để trở thành nhà cung cấp
dẫn khai sáng, thúc đẩy sự quan tâm và nghiên cứu dịch vụ đầu tiên [4]. 5G mở rộng phạm vi kết nối từ con
phát triển hệ thống truyền thông 6G.
người sang thiết bị IoT và các ngành công nghiệp, với
Bài báo được chia làm 6 phần. Phần I giới thiệu sơ qua khả năng hỗ trợ đa dạng các dịch vụ như Industry 4.0,
về lịch sử phát triển , sự chuyển dịch từ 5G sang 6G. thực tế ảo (VR), Internet vạn vật (IoT) và xe tự lái [5].
Phần II làm rõ các động lực then chốt cho sự cần thiết Đại dịch COVID-19 năm 2020 càng làm nổi bật vai trò
phát triển 6G, bao gồm sự tăng trưởng bùng nổ của quan trọng của 5G trong các lĩnh vực như y tế từ xa,
lưu lượng và thuê bao di động, các trường hợp sử dụng giáo dục trực tuyến và sản xuất tự động [6].
đột phá, cùng các kịch bản sử dụng tiên tiến.
Dù 5G đang được triển khai trên toàn cầu, nhiều tổ chức
Phần III phân tích các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống
và quốc gia đã bắt đầu tập trung nghiên cứu thế hệ mạng
6G thông qua một tập hợp các chỉ số hiệu suất chính tiếp theo – 6G – nhằm đáp ứng các yêu cầu ICT phức (KPIs).
tạp hơn trong thập kỷ tới [7]. Nhóm chuyên trách
Phần IV tổng hợp các tham vọng và nỗ lực của các tổ “Technologies for Network 2030” của ITU-T được thành
chức chủ chốt trong ngành viễn thông di động, đồng
lập từ năm 2018 để nghiên cứu khả năng mạng cho năm
Trong bối cảnh này, các tác giả của [16] nhằm làm rõ các
2030 và xa hơn, với các kịch bản ứng dụng tiên tiến như
yêu cầu, kiến trúc mạng, công nghệ chủ chốt và các ứng
truyền thông holographic, trí tuệ phổ biến, Internet xúc
dụng mới trong hệ thống 6G sắp tới. Strinati et al. [17]
giác, trải nghiệm đa giác quan và bản sao kỹ thuật số
hình dung năm công nghệ chủ lực cho 6G, bao gồm AI
(digital twin) [8]. Ủy ban châu Âu tài trợ cho các dự án
phổ biến ở rìa mạng, phủ sóng ba chiều (3D) kết hợp
nghiên cứu 6G trong khuôn khổ Horizon 2020 và công
giữa mạng mặt đất, nền tảng bay và chòm sao vệ tinh,
bố chiến lược tăng tốc đầu tư vào hạ tầng “Gigabit
lớp vật lý mới tích hợp truyền thông dưới THz và ánh
Connectivity” bao gồm 5G và 6G [9]. NGMN cũng phát
sáng khả kiến (VLC), các cơ chế bảo mật phân tán, và
động dự án “6G Vision and Drivers” nhằm cung cấp kiến trúc mạng mới.
định hướng phát triển 6G toàn cầu [10]. ITU-R bắt đầu
nghiên cứu xu hướng công nghệ tương lai cho phát triển
Huang và cộng sự [18] khảo sát các thay đổi kiến trúc hệ thống IMT [11].
liên quan đến mạng 6G thân thiện môi trường, đồng thời
giới thiệu sơ lược về các công nghệ tiềm năng như phủ
Đại học Oulu (Phần Lan) mở đầu các nghiên cứu tiên
sóng 3D phổ biến, AI toàn diện, THz, VLC và
phong về 6G trong chương trình 6Genesis tập trung vào
blockchain. Trong [19], Jiang và Luo trình bày một tổng
các thách thức như kết nối tức thời, trí tuệ phân tán và
quan toàn diện và nhất quán về các khía cạnh công nghệ
vật liệu anten tương lai [12]. Các quốc gia lớn như Mỹ,
liên quan đến học máy cho truyền thông và mạng không
Trung Quốc, Đức, Nhật Bản và Hàn Quốc cũng đã công dây.
bố kế hoạch nghiên cứu và lộ trình sơ bộ cho 6G [13]– [16].
Kể từ đầu năm 2020, số lượng các công trình liên quan
đến 6G tăng nhanh hơn so với hai năm trước đó. Dang
Như vậy, phần giới thiệu nhấn mạnh xu hướng tất yếu
và cộng sự [20] lập luận rằng 6G nên tập trung vào con
chuyển từ 5G sang 6G, đồng thời cho thấy sự cần thiết
người, do đó các yếu tố như an ninh, bí mật và quyền
xây dựng một tầm nhìn toàn diện để định hướng nghiên
riêng tư trở thành những tính năng then chốt. Để hỗ trợ
cứu và phát triển công nghệ đáp ứng nhu cầu kết nối và
tầm nhìn này, các khung hệ thống, công nghệ cần thiết
dịch vụ trong tương lai.
và các thách thức dự kiến đã được phác thảo. Tiếp đó,
trong [21], một khảo sát về các công nghệ học máy được
A. Các công trình nghiên cứu liên quan
áp dụng cho truyền thông, mạng và bảo mật trong mạng
Bài báo sớm nhất về chủ đề 6G được công bố vào tháng
phương tiện được trình bày, cùng với tầm nhìn về hướng
9 năm 2018 là [10], trong đó David và Berndt đã cố
phát triển mạng phương tiện thông minh 6G.
gắng trả lời câu hỏi “Liệu có cần vượt qua 5G hay
Giordani et al. [22] dự đoán một số trường hợp sử dụng
không?” bằng cách rà soát các dịch vụ chủ chốt và các
tiềm năng của 6G và giới thiệu các công nghệ được coi
đổi mới từ hệ thống analog 1G đến hạ tầng 5G định
là nhân tố thúc đẩy cho các trường hợp đó. Viswanathan
nghĩa bằng phần mềm và ảo hóa. Nawaz và cộng sự [11]
và Mogensen [23] đã cố gắng xây dựng một bức tranh
đã xem xét các tiến bộ hiện đại trong lĩnh vực học máy
toàn cảnh về nhu cầu và công nghệ truyền thông trong
(ML) và tính toán lượng tử, đồng thời dự báo sự kết hợp
kỷ nguyên 6G, đề xuất các chủ đề mới có thể định hình
giữa hai công nghệ này với mạng truyền thông cần được
các yêu cầu 6G. Zhang và cộng sự [24] nhấn mạnh trong
cân nhắc trong hệ thống 6G. Trong [12], Rappaport và
bài viết của họ rằng việc giảm giá 1000 lần từ góc nhìn
đồng tác giả đã mô tả các thách thức và tiềm năng của
khách hàng là chìa khóa thành công cho hệ thống 6G.
truyền thông terahertz (THz) trong quá trình phát triển và triển khai mạng 6G.
Chen et al. [25] đóng góp một thảo luận toàn diện về tầm
nhìn, yêu cầu, xu hướng công nghệ và thách thức, nhằm
Tiếp theo, các tác giả trong [13] đã cung cấp một mô tả
làm rõ cách tiếp cận để giải quyết các vấn đề về phủ
ngắn gọn về tầm nhìn và các kỹ thuật tiềm năng. Letaief
sóng, dung lượng, tốc độ dữ liệu và khả năng di động
et al. trong [14] thảo luận về các công nghệ có khả năng
của mạng 6G. Tác giả của [26] chia sẻ quan điểm về các
hỗ trợ dịch vụ Trí tuệ Nhân tạo (AI) phổ biến trong
ứng dụng, xu hướng công nghệ, các lớp dịch vụ và yêu
mạng 6G (cụ thể là mạng cho AI) cũng như các phương
cầu, đồng thời xác định các công nghệ hỗ trợ và các vấn
pháp AI hỗ trợ thiết kế và tối ưu hóa mạng 6G (AI cho
đề nghiên cứu mở. Kato et al. [27] nhận diện các thách
mạng). Zong và cộng sự [15] đề xuất hai kiến trúc hệ
thức và hướng nghiên cứu tiềm năng về việc tích hợp
thống ứng viên cho 6G và xác định một số công nghệ
các công nghệ học máy trong mạng 6G tương lai từ góc
6G bao gồm radio định nghĩa bằng quang học, truyền
độ truyền thông, mạng và tính toán. thông holographic và AI.
Guo [28] trình bày các khái niệm cốt lõi của AI có khả
Bài báo [38] trình bày tiềm năng tích hợp truyền thông
năng giải thích (explainable AI) cho 6G, bao gồm động
ánh sáng khả kiến (VLC) trong 6G và thảo luận về các
lực xã hội và pháp lý, định nghĩa, sự đánh đổi giữa khả
tiến bộ công nghệ bao gồm vật liệu mới, thiết bị, kỹ
năng giải thích và hiệu năng, các phương pháp giải thích
thuật điều chế, truyền dưới nước và xử lý tín hiệu dựa
và một khung AI có khả năng giải thích cho hệ thống
trên học máy. Tác giả của [39] làm rõ lợi ích của các
không dây tương lai. Một bài khảo sát tổng quan [29]
thiết bị bay không người lái (UAV) trong việc cải thiện
cung cấp cái nhìn toàn diện về 6G dưới các khía cạnh
vùng phủ sóng và dung lượng cho 6G, đồng thời đề xuất
ứng dụng, yêu cầu, thách thức và hướng nghiên cứu,
một kiến trúc mạng sử dụng UAV được neo giữ dây cáp.
đồng thời giới thiệu sơ lược các công nghệ chính như AI, Trong [40], các tác giả phác thảo khái niệm tự chủ đáng
terahertz, blockchain, mạng ba chiều và truyền thông
tin cậy cho 6G, làm rõ cách thức AI có khả năng giải quang không dây.
thích có thể tạo ra các phương thức đánh giá niềm tin
định tính và định lượng, đồng thời đề xuất các chỉ số
Trong [30], các tác giả mở rộng tầm nhìn từ 5G đến các
hiệu suất chính (KPI) để đo lường niềm tin này. Cuối
kịch bản tham vọng hơn trong tương lai xa và suy đoán
cùng, Du và cộng sự [41] tóm tắt một số phương pháp
về các công nghệ mang tính cách mạng có thể tạo ra
thông minh sử dụng AI và học máy nhằm tối ưu mạng
những bước chuyển đổi cần thiết cho 6G. Liu et al. [31]
6G, bao gồm truyền thông terahertz, quản lý năng lượng,
xác định tầm nhìn phát triển xã hội đến năm 2030 và rút
bảo mật, quản lý di động và phân bổ tài nguyên.
ra các yêu cầu hiệu suất chính từ các ứng dụng và dịch
vụ mới. Dựa trên sự hội tụ của các công nghệ thông tin
Để minh họa rõ hơn, các công trình nêu trên với những
và truyền thông, một kiến trúc mạng di động hợp lý
đóng góp chính và chủ đề được phân loại theo trình tự
được đề xuất nhằm giải quyết các bài học từ thiết kế
thời gian được tổng hợp trong Bảng 1. mạng 5G. B. Đóng góp
Gui và cộng sự [32] tóm tắt các vấn đề khác nhau của
Quan sát từ các công trình nghiên cứu trước đây cho
6G, bao gồm các dịch vụ cốt lõi, trường hợp sử dụng,
thấy phần lớn chỉ tập trung vào một khía cạnh cụ thể của
yêu cầu, công nghệ hỗ trợ, kiến trúc, kịch bản điển hình,
6G, chẳng hạn như phổ tần terahertz (THz) [12], trí tuệ
thách thức và hướng nghiên cứu. Tác giả của [33] cung
nhân tạo (AI) [14], mạng xanh (green networks) [18],
cấp một cái nhìn tổng quan về truyền thông bề mặt
các trường hợp sử dụng (use cases) [22], học máy (ML)
MIMO holographic như một công nghệ đầy hứa hẹn cho
[27], và truyền thông ánh sáng khả kiến (VLC) [38]. mạng không dây 6G.
Mặc dù có một số khảo sát cố gắng cung cấp cái nhìn
tổng thể, nhưng đến nay vẫn chưa có một bài khảo sát
Gần đây, Bariah và cộng sự [34] trình bày một tầm nhìn
toàn diện thực sự. Nhằm lấp đầy khoảng trống này, bài
toàn diện về 6G, xác định bảy công nghệ đột phá, các
báo hiện tại tổng hợp toàn diện những tiến bộ mới nhất
yêu cầu, thách thức và các vấn đề nghiên cứu mở liên
trong nghiên cứu 6G, đồng thời đưa ra tầm nhìn rộng lớn
quan. Từ góc độ phần cứng tần số vô tuyến và anten,
về các động lực, yêu cầu, các nỗ lực và công nghệ hỗ
[35] phân tích ngân sách liên kết của các kênh truyền trợ.
terahertz với các ước lượng về các tham số như độ
Bắt đầu từ việc phân tích kỹ lưỡng các công trình hiện
nhiễu, công suất phát và lợi ích anten, đồng thời đánh
trạng, bài viết khởi đầu bằng việc hình dung các yếu tố
giá các khoảng cách truyền thông dự kiến cho các kịch
thúc đẩy, các trường hợp sử dụng tiềm năng và các kịch
bản 6G tại tần số 300 GHz.
bản sử dụng nhằm trả lời câu hỏi về sự cần thiết phát
Polese et al. [36] đưa ra tổng quan về các vấn đề cần giải
triển 6G. Tiếp theo, các yêu cầu kỹ thuật cần thiết để hỗ
quyết để ứng dụng phổ terahertz trong mạng di động, tập
trợ các ứng dụng và dịch vụ 6G được làm rõ thông qua
trung vào các lớp điều khiển truy cập phương tiện, mạng
một bộ chỉ số hiệu suất chính (KPIs), đồng thời xác định
và truyền tải, cũng như hiệu năng của các luồng dữ liệu
và phân tích các công nghệ đầy hứa hẹn. Các hoạt động
đầu-cuối (E2E) trên kết nối terahertz. Wang và cộng sự
nghiên cứu cập nhật trên toàn cầu được tổng hợp, cùng
[37] khảo sát các đo lường và mô hình kênh truyền
với việc dự kiến lộ trình cho nghiên cứu, đặc tả, chuẩn
không dây 6G trên toàn bộ dải tần, bao gồm mmWave,
hóa và phát triển đến năm 2030. Cuối cùng, bài báo đưa
terahertz và truyền thông quang không dây (OWC), cùng
ra những kết luận nhằm khắc họa hình ảnh của “6G có
với các vùng phủ sóng như vệ tinh, hàng hải và truyền
thể sẽ như thế nào?”.
âm dưới nước, cũng như các kịch bản ứng dụng như tàu
So với các bài báo 6G hiện có, các đóng góp chính của
cao tốc, giao tiếp giữa các phương tiện và IoT công bài viết này bao gồm: nghiệp.
