Phương pháp 'chia tách' đưa các vệ tinh công suất thấp vào kỷ nguyên 5G

Một đột phá công nghệ quan trọng giúp tích hợp đa dạng các loại vệ tinh vào mạng 5G toàn cầu, mở rộng khả năng kết nối ngay cả với những vệ tinh kém mạnh mẽ hơn.

Trong nỗ lực hiện thực hóa mục tiêu xây dựng hệ thống liên lạc di động toàn cầu, phủ sóng mọi ngóc ngách của Trái đất, vệ tinh đang đóng vai trò then chốt. Tuy nhiên, trong tương lai, không phải tất cả các vệ tinh đều đủ mạnh để đóng vai trò như những trạm gốc di động hoàn chỉnh. Nhằm giải quyết thách thức này, Viện Fraunhofer về Mạch tích hợp (IIS) đã phát triển một phương pháp "chia tách" (splitting method), cho phép tích hợp nhiều lớp vệ tinh vào mạng 5G, bất chấp những hạn chế về hiệu năng.

Phương pháp 'chia tách' đưa các vệ tinh công suất thấp vào kỷ nguyên 5G

Ảnh minh họa. Nguồn: shutterstock/Gorodenkoff

Khi 5G kết nối Trái đất và không gian

Với 5G, lần đầu tiên, mạng viễn thông mặt đất được thiết kế để hợp nhất với mạng phi địa cầu (non-terrestrial networks), nơi các vệ tinh đóng vai trò như trạm gốc. Tuy nhiên, thách thức kỹ thuật không nhỏ: các tiêu chuẩn viễn thông hiện hành không được tối ưu hóa để xử lý tín hiệu di động qua khoảng cách hàng ngàn kilomet, đây là vấn đề cốt lõi gây ra độ trễ cho kết nối này.

Mặc dù các vệ tinh thế hệ mới đang dần được trang bị bộ xử lý thông minh trên bo mạch, giới hạn về hiệu năng vẫn xảy ra.

"Ngành công nghiệp hiện nay tập trung vào việc chế tạo các vệ tinh chi phí thấp với thành phần bền bỉ và tiết kiệm năng lượng," ông Rainer Wansch, Trưởng bộ phận Hệ thống RF và SatCom tại Fraunhofer IIS cho biết.

Fraunhofer IIS đã chứng minh trong phòng thí nghiệm rằng, ngay cả những vệ tinh kém mạnh mẽ cũng có thể tham gia vào mạng di động bằng cách áp dụng phương pháp chia tách. Cụ thể, trạm gốc 5G được chia làm hai phần: một phần xử lý tín hiệu được chuyển lên không gian, phần còn lại giữ nguyên trên mặt đất.

Kết nối toàn diện qua mạng vệ tinh 5G, cung cấp băng rộng tới vùng sâu vùng xa

Nhờ đó, các vệ tinh vẫn có thể đóng vai trò chủ động trong mạng lưới mà không đòi hỏi công suất tính toán hoặc năng lượng quá lớn. Cách tiếp cận này giúp tối ưu tài nguyên, giảm chi phí và mở rộng khả năng kết nối của mạng lưới không gian và mặt đất.

Không dừng lại ở đó, phương pháp chia tách còn mở ra cơ hội xây dựng các kiến trúc mạng linh hoạt và phức tạp hơn.

"Phương pháp chia tách của chúng tôi mở ra cánh cửa cho những kiến trúc mới, đa dạng và linh hoạt hơn," ông Wansch nhận định.

Điều này đặc biệt quan trọng khi thế hệ mạng di động tương lai là 6G, công nghệ 6G dự kiến không chỉ tích hợp vệ tinh mà còn kết nối các nền tảng trên không như máy bay không người lái (drone) hoặc máy bay.

Trong thử nghiệm, Fraunhofer IIS đã sử dụng bộ giả lập kênh (channel emulator) để tái hiện chân thực các điều kiện khắc nghiệt trong không gian. Thí nghiệm giả lập kết nối với vệ tinh địa tĩnh ở độ cao 36.000 km – một thách thức lớn về độ trễ tín hiệu.

Chuẩn truyền thông vệ tinh DVB-S2X được sử dụng để kết nối và liên kết hai phần của trạm gốc chia tách. Phần trạm gốc trên không gian chạy trên nền tảng FPGA thương mại phổ biến, cho thấy khả năng áp dụng thực tế cho các vệ tinh tương lai.

Demonstration này của Fraunhofer IIS là đóng góp cho dự án TRANTOR, do Ủy ban châu Âu tài trợ, nhằm chuẩn bị cho quá trình chuyển giao từ 5G sang 6G trong lĩnh vực truyền thông vệ tinh.

Việc nhất quán tích hợp vệ tinh vào mạng viễn thông mặt đất được kỳ vọng sẽ tạo ra một hệ thống liên lạc dày đặc, luôn sẵn sàng, và có khả năng chịu đựng cao ngay cả trong những tình huống khủng hoảng toàn cầu.