Chương II : Kết nối truyền thôn gô tô không người lái cho 6G
2.2 Các công nghệ quan trọng là động lực cho 6G
Hệ thống 6G sẽ được thúc đẩy bởi nhiều cơng nghệ. Một số cơng nghệ chính dự
kiến cho 6G được thảo luận dưới đây.
Trí tuệ nhân tạo: Công nghệ quan trọng nhất và mới được giới thiệu cho hệ thống
truyền thông 6G là AI. Khơng có sự tham gia của AI cho các hệ thống truyền thông 4G. 5G sắp tới sẽ hỗ trợ AI một phần hoặc rất hạn chế. Tuy nhiên, 6G sẽ được đầy đủ được hỗ trợ bởi AI để tự động hóa. Những tiến bộ trong học máy sẽ tạo ra nhiều mạng thông minh hơn cho giao tiếp thời gian thực trong 6G. Sự ra đời của AI trong
giao tiếp sẽ đơn giản hóa và cải thiện việc vận chuyển dữ liệu thời gian thực. Sử dụng nhiều phép phân tích, AI có thể xác định cách thức thực hiện một công việc mục tiêu phức tạp. AI sẽ tăng hiệu quả và giảm độ trễ xử lý của các bước giao tiếp. Các tác vụ tốn thời gian, chẳng hạn như chuyển giao và lựa chọn mạng, có thể được thực hiện nhanh chóng bằng cách sử dụng AI. AI cũng sẽ đóng một vai trị quan trọng trong giao tiếp M2M, máy với người và người với máy. Nó cũng sẽ thúc đẩy thơng tin liên lạc trong BCI. Các hệ thống giao tiếp dựa trên AI sẽ được hỗ trợ bởi siêu vật liệu, cấu trúc thông minh, mạng thông minh, thiết bị thông minh, radio nhận thức thông minh, mạng khơng dây tự duy trì và máy học.
Hình 9:Trí tuệ nhân tạo AI
Truyền thơng Terahertz: Hiệu quả phổ có thể được tăng lên bằng cách tăng băng
thông; điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng giao tiếp sub-T(hz) với băng thông rộng và bằng cách áp dụng công nghệ đa đầu vào, nhiều đầu ra (MIMO) tiên tiến. Băng tần RF đã gần như cạn kiệt và bây giờ nó khơng đủ để đáp ứng nhu cầu cao của 6G. Băng T(hz) sẽ đóng một vai trị quan trọng trong giao tiếp 6G. Băng tần T(hz) được dự định là biên giới tiếp theo của truyền thơng tốc độ dữ liệu cao. Sóng T(hz), cịn được gọi là bức xạ dưới milimét, thường đề cập đến dải tần từ 0,1 T(hz) đến 10 T(hz) với các bước sóng tương ứng trong khoảng 0,03 mm – 3 mm. Theo khuyến nghị của ITU-R, dải tần 275 GHz – 3 T(hz) được coi là phần chính của dải T(hz) cho truyền thông di động [33]. Dung lượng của truyền thông di động 6G sẽ được tăng lên bằng cách thêm băng tần T(hz) (275 GHz – 3T(hz)) vào băng tần mmWave (30–300 GHz). Băng tần trong phạm vi 275 GHz – 3 T(hz) vẫn chưa được phân bổ cho bất kỳ mục đích nào trên tồn thế giới; do đó, băng tần này có tiềm năng đạt được tốc độ dữ liệu cao như mong muốn. Khi băng tần T(hz) này được thêm vào băng tần mmWave hiện có, tổng dung lượng băng tần tăng lên tối thiểu 11,11 lần. Trong số các băng tần T(hz) đã xác định, 275 GHz – 3T(hz) và 275 GHz – 300 GHz nằm trên mmWave và 300 GHz – 3 T(hz) nằm trên băng tần hồng ngoại xa (IR). Mặc dù băng tần 300 GHz – 3 T(hz) là một phần của băng tần quang học, nó nằm ở ranh giới của băng tần quang học và ngay sau băng tần RF. Do đó, dải tần 300 GHz – 3 T(hz) này cho thấy những điểm tương đồng với RF. T(hz) nâng cao tiềm năng và thách thức của truyền thơng tần số cao. Các đặc tính chính của truyền thơng T(hz) bao gồm (i) băng thơng có sẵn
số cao (ăng-ten định hướng cao có lẽ sẽ khơng thể thiếu được). Các dải tần hẹp được tạo ra bởi các ăng ten định hướng cao làm giảm nhiễu. Bước sóng nhỏ của tín hiệu T(hz) cho phép số lượng phần tử anten lớn hơn nhiều được kết hợp vào các thiết bị và BS hoạt động trong băng tần này. Điều này cho phép sử dụng các cơng nghệ mảng thích ứng tiên tiến có thể khắc phục các hạn chế về phạm vi.