1. Phân tích toàn diện và cập nhật nhất các công
slicing mạng truy cập vô tuyến (RAN), O-RAN,
trình liên quan, cung cấp bản tóm tắt đầy đủ
bảo mật hậu lượng tử; giao diện không khí mới
nhất về những tiến bộ mới.
như massive MIMO, bề mặt phản chiếu thông
2. Nỗ lực trả lời câu hỏi “Chúng ta có thật sự cần
minh (IRS), phối hợp đa điểm (CoMP), cell-free
6G?” bằng cách làm sáng tỏ các yếu tố thúc đẩy
massive MIMO và kỹ thuật điều chế mới; kiến
chính, bao gồm sự tăng trưởng bùng nổ của lưu
trúc mới với phủ sóng 3D tích hợp vệ tinh quy
lượng và thuê bao di động đến năm 2030, cũng
mô lớn, nền tảng ở độ cao lớn (HAP), UAV và
như các trường hợp sử dụng đột phá. Bài viết
mạng mặt đất; mô hình mới với sự hội tụ của
vượt ra ngoài hiện trạng bằng cách xác định sự
tính toán và truyền thông, tích hợp mạng di
đồng thuận của các công trình trước về trường
động, AI, blockchain và digital twin.
hợp sử dụng và đề xuất các trường hợp mới
9. Kết luận bài báo bằng việc khắc họa hình ảnh
chưa từng được báo cáo như Kết nối Toàn cầu
tổng thể về “6G có thể sẽ như thế nào?”, trong
Phổ biến (Global Ubiquitous Connectability),
đó 6G được dự kiến là một hệ thống kết hợp
Truyền thông Tăng cường trên Tàu (Enhanced
điện tử - quang học, một nền tảng thông minh
On-Board Communications), và Trí tuệ Phổ
kết nối, một mạng tích hợp không gian - trên
biến (Pervasive Intelligence).
không - mặt đất, và một thực thể kết nối tính
3. Sử dụng phương pháp toàn diện, ba kịch bản sử
toán thông minh, biến Trái đất thành một bộ não
dụng mới cho 6G được đề xuất, bao gồm băng
khổng lồ, hỗ trợ toàn diện xã hội thông tin hóa
rộng di động phổ biến khắp nơi (uMBB), truyền
và trí tuệ hóa đến năm 2030 và xa hơn.
thông băng rộng độ trễ thấp cực kỳ tin cậy
(ULBC), và truyền thông độ trễ thấp cực kỳ tin
II. ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN
cậy với mật độ lớn (mULC).
Từ giữa năm 2019, mạng di động 5G thương mại đã
4. Thảo luận về các yêu cầu kỹ thuật của 6G thông
được triển khai rộng rãi trên toàn cầu và đã đạt quy mô
qua bộ KPIs, so sánh định lượng với KPIs của
rất lớn tại một số quốc gia. Ví dụ, số lượng trạm gốc 5G 5G khi có thể.
được triển khai tại Trung Quốc đã vượt quá 500.000 vào
5. Tổng hợp các tham vọng, nỗ lực và hoạt động
cuối năm 2020, phục vụ hơn 100 triệu thuê bao 5G [1].
nghiên cứu về 6G trên toàn thế giới, đồng thời
Theo truyền thống, cứ khoảng một thập kỷ xuất hiện một
dự kiến lộ trình sơ bộ cho định nghĩa, đặc tả,
thế hệ mạng mới, đã đến lúc cả giới học thuật và ngành
chuẩn hóa và quy định. Đây là lần đầu tiên trong
công nghiệp cần bắt đầu nghiên cứu thế hệ kế tiếp của
tài liệu khoa học có một khảo sát như vậy từ góc 5G. nhìn này.
6. Hình dung kiến trúc phủ sóng ba chiều (3D) tích
Tuy nhiên, trên con đường hướng tới 6G, vấn đề đầu tiên
hợp mạng mặt đất và phi mặt đất, minh họa
đặt ra là nhiều câu hỏi như “Liệu chúng ta có thật sự cần
trong các kịch bản triển khai 6G.
6G không?” hay “5G đã đủ chưa?”. Để trả lời những câu
7. Khác với các bài báo trước chỉ liệt kê các công
hỏi này, cần làm rõ các yếu tố thúc đẩy chính cho sự
nghệ ứng viên theo danh sách, bài viết phân loại phát triển của 6G.
công nghệ hỗ trợ 6G thành các nhóm: phổ tần
mới, mạng mới, giao diện không khí mới, kiến
Việc phát triển một hệ thống thế hệ tiếp theo không chỉ
trúc mới và mô hình mới. Đây là lần đầu tiên
được thúc đẩy bởi sự tăng trưởng theo cấp số nhân của
phương pháp này được áp dụng trong các công
lưu lượng và thuê bao di động mà còn bởi các dịch vụ và bố về 6G.
ứng dụng đột phá mới sắp xuất hiện. Bên cạnh đó, còn
8. Cung cấp cái nhìn toàn diện nhất về các công
có nhu cầu nội tại trong cộng đồng truyền thông di động
nghệ tiềm năng cho 6G, xác định số lượng công
nhằm không ngừng nâng cao hiệu quả của mạng lưới,
nghệ hỗ trợ lớn nhất từ trước đến nay. Nguyên
bao gồm hiệu quả chi phí, hiệu quả năng lượng, hiệu quả
lý, ưu điểm, thách thức và các vấn đề nghiên
sử dụng phổ tần và hiệu quả vận hành.
cứu mở của từng công nghệ được trình bày chi
tiết. Một số công nghệ được giới thiệu lần đầu
Với sự xuất hiện của các công nghệ tiên tiến như trí tuệ
tiên trong bối cảnh 6G, như chòm sao vệ tinh
nhân tạo (AI), phổ terahertz (THz) và chòm sao vệ tinh
quy mô lớn và bảo mật hậu lượng tử. Các công
quy mô lớn, mạng truyền thông có khả năng tiến hóa
nghệ bao gồm phổ tần mmWave, THz, VLC,
thành một hệ thống mạnh mẽ và hiệu quả hơn, đáp ứng
truyền thông quang không dây (OWC) và quản
tốt hơn các yêu cầu của dịch vụ hiện tại và mở ra khả
lý phổ động (DSM); mạng mềm hóa, ảo hóa,
năng cung cấp những dịch vụ đột phá chưa từng có trước
Hình 1. Ước lượng số thuê bao toàn cầu và lưu lượng thuê bao đây. từ năm 2020 đến 2030.
Trong phần này, bài báo tập trung làm rõ ba động lực
Dự kiến tổng số thuê bao băng rộng di động trên toàn
chính: i) sự tăng trưởng bùng nổ của lưu lượng di động,
cầu sẽ đạt 17,1 tỷ vào năm 2030, như minh họa trong
ii) các trường hợp sử dụng đột phá, và iii) các kịch bản
Hình 1. Cùng với đó, nhu cầu lưu lượng trung bình trên
sử dụng mới. Các động lực công nghệ sẽ được thảo luận
mỗi thuê bao cũng không ngừng tăng, chủ yếu do sự phổ chi tiết trong Phần V.
biến của các dịch vụ video di động như Youtube, Netflix
và gần đây nhất là TikTok, cũng như sự cải tiến liên tục
A. Sự tăng trưởng bùng nổ của lưu lượng di động
về độ phân giải màn hình trên thiết bị di động. Lưu
lượng phát sinh từ các dịch vụ video hiện nay chiếm
Chúng ta đang sống trong một thời đại chưa từng có khi
khoảng hai phần ba tổng lưu lượng di động [43], và dự
hàng loạt các sản phẩm thông minh, dịch vụ tương tác và
kiến sẽ ngày càng chiếm ưu thế trong tương lai.
ứng dụng trí tuệ phát triển nhanh chóng, tạo ra nhu cầu
rất lớn đối với truyền thông di động. Có thể dự báo rằng
Tại một số quốc gia phát triển, tốc độ tăng trưởng lưu
hệ thống 5G sẽ khó có thể đáp ứng được khối lượng lưu
lượng mạnh mẽ trước năm 2025 được thúc đẩy bởi các
lượng di động khổng lồ vào năm 2030 và các năm sau
dịch vụ video chất lượng cao, cùng với đó là sự gia tăng đó.
lâu dài nhờ sự thâm nhập của các ứng dụng thực tế tăng
cường (AR) và thực tế ảo (VR). Mức tiêu thụ dữ liệu
Nguyên nhân chủ yếu đến từ sự bùng nổ của các ứng
trung bình mỗi người dùng di động hàng tháng được dự
dụng video chất lượng cao, độ phân giải màn hình được
báo tăng từ khoảng 5 GB năm 2020 lên trên 250 GB vào
cải thiện liên tục, truyền thông máy-máy (M2M), dịch năm 2030 (xem Hình 1).
vụ đám mây di động, và nhiều yếu tố khác. Theo ước
tính của ITU-R năm 2015 [42], lưu lượng di động toàn
Ngoài các kết nối tập trung vào con người, số lượng thiết
cầu sẽ tăng theo cấp số nhân, đạt tới 5016 exabyte (EB)
bị M2M dự kiến sẽ tăng nhanh và chỉ đạt ngưỡng bão
mỗi tháng vào năm 2030, so với chỉ 62 EB mỗi tháng
hòa muộn nhất vào khoảng năm 2030. Ước tính số thuê
năm 2020. Báo cáo từ Ericsson năm 2019 [43] cho thấy
bao M2M sẽ đạt 97 tỷ, tăng khoảng 14 lần so với năm
lưu lượng di động toàn cầu đã đạt 33 EB mỗi tháng, xác
2020 [42]. Đây cũng là một trong những động lực then
nhận tính chính xác của ước tính ITU-R.
chốt cho sự tăng trưởng bùng nổ của lưu lượng di động trong tương lai.
Trong thập kỷ qua, số lượng điện thoại thông minh và
máy tính bảng tăng mạnh mẽ do sự phổ biến của băng
B. Các trường hợp sử dụng tiềm năng
thông rộng di động (MBB). Xu hướng này được dự báo
sẽ tiếp tục trong thập niên 2020, đặc biệt khi tỷ lệ thâm
Với sự xuất hiện của các công nghệ mới và sự tiến hóa
nhập smartphone và máy tính bảng ở nhiều quốc gia
không ngừng của các công nghệ hiện có, ví dụ như
đang phát triển vẫn chưa bão hòa. Đồng thời, các thiết bị
holography, robot học, vi điện tử, quang điện tử, trí tuệ
đầu cuối kiểu mới như thiết bị điện tử đeo được và kính
nhân tạo (AI) và công nghệ vũ trụ, nhiều ứng dụng chưa
thực tế ảo (VR) cũng nhanh chóng xuất hiện và được
từng có có thể được phát triển trong các mạng di động. người dùng chấp nhận.
Để làm rõ những đặc điểm độc đáo và xác định các yêu
cầu kỹ thuật của 6G, chúng ta dự báo một số trường hợp
sử dụng tiêu biểu như sau:
Truyền thông Holographic (HTC): So với video 3D
truyền thống sử dụng hiệu ứng thị giác hai mắt, hình ảnh
hologram thực sự có thể đáp ứng tất cả các chỉ báo thị
giác khi quan sát các vật thể 3D bằng mắt thường một
cách tự nhiên nhất. Với sự tiến bộ đáng kể của công
nghệ hiển thị holographic trong những năm gần đây,
chẳng hạn như HoloLens của Microsoft [44], việc ứng
dụng công nghệ này sẽ trở thành hiện thực trong thập kỷ
tới. Việc render hologram độ phân giải cao qua mạng di
động sẽ mang lại trải nghiệm thực sự sống động. Ví dụ,
telepresence holographic sẽ cho phép người tham gia từ
xa được chiếu dưới dạng hologram vào phòng họp hoặc
cho phép người tham gia các buổi đào tạo trực tuyến
giác, khứu giác và vị giác) để cảm nhận môi trường
tương tác với các vật thể siêu thực tế. Tuy nhiên, HTC
xung quanh, trong khi truyền thông hiện nay chỉ tập
yêu cầu băng thông rất lớn, lên đến terabit mỗi giây,
trung vào phương tiện quang học (văn bản, hình ảnh,
ngay cả khi có nén hình ảnh. Bên cạnh việc xem xét tỷ lệ
video) và âm thanh (âm thanh, giọng nói, âm nhạc). Việc
khung hình, độ phân giải và độ sâu màu trong video 2D,
tham gia của các giác quan vị giác và khứu giác có thể
chất lượng của hologram còn phụ thuộc vào dữ liệu thể
tạo ra trải nghiệm hoàn toàn nhập vai, mở ra các dịch vụ
tích như độ nghiêng, góc và vị trí. Nếu đại diện một vật
mới, ví dụ như trong ngành thực phẩm và cảm giác [6].
thể bằng hình ảnh mỗi 0.3°, một hologram hình ảnh với
Hơn nữa, ứng dụng truyền thông xúc giác sẽ đóng vai
góc nhìn 30° và độ nghiêng 10° cần một mảng 2D gồm
trò quan trọng hơn và mở rộng nhiều ứng dụng như phẫu
3300 hình ảnh riêng biệt [45]. HTC cũng yêu cầu độ trễ
thuật từ xa, điều khiển từ xa và game nhập vai. Trường
cực thấp để tạo ra sự tương tác chân thực và đồng bộ hóa
hợp sử dụng này yêu cầu độ trễ cực thấp.
chính xác giữa hàng triệu luồng dữ liệu liên quan nhằm
Bản sao kỹ thuật số (Digital Twin): Được sử dụng để tạo tái tạo hologram.
ra một bản sao ảo chi tiết của một đối tượng vật lý (hay
Thực tế Mở rộng (ER): Kết hợp giữa thực tế tăng cường
còn gọi là đối tượng thực). Bản sao phần mềm này được
(AR), thực tế ảo (VR) và thực tế hỗn hợp, ER đang bước
trang bị một loạt các đặc tính, thông tin và thuộc tính
vào các ứng dụng thực tế trong kỷ nguyên 5G, nhưng nó
liên quan đến đối tượng gốc. Sau đó, bản sao này được
vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, giống như dịch vụ video ở
sử dụng để sản xuất nhiều bản sao của đối tượng với sự
những ngày đầu của Internet di động. Để đạt được cùng
tự động hóa và trí tuệ hoàn toàn. Những triển khai ban
mức độ chất lượng hình ảnh, thiết bị ER với góc nhìn
đầu của bản sao kỹ thuật số đã thu hút sự quan tâm đáng
360° cần băng thông cao hơn nhiều so với truyền video
kể của nhiều ngành công nghiệp và nhà sản xuất. Tuy
2D. Để có trải nghiệm nhập vai lý tưởng, chất lượng
nhiên, việc triển khai đầy đủ sẽ được hiện thực hóa với
video với độ phân giải cao, tỷ lệ khung hình cao, độ sâu
sự phát triển của các mạng 6G.
màu cao và dải động rộng là cần thiết, dẫn đến nhu cầu
băng thông hơn 1.6 Gbps mỗi thiết bị [46]. Tương tự
Trí tuệ phổ biến (Pervasive Intelligence): Với sự gia tăng
như lưu lượng video đã làm bão hòa mạng 4G, sự phát
nhanh chóng của các thiết bị thông minh di động và sự
triển nhanh chóng của các thiết bị ER sẽ gặp phải hạn
xuất hiện của các thiết bị kết nối kiểu mới như robot, xe
chế về dung lượng của mạng 5G với tốc độ cực đại 20
thông minh, drone và kính VR, các dịch vụ thông minh
Gbps, đặc biệt là ở rìa cell. Ngoài băng thông, các ứng
qua không gian sẽ phát triển mạnh mẽ. Các nhiệm vụ
dụng ER tương tác như game nhập vai, phẫu thuật từ xa,
thông minh này chủ yếu dựa vào các công nghệ AI
và điều khiển công nghiệp từ xa yêu cầu độ trễ thấp và
truyền thống yêu cầu tính toán cao như thị giác máy độ tin cậy cao.
tính, định vị và bản đồ đồng thời (SLAM), nhận diện
khuôn mặt và giọng nói, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, điều
Internet xúc giác (Tactile Internet): Cung cấp độ trễ end-
khiển chuyển động, v.v. Để vượt qua các hạn chế về tính
to-end (E2E) cực thấp để đáp ứng thời gian phản hồi 1
toán, bộ nhớ, năng lượng và quyền riêng tư trên các thiết
miligiây (ms) hoặc thấp hơn, đạt đến giới hạn cảm nhận
bị di động, các mạng 6G sẽ cung cấp trí tuệ phổ biến
của con người [47]. Khi kết hợp với độ tin cậy cao, độ
theo mô hình AI-as-a-Service [14] thông qua việc sử
khả dụng cao, bảo mật cao và đôi khi là băng thông cao,
dụng tài nguyên tính toán phân tán trên điện toán đám
Internet xúc giác mở ra nhiều ứng dụng đột phá thời gian
mây, biên di động và các thiết bị cuối, đồng thời phát
thực. Nó sẽ đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực giám
triển các cơ chế huấn luyện học máy hiệu quả trong
sát thời gian thực và quản lý công nghiệp từ xa cho
truyền thông và can thiệp.
