VNPT Technology làm chủ công nghệ sản xuất trạm phát sóng cỡ nhỏ

Hiện nay, mạng lưới viễn thông Việt Nam đang sử dụng các trạm truyền thống cỡ lớn (Macro Cell) để thu phát tín hiệu. Các trạm này thường có chi phí đắt đỏ và dễ bị suy giảm tín hiệu nếu mật độ tòa nhà dày đặc hoặc lượng người dùng trong một khu vực quá lớn. Trong khi đó, nhu cầu dữ liệu người dùng ngày càng tăng do sự xuất hiện của các mô hình kinh doanh mới sử dụng mạng di động cùng với việc triển khai hàng triệu thiết bị kết nối internet (IoT) đòi hỏi các nhà mạng phải có giải pháp truyền dữ liệu tốc độ cao và đáng tin cậy hơn.

Trong bối cảnh đó, các thiết bị trạm thu phát cỡ nhỏ (Small Cell) hứa hẹn một giải pháp hiệu quả về chi phí để giải quyết bài toán trên. Từ năm 2019, trong một chương trình hợp tác Công nghệ cao với Bộ KH&CN, công ty công nghệ VNPT Technology đã bắt đầu phát triển một thiết bị trạm gốc cỡ nhỏ đa công nghệ WiFi/4G.

Đây là một trong những thiết bị Small Cell đầu tiên được nghiên cứu phát triển thành công tại Việt Nam. So với các trạm truyền thống, các thiết bị Small Cell có khả năng triển khai linh hoạt hơn - chúng có chi phí thấp hơn; dễ dàng gắn trên đèn đường, cột điện, bên trong các tòa nhà và nhiều kiến trúc khác; và cung cấp bán kính phủ sóng lên tới 300m.

Các thiết bị Small Cell không thay thế cho mạng Macro mà được bổ sung để cải thiện tín hiệu mạng Macro. ThS. Nguyễn Văn Trung - Giám đốc Trung tâm Công nghệ phần mềm của VNPT Technology, đồng thời là chủ nhiệm đề tài - cho biết, trong 2 tháng thử nghiệm trên mạng điện thoại Vinaphone, thiết bị đã giúp tăng dung lượng truyền tải ở khu vực phủ sóng lên 2 lần và tốc độ truyền tối đa đạt 300 Mbps.

Dự kiến trong năm 2021, VNPT Technology sẽ cùng công ty ANSV triển khai hàng nghìn thiết bị Small Cell tại các địa điểm khác nhau trên toàn quốc.

Trên thế giới, thị trường thiết bị Small Cell đã bùng nổ từ năm 2015, với sự tham gia của một loạt nhà cung cấp thiết bị viễn thông tên tuổi như Ericsson, Nokia, hay Huawei. Trong nước, cũng bắt đầu xuất hiện những dự án thương mại nhằm triển khai hệ thống trạm gốc cỡ nhỏ.

Việc làm chủ công nghệ đã đưa VNPT Technology trở thành một trong những nhà cung cấp đầu tiên của Việt Nam có khả năng thay thế thiết bị Small Cell ngoại nhập, góp phần đảm bảo an ninh mạng quốc gia.

Các thiết bị Small Cell trông như một phiên bản thu nhỏ của trạm Macro Cell nhưng không hoàn toàn tương đồng. Chúng đều có chung công nghệ lõi, bao gồm các công nghệ về phần cứng, vô tuyến, công nghệ xử lý tín hiệu ở băng tần cơ sở và giao thức mạng 4G theo chuẩn LTE.

Sự khác biệt chủ yếu nằm ở công suất phát sóng, khả năng phủ sóng và số lượng người dùng được phục vụ đồng thời. Small Cell, đúng như tên gọi, có vùng phủ sóng (gọi là các 'cell') hẹp hơn nhiều (vài trăm mét) so với Macro Cell (vài km) và cũng có khả năng phục vụ số lượng người dùng hạn chế hơn (<100 người) so với các trạm cỡ lớn Macro Cell (khoảng 1.000 người)

Do vậy, Small Cell thường có kích thước nhỏ hơn và được tích hợp “tất cả trong một”, bao gồm các anten nằm bên trong vỏ hộp, thay vì anten ngoài cỡ lớn như các trạm truyền thống. Thậm chí, thiết bị Small Cell do VNPT Technology nghiên cứu phát triển còn được tích hợp thêm công nghệ truy nhập Wi-Fi (chuẩn 802.11ac) mà các thiết bị Macro Cell không có.

Ông Nguyễn Công Anh, Phó giám đốc Trung tâm Công nghệ điện tử, người chịu trách nhiệm quản lý dòng sản phẩm này, giải thích: “Vì phổ tần số cho mạng di động giới hạn, do đó khi nhu cầu của người dùng vượt quá khả năng đáp ứng của hệ thống, thiết bị phải điều hòa bằng cách làm giảm lưu lượng dữ liệu trên kênh di động 4G và tăng sử dụng băng thông trên kênh WiFi, đặc biệt khi người dùng ở các khu vực mật độ sử dụng cao như các tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại,..”

