Báo cáo Phân tích Chuyên sâu: Sự Khác biệt và Hướng Phát triển của Công nghệ Anten Trạm gốc 4G và 5G

   

  Báo cáo này cung cấp một phân tích toàn diện về sự khác biệt căn bản giữa công nghệ anten của trạm phát sóng 4G và 5G, đồng thời phác thảo các hướng phát triển tiên tiến trong tương lai. Sự chuyển đổi từ 4G sang 5G không chỉ là một bản nâng cấp gia tăng mà là một cuộc cách mạng về kiến trúc, được thúc đẩy bởi các yêu cầu hiệu suất vượt trội và việc sử dụng các dải tần số mới. Trọng tâm của sự thay đổi này là sự dịch chuyển từ hệ thống anten thụ động với công nghệ MIMO (Nhiều đầu vào, Nhiều đầu ra) bậc thấp của 4G sang hệ thống Anten Tích cực (Active Antenna Unit - AAU) với công nghệ Massive MIMO (MIMO Khổng lồ) của 5G.

    Sự khác biệt cốt lõi này kéo theo những thay đổi sâu sắc về cấu trúc vật lý, nguyên lý hoạt động và các công nghệ hỗ trợ. Anten 5G, dưới dạng các khối AAU tích hợp, chứa hàng chục đến hàng trăm phần tử anten, cho phép thực thi các kỹ thuật phức tạp như định hướng chùm sóng (beamforming) và MIMO đa người dùng (MU-MIMO) với độ chính xác cao. Những công nghệ này là bắt buộc để khắc phục các thách thức về suy hao truyền sóng ở dải tần số cao (sóng milimet - mmWave) và để đáp ứng nhu cầu về tốc độ gigabit, độ trễ mili giây và mật độ kết nối khổng lồ.

    Báo cáo cũng phân tích các hướng phát triển tương lai của anten 5G và các thế hệ tiếp theo, tập trung vào ba lĩnh vực chính: (1) Trí thông minh, thông qua việc ứng dụng Trí tuệ Nhân tạo (AI) và Học máy (ML) để tối ưu hóa quản lý chùm sóng, giảm độ trễ và chi phí vận hành; (2) Hiệu quả, bằng cách sử dụng các vật liệu tiên tiến (polyme hiệu suất cao, gốm, siêu vật liệu) và các công nghệ tản nhiệt đột phá để tăng hiệu suất năng lượng và giảm kích thước; và (3) Tương tác môi trường, với sự trỗi dậy của các Bề mặt Thông minh Tái cấu trúc (RIS) có khả năng biến môi trường truyền sóng thụ động thành một phần tử có thể điều khiển được của mạng. Tất cả những xu hướng này được đặt trong bối cảnh các kiến trúc mạng đang phát triển như Mạng Vô tuyến Mở (Open RAN) và các phân tích kinh tế-kỹ thuật về chi phí triển khai và tổng chi phí sở hữu (TCO).

1. Nền tảng So sánh: Yêu cầu Hiệu suất Mạng 4G và 5G

    Sự tiến hóa trong công nghệ anten không diễn ra một cách độc lập. Nó là một hệ quả tất yếu, một phản ứng trực tiếp trước những yêu cầu hiệu suất ngày càng khắt khe của các thế hệ mạng di động mới. Để hiểu tại sao anten 5G lại khác biệt một cách căn bản so với anten 4G, trước hết cần phân tích sự cách biệt khổng lồ về các chỉ số hiệu suất mục tiêu giữa hai công nghệ này.

1.1. Các chỉ số Hiệu suất Chính (Key Performance Indicators - KPIs): Tốc độ, Độ trễ, Mật độ Kết nối

    Các mục tiêu thiết kế của 5G đại diện cho một bước nhảy vọt so với 4G trên mọi phương diện.

• Tốc độ (Speed): Mạng 4G, với công nghệ LTE-Advanced, có thể đạt tốc độ tối đa trên lý thuyết là 1 Gbps. Tuy nhiên, tốc độ thực tế người dùng trải nghiệm thường dao động trong khoảng 15-100 Mbps. Ngược lại, 5G được thiết kế để đạt tốc độ lý thuyết từ 10 đến 20 Gbps, nhanh hơn từ 10 đến 100 lần so với 4G. Sự gia tăng tốc độ này cho phép các ứng dụng đòi hỏi băng thông cực lớn như truyền phát video 8K, tải xuống các bộ phim chất lượng cao chỉ trong vài giây, và các ứng dụng thực tế ảo (VR) / thực tế tăng cường (AR) mượt mà.  
• Độ trễ (Latency): Đây là một trong những khác biệt mang tính cách mạng nhất. Độ trễ của mạng 4G thường nằm trong khoảng 30-50 ms. Mặc dù đủ tốt cho các ứng dụng web và video thông thường, nó không đáp ứng được các yêu cầu thời gian thực nghiêm ngặt. 5G nhắm đến độ trễ cực thấp, lý tưởng là 1 ms và thực tế trong khoảng 1-10 ms. Mức độ trễ này là yếu tố then chốt cho các ứng dụng tương lai như xe tự lái, phẫu thuật từ xa, và tự động hóa công nghiệp, nơi mỗi mili giây đều có ý nghĩa quyết định đến sự an toàn và hiệu quả.  
• Dung lượng và Mật độ Kết nối (Capacity and Connection Density): Các mạng 4G thường gặp phải tình trạng nghẽn mạng ở những khu vực đông người như sân vận động hay sự kiện lớn do khả năng hỗ trợ số lượng thiết bị kết nối đồng thời có giới hạn. 5G được thiết kế để giải quyết triệt để vấn đề này, hỗ trợ lên đến 1 triệu thiết bị trên mỗi kilômét vuông, cao hơn từ 10 đến 100 lần so với 4G. Khả năng này là nền tảng không thể thiếu cho kỷ nguyên Vạn vật Kết nối (IoT), nơi hàng tỷ cảm biến, thiết bị thông minh cần được kết nối liên tục.  

1.2. Phổ tần: Vai trò của Băng tần Sub-6 GHz và Sóng Milimet (mmWave)

Để đạt được các KPI tham vọng nói trên, 5G phải khai thác các tài nguyên tần số mới và rộng lớn hơn.

• Mạng 4G: Hoạt động chủ yếu trong các dải tần số thấp và trung, dưới 6 GHz. Các băng tần này có ưu điểm là khả năng truyền sóng tốt, vùng phủ sóng rộng và khả năng xuyên vật cản tốt. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của chúng là băng thông hạn chế, không đủ để cung cấp tốc độ hàng gigabit cho nhiều người dùng.  
• Mạng 5G: Áp dụng một chiến lược phổ tần đa tầng. Nó tiếp tục tận dụng các băng tần dưới 6 GHz (Sub-6 GHz) để đảm bảo vùng phủ sóng rộng khắp, tương tự như 4G. Tuy nhiên, để đạt được tốc độ và dung lượng đột phá, 5G khai thác các dải tần số rất cao, được gọi là sóng milimet (mmWave), thường từ 24 GHz đến 100 GHz. Dải mmWave cung cấp băng thông cực lớn, nhưng đi kèm với những thách thức vật lý đáng kể: phạm vi truyền sóng rất ngắn và tín hiệu rất dễ bị suy yếu hoặc chặn hoàn toàn bởi các vật cản như tường, cây cối, và thậm chí cả mưa lớn.  