Industry 4.0 và lưới điện thông minh (Smart Grid). Ví
dụ, với các luồng video âm thanh và hình ảnh nhập vai
Giao thông và Logistics thông minh (Intelligent
từ ER hoặc truyền thông HTC, kết hợp với dữ liệu cảm
Transport and Logistics): Vào năm 2030 và xa hơn, hàng
giác xúc giác, một người vận hành có thể điều khiển
triệu phương tiện tự lái và drone sẽ cung cấp dịch vụ vận
máy móc trong một khu vực có nguy cơ sinh học hoặc
chuyển an toàn, hiệu quả và xanh cho con người và hàng
hóa học, cũng như thực hiện phẫu thuật robot từ xa bởi
hóa. Các phương tiện tự lái kết nối có yêu cầu nghiêm
các bác sĩ cách xa hàng trăm dặm [48]. Điều khiển vòng
ngặt về độ tin cậy và độ trễ để đảm bảo an toàn cho hành
kín điển hình, đặc biệt là đối với các thiết bị hoặc máy
khách và người đi bộ. Các phương tiện bay không người
móc di chuyển nhanh, có yêu cầu thời gian cực kỳ nhạy
lái, đặc biệt là đàn drone, mở ra khả năng cho một loạt
cảm, trong đó độ trễ E2E dưới 1 ms là cần thiết.
các ứng dụng chưa từng có, đồng thời cũng đặt ra các
yêu cầu đột phá đối với mạng di động.
Trải nghiệm đa giác quan (Multi-Sense Experience):
Con người có năm giác quan (thị giác, thính giác, xúc
Truyền thông trên tàu tăng cường (Enhanced OnBoard
C. Các kịch bản sử dụng
Communications): Với sự phát triển của nền kinh tế,
Hệ thống 5G được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu chất
phạm vi hoạt động của con người và tần suất di chuyển
lượng dịch vụ (QoS) đa dạng phát sinh từ một loạt các ứng
sẽ gia tăng nhanh chóng trong thập kỷ tới. Số lượng
dụng và dịch vụ ngành dọc, những điều mà các thuê bao
hành khách di chuyển bằng máy bay thương mại, máy
di động trong các thế hệ trước chưa từng gặp phải. Để định
bay trực thăng, tàu cao tốc, du thuyền và các phương
nghĩa 5G, ba kịch bản sử dụng đã được ITU-R M.2083 đề
tiện khác sẽ tăng mạnh, dẫn đến nhu cầu bùng nổ về dịch xuất lần đầu vào năm 2015 [53]:
vụ truyền thông chất lượng cao trên tàu. Dù đã có những •
Băng rộng di động nâng cao (eMBB): Hướng
nỗ lực ở các thế hệ trước cho đến 5G, việc kết nối trên
tới các ứng dụng tập trung vào con người, cung
tàu vẫn còn thiếu sót trong hầu hết các trường hợp do tốc
cấp kết nối với tốc độ dữ liệu cao cho các dịch vụ
độ di chuyển cao, chuyển vùng thường xuyên, vùng phủ
di động, nội dung đa phương tiện và dữ liệu. Kịch
sóng mạng mặt đất thưa thớt và băng thông hạn chế, chi
bản này thúc đẩy các dịch vụ và ứng dụng mới
phí cao cho truyền thông vệ tinh. Với sự phát triển của
qua các thiết bị thông minh (smartphones, máy
công nghệ phóng vệ tinh tái sử dụng và sản xuất vệ tinh
tính bảng, và thiết bị điện tử đeo được). Nó nhấn
quy mô lớn, việc triển khai chòm sao vệ tinh quy mô lớn
mạnh vào việc cung cấp vùng phủ sóng rộng lớn
như Starlink của SpaceX [50] sẽ trở thành hiện thực,
để đảm bảo truy cập liên tục và dung lượng cao
giúp cung cấp dịch vụ kết nối toàn cầu với chi phí thấp tại các điểm nóng.
và băng thông cao. Do đó, 6G được kỳ vọng sẽ trở thành •
Truyền thông độ tin cậy cao và độ trễ thấp
hệ thống tích hợp giữa mạng mặt đất, chòm sao vệ tinh
cực cao (URLLC): Đây là sự cải tiến đột phá so
và các nền tảng trên không để cung cấp dịch vụ truyền
với các hệ thống thế hệ trước chỉ tập trung vào
thông toàn cầu 3D chất lượng cao và chi phí thấp.
người dùng con người. Nó mở ra khả năng kết
nối quan trọng cho các ứng dụng mới như xe tự
Kết nối toàn cầu phổ biến (Global Ubiquitous
lái, Smart Grid và Industry 4.0, những ứng dụng
Connectability): Các thế hệ mạng di động trước chủ yếu
này có yêu cầu nghiêm ngặt về độ tin cậy, độ trễ
tập trung vào các khu vực đô thị đông đúc, đặc biệt là và khả dụng.
các kịch bản trong nhà. Tuy nhiên, một bộ phận lớn dân •
Truyền thông máy-máy mật độ cao (mMTC):
cư ở các khu vực xa xôi, thưa thớt và nông thôn vẫn
Hỗ trợ kết nối dày đặc với số lượng thiết bị kết
chưa có quyền truy cập vào các dịch vụ ICT cơ bản, tạo
nối rất lớn, thường được triển khai trong các kịch
ra một khoảng cách số lớn giữa các khu vực. Hơn nữa,
bản IoT. Các thiết bị như cảm biến có chi phí thấp,
hơn 70% diện tích Trái đất được bao phủ bởi nước, nơi
tiêu thụ điện năng thấp nhưng thường truyền tải
sự phát triển của các ứng dụng hàng hải yêu cầu có
một lượng dữ liệu nhỏ có thể chịu độ trễ.
mạng phủ sóng cho cả mặt nước và dưới nước. Tuy
nhiên, việc cung cấp vùng phủ sóng toàn cầu với dung
lượng đủ lớn, chất lượng dịch vụ (QoS) chấp nhận được
và chi phí hợp lý vẫn còn rất xa vời. Mạng mặt đất
không thể phủ sóng các khu vực xa xôi và địa hình cực
đoan như biển, sa mạc hay các vùng núi cao, trong khi
việc cung cấp dịch vụ viễn thông cho các khu vực dân
cư thưa thớt quá tốn kém. Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh
(GEO) rất tốn kém khi triển khai và dung lượng của
chúng chỉ giới hạn ở vài Gbps mỗi vệ tinh [51], chỉ phục
vụ cho các ngành công nghiệp cao cấp như hàng hải và hàng không.
Như đã đề cập, việc triển khai chòm sao vệ tinh quỹ đạo
thấp (LEO) sẽ mở ra khả năng cung cấp dịch vụ truyền
thông toàn cầu với chi phí thấp và băng thông cao [52].
Hình 2. Bên cạnh các kịch bản sử dụng 5G điển hình
Hệ thống 6G được kỳ vọng sẽ tận dụng sự kết hợp giữa
(eMBB, URLLC và mMTC), ba kịch bản nâng cao
mạng mặt đất, chòm sao vệ tinh và các nền tảng trên
có tên uMBB, ULBC và mULC được các tác giả của
không khác để hiện thực hóa kết nối toàn cầu cho người
bài báo này đề xuất cho hệ thống 6G nhằm hỗ trợ các
dùng MBB toàn cầu và các ứng dụng IoT rộng lớn.
trường hợp sử dụng và ứng dụng đột phá.
Có thể thấy rằng các kịch bản sử dụng 5G này không
thể đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của các trường hợp
sử dụng 6G đã nêu ở trên. Ví dụ, một người dùng đeo kính
VR nhẹ để chơi game nhập vai tương tác không chỉ yêu
cầu băng thông cực cao mà còn yêu cầu độ trễ thấp. Các
phương tiện tự lái trên đường hoặc drone bay cần kết nối
phổ biến với băng thông cao, độ tin cậy cao và độ trễ thấp.
Mặc dù một số công trình nghiên cứu đã thảo luận về các
kịch bản sử dụng tiềm năng cho 6G, các kịch bản được
đề xuất chỉ đơn giản là mở rộng hoặc cải tiến các kịch
bản của 5G. Các định nghĩa về kịch bản trong những bài
viết này thường mang tính tùy tiện và rời rạc, thiếu sự
làm rõ về sự phối hợp giữa các kịch bản 6G và mối quan
hệ của chúng với các kịch bản 5G.
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một phương pháp
luận toàn diện và hợp lý hơn để định nghĩa các kịch bản
6G thông qua việc mở rộng phạm vi của các kịch bản sử
dụng hiện tại, như minh họa trong Hình 2. Ba kịch bản
mới được đề xuất để đáp ứng yêu cầu của các trường hợp
sử dụng đã nêu, bao gồm các khu vực giao thoa của các
kịch bản 5G nhằm tạo thành một bộ đầy đủ. Để hỗ trợ
truyền thông trên tàu chất lượng cao và kết nối toàn cầu
phổ biến, dịch vụ MBB sẽ cần có mặt trên toàn bộ bề mặt
Hình 3. Tầm nhìn về các kịch bản triển khai và kiến trúc
Trái đất trong kỷ nguyên 6G, gọi là MBB phổ biến hoặc
cho 6G, minh họa các trường hợp sử dụng tiêu biểu và một
uMBB. Ngoài tính phổ biến, một cải tiến khác của uMBB
số yếu tố công nghệ hỗ trợ chủ chốt.
Ngoài ra, kịch bản thứ ba gọi là Truyền thông máymáy
là sự tăng cường đáng kể dung lượng mạng và tỷ lệ truyền mật độ cao và độ tin cậy cao (mULC) kết hợp đặc điểm
tải tại các điểm nóng để hỗ trợ các dịch vụ đột phá, ví dụ của cả mMTC và URLLC, sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho
như một nhóm người dùng đeo kính VR nhẹ tụ tập trong việc triển khai các cảm biến và bộ truyền động mật độ lớn
một phòng nhỏ, nơi cần băng thông lên đến vài Gbps mỗi trong các ngành công nghiệp dọc. Cùng với eMBB,
người dùng. Kịch bản uMBB sẽ là nền tảng của bản sao URLLC và mMTC, ba kịch bản mới này lấp đầy các
kỹ thuật số, trí tuệ phổ biến, truyền thông trên tàu tăng khoảng trống giữa các kịch bản và tạo thành một bộ kịch
cường và kết nối toàn cầu phổ biến, như mối quan hệ ánh bản sử dụng đầy đủ để hỗ trợ tất cả các loại trường hợp sử
xạ được minh họa trong Hình 2. Ngoài các KPIs áp dụng dụng và ứng dụng trong 6G, như minh họa trong Hình 2.
để đánh giá eMBB (chẳng hạn như tốc độ dữ liệu cực đại
Các yêu cầu về hiệu suất (KPIs) cần thiết trong thiết kế
và tốc độ dữ liệu người dùng trải nghiệm), các KPIs khác và triển khai các kịch bản sử dụng này được liệt kê trong
trở nên quan trọng không kém trong uMBB, bao gồm di Bảng 2.
động, phủ sóng và định vị, như được chỉ ra trong Bảng 2.
Truyền thông băng rộng độ tin cậy cao và độ trễ thấp
cực kỳ (ULBC) hỗ trợ các ứng dụng không chỉ yêu cầu
URLLC mà còn yêu cầu băng thông cực kỳ cao, ví dụ như
game nhập vai dựa trên HTC. Dự kiến các trường hợp sử
dụng HTC, ER, Internet xúc giác, trải nghiệm đa giác
quan, và trí tuệ phổ biến sẽ được hưởng lợi từ kịch bản này.
III. YÊU CẦU KĨ THUẬT
Để hỗ trợ tốt các trường hợp sử dụng và ứng dụng đột
phá vào năm 2030 và các năm sau đó, hệ thống 6G sẽ cần
cung cấp dung lượng, độ tin cậy, và hiệu quả vượt trội.
Giống như các yêu cầu tối thiểu đối với IMT-2020 được
xác định trong [54], một số KPIs định lượng hoặc định
tính được sử dụng để chỉ ra các yêu cầu kỹ thuật cho 6G.
Hầu hết các KPIs được áp dụng để đánh giá 5G vẫn sẽ có
giá trị cho 6G, trong khi một số KPIs mới sẽ được giới
động cao nhất mà 5G hỗ trợ là 500 km/h. Trong
thiệu để đánh giá các tính năng công nghệ mới. Tám KPIs
6G, mục tiêu là tốc độ tối đa 1000 km/h nếu xét
đầu tiên trong phần tiếp theo được xem là các yêu cầu
đến các hệ thống máy bay thương mại.
chính trong định nghĩa của 5G, được giới thiệu ngắn gọn •
Mật độ kết nối là KPI được áp dụng để đánh giá như sau:
trong kịch bản sử dụng mMTC. Với số lượng tài •
Tốc độ dữ liệu cực đại là tốc độ dữ liệu cao nhất
nguyên vô tuyến có hạn, số lượng thiết bị tối thiểu
trong điều kiện lý tưởng, trong đó tất cả các tài
với QoS thoải mái trên mỗi km2 là 10^6 trong 5G,
nguyên vô tuyến sẵn có được phân bổ hoàn toàn
dự kiến sẽ được cải thiện thêm gấp 10 lần lên
cho một trạm di động duy nhất. Đây thường là 10^7 mỗi km2.
tham số mang tính biểu tượng nhất để phân biệt •
Hiệu quả năng lượng là yếu tố quan trọng để
các thế hệ mạng di động. Được thúc đẩy bởi cả
thực hiện các mạng di động tiết kiệm chi phí và
nhu cầu người dùng và các tiến bộ công nghệ như
giảm lượng phát thải carbon tổng thể cho ICT
truyền thông THz, tốc độ dữ liệu cực đại dự kiến
xanh, đóng vai trò quan trọng từ góc độ kinh tế xã
sẽ đạt tới 1 Tbps, gấp hàng chục lần so với 5G, có
hội. Sau khi triển khai 5G, đã có một số phàn nàn
tốc độ cực đại là 20 Gbps cho tải xuống và 10
về mức tiêu thụ năng lượng cao dù hiệu quả năng Gbps cho tải lên.
lượng trên mỗi bit đã được cải thiện đáng kể so •
Tốc độ dữ liệu người dùng trải nghiệm được
với các thế hệ trước. Trong các mạng 6G, KPI này
định nghĩa là điểm phân vị thứ 5 (5%) của hàm
dự kiến sẽ tốt hơn gấp 10-100 lần so với 5G để
phân phối tích lũy của lưu lượng người dùng. Nói
cải thiện hiệu quả năng lượng trên mỗi bit trong
cách khác, một người dùng có thể có được ít nhất
khi giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng của ngành
tốc độ dữ liệu này tại bất kỳ thời điểm hoặc địa công nghiệp di động.
điểm nào với khả năng 95%. Đây là chỉ số có ý •
Hiệu quả phổ tần cực đại là KPI quan trọng để
nghĩa hơn trong việc đo lường hiệu suất cảm
đo lường sự tiến bộ của công nghệ truyền dẫn vô
nhận, đặc biệt là tại rìa cell, và phản ánh chất
tuyến. Yêu cầu tối thiểu trong 5G đối với hiệu quả
lượng thiết kế mạng như mật độ trạm, kiến trúc,
phổ tần cực đại là 30 bps/Hz đối với tải xuống và
tối ưu hóa liên-cell, v.v. Trong kịch bản triển khai
15 bps/Hz đối với tải lên. Dựa trên dữ liệu thực
5G ở khu vực đô thị dày đặc, mục tiêu của tốc độ
nghiệm, dự kiến các công nghệ vô tuyến tiên tiến
dữ liệu người dùng trải nghiệm là 100 Mbps cho
của 6G có thể đạt được hiệu quả phổ tần gấp ba
tải xuống và 50 Mbps cho tải lên. Dự kiến rằng
lần so với hệ thống 5G.