Để đạt được điều đó, các kỹ sư phải tìm cách “gói gọn” cả hai công nghệ 4G và WiFi vào trong một chiếc hộp bằng cách áp dụng các nguyên tắc thiết kế tối ưu trên cả phần cứng và phần mềm. Mỗi cấu phần trong đó đều phải đảm bảo chức năng kép, tức hoạt động liền mạch khi chuyển đổi giữa các công nghệ và băng tần khác nhau.

Các kỹ sư của VNPT Technology cho biết thách thức về mặt công nghệ là rất lớn bởi tại thời điểm bấy giờ, công nghệ trạm gốc 4G LTE còn tương đối mới với công ty, dù trước đó họ đã có kinh nghiệm phát triển công nghệ WiFi, vốn có một số nét đồng nhất định về công nghệ vô tuyến và xử lý tín hiệu với LTE.

Sau khi phát triển và chế tạo phiên bản thử nghiệm đầu tiên, thiết bị vẫn chưa đạt chất lượng kỹ thuật cao nhất như kỳ vọng. Đội ngũ kỹ sư đã phải tiến hành kiểm thử nhiều vòng liên lục, với hàng loạt cuộc trao đổi, hội thảo trong nội bộ công ty và với các chuyên gia đánh giá, phản biện trong nước - bao gồm Viện Điện tử Viễn thông của trường ĐH Bách khoa Hà Nội và Khoa Công nghệ thông tin của ĐH Quốc gia Hà Nội - cũng như các chuyên gia nước ngoài, trước khi ra được sản phẩm cuối cùng.

Ngoài các tính năng cơ bản kể trên của LTE, các nhà phát triển của VNPT Technology còn tiết lộ thêm một kỹ thuật mới mà họ đã “hoàn thiện ở mức thiết kế và sẵn sàng phát triển tích hợp lên thiết bị trong tương lai”, đó là kỹ thuật cộng gộp sóng mang (Carrier Aggregation) giữa tín hiệu WiFi và 4G.

Bình thường, khi đi qua vùng có sóng WiFi và sóng 4G, thiết bị di động của người dùng sẽ tự động ưu tiên lựa chọn một công nghệ - thường là WiFi - bất kể tín hiệu mạnh hay yếu hơn. Tuy nhiên, nếu trạm thu phát có khả năng cộng gộp sóng mang, nó sẽ tự tính toán và điều tiết luồng dữ liệu để truyền song song trên cả 2 kênh WiFi và 4G theo một tỷ lệ tối ưu (ví dụ 3:7 hoặc 4:6), nhằm giúp người dùng có tốc độ truyền cao nhất.

So sánh với một số sản phẩm Small Cell cùng loại của nước ngoài, hiện không có nhiều thiết bị cung cấp tính năng tương tự về ghép kênh như của VNPT Technology.

Không chỉ làm chủ công nghệ chế tạo và sản xuất thiết bị Small Cell, VNPT Technology còn xây dựng giải pháp quản lý các thiết bị đó.

Thông thường, khi mật độ thiết bị ngày càng dày đặc thì gánh nặng cho việc quản lý thiết bị, hậu cần và xử lý dữ liệu sẽ càng lớn. Nó đòi hỏi phải có các giải pháp tự động hóa nhiều quy trình thay vì làm thủ công, chẳng hạn như các quy trình về quản lý, giám sát và phân tích hiệu suất theo thời gian thực v.v.

Do vậy, công ty này cũng phát triển một hệ thống phần mềm quản lý giám sát và điều khiển (HeMS) có khả năng xử lý đồng thời 100.000 thiết bị. Bên cạnh đó, để giảm tình trạng can nhiễu, chồng lấn tín hiệu giữa các ô sóng (cell), các kỹ sư còn tích hợp phần mềm mạng tự tổ chức (SON) nhằm tự phát hiện lỗi, tự tối ưu và tự động cấu hình cell thay thế cho những cell bị hỏng gần đó.

Đại diện VNPT Technology nhấn mạnh, việc làm chủ các thiết kế phần cứng và phần mềm, đồng thời hợp tác với các nhà cung cấp linh kiện nguồn uy tín đã giúp họ khép kín quy trình sản xuất thiết bị viễn thông và hạn chế tối đa những lỗ hổng bảo mật, đảm bảo độ tin cậy hệ thống cho các nhà mạng 4G.

Mặc dù công nghệ 5G và 4G có sự khác biệt, nhưng các nguyên tắc thiết kế cơ bản từ xử lý tín hiệu đến các giao thức mạng hay cộng gộp sóng mang vẫn có tính kế thừa. Do vậy, việc làm chủ thiết bị Small Cell cho mạng 4G sẽ là bước quan trọng giúp họ kế thừa dễ dàng hơn trong quá trình làm chủ thiết bị Small Cell cho mạng 5G trong thời gian tới, ông Nguyễn Văn Trung nhấn mạnh.