Hình 10: Bức xạ terahec giúp máy tính tăng tốc độ lên gấp 1000 lần
Công nghệ không dây quang học: Các công nghệ OWC được hình dung cho
truyền thơng 6G ngồi truyền thơng dựa trên RF cho tất cả các mạng có thể có thiết bị để truy cập; các mạng này cũng truy cập kết nối mạng nối tiếp mạng lưới / đường dây phía trước. Công nghệ OWC đã được sử dụng kể từ hệ thống truyền thông 4G. Tuy nhiên, nó sẽ được sử dụng rộng rãi hơn để đáp ứng nhu cầu của các hệ thống truyền thông 6G. Các công nghệ OWC, chẳng hạn như độ trung thực của ánh sáng, giao tiếp ánh sáng nhìn thấy, giao tiếp máy ảnh quang học và giao tiếp FSO dựa trên băng tần quang học đã là những công nghệ nổi tiếng. Các nhà nghiên cứu đã và đang làm việc để nâng cao hiệu suất và vượt qua những thách thức của những công nghệ này. Truyền thông dựa trên cơng nghệ khơng dây quang có thể cung cấp tốc độ dữ liệu rất cao, độ trễ thấp và truyền thơng an tồn. LiDAR, cũng dựa trên băng tần quang học, là một công nghệ đầy hứa hẹn để lập bản đồ 3D độ phân giải rất cao trong truyền thơng 6G.
Hình 11: Cơng nghệ OWC
Mạng backhaul FSO: Khơng phải lúc nào cũng có thể có kết nối cáp quang như
một mạng backhaul vì vị trí địa lý xa xơi và phức tạp. Mạng hỗ trợ FSO rất hứa hẹn cho các hệ thống truyền thơng 5GB. Đặc tính phát và thu của hệ thống FSO tương tự như đặc tính của mạng cáp quang. Do đó, việc truyền dữ liệu trong hệ thống FSO có thể so sánh với hệ thống cáp quang. Do đó, cùng với mạng cáp quang, FSO là một công nghệ tuyệt vời để cung cấp kết nối backhaul trong 6G. Sử dụng FSO, có thể liên lạc tầm xa ngay cả ở khoảng cách hơn 10.000 km. FSO hỗ trợ kết nối backhaul dung lượng cao cho các khu vực xa và không xa, chẳng hạn như biển, không gian bên ngồi, dưới nước, các đảo bị cơ lập; FSO cũng hỗ trợ kết nối BS di động.
Kỹ thuật đa đầu vào, nhiều đầu ra khối lượng lớn: Một kỹ thuật quan trọng để
nâng cao hiệu quả phổ là ứng dụng kỹ thuật MIMO. Khi kỹ thuật MIMO được cải thiện, hiệu quả quang phổ cũng được cải thiện. Do đó, một cơng nghệ MIMO khổng lồ sẽ rất quan trọng trong hệ thống 6G.