6G sẽ cung cấp ít nhất 1 Gbps, gấp 10 lần so với •
Dung lượng lưu lượng khu vực là đo lường tổng 5G.
lưu lượng di động mà một mạng có thể chứa đựng •
Độ trễ có thể được phân biệt thành độ trễ của mặt
trên mỗi đơn vị diện tích, liên quan đến băng
người dùng và độ trễ của mặt điều khiển. Độ trễ
thông có sẵn, hiệu quả phổ tần và sự dày đặc của
của mặt người dùng là thời gian trì hoãn trong
mạng. Yêu cầu tối thiểu đối với 5G là 10 Mbps
mạng vô tuyến từ khi một gói dữ liệu được gửi từ
mỗi m2, dự kiến sẽ đạt 1 Gbps/m2 trong một số
nguồn cho đến khi đích nhận được nó, giả sử trạm
kịch bản triển khai như các điểm nóng trong nhà.
di động đang ở trạng thái hoạt động. Trong 5G,
Ngoài các khả năng chính được liệt kê trên, còn có một
yêu cầu tối thiểu đối với độ trễ của mặt người số KPI mở rộng hoặc mới cần thiết để đánh giá đúng yêu
dùng là 4 ms đối với eMBB và 1 ms đối với cầu của 6G:
URLLC. Dự kiến giá trị này sẽ được giảm thêm •
Độ tin cậy liên quan đến khả năng truyền tải một
xuống còn 100 µs hoặc thậm chí 10
lượng lưu lượng xác định trong khoảng thời gian
µs. Độ trễ của mặt điều khiển là thời gian chuyển từ
xác định với xác suất thành công cao. Yêu cầu này
trạng thái "tiết kiệm năng lượng" nhất (ví dụ,
được định nghĩa để đánh giá trong kịch bản sử
trạng thái nghỉ) đến bắt đầu chuyển dữ liệu liên
dụng URLLC. Trong các mạng 5G, yêu cầu tối
tục (ví dụ, trạng thái hoạt động). Yêu cầu tối thiểu
thiểu về độ tin cậy được đo bằng xác suất thành
đối với độ trễ của mặt điều khiển là 10 ms trong
công 1−10−5 khi truyền tải một gói dữ liệu 32
5G và dự kiến cũng sẽ được cải thiện đáng kể
byte trong 1 ms với chất lượng kênh ở rìa vùng trong 6G.
phủ sóng trong kịch bản triển khai •
Di động là tốc độ di chuyển cao nhất của một
môi trường macro đô thị. Dự kiến nó sẽ được cải
trạm di động mà mạng có thể hỗ trợ với chất
thiện ít nhất hai bậc, tức là 1−10−7 hoặc
lượng trải nghiệm (QoE) chấp nhận được. Để hỗ
99.99999% trong hệ thống thế hệ tiếp theo.
trợ kịch bản triển khai của tàu cao tốc, tốc độ di •
Băng thông tín hiệu là băng thông hệ thống tối
thông tin và xác thực đảm bảo rằng các bên giao
đa có thể hỗ trợ. Băng thông này có thể được hỗ
tiếp là những gì họ nói. Bảo mật và quyền riêng
trợ bởi một hoặc nhiều sóng mang vô tuyến (RF).
tư sẽ trở thành ưu tiên cao trong việc giải quyết
Yêu cầu băng thông trong 5G là ít nhất 100 MHz,
mối quan tâm ngày càng tăng và các quy định bảo
và 6G sẽ hỗ trợ lên đến 1 GHz cho hoạt động ở
vệ quyền riêng tư như GDPR ở châu Âu.
các băng tần cao hơn hoặc thậm chí cao hơn trong •
Chi phí vốn và chi phí vận hành là yếu tố quan
truyền thông THz hoặc OWC.
trọng để đo lường khả năng chi trả của các dịch •
Độ chính xác định vị của dịch vụ định vị 5G tốt
vụ di động, ảnh hưởng trực tiếp đến thành công
hơn 10 m. Độ chính xác cao hơn có nhu cầu mạnh
thương mại của hệ thống di động. Chi phí của một
mẽ trong nhiều ứng dụng công nghiệp và ngành
nhà cung cấp dịch vụ di động có thể được chia
dọc, đặc biệt là trong môi trường trong nhà không
thành hai phần chính: chi phí vốn (CAPEX), là
thể được phủ sóng bởi hệ thống định vị vệ tinh.
chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng truyền thông, và
Với ứng dụng của trạm vô tuyến THz, có tiềm
chi phí vận hành (OPEX), là chi phí sử dụng cho
năng mạnh mẽ trong việc định vị chính xác cao,
việc duy trì và vận hành mạng lưới.
độ chính xác được hỗ trợ bởi mạng 6G dự kiến sẽ •
Do sự gia tăng mật độ mạng, các nhà cung cấp đạt mức centimet (cm).
dịch vụ di động phải đối mặt với áp lực chi phí •
Vùng phủ sóng trong định nghĩa yêu cầu 5G chủ
vốn cao. Trong khi đó, việc khắc phục sự cố mạng
yếu tập trung vào chất lượng tín hiệu vô tuyến
(bao gồm sự cố hệ thống, tấn công mạng, và suy
nhận được trong một trạm gốc duy nhất. Mất mối
giảm hiệu suất, v.v.) vẫn không thể tránh khỏi các
ghép, được định nghĩa là tổng tổn thất kênh lâu
thao tác thủ công. Một nhà cung cấp dịch vụ di
dài trên liên kết giữa trạm di động và trạm gốc,
động phải duy trì một đội ngũ vận hành với số
bao gồm lợi ích anten, mất mát đường truyền và
lượng lớn các quản trị viên mạng có chuyên môn
bóng mờ, được sử dụng để đo lường khu vực phục
cao, dẫn đến chi phí vận hành (OPEX) đắt đỏ,
vụ bởi trạm gốc. Trong các mạng 6G, phạm vi của
hiện tại gấp ba lần so với chi phí vốn (CAPEX)
“vùng phủ sóng” sẽ được mở rộng đáng kể khi
và vẫn đang tiếp tục tăng [58]. Khi thiết kế mạng
vùng phủ sóng sẽ trở thành toàn cầu và sẽ chuyển
6G, chi phí sẽ là một yếu tố quan trọng cần phải
từ chỉ phủ sóng 2D trong các mạng mặt đất sang xem xét.
3D trong hệ thống tích hợp mặt đất-vệ tinh-trên không. •
Đúng thời gian là yêu cầu hiệu suất thời gian mới
nổi cho các hệ thống truyền thông trong tương lai.
Các chỉ số điển hình của đúng thời gian bao gồm
age-of-information (AoI) [55], và các biến thể
gần đây của nó như age-of-task (AoT) [56] và
age-of-synchronization (AoS) [57]. Khác với chỉ
số độ trễ không nhớ, tập trung vào độ trễ tổng thể
của tất cả các gói dữ liệu hoặc phiên dịch vụ trong
suốt quá trình truyền tải của chúng, khái niệm
đúng thời gian nhấn mạnh sự tươi mới của dữ liệu
và dịch vụ mới nhất được gửi đến người dùng
cuối. Điều này mang lại cho hệ thống khả năng
phân biệt thời gian khởi tạo các dữ liệu/dịch vụ
lỗi thời, cũng như một bộ nhớ về trạng thái lịch
sử của nó, do đó tăng cả ảnh hưởng và độ phức
tạp trong việc lên lịch các tác vụ trong tối ưu hóa
Hình 4. So sánh định lượng các yêu cầu kỹ thuật hệ thống.
giữa 5G và 6G với tám KPI đại diện. Các đỉnh của •
Bảo mật và quyền riêng tư là cần thiết để đánh
hình lục giác bên trong đại diện cho các KPI của 5G,
giá xem mạng có đủ an toàn để bảo vệ cơ sở hạ
trong khi các đỉnh của hình bát giác ngoài đại diện
tầng, thiết bị, dữ liệu và tài sản hay không. Các
cho các KPI của 6G. Các vòng tròn đứt nét khác
nhiệm vụ bảo mật chính đối với mạng di động bao
nhau chỉ ra các giá trị theo cách số mũ thay vì theo tỷ
gồm bảo mật thông tin để ngăn ngừa thông tin
lệ tỷ lệ, trong đó giá trị trong vòng tròn lớn hơn
nhạy cảm bị lộ ra ngoài, đảm bảo tính toàn vẹn
đại diện cho một bậc “tốt hơn” so với vòng tròn nhỏ
hơn kế cận. Ví dụ, độ trễ tối thiểu của 5G được định
nghĩa là 1 ms so với 0.1 ms dự kiến trong 6G, tức là
chương trình nghiên cứu quốc gia/khu vực. ITU-R cũng
gấp 10 lần tốt hơn, trong khi tốc độ đỉnh của 6G
chịu trách nhiệm tổ chức hội nghị viễn thông vô tuyến
được kỳ vọng là 1 Tbps, gấp 50 lần so với 5G.
thế giới (WRC) để điều phối phân bổ tần số, diễn ra mỗi
Để cung cấp một phép so sánh hiệu suất định lượng
ba đến bốn năm. Trong WRC-19 tổ chức vào năm 2019,
giữa 5G và 6G, tám KPI đại diện đã được trực vấn đề phân bổ phổ cho hệ thống 5G đã được xác định.
quan hóa, như thể hiện trong Hình 4. Các KPI cần Dự kiến WRC được tổ chức vào năm 2023 (WRC-23) sẽ
thiết để đánh giá các kịch bản sử dụng 5G và 6G, thảo luận về các vấn đề phổ tần cho 6G và việc phân bổ
cùng với các công nghệ hỗ trợ việc triển khai từng phổ cho truyền thông 6G có thể sẽ được quyết định
KPI, được tổng hợp trong Bảng 2 và Bảng 5 chính thức trong WRC-27 vào năm 2027. tương ứng.
Vào đầu năm 2019, Dự án Đối tác Thế hệ Thứ Ba
(3GPP) đã hoàn thiện các đặc tả của Release 15 (Rel. 15
IV. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN VÀ CÁC CỐ GẮNG
hoặc R15), là giai đoạn đầu tiên của các tiêu chuẩn 5G.
Rel. 15 chủ yếu tập trung vào eMBB và cung cấp cơ sở
Mặc dù các cuộc thảo luận vẫn đang diễn ra trong cộng
cho URLLC, đặc biệt là hỗ trợ độ trễ thấp. Vào tháng 7
đồng không dây về việc liệu có cần thiết phát triển 6G
năm 2020, bản phát hành tiếp theo (Rel. 16) đã được
hay không và liệu có nên dừng đếm thế hệ mạng di động
hoàn thành như là giai đoạn thứ hai của tiêu chuẩn 5G
ở 5G, một số công trình tiên phong về mạng không dây
[59]. Ngoài các cải tiến cho các tính năng hiện có của
thế hệ tiếp theo đã được bắt đầu. Trong phần này, những
Rel. 15, các tính năng mới như mạng không công cộng,
tiến bộ cập nhật về nghiên cứu 6G từ các tổ chức và
radio mới (NR) không có giấy phép, định vị NR,
quốc gia đại diện được tổng hợp, trong khi một lộ trình
NRLight và truy cập tích hợp và kết nối lại (IAB) đã
sơ bộ về định nghĩa, đặc tả, chuẩn hóa và quy định cũng
được giới thiệu để hoàn toàn hỗ trợ URLLC và IoT công
được dự kiến, như được minh họa trong Hình 5.
nghiệp. Hiện nay, một phiên bản tiên tiến hơn (Rel. 17)
Vào tháng 7 năm 2018, một nhóm chuyên trách “Công
đang được chuẩn hóa bởi 3GPP và dự kiến sẽ hoàn thành
nghệ cho Mạng 2030” đã được thành lập dưới ITU-T
vào đầu năm 2021, mặc dù có sự trì hoãn do đại dịch
[6]. Nhóm này có mục tiêu nghiên cứu và rà soát các
COVID-19. Được thúc đẩy bởi nhiều bên liên quan chủ
công nghệ, nền tảng, và tiêu chuẩn hiện có để xác định
chốt từ ngành công nghiệp di động truyền thống, nhiều
các khoảng cách và thách thức hướng tới khả năng của
ngành dọc và ngành công nghiệp ngoài mặt đất, Rel. 17
các mạng vào năm 2030 và xa hơn, với sự xuất hiện của
được dự báo là bản phát hành đa năng nhất trong lịch sử
các kịch bản tiên tiến như ứng dụng holographic,
3GPP về nội dung tính năng, bao gồm NR qua các mạng
Internet xúc giác, mạng đa giác quan, và bản sao kỹ
ngoài mặt đất, NR ngoài 52.6 MHz, cải tiến NR sidelink,
thuật số (digital twin). Mặc dù nhóm chủ yếu tập trung
tự động hóa mạng, v.v. 3GPP dự kiến sẽ chuẩn hóa một
vào các mạng truyền thông dữ liệu cố định, nhưng tầm
số bản phát hành tiếp theo để phát triển hệ thống 5G, có
nhìn, yêu cầu, kiến trúc, và các trường hợp sử dụng mới
thể được gọi là 5G+ hoặc 5G Evolution. Dựa trên kinh
được xác định trong nhóm này cũng có giá trị tham
nghiệm thu được từ các thế hệ trước, 6G sẽ là một hệ
chiếu cho việc định nghĩa hệ thống di động 6G.
thống đột phá không thể phát triển theo cách tiếp cận
tương thích ngược. Do đó, 3GPP dự kiến sẽ bắt đầu
Theo dòng thời gian thực tế, ITU-R sẽ bắt đầu nghiên
nghiên cứu về 6G vào khoảng năm 2025, sau đó là giai
cứu tầm nhìn 6G và sẽ công bố yêu cầu về IMT cho năm
đoạn đặc tả, để đảm bảo việc triển khai thương mại 6G
2030 (tương tự như yêu cầu IMT-2020 được công bố vào đầu tiên vào năm 2030.
năm 2017 [54]) vào giữa những năm 2020, và sau đó sẽ
chuyển sang giai đoạn đánh giá. Xem xét các thành công
Vào tháng 10 năm 2018, Ủy ban Châu Âu đã bắt đầu tài
mà ITU đã đạt được trong sự phát triển của IMT-2000,
trợ cho các hoạt động nghiên cứu vượt ra ngoài 5G bằng
IMT-Advanced và IMT-2020, các hành động tương tự
cách mở cuộc gọi ICT-20-2019 “5G Long Term
cũng sẽ được đề xuất cho sự phát triển của IMT hướng
Evolution” trong khuôn khổ Chương trình Nghiên cứu
tới 2030 và xa hơn. Tại cuộc họp vào tháng 2 năm 2020,
và Phát triển Công nghệ Khung thứ Tám (FP8), được gọi
nhóm làm việc 5D của ITU-R đã quyết định bắt đầu
là Horizon 2020. Tám dự án như 5G-COMPLETE [60]
nghiên cứu các xu hướng công nghệ tương lai cho sự
và 5G-CLARITY [61] đã được chọn từ tổng số 66 đề
phát triển của IMT [8]. Kế hoạch là hoàn thành nghiên
xuất và bắt đầu vào đầu năm 2020. Trong cuộc gọi gần
cứu này vào cuộc họp vào tháng 6 năm 2022. Một bản
đây ICT-52-2020 “Smart Connectivity beyond 5G,” các
báo cáo dự thảo sơ bộ sẽ được phát triển và sẽ xem xét
dự án đã được chấp nhận, được chọn từ một quá trình
thông tin liên quan từ các tổ chức bên ngoài và các
đánh giá rất cạnh tranh, cho thấy rõ tham vọng của họ là
cung cấp các nỗ lực nghiên cứu sớm cho 6G. Chi tiết của
các dự án nghiên cứu ICT-20 và ICT-52 được tổng hợp
truyền thông từ không gian sử dụng phổ tần terahertz
trong Bảng 3. Trong chương trình khung nghiên cứu và cao.