1.3. Tác động đến Kiến trúc Anten: Tại sao Anten 5G phải Khác biệt

    Sự kết hợp giữa các yêu cầu hiệu suất khắc nghiệt và việc sử dụng dải tần mmWave đầy thách thức đã tạo ra một chuỗi nhân quả, buộc kiến trúc anten phải thay đổi một cách triệt để. Các thiết kế anten tương đối đơn giản của 4G trở nên hoàn toàn không đủ năng lực. Để khắc phục suy hao đường truyền cực lớn của sóng mmWave, anten 5G phải có khả năng tạo ra các chùm sóng vô tuyến được hội tụ cao với độ lợi (gain) lớn. Để phục vụ đồng thời nhiều người dùng với băng thông khổng lồ, anten phải có khả năng tạo ra và điều khiển động hàng loạt các chùm sóng song song. Đây chính là những lý do cơ bản dẫn đến sự ra đời của các công nghệ anten 5G cốt lõi như Massive MIMO và định hướng chùm sóng, vốn sẽ được phân tích chi tiết trong các phần sau.  

Bảng 1.1: So sánh các Chỉ số Hiệu suất Mạng 4G và 5G

Tiêu chí	Mạng 4G (LTE-Advanced)	Mạng 5G	Mức độ Cải thiện	Nguồn
Tốc độ Tối đa Lý thuyết	1 Gbps	10 - 20 Gbps	10 - 20x
Tốc độ Thực tế Trung bình	15 - 100 Mbps	Tối thiểu 50 Mbps, thường > 700 Mbps	> 5 - 10x
Độ trễ	30 - 50 ms	1 - 10 ms	10 - 50x
Mật độ Kết nối Tối đa	~100,000 thiết bị/km²	~1,000,000 thiết bị/km²	10 - 100x
Dải tần số Chính	Dưới 6 GHz	Dưới 6 GHz và Sóng milimet (24-100 GHz)	Mở rộng dải tần
Mức tiêu thụ Năng lượng	Bình thường	Giảm tới 90% (trên mỗi bit truyền)	Cải thiện đáng kể

---

2. Cuộc Cách mạng về Kiến trúc Anten: Từ MIMO đến Massive MIMO

Sự khác biệt cơ bản nhất về công nghệ giữa anten 4G và 5G nằm ở quy mô và cách thức triển khai kỹ thuật MIMO. Đây không phải là một sự nâng cấp tuyến tính mà là một bước nhảy vọt về chất, thay đổi hoàn toàn cách trạm gốc tương tác với không gian vô tuyến.

2.1. Công nghệ MIMO trong Mạng 4G LTE

    MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) là công nghệ sử dụng nhiều anten ở cả phía phát (trạm gốc) và phía thu (thiết bị người dùng) để cải thiện hiệu suất truyền thông. Nguyên lý cốt lõi của MIMO là khai thác hiện tượng truyền sóng đa đường (multipath propagation), trong đó tín hiệu đi từ máy phát đến máy thu theo nhiều đường khác nhau do phản xạ từ các vật thể trong môi trường. Thay vì xem đa đường là một dạng nhiễu, MIMO biến nó thành một lợi thế để gửi nhiều luồng dữ liệu độc lập cùng một lúc (gọi là ghép kênh không gian - spatial multiplexing) hoặc để tăng cường độ tin cậy của tín hiệu (gọi là phân tập không gian - spatial diversity).  

    Trong mạng 4G LTE, các trạm gốc thường được trang bị một số lượng anten tương đối nhỏ, ví dụ như 2T2R (2 phát, 2 thu), 4T4R, hoặc tối đa khoảng 8 đến 12 anten. Việc triển khai MIMO trong 4G đã mang lại những cải thiện đáng kể về tốc độ dữ liệu và độ ổn định so với thế hệ 3G, nhưng quy mô của nó vẫn còn hạn chế. Cách tiếp cận này giống như mở rộng một con đường từ hai làn lên bốn hoặc tám làn, giúp tăng lưu lượng nhưng vẫn là một phương thức phát sóng tương đối rộng.  

2.2. Massive MIMO: Nền tảng của Mạng 5G

    Massive MIMO (MIMO Khổng lồ) là sự phát triển vượt bậc của công nghệ MIMO và được coi là công nghệ nền tảng, cốt lõi của mạng 5G. Đúng như tên gọi, Massive MIMO tăng số lượng phần tử anten tại trạm gốc lên một con số khổng lồ, thường là 32T32R, 64T64R, hoặc thậm chí hàng trăm phần tử anten.  

    Sự gia tăng đột biến về số lượng anten này không chỉ đơn thuần là "nhiều hơn", mà nó mang lại một khả năng hoàn toàn mới: điều khiển không gian với độ chính xác cực cao. Với một mảng anten lớn, trạm gốc 5G có thể tạo ra các chùm sóng (beams) rất hẹp và có độ lợi cao, đồng thời hỗ trợ một mức độ rất cao của MIMO đa người dùng (MU-MIMO). Trong chế độ MU-MIMO, trạm gốc có thể phục vụ nhiều người dùng khác nhau cùng một lúc trên cùng một tài nguyên thời gian và tần số bằng cách tạo ra các chùm sóng riêng biệt hướng đến từng người dùng. Điều này giúp tăng vọt dung lượng của cell và hiệu suất sử dụng phổ tần một cách đáng kinh ngạc.  

2.3. Phân tích Hiệu quả Thực tế và Lợi ích về Dung lượng

Lợi ích của Massive MIMO không chỉ dừng lại ở lý thuyết. Các kết quả triển khai và thử nghiệm trong thế giới thực đã chứng minh hiệu quả vượt trội của nó.

• Kết quả thử nghiệm ban đầu: Các thử nghiệm sớm của nhà mạng Sprint (Mỹ) trên hệ thống Massive MIMO 64T64R ở băng tần 2.5 GHz đã cho thấy sự gia tăng thông lượng sector đường xuống (downlink) gấp 3.4 lần và đường lên (uplink) gấp 8.9 lần so với hệ thống 8T8R của 4G. Tại một số địa điểm khác, mức cải thiện được ghi nhận từ 4 đến 20 lần.  
• Nghiên cứu của Samsung và Signals Research Group (SRG): Một nghiên cứu benchmark gần đây trên mạng 5G thương mại sử dụng các trạm vô tuyến Massive MIMO 64T64R băng tần C của Samsung đã cho thấy những kết quả ấn tượng. Dung lượng sector của cell đường xuống tăng tới 3.2 lần khi sử dụng MU-MIMO so với SU-MIMO (MIMO đơn người dùng). Thông lượng trung bình của sector đạt gần 3 Gbps trên một kênh 100 MHz duy nhất, tương đương hiệu suất phổ tần lên tới 36.4 bps/Hz. Ở đường lên, dung lượng cũng tăng 3.3 lần.  