Hình 12: Kĩ thuật MIMO trong đa ăng-ten
Blockchain: Blockchain sẽ là một công nghệ quan trọng để quản lý dữ liệu khổng
nhiều nút hoặc thiết bị tính tốn. Mỗi nút sao chép và lưu một bản sao giống hệt nhau của sổ cái. Blockchain được quản lý bởi các mạng ngang hàng. Nó có thể tồn tại mà không được quản lý bởi cơ quan quản lý tập trung hoặc máy chủ. Dữ liệu trên một chuỗi khối được tập hợp lại với nhau và được cấu trúc thành các khối. Các khối được kết nối với nhau và được bảo mật bằng mật mã. Về cơ bản, blockchain là sự bổ sung hoàn hảo cho IoT khổng lồ với khả năng tương tác, bảo mật, quyền riêng tư, độ tin cậy và khả năng mở rộng được cải thiện. Do đó, cơng nghệ blockchain sẽ cung cấp một số tiện ích, chẳng hạn như khả năng tương tác giữa các thiết bị, truy xuất nguồn gốc của dữ liệu lớn, tương tác tự động của các hệ thống IoT khác nhau và độ tin cậy cho khả năng kết nối lớn của các hệ thống truyền thông 6G.
Mạng 3D: Hệ thống 6G sẽ tích hợp mạng mặt đất và mạng trên khơng để hỗ trợ
liên lạc cho người dùng trong phần mở rộng dọc. Các BS 3D sẽ được cung cấp thông qua các vệ tinh quỹ đạo thấp và UAV. Việc bổ sung các kích thước mới về độ cao và các bậc tự do liên quan làm cho kết nối 3D khác biệt đáng kể so với các mạng 2D thông thường.
Truyền thông lượng tử: Học tăng cường khơng giám sát trong các mạng có triển
vọng trong bối cảnh của các mạng 6G. Phương pháp tiếp cận học tập có giám sát sẽ khơng khả thi đối với việc gắn nhãn khối lượng dữ liệu khổng lồ được tạo ra trong 6G. Học không giám sát không cần dán nhãn. Do đó, kỹ thuật này có thể được sử dụng để tự động xây dựng các biểu diễn của các mạng phức tạp. Bằng cách kết hợp học tập tăng cường và học tập khơng giám sát, có thể vận hành mạng một cách thực sự tự chủ.
Hình 13: Truyền thơng lượng tử
Máy bay khơng người lái: UAV hoặc máy bay không người lái sẽ là một yếu tố
quan trọng trong liên lạc không dây 6G. Trong nhiều trường hợp, kết nối không dây tốc độ dữ liệu cao sẽ được cung cấp bằng công nghệ UAV. Các thực thể BS sẽ được cài đặt trong UAV để cung cấp kết nối di động. UAV có một số tính năng nhất định khơng có trong cơ sở hạ tầng BS cố định, chẳng hạn như triển khai dễ dàng, liên kết đường ngắm mạnh và mức độ tự do với khả năng di chuyển có kiểm sốt. Trong các
tình huống khẩn cấp, chẳng hạn như thiên tai, việc triển khai cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc mặt đất là không khả thi về mặt kinh tế và đôi khi không thể cung cấp bất kỳ dịch vụ nào trong môi trường biến động. Các UAV có thể dễ dàng xử lý các tình huống này. UAV sẽ là mơ hình mới trong lĩnh vực truyền thông không dây. Công nghệ này có thể hỗ trợ ba yêu cầu cơ bản của mạng không dây là eMBB, URLLC và mMTC. UAV cũng có thể phục vụ một số mục đích, chẳng hạn như tăng cường kết nối mạng, phát hiện hỏa hoạn, dịch vụ khẩn cấp trong thảm họa, an ninh và giám sát, giám sát ô nhiễm, giám sát đỗ xe, giám sát tai nạn, v.v. Do đó, cơng nghệ UAV được cơng nhận là một trong những công nghệ quan trọng nhất đối với giao tiếp 6G.