đổi mới sắp tới mang tên Horizon Europe hoặc FP9, một
số lượng lớn các nỗ lực và tài trợ sẽ tập trung vào nghiên
Vào đầu năm 2020, chính phủ Nhật Bản đã thành lập
cứu và phát triển 6G và sẽ được tổ chức trong khuôn khổ
một ủy ban chuyên trách với sự tham gia của các đại
Đối tác Công-Tư “Mạng thông minh & Dịch vụ,” theo
diện từ khu vực tư nhân và học viện để thảo luận về phát
chiến lược thành công của 5G Infrastructure Public
triển công nghệ, các trường hợp sử dụng tiềm năng và
Private Partnership (5G-PPP) trong Horizon 2020. Hơn
chính sách. Nhật Bản dự định dành khoảng 2 tỷ USD để
nữa, Ủy ban Châu Âu đã công bố vào tháng 2 năm 2020
khuyến khích nghiên cứu và phát triển công nghệ 6G
chiến lược để tăng tốc đầu tư vào “Kết nối Gigabit” tại
của khu vực tư nhân. Cuối năm 2020, chính phủ Hàn
Châu Âu, bao gồm cả 5G và 6G, nhằm định hình tương
Quốc đã xác nhận kế hoạch thực hiện thử nghiệm 6G lai số của châu Âu [7].
vào năm 2026 và dự kiến chi khoảng 169 triệu USD
trong vòng năm năm để phát triển công nghệ 6G. Cuộc
Bên cạnh đó, nhiều quốc gia đã công bố và đang thực
thử nghiệm này nhằm đạt tốc độ truyền tải dữ liệu 1
hiện các kế hoạch tham vọng để khởi động các sáng kiến
Tbps và giảm độ trễ xuống còn một phần mười so với
nghiên cứu và phát triển 6G. Tại Phần Lan, Đại học
dịch vụ 5G hiện tại. Chính phủ sẽ ban đầu tập trung vào
Oulu đã bắt đầu nghiên cứu 6G tiên phong trong khuôn
sáu lĩnh vực chính (hiệu suất cực cao, băng thông cực
khổ chương trình trọng điểm của Học viện Phần Lan [9],
cao, độ chính xác cực cao, không gian cực cao, trí tuệ
gọi là “Xã hội Thông minh và Hệ sinh thái không dây
cực cao và niềm tin cực cao) để chủ động giành lấy công
6G” (6Genesis), tập trung vào một số lĩnh vực nghiên
nghệ thế hệ tiếp theo.
cứu thách thức như kết nối không dây gần như tức thời
và không giới hạn, tính toán phân tán và trí tuệ nhân tạo,
V.CÁC YẾU TỐ HỖ TRỢ CÔNG NGHỆ Để hỗ trợ
cùng với vật liệu và anten sẽ được sử dụng trong tương
tốt các trường hợp sử dụng và ứng dụng đột phá, các
lai cho các mạch và thiết bị. Sớm nhất vào năm 2016,
công nghệ tiên tiến về truyền tải, mạng và tính toán sẽ
Cơ quan Nghiên cứu Các Dự án Quốc phòng Mỹ
được phát triển và sau đó ứng dụng trong hệ thống 6G.
(DARPA), cùng với các công ty từ ngành công nghiệp
Phần này cung cấp cái nhìn toàn diện về các yếu tố hỗ
bán dẫn và quốc phòng, đã khởi động dự án hợp tác đại
trợ công nghệ 6G tiềm năng, được phân loại thành các
học về vi điện tử (JUMP), trong đó trung tâm truyền
nhóm sau: phổ tần mới gồm mmWave, truyền thông
thông và cảm biến THz hội tụ nhằm phát triển các công
THz, VLC, OWC và DSM, mạng mới bao gồm phần
nghệ cho cơ sở hạ tầng di động trong tương lai. Vào
mềm hóa và ảo hóa, chia cắt RAN, O-RAN và bảo mật
tháng 3 năm 2019, Cục Quản lý Phổ Tần của Mỹ (FCC)
hậu lượng tử, giao diện không khí mới bao gồm MIMO
đã công bố mở giấy phép thử nghiệm cho việc sử dụng
khổng lồ, IRS, CoMP, MIMO khổng lồ không cell, và
các tần số giữa 95 GHz và 3 THz cho 6G và các công
các kỹ thuật điều chế mới, kiến trúc mới cung cấp phạm
nghệ vượt qua 6G. Vào tháng 10 năm 2020, Liên minh
vi phủ sóng 3D thông qua việc tích hợp chòm sao vệ tinh
Giải pháp Công nghiệp Viễn thông (ATIS) đã công bố ra
quy mô lớn, HAP và UAV với các mạng mặt đất truyền
mắt “Next G Alliance” [62], một sáng kiến công nghiệp
thống, và mô hình mới được tăng cường bởi sự hội tụ
nhằm thúc đẩy vị thế công nghệ di động Bắc Mỹ trong
của các tài nguyên truyền thông, tính toán và lưu trữ, 6G trong thập kỷ tới.
cũng như sự tích hợp của AI, blockchain, digital twin và
các mạng di động. Nguyên lý, lợi ích, thách thức và các
Vào tháng 11 năm 2019, Trung Quốc đã chính thức khởi
vấn đề nghiên cứu mở cho mỗi công nghệ đã được xác
động công việc nghiên cứu và phát triển công nghệ 6G
định sẽ được giới thiệu.
dưới sự phối hợp của Bộ Khoa học và Công nghệ, cùng
với năm bộ ngành và các tổ chức quốc gia khác. Một A. Phổ tần mới
nhóm làm việc từ chính phủ chịu trách nhiệm quản lý và
Các mạng di động thế hệ mới cung cấp khả năng kết nối
điều phối, cùng một nhóm chuyên gia toàn diện gồm 37
vô tuyến đa dạng (heterogeneous radio access technology
chuyên gia từ các trường đại học, viện nghiên cứu và
- RAT), trong đó các RAT truyền thống với tần số vô tuyến
ngành công nghiệp đã được thành lập tại sự kiện này.
thấp và các RAT phụ thuộc vào đường truyền trực tiếp
Sau đó, đã có thông báo rằng Trung Quốc đặt mục tiêu
(LOS) như THz, VLC và OWC có thể cùng tồn tại tốt với
hoàn thiện ý tưởng phát triển 6G vào cuối năm 2020.
nhau. THz, VLC và OWC có thể xây dựng một lớp mạng
Vào tháng 11 năm 2020, Trung Quốc đã phóng vệ tinh
mới trong kiến trúc mạng truy cập vô tuyến (RAN) phân
6G thử nghiệm đầu tiên mà họ tuyên bố để kiểm tra
cấp (ví dụ: picocells), trong đó các tế bào khác nhau với
các RAT khác nhau được phủ chồng lên nhau. Ý tưởng
2) Truyền thông Terahertz (THz)
này tương tự như việc đưa mmWave vào mạng 5G.
Mặc dù hiện tại mmWave có băng tần dư thừa, nhưng
1) Sóng milimet (mmWave)
nó sẽ không đủ để giải quyết nhu cầu băng thông ngày
Công nghệ mmWave đã được giới thiệu trong radio mới càng tăng trong suốt thập kỷ tới. Nhìn về kỷ nguyên 6G,
5G và dự kiến sẽ vẫn là một thành phần thiết yếu trong các công nghệ vô tuyến hoạt động ở tần số cao hơn, chẳng
các mạng 6G trong tương lai. So với các công nghệ vô hạn như THz hoặc các băng tần quang học, dự kiến sẽ
tuyến truyền thống hoạt động dưới 6 GHz, mmWave mở đóng vai trò quan trọng trong mạng RAN thế hệ tiếp theo,
rộng đáng kể băng thông có sẵn với tần số mang mới lên cung cấp băng thông cực cao. Tương tự như mmWave,
đến 300 GHz. Băng thông mới khổng lồ này, như định lý sóng THz cũng chịu sự mất tín hiệu cao và vì vậy rất phụ
Shannon đã chỉ ra, sẽ làm tăng dung lượng kênh vô tuyến thuộc vào anten chỉ thị và kênh LOS, mặc dù cung cấp
và làm giảm nhu cầu dữ liệu cao hơn. Đồng thời, bước phạm vi phủ sóng rất hạn chế. Tuy nhiên, khi có một liên
sóng ngắn hơn cũng dẫn đến kích thước anten nhỏ hơn. kết LOS thỏa mãn, tần số mang cao mang lại băng thông
Điều này không chỉ cải thiện tính di động và khả năng tích cao hơn nhiều so với bất kỳ công nghệ truyền thống nào,
hợp của thiết bị mà còn cho phép tăng kích thước của các điều này cho phép cung cấp hiệu suất cực cao đồng thời
mảng anten, từ đó thu hẹp chùm tia [63], điều này có lợi về băng thông, độ trễ và độ tin cậy. Hơn nữa, so với các
cho các ứng dụng cụ thể như radar phát hiện và bảo mật hệ thống mmWave hoạt động ở tần số thấp hơn và các hệ
lớp vật lý. Hơn nữa, sự hấp thụ không khí và phân tử thể thống quang học không dây hoạt động ở các băng tần cao
hiện các đặc điểm thay đổi mạnh mẽ ở các tần số khác hơn, hệ thống truyền thông THz ít bị ảnh hưởng bởi các
nhau trong băng mmWave, tạo ra khả năng ứng dụng đa tác động từ khí quyển, giúp việc hình thành và theo dõi
dạng. Một mặt, độ suy giảm thấp có thể được quan sát ở chùm tia dễ dàng hơn. Điều này giúp truyền thông THz
một số băng tần đặc biệt như 35 GHz, 94 GHz, 140 GHz trở thành một giải pháp bổ sung tốt cho các công nghệ vô
và 220 GHz, cho phép truyền thông điểm-điểm dài hạn ở tuyến chính thống cho các trường hợp sử dụng cụ thể,
những tần số này; mặt khác, tổn thất lan truyền nghiêm chẳng hạn như truyền thông trong nhà và kết nối không
trọng xảy ra ở một số "đỉnh suy giảm" như 60 GHz, 120 dây hậu cần; và là một lựa chọn cạnh tranh cho các ứng
GHz và 180 GHz, có thể được khai thác cho các mạng dụng mạng vật lý ảo trong tương lai với yêu cầu QoS cực
ngắn hạn với các yêu cầu bảo mật nghiêm ngặt [63], [64]. kỳ nghiêm ngặt, chẳng hạn như VR/AR thời gian thực
Hiện nay, các nỗ lực chuẩn hóa trong lĩnh vực mmWave [70].
chủ yếu tập trung vào băng tần 60 GHz cho việc sử dụng
Hơn nữa, tần số mang cao cũng cho phép kích thước
trong nhà, ví dụ như ECMA-387 [65], IEEE 802.15.3c anten nhỏ hơn để tăng mức độ tích hợp. Dự báo [16] rằng [66], và IEEE 802.11ad [67].
có thể nhúng hơn 10.000 anten vào một trạm gốc THz duy
Cùng với những lợi ích của công nghệ mmWave, cũng nhất để cung cấp hàng trăm chùm tia siêu hẹp cùng lúc,
có những thách thức mới. Đầu tiên, băng thông rộng trong nhằm vượt qua tổn thất lan truyền cao và đạt được dung
băng mmWave và công suất truyền tải cao có thể dẫn đến lượng lưu lượng cực kỳ cao cùng với kết nối mật độ lớn,
các biến dạng tín hiệu phi tuyến nghiêm trọng, điều này mở ra các ứng dụng trong truyền thông máymáy siêu
đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao hơn đối với các mạch tích khổng lồ như Internet vạn vật mọi thứ (IoE) [71]. Tuy
hợp so với các thiết bị RF. Trong khi đó, do phạm vi truyền nhiên, mặc dù THz vượt trội hơn mmWave về nhiều mặt,
hiệu quả của mmWave, đặc biệt là ở băng tần 60 GHz, bị nó cũng đối mặt với các thách thức kỹ thuật lớn, đặc biệt
giới hạn nghiêm trọng bởi sự hấp thụ của không khí và là từ khía cạnh triển khai các mạch phần cứng thiết yếu,
phân tử, các kênh mmWave thường bị chi phối bởi đường bao gồm anten [72], bộ khuếch đại [73], và bộ điều chế.
truyền LOS. Đây là một nhược điểm chính, càng trở nên Đặc biệt, việc điều chế tín hiệu baseband vào các tần số
rõ rệt do khả năng tán xạ kém ở bước sóng ngắn này, gây mang cao này bằng mạch tích hợp đã là một thách thức
ra sự mất tín hiệu mạnh mẽ trong các tình huống có nhiều quan trọng trong việc triển khai công nghệ THz thực tế.
vật cản nhỏ như xe cộ, người đi bộ, hoặc thậm chí chính Để giải quyết vấn đề này, một nỗ lực lớn đã được thực
cơ thể người dùng [68]. Sự mất tín hiệu mạnh và phụ thuộc hiện trong suốt thập kỷ qua, dẫn đến một loạt phát triển
vào LOS cũng làm tăng độ nhạy của kênh với di động, tươi sáng, phần lớn là các hệ thống THz bán dẫn sử dụng
nghĩa là tác động của suy giảm mạnh hơn so với các băng phương pháp pha trộn tần số, như trong báo cáo [74]. Gần
tần RF. Do đó, nhu cầu quản lý di động xuất sắc trở nên đây, việc áp dụng điều chế trực tiếp không gian trong các
quan trọng hơn bao giờ hết. Thêm vào đó, trong các tình hệ thống THz cũng đã được thảo luận, nhằm trực tiếp điều
huống có nhiều liên kết chồng chéo, đặc biệt là trong môi chế tín hiệu baseband vào băng tần THz mà không cần
trường trong nhà, sự can thiệp giữa các điểm truy cập khác giai đoạn tần số trung gian.
nhau sẽ trở nên rất đáng kể, do đó cần có các phương pháp quản lý can thiệp [69].
3) Truyền thông Ánh sáng khả kiến (VLC) 4)
Truyền thông quang không dây (OWC) OWC là
VLC hoạt động trong dải tần từ 400 THz đến 800 THz.
truyền thông không dây [85] sử dụng hồng ngoại (IR),
Khác với các công nghệ RF trong dải tần THz thấp hơn sử
ánh sáng khả kiến (VLC) hoặc tia cực tím (UV) làm
dụng anten, VLC phụ thuộc vào các nguồn chiếu sáng —
phương tiện truyền tải. Đây là một công nghệ bổ sung
đặc biệt là đèn LED — và các mảng cảm biến hình ảnh
hứa hẹn cho các truyền thông không dây truyền thống
hoặc photodiode để thực hiện các bộ thu phát. Với các bộ
hoạt động trên các băng tần RF. Các hệ thống OWC hoạt
thu phát này, băng thông cao có thể đạt được dễ dàng với
động trong băng tần ánh sáng khả kiến thường được gọi
mức tiêu thụ năng lượng thấp (100 mW cho tốc độ 10
là VLC, công nghệ này đã thu hút nhiều sự chú ý gần
Mbps đến 100 Mbps) mà không tạo ra sự can thiệp điện
đây và sẽ được thảo luận riêng trong Phần V-A3. Băng
từ hoặc radio [75]. Hiệu suất năng lượng tốt, tuổi thọ dài
tần quang có thể cung cấp băng thông gần như không
(lên đến 10 năm) và chi phí thấp của các đèn LED phổ
giới hạn mà không cần sự cho phép từ các cơ quan quản
biến, cùng với quyền truy cập không có giấy phép vào phổ
lý tần số trên toàn cầu. Nó có thể được áp dụng để thực
tần, khiến VLC trở thành một giải pháp hấp dẫn cho các
hiện truy cập tốc độ cao với chi phí thấp nhờ sự sẵn có
trường hợp sử dụng nhạy cảm với tuổi thọ pin và chi phí
của các bộ phát và bộ thu quang. Vì sóng IR và UV có
truy cập, như IoT đại trà và mạng cảm biến không dây
hành vi tương tự như ánh sáng khả kiến, các rủi ro bảo
(WSN). Hơn nữa, VLC còn thể hiện hiệu suất lan truyền
mật và sự can thiệp có thể bị hạn chế đáng kể, đồng thời
tốt hơn so với các công nghệ RF trong một số tình huống
mối lo ngại về bức xạ điện từ đối với sức khỏe con
không phải mặt đất, như không gian vũ trụ và dưới nước,
người có thể được loại bỏ. OWC dự kiến sẽ có những lợi
điều này có thể trở thành một phần quan trọng trong hệ
thế rõ rệt trong các kịch bản triển khai như truyền thông
sinh thái 6G trong tương lai, như sẽ được giới thiệu trong
phương tiện trong các hệ thống giao thông thông minh, Phần V-D.