    Sự nhảy vọt về số lượng anten trong Massive MIMO đã biến trạm gốc từ một "ngọn đèn pha" phát sóng rộng (như trong 4G) thành một hệ thống gồm nhiều "con trỏ laser" có khả năng điều khiển độc lập và chính xác. Cách tiếp cận của 4G MIMO, với số lượng anten ít, chỉ có thể tạo ra một vài luồng dữ liệu song song, giống như mở rộng một con đường nhưng vẫn phát tín hiệu đi tương đối rộng khắp. Khi số lượng anten tăng lên đến 64 hoặc 128 trong 5G, mảng anten lớn này cho phép tạo ra các búp sóng hẹp hơn nhiều với độ lợi cao hơn. Điều này mang lại cho hệ thống đủ "mức độ tự do" (degrees of freedom) để thực hiện đồng thời nhiều tác vụ không gian phức tạp: tạo một chùm sóng siêu tập trung để phục vụ một người dùng ở xa (beamforming), tạo nhiều chùm sóng độc lập về không gian để phục vụ nhiều người dùng cùng lúc (MU-MIMO), và thậm chí chủ động tạo ra một "vùng chết" (null) trong biểu đồ bức xạ để tránh gây nhiễu cho người dùng khác. Do đó, Massive MIMO không chỉ là việc "thêm nhiều anten", mà là phần cứng thiết yếu cho một bộ công cụ xử lý không gian thông minh, thay đổi hoàn toàn cách mạng lưới tương tác với người dùng và môi trường vô tuyến.  

---

3. Sự Chuyển đổi Cấu trúc Vật lý: Từ Anten Thụ động/RRU sang Khối Anten Tích cực (AAU)

    Cuộc cách mạng về kiến trúc anten từ 4G sang 5G không chỉ diễn ra ở cấp độ công nghệ mà còn thể hiện rõ nét ở cấu trúc vật lý của thiết bị tại trạm gốc. Sự chuyển đổi này là một hệ quả tất yếu, được thúc đẩy bởi những yêu cầu kỹ thuật của Massive MIMO.

3.1. Kiến trúc Trạm gốc 4G Truyền thống

Một trạm gốc 4G (LTE) điển hình có kiến trúc phân tán, bao gồm các thành phần chính sau:

• Khối xử lý băng gốc (Baseband Unit - BBU): Thường được đặt ở chân cột hoặc trong một phòng máy, chịu trách nhiệm xử lý tín hiệu số.
• Khối Vô tuyến Từ xa (Remote Radio Unit - RRU): Được đặt trên đỉnh cột, gần với anten. RRU nhận tín hiệu số từ BBU qua cáp quang, chuyển đổi chúng thành tín hiệu vô tuyến (RF) và khuếch đại công suất.
• Anten Thụ động (Passive Antenna): Là một mảng các phần tử bức xạ không có linh kiện điện tử tích cực.

    Trong kiến trúc này, RRU và anten là hai thiết bị riêng biệt, được kết nối với nhau bằng một loạt các sợi cáp đồng trục dày, thường được gọi là "jumper". Mỗi cổng trên RRU cần một sợi cáp để kết nối đến một cổng tương ứng trên anten. Với các hệ thống MIMO 4G, số lượng cáp này đã khá lớn, có thể lên đến gấp đôi so với 3G.  

3.2. Khối Anten Tích cực (AAU): Định nghĩa, Lợi ích và Vai trò trong 5G

    Để giải quyết những hạn chế của kiến trúc 4G khi áp dụng cho 5G, ngành công nghiệp đã phát triển một kiến trúc tích hợp cao gọi là Khối Anten Tích cực (Active Antenna Unit - AAU), hay còn gọi là Hệ thống Anten Tích cực (Active Antenna System - AAS).  

• Định nghĩa: AAU là một thiết bị duy nhất, tích hợp các chức năng của khối vô tuyến (RRU) và các phần tử anten thụ động vào chung một vỏ. Thay vì kết nối bằng cáp đồng trục bên ngoài, các bộ khuếch đại công suất và mạch RF được đặt ngay phía sau các phần tử anten và được kết nối trực tiếp thông qua các đường mạch in (PCB) ngắn.  
• Sự cần thiết cho 5G: Kiến trúc AAU là một yêu cầu bắt buộc đối với Massive MIMO. Việc triển khai một hệ thống 64T64R (64 phát, 64 thu) bằng kiến trúc 4G truyền thống là không thực tế. Nó sẽ đòi hỏi 64 hoặc thậm chí 128 sợi cáp đồng trục chạy lên cột anten, gây ra các vấn đề nghiêm trọng:
• Suy hao tín hiệu: Sóng vô tuyến, đặc biệt ở các dải tần cao của 5G, sẽ bị suy hao rất nhiều khi truyền qua các đoạn cáp đồng trục dài, làm giảm hiệu suất và lãng phí năng lượng.  
• Độ phức tạp và chi phí: Việc lắp đặt và bảo trì một số lượng lớn cáp như vậy cực kỳ phức tạp, tốn kém và làm tăng tải trọng gió lên cột tháp.  
• Lợi ích chính của AAU:
• Giảm Suy hao Tín hiệu: Việc loại bỏ cáp đồng trục bên ngoài và tích hợp chặt chẽ giúp giảm thiểu suy hao tín hiệu, cải thiện đáng kể hiệu quả năng lượng và chất lượng tín hiệu.  
• Gọn nhẹ và Dễ lắp đặt: Một khối AAU duy nhất nhỏ gọn, nhẹ hơn và dễ lắp đặt hơn so với việc phải treo riêng một RRU và một anten thụ động cồng kềnh, giúp giảm chi phí thuê vị trí và chi phí lắp đặt.  
• Tăng cường Hiệu suất: Sự tích hợp chặt chẽ cho phép điều khiển pha và biên độ của từng phần tử anten một cách độc lập và chính xác ở mức độ kỹ thuật số. Đây là điều kiện tiên quyết để thực hiện kỹ thuật định hướng chùm sóng (beamforming) hiệu suất cao.  

    Sự ra đời của AAU không chỉ là một cải tiến về sự tiện lợi trong lắp đặt, mà là một giải pháp kỹ thuật bắt buộc trước những giới hạn vật lý của kiến trúc cũ khi đối mặt với quy mô của Massive MIMO. Tuy nhiên, việc tích hợp này cũng tạo ra một thách thức kỹ thuật mới và vô cùng quan trọng: quản lý nhiệt. Việc dồn nén hàng chục bộ khuếch đại công suất cao và các bộ xử lý tín hiệu phức tạp vào trong một không gian nhỏ gọn, kín và thường được làm mát thụ động đã tạo ra một mật độ nhiệt cực lớn. Nếu không được quản lý hiệu quả, nhiệt độ cao sẽ làm suy giảm tuổi thọ của các linh kiện và ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Thách thức này trở thành động lực chính thúc đẩy các làn sóng đổi mới tiếp theo về vật liệu tiên tiến, công nghệ tản nhiệt và hiệu quả của bộ khuếch đại công suất, sẽ được thảo luận sâu hơn ở các phần sau.  