Hình 14:Máy bay khơng người lái
Truyền thơng khơng di động: Sự tích hợp chặt chẽ của nhiều tần số và công nghệ
truyền thông không đồng nhất sẽ là yếu tố quan trọng trong các hệ thống 6G. Do đó, người dùng sẽ di chuyển liên tục từ mạng này sang mạng khác mà không cần thực hiện bất kỳ cấu hình thủ cơng nào trong thiết bị. Mạng tốt nhất sẽ được tự động chọn từ cơng nghệ truyền thơng có sẵn. Điều này sẽ phá vỡ giới hạn của khái niệm tế bào trong truyền thông không dây. Hiện tại, sự di chuyển của người dùng từ ô này sang ô khác gây ra quá nhiều chuyển giao trong các mạng dày đặc và cũng gây ra lỗi chuyển giao, chậm trễ chuyển giao, mất dữ liệu và hiệu ứng bóng bàn. Giao tiếp không cần di động 6G sẽ khắc phục tất cả những điều này và cung cấp QoS tốt hơn. Giao tiếp không tế bào sẽ đạt được thông qua các kỹ thuật lai đa kết nối và muti-tier và bằng các bộ đàm khác nhau và không đồng nhất trong các thiết bị.
Tích hợp thơng tin khơng dây và truyền năng lượng: WIET trong truyền thông sẽ
là một trong những công nghệ sáng tạo nhất trong 6G. WIET sử dụng các trường và sóng giống như các hệ thống truyền thông không dây. Đặc biệt, cảm biến và điện thoại thông minh sẽ được sạc bằng cách sử dụng truyền điện khơng dây trong q trình liên lạc. WIET là một công nghệ đầy hứa hẹn để kéo dài tuổi thọ của hệ thống không dây sạc pin. Do đó, các thiết bị khơng có pin sẽ được hỗ trợ trong giao tiếp 6G.
Tích hợp cảm biến và giao tiếp: Động lực chính cho các mạng không dây tự trị
thông tin giữa các nút khác nhau. Trong 6G, cảm biến sẽ được tích hợp chặt chẽ với giao tiếp để hỗ trợ các hệ thống tự trị.
Tích hợp các mạng truy cập backhaul: Mật độ của các mạng truy cập trong 6G
sẽ rất lớn. Mỗi mạng truy nhập được kết nối với kết nối backhaul, chẳng hạn như sợi quang và mạng FSO. Để đối phó với số lượng rất lớn các mạng truy cập, sẽ có sự tích hợp chặt chẽ giữa mạng truy cập và mạng backhaul.
Cắt mạng động: Cắt mạng động cho phép nhà khai thác mạng cho phép các mạng
ảo chuyên dụng hỗ trợ việc phân phối tối ưu hóa bất kỳ dịch vụ nào cho nhiều người dùng, phương tiện, máy móc và ngành cơng nghiệp. Nó là một trong những yếu tố quan trọng nhất để quản lý khi một số lượng lớn người dùng được kết nối với một số lượng lớn các mạng không đồng nhất trong hệ thống truyền thông 5GB.
Holographic beamforming: Chùm là một thủ tục xử lý tín hiệu mà một mảng của
ăng-ten có thể được chỉ đạo để tín hiệu truyền phát thanh theo một hướng cụ thể. Nó là một tập hợp con của anten thơng minh hoặc các hệ thống ăng ten tiên tiến. Kỹ thuật beamforming có nhiều ưu điểm, chẳng hạn như một cao tín hiệu-to-noise ratio, ngăn chặn sự can thiệp, và từ chối, và hiệu quả mạng cao. Holographic beamforming (HBF) là một phương pháp mới cho beamforming đó là khác nhau đáng kể từ các hệ thống MIMO vì nó sử dụng anten định nghĩa Software-. HBF sẽ là một cách tiếp cận rất hiệu quả trong việc 6G cho việc truyền tải hiệu quả và linh hoạt và nhận tín hiệu trong truyền thơng đa ăng-ten thiết bị.
Phân tích dữ liệu lớn: Phân tích dữ liệu lớn là một q trình phức tạp để phân
tích nhiều loại tập dữ liệu lớn hoặc dữ liệu lớn. Q trình này khám phá thơng tin, chẳng hạn như các mẫu ẩn, mối tương quan không xác định và xu hướng của khách hàng, để đảm bảo quản lý dữ liệu hoàn hảo. Dữ liệu lớn được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn như video, mạng xã hội, hình ảnh và cảm biến. Cơng nghệ này sẽ được sử dụng rộng rãi để xử lý dữ liệu khổng lồ trong hệ thống 6G.