chiếu sáng hành khách trên máy bay và các thiết bị y tế
So với RF, lợi ích MIMO trong VLC, đặc biệt là trong
nhạy cảm với sự can thiệp điện từ. Mặc dù có lợi thế
các kịch bản trong nhà, là rất yếu. Điều này xuất phát từ
này, OWC vẫn gặp phải những hạn chế như tiếng ồn ánh
sự đồng nhất cao giữa các đường truyền, tức là độ đa dạng
sáng môi trường, tổn thất khí quyển, phi tuyến tính của
không gian thấp. Mặc dù sự đồng nhất này có thể giảm
đèn LED, phân tán đa đường, và lỗi hướng [86].
bớt bằng cách sử dụng các mảng đèn LED cách xa nhau Trong OWC, đèn LED hoặc diode laser (LD) được sử
[76], nhưng MIMO-VLC cũng đối mặt với thách thức dụng để chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang tại bộ
trong việc thiết kế và triển khai bộ thu: các bộ thu không phát, và bộ thu sử dụng photodiode (PD) để chuyển tín
hình ảnh cực kỳ nhạy cảm với sự căn chỉnh không gian hiệu quang thành dòng điện. Thông tin được truyền tải
với bộ phát, trong khi bộ thu hình ảnh không áp dụng cho bằng cách điều chế cường độ xung quang đơn giản
các trường hợp sử dụng đòi hỏi chi phí thấp do giá thành thông qua các phương pháp điều chế phổ biến như điều
cao [77]. Do đó, cho đến nay chưa có phương pháp MIMO chế bật-tắt (on-off keying) hoặc điều chế vị trí xung
nào được chuẩn hóa trong lớp vật lý VLC chính thống của (pulse-position modulation), cũng như các phương pháp
IEEE 802.15.7, mặc dù đã có nỗ lực kiên trì từ học thuật điều chế đa sóng mang tiên tiến như OFDM để đạt được
trong suốt một thập kỷ qua [78], [79], [80]. Vì vậy, việc tỷ lệ truyền tải cao hơn [87]. Để hỗ trợ nhiều người dùng
hình thành chùm tia trong VLC, khác với việc hình thành trong một điểm truy cập quang duy nhất, OWC có thể áp
chùm tia dựa trên MIMO trong RF, được thực hiện bằng dụng không chỉ các công nghệ phân chia điện tử như
một thiết bị quang học đặc biệt gọi là bộ điều chế ánh sáng phân chia theo thời gian, phân chia theo tần số và phân không gian (SLM) [81].
chia theo mã, mà còn sử dụng phân chia quang học như
Tương tự như các công nghệ mmWave và THz, VLC phân chia theo bước sóng [88]. Công nghệ MIMO quang
cũng phụ thuộc vào các kênh LOS, vì nó không có khả học [78] cũng được triển khai trong OWC, trong đó
năng xuyên qua và không đủ tán xạ để vượt qua các vật nhiều đèn LED và nhiều PD được sử dụng, tương tự như
cản phổ biến. Đồng thời, do các mối quan ngại về can việc sử dụng nhiều anten trong hệ thống MIMO truyền
thiệp giữa các cell liền kề và hầu hết các nguồn ánh sáng thống hoạt động trên băng tần RF.
môi trường xung quanh, các hệ thống VLC thường yêu Hệ thống quang sử dụng cảm biến hình ảnh để phát hiện
cầu anten định hướng với các chùm tia hẹp. Những yếu tố xung quang cũng được gọi là hệ thống máy ảnh quang
này khiến hệ thống VLC rất nhạy cảm với vị trí và di động học. Cảm biến hình ảnh có thể chuyển tín hiệu quang
của người dùng, dẫn đến yêu cầu theo dõi chùm tia rất cao. thành tín hiệu điện, có lợi thế trong việc triển khai dễ
Mặt khác, đặc điểm này cũng có thể được tận dụng để dàng nhờ sự phổ biến của điện thoại thông minh có gắn
mang lại lợi thế trong một số tình huống sử dụng, như độ camera. Mặt khác, OWC điểm-điểm trên mặt đất, còn
chính xác tốt hơn trong định vị trong nhà [82], và ít can gọi là truyền thông quang không gian tự do (FSO) [88],
thiệp hơn trong truyền thông phương tiện [83].
hoạt động tại băng tần gần IR. Sử dụng chùm tia laser
mạnh mẽ và có độ hội tụ cao tại bộ phát, hệ thống FSO
do không thể dành riêng các băng tần rộng của phổ tần
có thể đạt được tốc độ truyền tải dữ liệu cao, ví dụ 10
6G chỉ cho mục đích sử dụng có giấy phép (đặc biệt là
Gbps mỗi bước sóng, trên khoảng cách dài (lên đến
phổ ánh sáng khả kiến), hệ thống 6G dự kiến sẽ gặp khó
10.000 km). Nó cung cấp một giải pháp tiết kiệm chi phí
khăn trong việc đối mặt với sự can thiệp phổ quát từ các
cho nút thắt cổ chai hậu cần trong các mạng mặt đất, cho
hệ thống khác và tiếng ồn môi trường trong phần phổ
phép kết nối chéo giữa các nền tảng không gian, không
không có giấy phép của nó, những yếu tố này có sự thay
khí và mặt đất, đồng thời hỗ trợ các liên kết vệ tinh giữa
đổi mạnh mẽ và phụ thuộc vào môi trường. Do đó, các
các vệ tinh trong chòm sao LEO mới nổi. Hơn nữa, đã
hệ thống 6G phải có khả năng chọn lựa động và nhận
có sự quan tâm ngày càng lớn đối với truyền thông tia
thức phổ tần một cách hợp lý đối với tình huống tức
cực tím [89] nhờ những tiến bộ gần đây trong các bộ thời.
phát và bộ thu quang học bán dẫn cho truyền thông UV
Có rất nhiều thách thức kỹ thuật mà DSM 6G đang phải
không LOS, mang lại phạm vi phủ sóng rộng và bảo mật
đối mặt. Từ khía cạnh triển khai phần cứng, vấn đề cao.
chính là độ rộng của phổ tần mới của 6G gây khó khăn 5)
Quản lý phổ động (Dynamic Spectrum
trong việc thiết kế các bộ thu phát có khả năng nhận diện
Management) Bên cạnh việc tiếp tục khai thác các phổ
động tất cả các phổ tần [93]. Front-end của 6G phải có
chưa sử dụng ở các tần số cao hơn, có một phương pháp
khả năng thực hiện việc nhận diện phổ tần nhanh chóng
thứ hai hướng tới tầm nhìn về sự thịnh vượng băng
và hiệu quả về năng lượng trên toàn bộ băng tần rộng
thông trong 6G: cải thiện tỷ lệ sử dụng tài nguyên vô
của 6G, để cho phép nhận thức môi trường vô tuyến trực
tuyến thông qua Quản lý phổ động (DSM).
tuyến và thích ứng kịp thời với việc truy cập phổ tần. Ở
Ý tưởng của DSM có từ giao thức nổi tiếng "lắng nghe
cấp độ hệ thống, để cải thiện hiệu quả và độ an toàn của
trước khi nói" (listen-before-talk - LBT) được áp dụng
DSM, lớp vật lý CR dựa trên nhận diện phổ tần sẽ cần
trong IEEE 802.11, trong đó tất cả người dùng đều có
được hoàn thiện hơn nữa bằng cách nhận thức thông tin
quyền truy cập vào phổ tần dựa trên phương pháp kiểm
bối cảnh cấp độ mạng vật lý, để hiểu sâu hơn về môi
soát truy cập tranh giành, và một người có thể chỉ sử
trường truyền thông, bao gồm các kịch bản địa hình,
dụng băng tần khi nó không bị chiếm dụng bởi người
mẫu lưu lượng, quy định địa phương, v.v. Điều này dẫn
khác. Trong băng tần công nghiệp, khoa học và y tế
đến các thách thức ở nhiều khía cạnh nhận thức bối
(ISM) không có giấy phép, LBT đã chứng minh sự thành
cảnh, từ cung cấp dữ liệu đến quyền sở hữu dữ liệu [94].
công lớn trong việc kiểm soát sự can thiệp và va chạm. B. Mạng mới
Trong khi đó, trong băng tần có giấy phép, như báo cáo
từ FCC của Mỹ, việc sử dụng không hiệu quả phổ tần do
Để triển khai các trường hợp sử dụng đã nêu ở trên
truy cập bị quản lý đã trở thành một vấn đề lớn hơn cả
sử dụng các công nghệ hỗ trợ chủ chốt, cơ sở hạ
"sự khan hiếm vật lý của phổ tần" [90]. Thực tế này đã
tầng mạng dự kiến sẽ cần linh hoạt, thông minh và
làm gia tăng sự quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ về chủ đề
mở cho thiết bị của nhiều nhà cung cấp và đa người
chia sẻ phổ tần động kiểu LBT giữa các hệ thống khác
thuê. Để đạt được mục tiêu này, việc phần mềm hóa
nhau với RATs và ưu tiên truy cập băng tần có giấy phép
và ảo hóa mạng 6G là bước đầu tiên và quan trọng
và không có giấy phép. Được thúc đẩy bởi sự phát triển
nhất. Dựa trên kiến trúc như vậy, slicing mạng và
thành công của công nghệ vô tuyến định nghĩa bằng
phân tách tài nguyên trong cả hai lĩnh vực lõi và
phần mềm (SDR), những nỗ lực nghiên cứu này đã tạo
RAN (mạng truy cập vô tuyến) được coi là cơ chế
ra công nghệ vô tuyến nhận thức (cognitive radio - CR)
mới để giảm bớt độ phức tạp trong việc quản lý và
[91], công nghệ này đã trở nên thành thạo nhanh chóng
vận hành điều phối. Các khía cạnh này, cùng với
trong thập kỷ đầu của thế kỷ này. Kể từ kỷ nguyên LTE,
các vấn đề về bảo mật và quyền riêng tư, của mạng
CR đã trở thành một chủ đề nổi bật trong lĩnh vực mạng
di động 6G sẽ được thảo luận trong tiểu mục này. 1)
không dây để nghiên cứu DSM trong sự đồng tồn tại của
1) Phần mềm hóa và ảo hóa
các hệ thống di động có giấy phép và các công nghệ
Hầu hết các chức năng mạng của mạng lõi 5G
băng tần ISM không có giấy phép [92]. Với các hệ thống
6G trong tương lai, nhu cầu về DSM đang trở nên cấp
(5GC) và kiến trúc RAN thế hệ tiếp theo (NGRAN)
thiết hơn bao giờ hết. Một mặt, truy cập vô tuyến vào
đều được ảo hóa sử dụng công nghệ ảo hóa chức
băng tần ISM (đặc biệt là các băng tần IEEE 802.11)
năng mạng (NFV), mang lại tính linh hoạt cao để
hiện nay gần như trở thành một chức năng chuẩn của các
thích ứng với các kịch bản, yêu cầu và trường hợp
thiết bị di động chính thống, làm cho nó trở thành một
sử dụng của các hệ thống truyền thông thế hệ tiếp
giải pháp phổ biến để cung cấp thêm năng lực mạng
theo [95]. Tuy nhiên, trong thực tế, NFV phải đối
trong các kịch bản có người dùng đông đúc. Mặt khác,
mặt với một số thách thức nghiêm trọng cần phải
giải quyết, chẳng hạn như số lượng chức năng mạng
2) Chia cắt RAN (RAN Slicing)
ảo (VNFs) gia tăng, các yêu cầu khác nhau của các
Việc chia cắt kiến trúc RAN, sử dụng các công nghệ
người thuê khác nhau, việc điều phối tài nguyên của SDN và NFV, là một hướng nghiên cứu mới nổi nhằm
VNFs trong cơ sở hạ tầng chia sẻ, sự phức tạp trong
hướng tới việc điện toán đám mây, ảo hóa và tập trung
việc quản lý và vận hành điều phối, và các vấn đề
hóa tài nguyên RAN trong các mạng di động vượt ra
khác [96]. Do đó, việc phân bổ tài nguyên mạng ảo,
ngoài 5G và 6G [105]. Kiến trúc NG-RAN với khả năng
quản lý và điều phối các VNFs trong môi trường đa
nhận thức chia cắt mạng giúp các nhà cung cấp dịch vụ
người thuê yêu cầu các công cụ tiên tiến và giải
di động có thể chia cắt toàn bộ hạ tầng (hoặc một phần
pháp hứa hẹn để giải quyết, chẳng hạn như các kỹ
của nó) dựa trên các yêu cầu của người dùng cuối và các
ngành công nghiệp theo chiều dọc [106]. Việc phân loại
thuật AI [58] và các thuật toán học máy (ML) [97].
như vậy cũng có thể áp dụng cho việc chia cắt NG-RAN
Trong bối cảnh này, Nhóm Đặc tả Ngành (ISG) của
thành các mạng con eMBB, URLLC và mMTC. Tài
Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) đã
nguyên cần thiết cho ba loại chia cắt RAN này được
thành lập nhóm công tác Experiential Network
phân chia thành tài nguyên vật lý và tài nguyên ảo. Tài
Intelligence (ENI) nhằm cải thiện trải nghiệm của
nguyên vật lý được quản lý bởi hệ thống quản lý chia cắt
các nhà điều hành mạng và gia tăng giá trị cho các
mạng 3GPP [107], trong khi tài nguyên ảo được quản lý
dịch vụ do nhà cung cấp viễn thông cung cấp [98].
bởi hệ thống quản lý và điều phối ảo hóa chức năng
Mục tiêu chính của ENI là khai thác các kỹ thuật AI mạng ETSI (NFV-MANO) [108].
và ML để điều chỉnh các VNFs của các dịch vụ
Hướng tới việc chia cắt RAN hiệu quả, hiện nay một số
mạng dựa trên những thay đổi động trong yêu cầu
chức năng xử lý vô tuyến của NodeB thế hệ tiếp theo
của người dùng cuối, điều kiện môi trường và mục
(gNB) trong NG-RAN được chứa dưới dạng các VNFs
tiêu kinh doanh. Hiện tại, đặc tả của ENI đang ở
[109], cụ thể là đơn vị trung tâm (CU) và đơn vị phân
giai đoạn đầu. Cần có thêm công việc để khám phá
tán (DU), trong khi một số chức năng khác được phân
việc triển khai AI và ML trong NFV của các mạng
tán dưới dạng chức năng mạng vật lý (PNF), cụ thể là
di động vượt ra ngoài 5G và 6G. Mạng định nghĩa
đơn vị vô tuyến (RU). Các VNFs chạy trên các điểm
bằng phần mềm (SDN) được coi là một trong những hiện diện (PoPs) [110], trong khi các PNFs được triển
yếu tố hỗ trợ quan trọng nhất của mạng di động 5G,
khai trên phần cứng chuyên dụng tại các vị trí mạng di
kết hợp với khả năng NFV, chúng có thể cung cấp
động. Trong thế hệ mạng di động tiếp theo, việc ảo hóa
tính linh hoạt cao trong quản lý mạng và đạt được
hoàn toàn CU và DU, và ảo hóa một phần hoặc toàn bộ
RU, có thể mang lại một số lợi thế, chẳng hạn như nâng
hiệu quả cao trong mô-đun hóa dịch vụ [95]. Dựa
cao hiệu suất của kiến trúc RAN, triển khai các mạng
trên vai trò và hiệu suất quan trọng của SDN trong
con chia cắt RAN, giảm chi phí mạng, đơn giản hóa các
mạng di động 5G, SDN sẽ không thể thiếu trong sự
hoạt động và quản lý mạng, v.v. [111]. Vì vậy, chúng tôi
phát triển của các mạng di động vượt ra ngoài 5G
tin tưởng rằng các nghiên cứu tiếp theo là cần thiết để
và 6G, và sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong
giải quyết việc ảo hóa chức năng RU hướng tới một
việc quản lý, điều phối, kiến trúc, v.v. [14]. Mặc dù
RAN ảo hóa và nhận thức chia cắt trong các mạng di
có nhiều ưu điểm trong 5G, công nghệ SDN vẫn động 6G [112].
gặp phải một số vấn đề nghiên cứu quan trọng cần
Tập trung vào việc phân tách chức năng trong NG-RAN,
được giải quyết để khai thác tối đa tiềm năng của nó sự phân bổ hiện tại các chức năng xử lý vô tuyến qua
trong các thế hệ mạng truyền thông tương lai. Các
các thành phần gNB được thực hiện một cách tĩnh mà
thách thức chính mà SDN phải đối mặt trong kỷ
không xem xét loại mạng con RAN. Khi hỗ trợ một
nguyên 6G bao gồm nhưng không giới hạn ở: giải
lượng lớn mạng con RAN với các loại eMBB, URLLC
quyết hiệu quả vị trí tối ưu của bộ điều khiển SDN
và mMTC, kiến trúc phân tách chức năng một kích cỡ
trong các mạng tương lai [99], [100], duy trì hiệu
phù hợp với tất cả trong NG-RAN không hiệu quả về
quả các cái nhìn toàn cầu về độ động của mạng và
phân bổ tài nguyên và hiệu suất mạng [109]. Chúng tôi
trạng thái liên kết của nó [101], khai thác kỹ thuật
mạnh mẽ tin rằng một phân phối động và tùy chỉnh các
AI/ML để tự động hóa quản lý mạng [102] và điều
chức năng gNB là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu dịch
phối [103], và kỹ thuật lưu lượng với các yêu cầu
vụ của ba loại mạng con RAN đã nêu ở trên trong các
mạng tương lai. Phân phối động các chức năng gNB này
QoS nghiêm ngặt của các dịch vụ đa dạng [104].
sẽ cải thiện việc sử dụng tài nguyên vật lý và ảo, nâng
cao hiệu suất NG-RAN, và duy trì mức độ cách ly và tùy
chỉnh đáng kể giữa các mạng con RAN của các loại khác
nhau trong khi xem xét các chỉ số của các thỏa thuận
trừu tượng hóa từ các tài nguyên vật lý cơ sở có thể dễ
chất lượng dịch vụ giữa nhà cung cấp dịch vụ di động và
dàng được tạo ra, triển khai, cấu hình và ngừng sử dụng. người thuê [113].