Hình 3.1: Sơ đồ So sánh Kiến trúc Trạm gốc 4G (RRU + Anten Thụ động) và 5G (AAU)

Kiến trúc Trạm gốc 4G (Thành phần riêng biệt)	Kiến trúc Trạm gốc 5G (Tích hợp)
toiuuvotuyen
Chú thích: 1. BBU (Baseband Unit): Xử lý tín hiệu tại chân cột. 2. Cáp quang: Truyền tín hiệu số lên RRU. 3. RRU (Remote Radio Unit): Chuyển đổi tín hiệu số sang RF. 4. Cáp đồng trục (Jumper): Kết nối RRU và anten, gây suy hao tín hiệu và phức tạp khi lắp đặt. 5. Anten Thụ động: Mảng bức xạ.	Chú thích: 1. BBU (Baseband Unit): Xử lý tín hiệu tại chân cột. 2. Cáp quang: Truyền tín hiệu số trực tiếp lên AAU. 3. AAU (Active Antenna Unit): Khối tích hợp gồm cả bộ xử lý RF (tương đương RRU) và mảng anten. Loại bỏ cáp đồng trục, giảm suy hao, đơn giản hóa lắp đặt.

 

4. Các Công nghệ Hỗ trợ Then chốt cho Anten 5G

Để một hệ thống anten 5G phức tạp có thể hoạt động hiệu quả, nó cần được hỗ trợ bởi các công nghệ phần cứng và phần mềm tiên tiến. Hai trong số các yếu tố quan trọng nhất là kỹ thuật định hướng chùm sóng và các giải pháp nhằm giải quyết bài toán tiêu thụ năng lượng.

4.1. Định hướng Chùm sóng (Beamforming): Nguyên lý và Tầm quan trọng

    Định hướng chùm sóng, hay beamforming, là một kỹ thuật xử lý tín hiệu cho phép một mảng anten điều khiển hướng phát hoặc thu của sóng vô tuyến. Bằng cách điều chỉnh một cách chính xác pha và biên độ của tín hiệu được đưa đến mỗi phần tử anten trong mảng, các sóng phát ra sẽ giao thoa xây dựng (cộng hưởng) theo một hướng mong muốn và giao thoa triệt tiêu (hủy nhau) ở các hướng khác. Kết quả là tạo ra một "chùm" năng lượng vô tuyến tập trung cao độ.  

Trong bối cảnh 5G, beamforming đóng một vai trò tối quan trọng, đặc biệt là ở các băng tần mmWave. Tầm quan trọng của nó thể hiện ở các khía cạnh sau:

• Bù suy hao đường truyền: Sóng mmWave suy yếu rất nhanh theo khoảng cách. Bằng cách tập trung năng lượng vào một chùm hẹp, beamforming giúp tăng cường độ tín hiệu tại thiết bị của người dùng, qua đó khắc phục suy hao và mở rộng vùng phủ sóng hiệu quả.  
• Giảm nhiễu: Vì năng lượng không bị phát tán ra mọi hướng, beamforming giúp giảm đáng kể nhiễu xuyên nhiễu (interference) đến các người dùng khác trong cùng một cell hoặc các cell lân cận.  
• Nền tảng cho MU-MIMO: Khả năng tạo ra các chùm sóng độc lập, cách biệt về mặt không gian là điều kiện tiên quyết để công nghệ MU-MIMO hoạt động. Mỗi chùm sóng có thể mang một luồng dữ liệu riêng biệt đến một người dùng cụ thể, cho phép nhiều người dùng chia sẻ cùng một tài nguyên mạng mà không gây nhiễu lẫn nhau.  

    Có thể nói, Massive MIMO cung cấp phần cứng (một số lượng lớn anten), còn beamforming cung cấp "cơ chế lái" thông minh để điều khiển phần cứng đó, tạo nên sức mạnh tổng hợp cho hệ thống anten 5G.

4.2. Thách thức và Giải pháp về Hiệu quả Năng lượng trong Trạm gốc 5G

    Một trong những thách thức lớn nhất của việc triển khai 5G là mức tiêu thụ năng lượng. Một trạm gốc 5G, đặc biệt là các AAU Massive MIMO, tiêu thụ nhiều điện năng hơn đáng kể so với trạm 4G, có thể cao hơn gấp đôi hoặc hơn. Theo dữ liệu từ Huawei, một trạm 5G điển hình có thể yêu cầu công suất trên 11.5 kW, so với mức dưới 7 kW của một trạm đa thế hệ 2G/3G/4G. Mức tiêu thụ năng lượng cao này chủ yếu đến từ số lượng lớn các bộ khuếch đại công suất và bộ xử lý tín hiệu hoạt động liên tục bên trong AAU. Do đó, hiệu quả năng lượng đã trở thành một yếu tố cạnh tranh cốt lõi và là mối quan tâm hàng đầu của các nhà mạng khi nó ảnh hưởng trực tiếp đến Tổng chi phí sở hữu (TCO).  

Các giải pháp để giải quyết bài toán năng lượng được triển khai ở cả cấp độ phần cứng và phần mềm:

• Giải pháp Phần cứng:
• Bộ khuếch đại công suất (PA) hiệu suất cao: Việc sử dụng các vật liệu bán dẫn tiên tiến như Gallium Nitride (GaN) thay cho LDMOS truyền thống giúp tạo ra các bộ khuếch đại có hiệu suất chuyển đổi điện năng thành sóng RF cao hơn, qua đó giảm lượng năng lượng bị thất thoát dưới dạng nhiệt.  
• Công nghệ tản nhiệt tiên tiến: Như đã phân tích, việc tích hợp AAU tạo ra thách thức nhiệt lớn. Các nhà sản xuất liên tục đổi mới công nghệ tản nhiệt, từ các thiết kế tản nhiệt thụ động thông minh (như cấu trúc răng chữ V của ZTE giúp cải thiện luồng khí ) đến các giải pháp làm mát bằng chất lỏng cho các hệ thống công suất rất cao.  
• Tích hợp trên chip (SoC): Các nhà cung cấp như Ericsson và Samsung đang đẩy mạnh việc tích hợp nhiều chức năng vào một con chip duy nhất (System-on-Chip). Điều này không chỉ giúp giảm kích thước và trọng lượng của AAU mà còn giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng so với việc sử dụng nhiều linh kiện rời.  
• Giải pháp Phần mềm và Mạng:
• Chế độ ngủ thông minh (Advanced Sleep Modes): Đây là một trong những giải pháp hiệu quả nhất. Hệ thống sẽ tự động đưa các thành phần của trạm phát sóng, hoặc toàn bộ trạm, vào các trạng thái "ngủ" sâu hoặc nông trong những khoảng thời gian có lưu lượng truy cập thấp (ví dụ như ban đêm) và "đánh thức" chúng ngay lập tức khi có nhu cầu. ZTE tuyên bố dòng AAU của họ có chức năng "ngủ đông" với mức tiêu thụ điện dưới 5W.  
• Tối ưu hóa bằng AI/ML: Trí tuệ nhân tạo được sử dụng để phân tích và dự đoán các mẫu lưu lượng truy cập, từ đó tự động điều chỉnh các tham số mạng để cân bằng giữa hiệu suất và năng lượng. Ví dụ, AI có thể quyết định tắt một số sóng mang (carrier) không cần thiết hoặc điều hướng người dùng sang các cell/băng tần tiết kiệm năng lượng hơn.  

    Mạng 5G tồn tại một nghịch lý về năng lượng. Xét trên phương diện hiệu quả truyền mỗi bit dữ liệu, 5G hiệu quả hơn 4G rất nhiều, có thể lên đến 90% , nhờ vào băng thông lớn và khả năng tập trung năng lượng của beamforming. Tuy nhiên, do 5G được thiết kế để xử lý một "cơn sóng thần" dữ liệu với lưu lượng cao hơn 4G nhiều lần, và bản thân phần cứng AAU tại mỗi trạm lại tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, nên tổng hóa đơn tiền điện của toàn mạng lưới có nguy cơ tăng lên đáng kể. Chính nghịch lý này đã thúc đẩy hiệu quả năng lượng trở thành một ưu tiên chiến lược hàng đầu, buộc các nhà cung cấp phải liên tục đổi mới cả về phần cứng lẫn phần mềm để giúp các nhà mạng kiểm soát TCO.  

5. Hướng Phát triển Tương lai của Công nghệ Anten

    Công nghệ anten cho mạng di động không ngừng phát triển. Hướng tới 5G-Advanced và thế hệ 6G, các nhà nghiên cứu và các công ty công nghệ đang tập trung vào những lĩnh vực đột phá nhằm tiếp tục nâng cao hiệu suất, giảm chi phí và tạo ra những khả năng hoàn toàn mới. Các xu hướng này xoay quanh vật liệu tiên tiến, kiến trúc điều khiển môi trường truyền sóng, trí tuệ nhân tạo và kiến trúc mạng mở.

5.1. Vật liệu Tiên tiến: Hướng tới Hiệu suất cao và Kích thước nhỏ gọn

    Yêu cầu hoạt động ở các dải tần ngày càng cao (mmWave và trong tương lai là Terahertz) và mức độ tích hợp ngày càng lớn (ví dụ như Anten-trong-vỏ-chip - Antenna-in-Package, AiP) đòi hỏi sự ra đời của các loại vật liệu mới với các đặc tính điện vượt trội. Yếu tố quan trọng nhất là hằng số điện môi (Dk) và hệ số tổn hao (Df) thấp để giảm thiểu suy hao tín hiệu khi đi qua vật liệu.  

• Polyme và Nhựa nhiệt dẻo: Các vật liệu như Polyme tinh thể lỏng (LCP) và Polytetrafluoroethylene (PTFE) đang dần thay thế các vật liệu nhựa nhiệt rắn truyền thống trong các ứng dụng tần số cao nhờ hiệu suất vượt trội. Các loại vật liệu khác như Poly(p-phenylene ether) (PPE/PPO) và hydrocarbon cũng đang được nghiên cứu và ứng dụng.  
• Gốm và Thủy tinh: Gốm đồng nung nhiệt độ thấp (LTCC) mang lại độ ổn định cao, tổn hao thấp và rất phù hợp để tích hợp các thành phần thụ động như bộ lọc vào trong đế anten. Các vật liệu gốm như cordierite, forsterite và perovskite nền bari (BZT) cũng đang được đánh giá. Substrate bằng thủy tinh cũng là một lựa chọn tiềm năng.  
• Siêu vật liệu (Metamaterials): Đây là các vật liệu nhân tạo được cấu trúc ở cấp độ vi mô để có những đặc tính điện từ không tồn tại trong tự nhiên, chẳng hạn như chỉ số khúc xạ âm. Khi được sử dụng làm một lớp "siêu đế" (superstrate) đặt phía trên anten, siêu vật liệu có thể hội tụ sóng vô tuyến, giúp tăng đáng kể độ lợi và băng thông của anten. Chúng cũng mở ra khả năng tạo ra các anten có khả năng bẻ lái chùm tia một cách linh hoạt.  
• Vật liệu in 3D: Một hướng đi đột phá là sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các cấu trúc điện môi phức tạp. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Notre Dame đang phát triển anten thấu kính GRIN (Gradient Index) được in 3D từ các vật liệu điện môi nhân tạo có cấu trúc gyroid. Anten này có khả năng hoạt động trên một dải tần siêu rộng, bao phủ toàn bộ các băng tần 5G, và có hiệu suất năng lượng cực cao, hứa hẹn thay thế nhiều thành phần phần cứng tiêu tốn điện năng trong các hệ thống hiện tại.  

5.2. Bề mặt Thông minh Tái cấu trúc (RIS): Tái định hình Môi trường Truyền sóng

    Bề mặt Thông minh Tái cấu trúc (Reconfigurable Intelligent Surface - RIS), hay còn gọi là Bề mặt Phản xạ Thông minh (Intelligent Reflecting Surface - IRS), được xem là một trong những công nghệ đột phá nhất cho mạng 6G.  

• Nguyên lý hoạt động: RIS là một bề mặt phẳng, thường là thụ động hoặc gần thụ động, được cấu thành từ một mảng lớn các phần tử siêu vật liệu nhỏ. Mỗi phần tử này có thể được điều khiển bằng phần mềm để thay đổi các đặc tính của sóng vô tuyến đập vào nó, chẳng hạn như pha, biên độ, và thậm chí cả phân cực.  
• Chức năng: Khác với anten, RIS không phát tín hiệu của riêng nó. Nó hoạt động như một tấm gương hoặc thấu kính thông minh, có thể lập trình được. Bằng cách điều khiển các phần tử, RIS có thể "bẻ cong" sóng vô tuyến để tạo ra một đường truyền "ảo" vòng qua một vật cản, hội tụ năng lượng tín hiệu vào một người dùng cụ thể để tăng cường tín hiệu, hoặc tạo ra giao thoa triệt tiêu để hủy bỏ nhiễu.  
• Triển vọng và Thách thức: RIS hứa hẹn một sự thay đổi mô hình, từ việc chỉ thích ứng với kênh truyền không dây sang việc chủ động kiến tạo và kiểm soát kênh truyền đó. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn đối mặt với nhiều thách thức lớn trước khi có thể triển khai rộng rãi, bao gồm:  
• Ước tính kênh: Việc ước tính kênh truyền hai chặng (Trạm gốc -> RIS -> Người dùng) là cực kỳ phức tạp vì RIS là thiết bị thụ động, không thể tự phát tín hiệu hoa tiêu (pilot).  
• Vị trí triển khai: Hiệu quả của RIS phụ thuộc rất lớn vào vị trí lắp đặt của nó so với trạm gốc và người dùng.  
• Điều khiển và Bảo mật: Cần có một kênh điều khiển có độ trễ thấp để đồng bộ RIS với mạng. Một rủi ro bảo mật nghiêm trọng là nếu một RIS bị tin tặc chiếm quyền điều khiển, nó có thể được dùng để tạo ra nhiễu triệt tiêu một cách "thầm lặng", làm mất kết nối của người dùng mà rất khó bị phát hiện.  

5.3. Trí tuệ Nhân tạo (AI) trong Quản lý Chùm sóng và Tối ưu hóa Mạng

    Việc quản lý hàng trăm, hàng nghìn chùm sóng trong một hệ thống Massive MIMO là một bài toán cực kỳ phức tạp. Các phương pháp truyền thống dựa trên việc quét toàn bộ các hướng chùm sóng (exhaustive beam sweeping) gây ra độ trễ và chi phí báo hiệu (overhead) rất lớn, đặc biệt không hiệu quả với các thiết bị di động.  

Trí tuệ Nhân tạo (AI) và Học máy (ML) đang được chuẩn hóa trong 5G-Advanced (từ phiên bản Release 18) để giải quyết vấn đề này. Thay vì phải quét toàn bộ, một mô hình AI có thể  

dự đoán cặp chùm sóng tối ưu dựa trên các dữ liệu đầu vào như lịch sử đo đạc cường độ tín hiệu (RSRP), vị trí, tốc độ di chuyển của người dùng, hoặc thậm chí là hình ảnh từ camera.  

• Lợi ích chính của AI trong quản lý chùm sóng (Beam Management - BM):
• Giảm chi phí báo hiệu: Chỉ cần đo đạc một tập con các chùm sóng được AI dự đoán là tiềm năng nhất, giúp tiết kiệm đáng kể tài nguyên báo hiệu.  
• Giảm độ trễ: Quá trình dự đoán nhanh hơn nhiều so với quét tuần tự, giúp duy trì kết nối ổn định cho người dùng đang di chuyển ở tốc độ cao.  
• Tăng độ chính xác: Các mô hình AI có thể học được các quy luật phức tạp của môi trường truyền sóng và hành vi người dùng, từ đó đưa ra dự đoán chính xác hơn phương pháp chỉ dựa vào tín hiệu mạnh nhất.  

5.4. Tác động của Kiến trúc Mạng Vô tuyến Mở (Open RAN)

    Kiến trúc Mạng Vô tuyến Mở (Open RAN) đang định hình lại ngành công nghiệp viễn thông. Open RAN phân tách trạm gốc truyền thống, vốn là một "hộp đen" từ một nhà cung cấp duy nhất, thành các thành phần rời rạc (Khối Vô tuyến - RU, Khối Phân tán - DU, Khối Tập trung - CU) với các giao diện mở và được chuẩn hóa giữa chúng. Điều này cho phép các nhà mạng kết hợp phần cứng và phần mềm từ nhiều nhà cung cấp khác nhau, phá vỡ sự phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất (vendor lock-in) và thúc đẩy sự đổi mới.  

Đối với anten, kiến trúc Open RAN có tác động trực tiếp. AAU trong mô hình này được chia thành:

• O-RU (Open Radio Unit): Bao gồm mảng anten và các mạch xử lý RF cấp thấp.
• O-DU và O-CU: Chạy các thuật toán xử lý băng gốc và định hướng chùm sóng phức tạp dưới dạng phần mềm trên các máy chủ thương mại (COTS - Commercial Off-The-Shelf).  

    Điều này tạo ra một cơ hội lớn: một công ty chuyên về phần mềm có thể phát triển một thuật toán beamforming ưu việt và triển khai nó trên hạ tầng O-DU/CU của nhà mạng để điều khiển các O-RU từ một nhà cung cấp phần cứng khác. Viettel là một ví dụ điển hình cho chiến lược này. Họ đang hợp tác chặt chẽ với Qualcomm để triển khai mạng 5G Open RAN thương mại. Trong đó, Viettel High Tech tự phát triển các phần mềm RAN quan trọng, chạy trên hạ tầng O-DU/CU và điều khiển các O-RU sử dụng chip của Qualcomm (như QRU100 cho Massive MIMO RU). Chiến lược này không chỉ giúp Viettel làm chủ công nghệ mà còn mở đường cho họ trở thành một nhà cung cấp công nghệ viễn thông toàn cầu.  

    Sự phát triển của anten 5G/6G trong tương lai là một quá trình tiến hóa cộng sinh, nơi các tiến bộ trong một lĩnh vực sẽ thúc đẩy hoặc đòi hỏi sự tiến bộ ở các lĩnh vực khác. Vật liệu mới cho phép tạo ra phần cứng phức tạp hơn (AAU dày đặc hơn), từ đó tạo ra bài toán điều khiển phức tạp hơn, đòi hỏi phần mềm thông minh hơn (AI/ML), và phần mềm này lại hoạt động hiệu quả nhất trên các kiến trúc mở và linh hoạt (Open RAN). Dữ liệu thu thập từ mạng lưới được tối ưu hóa bằng AI sau đó lại cung cấp thông tin đầu vào cho việc thiết kế thế hệ phần cứng tiếp theo, khép lại một chu trình đổi mới liên tục.

 

6. Bối cảnh Triển khai và Phân tích Kinh tế-Kỹ thuật

Việc phân tích công nghệ sẽ không hoàn chỉnh nếu không đặt nó trong bối cảnh triển khai thực tế, các yếu tố kinh tế và tình hình cụ thể tại thị trường Việt Nam. Các quyết định về công nghệ của nhà mạng luôn bị chi phối bởi chiến lược kinh doanh, chi phí đầu tư và bối cảnh cạnh tranh.

6.1. Hiện trạng Triển khai 5G tại Việt Nam: Phổ tần và Chiến lược Nhà mạng

Năm 2024 đánh dấu một bước ngoặt quan trọng cho 5G tại Việt Nam với việc các phiên đấu giá tần số quan trọng đã được tổ chức thành công, tạo nền tảng pháp lý và kỹ thuật cho việc triển khai thương mại trên diện rộng.

• Kết quả Đấu giá Tần số (2024):
• Viettel: Đã trúng đấu giá khối băng tần B1 (2500-2600 MHz), một băng tần linh hoạt có thể sử dụng cho cả 4G và 5G, mang lại sự cân bằng tốt giữa dung lượng và vùng phủ. Sau đó, Viettel tiếp tục trúng đấu giá một khối băng tần 700 MHz, vốn được coi là băng tần "kim cương" cho việc phủ sóng 5G ra các khu vực rộng lớn, nông thôn và tăng cường khả năng phủ sóng trong nhà tại các đô thị.  
• VNPT (VinaPhone): Đã giành quyền sử dụng khối băng tần C2 (3700-3800 MHz), một trong những băng tần "vàng" (mid-band) của 5G, lý tưởng để cung cấp dung lượng cao tại các khu vực đô thị và khu công nghiệp.  
• MobiFone: Đã trúng đấu giá khối băng tần C3 (3800-3900 MHz), liền kề với băng tần của VNPT, cho phép nhà mạng này triển khai các dịch vụ 5G dung lượng cao tương đương và cạnh tranh trực tiếp.  
• Tình hình Triển khai và Kế hoạch:
• Viettel đã chính thức ra mắt mạng 5G thương mại vào tháng 10 năm 2024, với hơn 6,500 trạm BTS phủ sóng tại tất cả 63 tỉnh thành, hỗ trợ cả kiến trúc không độc lập (NSA) và độc lập (SA). Nhà mạng này có kế hoạch triển khai thêm hơn 20,000 trạm 5G trong năm 2025.  
• VNPT và MobiFone cũng đã lần lượt ra mắt dịch vụ vào cuối năm 2024 và đầu năm 2025.  
• Mục tiêu quốc gia là đến năm 2030, mạng 5G sẽ phủ sóng 99% dân số với tốc độ tải xuống trung bình tối thiểu là 100 Mbps.  

6.2. Phân tích Chi phí và Tổng chi phí Sở hữu (TCO) của Hạ tầng 5G

Việc triển khai 5G đòi hỏi một nguồn vốn đầu tư khổng lồ.

• Chi phí Đầu tư Ban đầu: Chi phí triển khai 5G trên toàn cầu được dự báo sẽ vượt 1.1 nghìn tỷ USD vào năm 2025. Một trạm gốc 5G không chỉ có chi phí thiết bị cao hơn mà còn tiêu thụ năng lượng nhiều hơn gấp đôi so với trạm 4G.  
• Tổng chi phí Sở hữu (TCO): TCO bao gồm cả chi phí vốn (CapEx) - cho thiết bị, giấy phép tần số - và chi phí vận hành (OpEx) - cho năng lượng, bảo trì, thuê mặt bằng. Trong đó, mạng truy cập vô tuyến (RAN) là khoản mục chi phí lớn nhất, chiếm khoảng 45-50% tổng TCO của mạng. Chi phí năng lượng cũng là một thành phần OpEx ngày càng tăng do các AAU Massive MIMO tiêu thụ nhiều điện năng.  
• Hiệu quả chi phí của mmWave: Mặc dù thiết bị mmWave đắt hơn, dung lượng khổng lồ mà nó mang lại có thể giúp nó trở nên hiệu quả hơn về mặt chi phí so với băng tần Sub-6 GHz trong các kịch bản có mật độ người dùng và nhu cầu dữ liệu rất cao. Các nghiên cứu cho thấy trong các nhà máy hoặc văn phòng, mạng riêng 5G sử dụng mmWave có thể có TCO thấp hơn khi yêu cầu dung lượng lớn. Tương tự, một mạng hỗn hợp 3.5 GHz và mmWave có thể tiết kiệm chi phí hơn so với mạng chỉ dùng 3.5 GHz ở các khu đô thị dày đặc.  
• Các giải pháp giảm chi phí: Để quản lý TCO, các nhà mạng đang áp dụng nhiều chiến lược như chia sẻ hạ tầng, ảo hóa chức năng mạng (NFV), điện toán đám mây và tự động hóa. Kiến trúc Open RAN cũng được xem là một hướng đi chiến lược để giảm chi phí dài hạn thông qua việc tăng cường cạnh tranh giữa các nhà cung cấp và sử dụng phần cứng thương mại (COTS).  

6.3. Tổng quan Sản phẩm AAU từ các Nhà cung cấp Lớn

Các nhà cung cấp thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới đều cung cấp một danh mục sản phẩm AAU đa dạng để đáp ứng các nhu cầu triển khai khác nhau.

• Ericsson: Cung cấp danh mục sản phẩm Radio System, bao gồm các dòng radio Massive MIMO (ví dụ: AIR 6488, AIR 3239) và các anten thụ động. Hãng tập trung vào thiết kế nhỏ gọn, hiệu quả năng lượng, và tích hợp chặt chẽ giữa phần cứng và phần mềm (như Automated Energy Saver) để tối ưu hóa hiệu suất và TCO.  
• Nokia: Danh mục AirScale của Nokia bao gồm các giải pháp từ baseband đến radio. Các sản phẩm AAU Massive MIMO nổi bật thuộc dòng Habrok và Osprey, được trang bị chip ReefShark do hãng tự phát triển để tăng hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng. Các mẫu như AEQN (32T32R) và AEQP (64T64R) phục vụ các kịch bản triển khai khác nhau.  
• Huawei: Có một danh mục sản phẩm AAU rất phong phú. Dòng BladeAAU tích hợp cả anten tích cực và thụ động trong một module duy nhất. Dòng MetaAAU sử dụng công nghệ Mảng Anten Cực lớn (ELAA) với hàng trăm phần tử anten (lên tới 384) để cải thiện đáng kể vùng phủ và hiệu quả năng lượng. Mặc dù đối mặt với các lệnh trừng phạt, Huawei vẫn là một nhà cung cấp hàng đầu trên thị trường toàn cầu.  
• Samsung: Cung cấp một loạt các radio Massive MIMO hỗ trợ cả băng tần TDD và FDD, với các cấu hình 64T64R và 32T32R. Hãng nhấn mạnh vào việc sử dụng chipset tự phát triển và khả năng tương thích với vRAN (RAN ảo hóa), mang lại hiệu suất mạnh mẽ (hỗ trợ tới 16 lớp dữ liệu đường xuống) và hiệu quả năng lượng cao. Samsung cũng có các sản phẩm radio băng tần kép, kết hợp C-Band và CBRS trong một thiết bị duy nhất.  

    Các nhà mạng tại Việt Nam đang đứng trước một "thế lưỡng nan chiến lược" (strategic trilemma) trong việc triển khai 5G. Họ phải cân bằng giữa ba ưu tiên cạnh tranh lẫn nhau: Hiệu suất (đáp ứng các KPI khắt khe của 5G), Chi phí (quản lý TCO khổng lồ), và Tương lai bền vững (áp dụng các kiến trúc mới như Open RAN và chuẩn bị cho 6G). Một quyết định ưu tiên một yếu tố sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hai yếu tố còn lại. Chẳng hạn, một chiến lược thuần túy tập trung vào hiệu suất cao nhất có thể đòi hỏi đầu tư vào các AAU mmWave đắt đỏ, làm tăng TCO. Ngược lại, một chiến lược quá tập trung vào chi phí có thể dẫn đến việc chậm trễ trong việc cung cấp trải nghiệm 5G thực sự vượt trội. Chiến lược của Viettel, với việc mạnh dạn đi đầu trong Open RAN và tự phát triển phần mềm, cho thấy một nỗ lực giải quyết thế lưỡng nan này bằng cách ưu tiên yếu tố tương lai bền vững. Mặc dù có rủi ro và phức tạp trong ngắn hạn, chiến lược này hứa hẹn mang lại TCO thấp hơn, sự chủ động về công nghệ và vị thế dẫn đầu trong dài hạn.

Bảng 6.3: Bảng so sánh các Mẫu AAU 5G Tiêu biểu

Nhà cung cấp	Tên sản phẩm (Dòng)	Băng tần (Ví dụ)	Cấu hình MIMO	Công suất phát (Ví dụ)	Băng thông (Ví dụ)	Các tính năng nổi bật	Nguồn
Ericsson	AIR 6488	n78 (3.5 GHz)	64T64R	200W/320W	200/400 MHz	Tích hợp cao, hiệu quả năng lượng, hỗ trợ phần mềm tối ưu hóa.
Nokia	AirScale AEQN/AEQP	n78 (3.5 GHz)	32T32R / 64T64R	80W / 200W	100 MHz / 200 MHz	Sử dụng SoC ReefShark, thiết kế nhỏ gọn, hỗ trợ IPAA+.
Huawei	MetaAAU	n78 (3.5 GHz)	64T64R	320W	200 MHz	Công nghệ ELAA (384 phần tử anten), tăng cường vùng phủ và hiệu quả năng lượng.
Samsung	Massive MIMO Radio	n77 (C-Band) / n78	64T64R / 32T32R	-	350 MHz (dual-band)	Chipset tự phát triển, hỗ trợ vRAN, hiệu suất MU-MIMO cao (16 lớp DL).

---

7. Kết luận và Khuyến nghị

Quá trình chuyển đổi từ anten 4G sang 5G đại diện cho một trong những bước nhảy vọt công nghệ quan trọng nhất trong lịch sử viễn thông di động. Đây không phải là một sự cải tiến đơn thuần mà là một cuộc tái cấu trúc toàn diện, từ nguyên lý vật lý, kiến trúc phần cứng, đến các công nghệ phần mềm điều khiển.

7.1. Tóm tắt các bước nhảy vọt công nghệ chính

Phân tích đã chỉ ra những khác biệt cốt lõi và mang tính cách mạng:

• Từ Thụ động đến Tích cực: Công nghệ đã chuyển từ kiến trúc 4G với các anten thụ động kết nối với khối vô tuyến (RRU) riêng biệt bằng cáp đồng trục, sang kiến trúc 5G với các Khối Anten Tích cực (AAU) tích hợp hoàn toàn cả radio và anten vào một khối duy nhất.
• Từ MIMO đến Massive MIMO: Quy mô của mảng anten đã tăng theo cấp số nhân, từ vài anten trong 4G lên đến hàng chục, thậm chí hàng trăm anten trong 5G. Sự gia tăng này là nền tảng cho các khả năng vượt trội của 5G.
• Từ Phát sóng rộng đến Định hướng chính xác: Nguyên lý hoạt động đã thay đổi từ việc phát sóng tín hiệu tương đối rộng khắp trong 4G sang việc sử dụng kỹ thuật định hướng chùm sóng (beamforming) và MIMO đa người dùng (MU-MIMO) trong 5G để tập trung năng lượng chính xác đến từng người dùng, giúp tăng tốc độ, mở rộng vùng phủ và tăng vọt dung lượng mạng.

Những bước nhảy vọt này là một phản ứng bắt buộc trước các yêu cầu hiệu suất của 5G và những thách thức vật lý của việc sử dụng phổ tần số cao như mmWave.

7.2. Đánh giá các xu hướng phát triển có tác động lớn nhất

Nhìn về tương lai, sự phát triển của công nghệ anten sẽ được định hình bởi ba xu hướng chính, có tác động ở các khung thời gian khác nhau:

• Ngắn hạn (Hiện tại - 3 năm): Hiệu quả năng lượng và tối ưu hóa TCO sẽ là yếu tố chi phối. Các nhà mạng sẽ ưu tiên các giải pháp AAU giúp giảm chi phí vận hành, đặc biệt là hóa đơn tiền điện. Do đó, các đổi mới về hiệu suất bộ khuếch đại công suất (GaN), tản nhiệt tiên tiến và các chế độ ngủ thông minh do AI điều khiển sẽ là những yếu tố cạnh tranh quan trọng nhất.
• Trung hạn (3 - 7 năm): Trí tuệ nhân tạo (AI/ML) và Mạng Vô tuyến Mở (Open RAN) sẽ trở thành xu thế chủ đạo. Cuộc cạnh tranh sẽ dịch chuyển từ việc chỉ cung cấp phần cứng sang cung cấp các giải pháp phần mềm và trí tuệ thông minh. Các nhà mạng sẽ có nhiều lựa chọn hơn, và các mô hình kinh doanh mới dựa trên việc bán các ứng dụng tối ưu hóa mạng (xApps/rApps trên nền tảng RIC) sẽ xuất hiện.
• Dài hạn (7+ năm): Vật liệu mới và các kiến trúc đột phá như RIS sẽ là nền tảng cho 6G. Công nghệ sẽ không chỉ dừng lại ở việc truyền thông tin mà sẽ tiến tới việc tạo ra các môi trường vô tuyến thông minh, có thể lập trình và tương tác, mở ra những ứng dụng chưa từng có.

7.3. Khuyến nghị chiến lược cho các nhà mạng và đơn vị nghiên cứu tại Việt Nam

Dựa trên phân tích toàn diện, một số khuyến nghị chiến lược được đề xuất cho các bên liên quan tại Việt Nam:

• Đối với các Nhà mạng (Viettel, VNPT, MobiFone):

1.    Ưu tiên Phân tích TCO: Trong mọi quyết định mua sắm và triển khai thiết bị 5G, cần đặt TCO làm trung tâm, với sự chú trọng đặc biệt vào hiệu quả năng lượng của các mẫu AAU khác nhau để kiểm soát chi phí vận hành dài hạn.

2.    Xây dựng Chiến lược Open RAN rõ ràng:

§  Viettel: Tiếp tục phát huy vai trò tiên phong, mở rộng quy mô mạng Open RAN tự phát triển kết hợp với đối tác chiến lược, và hướng tới xuất khẩu giải pháp công nghệ.

§  VNPT và MobiFone: Cần đánh giá và xây dựng lộ trình áp dụng Open RAN một cách thận trọng, có thể bắt đầu với các mạng riêng (private networks) hoặc các khu vực ít quan trọng hơn để tích lũy kinh nghiệm, tránh bị phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất trong dài hạn.

3.    Đầu tư vào Năng lực AI/ML: Xây dựng đội ngũ và nền tảng để khai thác sức mạnh của AI/ML không chỉ cho quản lý chùm sóng mà còn cho việc tiết kiệm năng lượng, bảo trì dự đoán và tối ưu hóa toàn bộ mạng lưới, nhằm khai thác tối đa hiệu quả của tài nguyên tần số và hạ tầng đã đầu tư.

• Đối với các Viện Nghiên cứu và Trường Đại học (ví dụ: PTIT, Đại học Quốc gia):

1.    Tập trung vào R&D chiều sâu: Hướng các nỗ lực nghiên cứu và phát triển vào những lĩnh vực mang tính đột phá và thách thức nhất, nơi Việt Nam có thể tạo ra dấu ấn, bao gồm: mô hình hóa kênh truyền và thuật toán điều khiển cho RIS, phát triển các mô hình AI/ML phù hợp với môi trường truyền sóng đa dạng tại Việt Nam, và thiết kế anten sử dụng siêu vật liệu hoặc công nghệ in 3D.

2.    Tăng cường Hợp tác Công - Viện - Trường: Thúc đẩy các chương trình hợp tác chặt chẽ với các nhà mạng như Viettel, VNPT để có được dữ liệu thực tế cho việc huấn luyện các mô hình AI, và có môi trường thử nghiệm các công nghệ mới, thu hẹp khoảng cách giữa nghiên cứu hàn lâm và ứng dụng công nghiệp.

3.    Đóng góp vào Hệ sinh thái Open RAN: Tập trung vào việc phát triển và kiểm thử các phần mềm cho Bộ điều khiển Thông minh RAN (RIC) và các ứng dụng (xApps/rApps). Đây là một lĩnh vực có tiềm năng lớn cho sự đổi mới sáng tạo dựa trên phần mềm, phù hợp với thế mạnh của ngành công nghệ thông tin Việt Nam.