Do đó, môi trường ảo hóa và tài nguyên ảo không chỉ
NG-RAN được kỳ vọng sẽ hỗ trợ một lượng lớn các
mang lại tính linh hoạt cho kiến trúc O-RAN, mà còn
mạng con chia cắt RAN. Mỗi loại mạng con chia cắt
giảm chi phí CAPEX/OPEX và tiêu thụ năng lượng đối
RAN sẽ đáp ứng các yêu cầu dịch vụ của một loại
với các mạng truyền thông 6G.
trường hợp sử dụng của một người thuê duy nhất. Tuy
Mặc dù O-RAN mang lại sự linh hoạt và khả năng tương
nhiên, có một số lượng lớn các ngành công nghiệp theo
tác cho các nhà cung cấp dịch vụ di động, nhưng nó
chiều dọc – chẳng hạn như ô tô, sản xuất, lưới điện và
cũng gặp phải một số vấn đề quan trọng cần nghiên cứu
các ngành khác – bao gồm nhiều trường hợp sử dụng
thêm để hoàn thiện công nghệ này trong các mạng di
[111]. Việc cung cấp các mạng con chia cắt RAN cho
động tương lai, chẳng hạn như sự hội tụ giữa công nghệ
nhiều trường hợp sử dụng của các ngành công nghiệp
của các nhà cung cấp khác nhau và các nhà khai thác
theo chiều dọc là một vấn đề nghiên cứu quan trọng cần
khác nhau trên cùng một nền tảng, việc hài hòa các
được giải quyết trong các mạng di động thế hệ tiếp theo.
khuôn khổ quản lý và điều phối khác nhau để mang lại
Một phần quan trọng của vấn đề nghiên cứu này là thiết
QoE nâng cao, thiếu các tiêu chuẩn để xác minh và xử lý
kế một khuôn khổ kiến trúc rộng rãi cho lĩnh vực RAN
các vấn đề hiệu suất liên quan đến mạng, và các vấn đề
6G để hỗ trợ các mạng con chia cắt RAN cho các ngành
khác. Để vượt qua những thách thức này, các nhà nghiên
công nghiệp đa trường hợp sử dụng. Khuôn khổ quản lý
cứu từ ngành công nghiệp và học viện cũng cần tham gia
và điều phối này sẽ quản lý hiệu quả CU, DU và RU của
vào phân tích lý thuyết và triển khai thực tế công nghệ
các mạng con RAN cho từng ngành theo từng trường
này hướng tới một RAN mở và thông minh cho các
hợp sử dụng trong RAN 6G bằng cách sử dụng AI và mạng di động 6G. ML.
3) Mạng RAN Mở (Open-RAN)
4) Bảo mật hậu lượng tử
Các khái niệm chính của O-RAN, bao gồm tầm nhìn,
Trong các hệ thống truyền thông 5G, bảo mật và quyền
kiến trúc, giao diện, công nghệ, mục tiêu và các khía
riêng tư được coi là các yếu tố quan trọng nhất để đảm
cạnh quan trọng khác, lần đầu tiên được giới thiệu bởi
bảo sự liên tục trong kinh doanh. Vấn đề này thậm chí
liên minh O-RAN trong một tài liệu trắng [114]. Liên
đã được nâng lên tầm quốc tế, ví dụ, một số quốc gia
minh O-RAN sau đó đã nghiên cứu sâu hơn các trường
đang đề xuất các biện pháp trừng phạt để cấm phần cứng
hợp sử dụng khai thác kiến trúc O-RAN để chứng minh
và phần mềm 5G từ một số nhà cung cấp, với lý do "bảo
khả năng của nó trong hành vi thời gian thực trong
vệ các mạng lưới và công dân của họ." Tập trung vào
[115]. Mục tiêu chính của việc mở và trí tuệ trong kiến
khía cạnh kỹ thuật của bảo mật 5G, cùng với thiết bị
trúc RAN là xây dựng một mạng vô tuyến có hiệu quả
người dùng, sự gia tăng các mô hình kinh doanh và đổi
tài nguyên, tiết kiệm chi phí, điều khiển bằng phần mềm,
mới như các ngành công nghiệp theo chiều dọc, nhà
ảo hóa, nhận thức chia cắt, tập trung, mã nguồn mở,
cung cấp dịch vụ mạng ảo di động và đa người thuê, đã
phần cứng mở, thông minh, và do đó linh hoạt và động
tạo ra gánh nặng cho việc triển khai thương mại các
hơn bất kỳ thế hệ mạng di động nào trước đây. Để thực
mạng 5G. Ví dụ, các dịch vụ truyền thông loại mMTC
hiện điều này, cộng đồng nghiên cứu đã giới thiệu việc
yêu cầu các thành phần bảo mật nhẹ trong khi các dịch
sử dụng các kỹ thuật AI và ML trên từng lớp của kiến
vụ loại eMBB và URLLC đòi hỏi các cơ chế bảo mật
trúc RAN để đáp ứng các yêu cầu của mạng biên dày
hiệu quả cao. Một ví dụ khác là khía cạnh đa người thuê,
đặc trong các hệ thống truyền thông di động vượt ra
điều này có nghĩa là thiếu một máy chủ xác thực trung ngoài 5G và 6G.
tâm, do đó, danh tính của người thuê phải được xác nhận
Bằng cách mở rộng RAN từ môi trường của một nhà
bằng cách phân tán hoặc hợp tác. Dự kiến rằng các hệ
cung cấp đơn lẻ sang một cấu trúc điều khiển phân cấp
thống 6G sẽ gặp phải những vấn đề bảo mật thách thức
tiêu chuẩn hóa, mở, đa nhà cung cấp và được hỗ trợ bởi
hơn so với hệ thống 5G hiện tại. Nhiều cơ chế tiên tiến
ML và AI, điều này cho phép các bên thứ ba và các nhà
đang được nghiên cứu để đáp ứng yêu cầu về bảo mật và
cung cấp dịch vụ di động triển khai động các ứng dụng
quyền riêng tư trong các mạng thế hệ tiếp theo, chẳng
sáng tạo và dịch vụ mới không thể triển khai hoặc hỗ trợ
hạn như bảo mật E2E, xác thực phân tán và phát hiện
trong các kiến trúc RAN truyền thống. Thêm vào đó,
xâm nhập dựa trên học sâu.
ORAN được xây dựng trên kiến trúc tham chiếu
Để đảm bảo bảo mật E2E cho 6G, việc triển khai các kỹ
NFVMANO do ETSI đề xuất, sử dụng các thành phần
thuật AI có thể đóng vai trò quan trọng trong thiết kế,
phần cứng thương mại có sẵn, các kỹ thuật ảo hóa và
triển khai và tối ưu hóa các giao thức bảo mật để bảo vệ
phần mềm. Các máy ảo (hoặc các tài nguyên ảo) được
mạng, thiết bị người dùng và các ngành công nghiệp
theo chiều dọc khỏi các truy cập và mối đe dọa không
Hơn nữa, một công nghệ lượng tử khác gọi là truyền
hợp pháp. Để đảm bảo sự tin cậy giữa các tham gia giao
thông lượng tử [119] có thể nâng cao đáng kể mức độ
tiếp, việc xác thực phân tán liên quan đến việc người
bảo mật của truyền tải dữ liệu, điều này có thể có tiềm
dùng xác thực với gNB, và giữa các chức năng mạng
năng ứng dụng trong các mạng 6G. Theo các định lý của
(RU, DU và CU), sẽ được thiết kế bằng cách tận dụng
vật lý lượng tử, nếu một kẻ nghe lén đo lường trạng thái công nghệ blockchain.
chồng chập của các hạt, thường là photon của ánh sáng
Ngoài những mối đe dọa truyền thống, sự xuất hiện của
để truyền tải dữ liệu qua sợi quang, trạng thái lượng tử
máy tính lượng tử đặt ra một thách thức lớn đối với bảo
siêu mỏng của chúng sẽ "sụp đổ" thành 1 hoặc 0. Vì một
mật mạng. Các hệ thống mật mã hiện tại có thể chia
hạt mang qubit không thể tách rời, kẻ nghe lén không thể
thành hai loại: mật mã đối xứng và bất đối xứng [116].
sao chép chúng. Điều này có nghĩa là kẻ nghe lén không
Mật mã đối xứng chia sẻ một khóa bí mật chung giữa hai
thể làm giả qubit mà không để lại dấu vết rõ ràng về hoạt
bên giao tiếp, và một thông điệp được mã hóa ở người
động của mình. Lý thuyết cho thấy truyền thông lượng
gửi và giải mã ở người nhận bằng khóa này. Một ví dụ
tử có thể cung cấp bảo mật tuyệt đối và cung cấp các
điển hình về mật mã đối xứng được sử dụng rộng rãi
giải pháp mới cho các yêu cầu bảo mật cao mà các hệ
hiện nay là tiêu chuẩn mã hóa nâng cao (AES), đã được
thống truyền thông truyền thống không thể thực hiện
Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) chuẩn [120].
hóa vào năm 2001 cho tính bảo mật và toàn vẹn. Quá
C. Giao diện không gian mới
trình tìm kiếm tất cả các khóa có thể thực hiện có thể
Sự kết hợp giữa OFDM và các mảng anten MIMO kích thước
được tăng tốc đáng kể bởi thuật toán Grover, làm cho
nhỏ đã thống trị thế giới mạng truy cập vô tuyến di động trong
các hệ thống mật mã này không còn an toàn khi máy
suốt kỷ nguyên 4G, và vẫn tiếp tục thể hiện sự ưu thế của
tính lượng tử xuất hiện. Trong hệ thống mật mã bất đối
mình trong những tiến bộ gần đây của 5G. Tuy nhiên, như đã
xứng, một khóa công khai được sử dụng để mã hóa
thấy trong Phần V-A, bước tiến lớn hướng tới tần số mang
thông điệp bởi bất kỳ ai trong khi chỉ chủ sở hữu của
ngày càng cao đang "vắt kiệt" tiềm năng kỹ thuật cuối cùng từ
khóa riêng tương ứng mới có thể giải mã các thông điệp
giao diện không khí này. Đối mặt với những thách thức mới
đã mã hóa. Các phương pháp khóa công khai cũng được
như tổn thất lan truyền cao và đa dạng kênh không LOS thấp,
sử dụng để thực hiện chữ ký số, trong đó chữ ký được
các công nghệ mới nổi khác được kỳ vọng sẽ đóng vai trò
tạo ra từ khóa riêng trong khi mọi người có thể sử dụng
quan trọng trong sự tiến hóa của giao diện không khí thế hệ
khóa công khai để xác thực chữ ký này. Các phương
tiếp theo, có khả năng khai thác tối đa lợi thế của phổ tần mới
của 6G và hỗ trợ các trường hợp sử dụng trong tương lai với
pháp mật mã bất đối xứng hiện nay như Rivest-
các yêu cầu hiệu suất cực kỳ cao. Sự tiến hóa này chủ yếu dự
ShamirAdleman (RSA), hệ thống mật mã đường cong
kiến sẽ tạo ra một số sự thay đổi và mở rộng đáng kể thông
elliptic (ECC) và thuật toán chữ ký số (DSA) đều dựa
qua MIMO: từ kích thước nhỏ đến kích thước khổng lồ, từ
trên độ khó của việc giải quyết một số vấn đề lý thuyết
anten chủ động đến bề mặt phản xạ thụ động, từ lớp vật lý đến
số như phân tích thừa số nguyên và logarithm rời rạc.
lớp mạng. Các phương pháp điều chế và phân chia kênh mới,
Tuy nhiên, nhà toán học Peter Shor [117] đã chỉ ra rằng
như các bổ sung, cũng đang xuất hiện trong thập kỷ tới.
máy tính lượng tử có thể giải quyết những vấn đề này
1) MIMO Khổng lồ (Massive MIMO)
một cách hiệu quả, khiến tất cả các phương pháp mật mã
Trong các mạng di động truyền thống, MIMO được chia thành
công khai này hoàn toàn bị phá vỡ.
hai loại: MIMO điểm-điểm và MIMO người dùng đa (multi-
Mặc dù vẫn chưa rõ khi nào máy tính lượng tử thực tiễn
user MIMO). Trong loại đầu tiên, nhiều anten được lắp đặt cả
sẽ có sẵn, nhưng những tiến bộ gần đây trong công nghệ
ở thiết bị người dùng và trạm gốc, tuy nhiên một thiết bị người
dùng chỉ được phục vụ trong một thời điểm. Trong loại thứ
lượng tử cho thấy sự cấp bách trong việc nghiên cứu bảo
hai, một mảng anten được lắp đặt tại trạm gốc cung cấp kết
mật hậu lượng tử cho các mạng truyền thông. Do các
nối cho nhiều thiết bị người dùng trong khu vực phủ sóng
mạng 6G dự kiến sẽ được triển khai vào khoảng năm
tương ứng của nó. Để tăng cường trải nghiệm người dùng,
2030 và sẽ tồn tại trong nhiều thập kỷ, các mối đe dọa
tăng thông lượng và nâng cao hiệu quả phân chia kênh thống
dài hạn từ máy tính lượng tử có thể cần được xem xét
kê, khái niệm MIMO khổng lồ (massive MIMO) đã được giới
nghiêm túc trong quá trình thiết kế và triển khai hệ thống
thiệu nhằm giải quyết các hạn chế của MIMO người dùng đa
6G. Do đó, nghiên cứu và phát triển các thuật toán mật
truyền thống [95]. Kể từ đó, massive MIMO đã được xem là
mã chống lại lượng tử, còn gọi là mật mã hậu lượng tử,
một trong những yếu tố hỗ trợ quan trọng của các hệ thống
sẽ đóng vai trò quan trọng đối với sự thành công của 6G.
truyền thông không dây truyền thống. Ngoài ra, MIMO khổng
Theo khuyến nghị ban đầu của NIST [118], các phương
lồ cũng được kỳ vọng sẽ mang lại sự gia tăng đáng kể trong
dung lượng hệ thống, tăng hiệu quả phân chia kênh thống kê,
pháp mật mã dựa trên mạng lưới, mã hóa, băm và đa
hiệu quả phổ tần, giảm CAPEX/OPEX, giảm tiêu thụ năng
thức đa biến có thể được sử dụng trong kỷ nguyên lượng
lượng, và nhiều lợi ích khác trong các mạng di động vượt ra tử.
ngoài 5G và 6G. Để triển khai MIMO khổng lồ thương mại,
nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã cấu hình trạm gốc với 64 chuỗi
trưởng thành để mô hình hóa chính xác và ước tính các kênh
thu phát hoàn toàn kỹ thuật số, điều này đã chứng minh tính
và bề mặt phản xạ, đặc biệt là trong phạm vi gần.
khả thi trong các mạng di động 5G [121]. Những triển khai
Hơn nữa, việc triển khai thương mại chỉ có thể thực hiện sau
này đã chứng minh rằng các giới hạn do ô nhiễm sóng mang
khi giải quyết các vấn đề kinh doanh, vì IRS phụ thuộc vào
(pilot contamination) đã được giải quyết và các phương pháp
các đánh giá bên ngoài như các tòa nhà không thuộc sở hữu
xử lý tín hiệu liên quan đã được phát triển và triển khai để cải
của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông (MNO). Do đó, điều
thiện hiệu quả phổ tần. Để mở đường cho việc hiện thực hóa
này đòi hỏi phải thiết kế cẩn thận và chuẩn hóa khuôn khổ
MIMO khổng lồ trong các mạng di động vượt ra ngoài 5G và
cung cấp các giao diện thiết yếu, thỏa thuận và giao thức tín
6G, các tác giả trong [121] và [33] đã nêu ra một số thách thức
hiệu, để các nhà cung cấp dịch vụ 6G có thể tiếp cận rộng rãi
nghiên cứu, bao gồm (i) triển khai các mảng anten cực lớn; (ii)
và khai thác các vật thể được trang bị IRS trong các lĩnh vực
hạn chế trong dự báo kênh; (iii) triển khai thích ứng thông công cộng và tư nhân.
minh theo môi trường; (iv) giới hạn cơ bản của truyền thông
3) Truyền thông MIMO phối hợp (Coordinated Multi-
vô tuyến với MIMO holographic khổng lồ; (v) định vị sáu Point and Cell-Free)
chiều; và (vi) radar MIMO quy mô lớn. Những vấn đề nghiên
CoMP (Truyền thông MIMO phối hợp) đề cập đến một
cứu này mở ra cơ hội cho các nhà nghiên cứu trong học viện,
nhóm công nghệ cho phép nhiều điểm truy cập phục vụ
ngành công nghiệp và các tổ chức chuẩn hóa tập trung sự chú
nhiều trạm di động cùng lúc, từ đó mạng có thể thực
ý vào việc cải tiến MIMO khổng lồ trong thế hệ mạng truyền thông tiếp theo.
hiện MIMO mạng, giúp tăng cường đa dạng không gian
2) Bề mặt phản xạ thông minh (Intelligent Reflecting
trên nền các phương pháp MIMO lớp vật lý cổ điển. Vì Surfaces)
vậy, nó còn được gọi là MIMO mạng hoặc MIMO hợp
Trong khi việc giải phóng một băng thông đáng kể để hỗ trợ
tác. CoMP ban đầu được giới thiệu bởi 3GPP trong
thông lượng cao, việc sử dụng các băng tần tần số cao trên 10
Release 11 [124] cho các hệ thống LTE Advanced. Với
GHz cũng mang lại những thách thức mới, chẳng hạn như tổn
những chứng cứ gần đây về khả năng của nó trong việc
thất lan truyền cao hơn, tán xạ thấp hơn và nhiều sự cản trở
giảm thiểu can thiệp giữa các cell trong tải xuống và
hơn. Trong dải tần mmWave, MIMO khổng lồ đã chứng minh
phát hiện người dùng chung trong tải lên, CoMP được
hiệu quả trong việc thực hiện beamforming chủ động để cung
kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong 5G [125].
cấp độ lợi anten cao nhằm vượt qua tổn thất kênh. Tuy nhiên,
Trong kỷ nguyên 6G sắp tới, đối với phổ tần mới trên 10
khả năng của nó có thể không đủ cho phổ tần mới của 6G, như
đã thảo luận trước đó trong Phần V-A3. Trong số tất cả các
GHz, các công nghệ CoMP tận dụng sự đa dạng cấp
giải pháp ứng viên để nâng cao các phương pháp
trạm gốc sẽ trở thành một bổ sung quan trọng cho đa
beamforming hiện tại, công nghệ Bề mặt phản xạ thông minh
dạng không gian cấp anten truyền thống, vì khả năng
(IRS) đã được xem là triển vọng cho các mạng di động 6G.
này có thể bị giảm thiểu bởi hiện tượng cản trở mật độ
Bề mặt phản xạ thông minh, hay còn gọi là bề mặt thông minh
trong các băng tần tần số cao.
có thể cấu hình lại (RIS) [122], bao gồm một loạt các vật liệu
Hơn nữa, vì CoMP thường yêu cầu mỗi thiết bị người
có thể lập trình và tái cấu hình có khả năng thay đổi các đặc
dùng (UE) duy trì nhiều kết nối đồng thời với các điểm
điểm phản xạ vô tuyến của chúng một cách thích ứng. Khi
truy cập khác nhau (ngay cả khi chúng sử dụng cùng
được gắn vào các bề mặt môi trường như tường, kính, trần,
một RAT), nó mở ra khả năng của một kiến trúc RAN
v.v., IRS cho phép biến các phần của môi trường vô tuyến
"không cell", nơi nhiều điểm truy cập đơn anten phân bố
thành các bộ phản xạ thông minh có thể tái cấu hình, được gọi
là môi trường vô tuyến thông minh (SRE) [123], và từ đó khai
trên khu vực phủ sóng được kết nối với một đơn vị xử lý
thác chúng cho một beamforming thụ động có thể cải thiện
trung tâm, cùng phục vụ tất cả các UE thông qua truyền
đáng kể độ lợi kênh, với chi phí triển khai và tiêu thụ năng
dẫn đồng bộ theo kiểu CoMP [126]. Nghiên cứu gần đây
lượng thấp hơn so với các mảng anten MIMO khổng lồ chủ
đã chỉ ra rằng MIMO khổng lồ không có cell có thể vượt
động. Hơn nữa, khác với các mảng anten mà phải đủ nhỏ gọn
trội hơn MIMO di động truyền thống trong khi giảm
để tích hợp, SRE được triển khai trên các bề mặt có kích thước
thiểu tín hiệu truyền tải ở mặt tiền (fronthaul) [127].
lớn cách xa các thiết bị người dùng (UEs), giúp dễ dàng thực
Như một sự đánh đổi cho lợi ích hiệu suất có được từ
hiện beamforming chính xác với các chùm tia siêu hẹp, điều
tính chất giải mã hợp tác của CoMP, công nghệ này cũng
này đặc biệt cần thiết cho các ứng dụng như bảo mật lớp vật
phải đối mặt với một số thách thức kỹ thuật chính do lý.
cùng nguyên nhân. Đầu tiên, hiệu suất của CoMP phụ
Hơn nữa, khác với các mảng anten MIMO chủ động phải được
triển khai đặc biệt cho từng RAT riêng lẻ, cơ chế phản xạ thụ
thuộc rất nhiều vào việc nhóm các trạm gốc hợp tác, vì
động mà IRS dựa vào có thể hoạt động gần như phổ quát cho
vậy một cơ chế phân nhóm phù hợp cần phải được tìm
tất cả các tần số RF và quang học, điều này đặc biệt có lợi về
ra, điều này đã là trọng tâm nghiên cứu trong những năm
chi phí cho các hệ thống 6G hoạt động trong phổ tần cực rộng.
qua [128]. Thứ hai, việc đồng bộ hóa giữa các trạm gốc
Mặc dù IRS thể hiện tính cạnh tranh kỹ thuật lớn trong bối
hợp tác phải được thực hiện mà không có sự can thiệp
cảnh phổ tần mới của 6G, nhưng nó vẫn thiếu các kỹ thuật
giữa các sóng mang và giữa các ký tự [129]. Việc ước
tính kênh và cân bằng cũng phải được thực hiện một
cách đồng bộ giữa các trạm gốc, điều này làm tăng đáng
Do các hệ thống 6G dự kiến sẽ phải quản lý một lượng
kể độ phức tạp tính toán.
lớn các liên kết đồng thời, chẳng hạn như trong kịch bản
4) Điều chế mới (New Modulation)
mMTC và các mở rộng tương lai của nó, các giải pháp
Mạng LTE-Advanced (LTE-A) của 3GPP được triển
NOMA tỏ ra rất triển vọng vì chúng cung cấp hiệu quả
khai dựa trên công nghệ phân chia tần số trực giao đa
băng thông cao hơn so với các phương pháp OMA. Các
truy nhập (OFDMA) [130], đây là một ví dụ điển hình
nghiên cứu gần đây cũng đã chỉ ra rằng NOMA có thể
của công nghệ truy nhập đa tuyến trực giao (OMA),
được khai thác hiệu quả trong phổ tần mới, bao gồm
ngăn cấm việc chia sẻ khối tài nguyên vật lý (PRB) giữa
mmWave, THz và các tần số quang học. Thêm vào đó,
nhiều người dùng. So với CDMA, công nghệ được triển
khi triển khai cùng với CoMP, NOMA đã chứng minh
khai trong các hệ thống 3G, OFDMA cho thấy sự vượt
khả năng vượt trội hơn CoMP-OMA cả về hiệu quả năng
trội rõ rệt trong việc chống lại sự suy giảm đa đường
lượng và hiệu quả phổ tần.
thông qua phương pháp điều chỉnh kênh đơn giản và
Vì hoàn toàn dựa vào việc loại bỏ sự can thiệp liên tiếp
mạnh mẽ dựa trên sóng mang. Hơn nữa, khi kết hợp với
(successive interference cancellation), NOMA có độ
MIMO, OFDMA có khả năng vượt trội hơn CDMA về
phức tạp thiết kế bộ thu cao hơn rất nhiều so với OMA,
hiệu suất phổ tần. Tuy nhiên, hiệu suất đầy đủ của
và độ phức tạp này tăng theo cấp số mũ hoặc thậm chí
MIMO-OFDMA phụ thuộc rất nhiều vào mã hóa MIMO
theo cấp số bậc với số lượng người dùng. Đặc biệt, trong
và ánh xạ tài nguyên, những yếu tố này phải được điều
một số tình huống yêu cầu giải mã hợp tác giữa các UE
chỉnh chính xác theo điều kiện kênh để đạt được tối ưu.
khác nhau, các giao diện D2D cụ thể phải được dành
Khi kích thước của MIMO tăng lên, từ tối đa 8×4 trong
riêng cho chức năng này, và các vấn đề về bảo mật/niềm
LTE-A dần dần lên hơn 256×32 của MIMO khổng lồ, và
tin cũng cần được xem xét, để cho phép triển khai
cuối cùng đến MIMO siêu khổng lồ trong tương lai (ví NOMA trong 6G.
dụ, 1024×64), độ phức tạp của việc điều chỉnh D. Kiến trúc mới
MIMOOFDMA sẽ tăng lên rất nhiều.
Trong khi đó, để đáp ứng nhu cầu hỗ trợ di động cao hơn
Cho đến nay, tất cả các hệ thống di động truyền thống và
– điều này có nghĩa là sự thay đổi fading mạnh mẽ hơn –
hiện tại đều được thiết kế chủ yếu dựa vào các trạm gốc
ràng buộc về độ trễ tính toán đối với quá trình điều chỉnh
mặt đất. Đối với các khu vực biển, đại dương, cũng như
trực tuyến này cũng trở nên nghiêm ngặt hơn. Để đối
các khu vực địa hình hoang dã, nơi việc phủ sóng mạng
phó với những thách thức này, một kiến trúc mới của các
di động mặt đất là không khả thi hoặc gặp khó khăn về
bộ thu phát MIMO-OFDMA sử dụng AI đã được đề xuất
mặt kinh tế, vệ tinh từ lâu đã là giải pháp truyền thông
cho các hệ thống 6G tương lai, dựa vào các kỹ thuật AI
phổ biến nhất. Hướng tới mục tiêu nâng cao tỷ lệ phủ
để giải quyết hiệu quả vấn đề điều chỉnh MIMO trực
sóng, việc triển khai hạ tầng ngoài mặt đất như một phần
tuyến và ánh xạ tài nguyên [16]. Bên cạnh sự phát triển
của mạng 6G đang được xem là một chủ đề mới nổi,
thêm trong công nghệ OFDMA, các công nghệ truy
được gọi là mạng tích hợp không gian và mặt đất
nhập đa tuyến không trực giao (NOMA) cũng đang được
(ISTN). Một ISTN dự kiến sẽ bao gồm ba lớp: lớp mặt
xem xét rộng rãi như một giải pháp cho các thách thức
đất được xây dựng bởi các trạm gốc mặt đất, lớp trên
mới trong các mạng truyền thông di động thế hệ tiếp
không được hỗ trợ bởi HAP (Nền tảng ở độ cao lớn) và
theo. Trái ngược với OMA, NOMA cho phép nhiều
UAV (Máy bay không người lái), và lớp không gian
người dùng sử dụng cùng một PRB, điều này có thể đạt
được triển khai bởi các vệ tinh. Một tầm nhìn về kiến
được thông qua việc giảm thiểu sự can thiệp giữa các
trúc cho các hệ thống 6G, với các trường hợp sử dụng
người dùng. Các phương pháp NOMA có thể được chia
tiêu biểu và các công nghệ hỗ trợ chủ chốt, được minh
thành hai loại chính, là NOMA theo miền công suất (PD- họa trong Hình 3.
NOMA) và NOMA theo miền mã hóa (Code-domain
1) Chòm sao vệ tinh quy mô lớn Cho đến nay, phạm
NOMA). Trong khi PD-NOMA được đề xuất gần đây và
vi phủ sóng của các mạng mặt đất chỉ mới đạt được một
thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu trong bối cảnh 5G
phần nhỏ của toàn bộ bề mặt Trái đất. Đầu tiên, về mặt
[131], NOMA theo miền mã hóa có lịch sử lâu dài trong
kỹ thuật, không thể lắp đặt các trạm gốc mặt đất để cung
các hệ thống truyền thống (ví dụ, CDMA trong 3G), và
cấp phạm vi phủ sóng quy mô lớn ở các khu vực biển và
cung cấp một lựa chọn thay thế cho PD-NOMA với
sa mạc [51]. Thứ hai, việc phủ sóng các địa hình cực
nhiều biến thể khác nhau, chẳng hạn như truy nhập mã
đoan, ví dụ như khu vực núi cao, thung lũng và vách đá,
hóa trellis (TCMA) [132], truy nhập phân chia xen kẽ
là rất khó khăn, trong khi việc sử dụng mạng mặt đất để
(IDMA) [133], truy nhập chia sẻ người dùng (MUSA)
cung cấp dịch vụ cho các khu vực dân cư thưa thớt
[134], truy nhập phân chia mẫu (PDMA) [135], và truy
không hiệu quả về mặt chi phí. Thêm vào đó, các mạng
nhập mã hóa sparse (SCMA) [136].
mặt đất rất dễ bị tổn thương bởi các thảm họa thiên

Khảo sát toàn diện về mạng 6G: Động lực, công nghệ và tương lai môn Thông tin di động | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tài liệu liên quan:

Đồ án môn học: Tìm hiểu quá trình phát triển thông tin di động từ 1G đến 4G môn Thông tin di động | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Đề thi và đáp án môn Thông tin di động | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

The cellular concept — System design fundamentals môn Thông tin di động | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Báo cáo Hệ thống Mimo môn Thông tin di động | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội