Mạng radio không dây 5G: Trái tim của nhà máy tương lai

Bằng cách tái thiết kế cơ sở hạ tầng truyền thông thông thường ngày nay, tác động của 5G sẽ được cảm nhận sâu sắc hơn nhiều so với 4G/LTE trên các ứng dụng tiêu dùng, chăm sóc sức khỏe kỹ thuật số, thành phố thông minh và giao thông vận tải. Tuy nhiên, trong số tất cả các lĩnh vực thương mại sẽ được định hình lại bởi mạng vô tuyến không dây 5G, tự động hóa công nghiệp – hay công nghiệp 4.0 có thể tạo ra sự chuyển đổi lớn nhất.

• Tác động của các công nghệ mới đối với kiến trúc hệ thống tự động hóa và số hóa

Theo IHS Markit (đơn vị chuyên cung cấp thông tin và chuyên môn về thị trường, ngành kỹ thuật toàn cầu), ngay cả khi quá trình triển khai 5G toàn cầu bắt đầu, cơ sở hạ tầng mạng trong môi trường công nghiệp và nhà máy chủ yếu vẫn kết nối có dây. Ethernet công nghiệp mang lại lợi ích về tốc độ và kết nối đáng tin cậy nhưng bị hạn chế về tính linh hoạt vật lý và băng thông.

Mạng không dây về bản chất trở nên cần thiết để nhà máy thông minh tiếp tục thông minh hơn. Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi từ mạng có dây sang mạng không dây là một quá trình nâng cấp phức tạp. Mỗi khách hàng công nghiệp đều có những điều kiện riêng biệt, từ văn hóa, tình hình tài chính cho đến khao khát đổi mới. Điều đó ảnh hưởng đến khả năng của tổ chức trong việc nâng cấp đáng kể lên mạng không dây.

5G tạo ra sự thay đổi đột phá trong Radio

Công nghệ cốt lõi của sự thay đổi “địa chấn” này chính là radio. Mạng vô tuyến không dây 5G đánh dấu sự khởi đầu cơ bản so với các kiến ​​trúc mạng không dây 4G và trước đó. Mạng 4G được xây dựng rất cứng nhắc, thường bao gồm một trạm cơ sở vĩ mô và mạng lõi không linh hoạt, phần lớn sử dụng phần cứng độc quyền. Họ cũng sử dụng mô hình truyền dẫn truyền thống, trong đó tín hiệu RF được phát tới tất cả người dùng trong một khu vực.

Để so sánh, mạng 5G kết hợp số lượng sóng vô tuyến gấp nhiều lần so với khả năng của 4G giúp hỗ trợ và sử dụng các kỹ thuật tạo chùm tia tiên tiến hướng mục tiêu đến người dùng cũng như vị trí cụ thể nhằm mang lại hiệu quả quang phổ cải thiện gấp 5 lần. Tuy nhiên, việc tăng mật độ vô tuyến mà không tăng kích thước và công suất tương xứng sẽ phức tạp hơn.

Thay đổi từ truy cập cố định sang truy cập ảo

Một trong những thay đổi cơ bản mà ADI cho phép là việc chuyển đổi từ mạng truy cập vô tuyến cố định (RAN) độc quyền sang RAN ảo (vRAN). Điều này đánh dấu sự phát triển từ phần cứng 5G vật lý, được xây dựng có mục đích sang giải pháp thay thế do phần mềm xác định, trong đó phần lớn hoạt động và quản lý mạng được xử lý trên đám mây. Điều này dẫn đến sự thay đổi lớn về cách ngành xây dựng triển khai các trạm gốc 5G bằng cách chia nhỏ các thành phần của phần cứng, bao gồm thiết bị vô tuyến, thiết bị kỹ thuật số và thiết bị trung tâm cũng như mạng lõi.

Ưu điểm của mô hình vRAN là nó hỗ trợ một loại trường hợp sử dụng hoàn toàn mới. Điều này đạt được thông qua việc giới thiệu tính năng phân chia mạng, trong đó việc sử dụng phổ tần có mục tiêu cụ thể có thể được điều chỉnh để phục vụ các ứng dụng khác nhau và những người dùng khác nhau dựa trên nhu cầu cá nhân.

Những thách thức trong ứng dụng mạng Radio không dây 5G

Những nơi áp dụng sớm 5G công nghiệp sẽ là cảng, sân bay và trung tâm hậu cần, sau đó là các nhà máy và nhà kho, giao thông vận tải, xây dựng, tiện ích và khai thác mỏ. Việc mở rộng nhanh chóng công nghệ 5G sẽ tạo ra một môi trường kết nối nâng cao, nơi con người và robot có thể cùng tồn tại trong một môi trường an toàn, bảo mật, hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Trong khi sự phát triển của mạng vô tuyến không dây 5G là rất lớn thì lĩnh vực này vẫn phải vượt qua một loạt thách thức để đạt được những mục tiêu này. Thách thức đầu tiên trong số này là việc thiếu chiến lược tiếp cận thị trường rõ ràng giữa các nhà khai thác di động hàng đầu. Ước tính có hơn 70% các giao dịch được biết đến liên quan đến các nhà sản xuất công nghiệp không bao gồm các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông.

Vấn đề thứ hai là khoảng cách tích hợp hệ thống giữa viễn thông và các nhà cung cấp dịch vụ được quản lý (MSP) có nguy cơ làm chậm quá trình áp dụng sớm mạng riêng 5G của các nhà sản xuất. Một vấn đề liên quan đến khả năng mở rộng là MSP gặp khó khăn trong việc đảm bảo sự hỗ trợ từ các trung tâm điều hành mạng của họ. Và cuối cùng, rõ ràng là thiếu các dịch vụ kỹ thuật, mua sắm và xây dựng cần thiết để tích hợp đầy đủ dịch vụ.

Vậy làm thế nào để chúng ta đạt được quy mô và hiệu quả chi phí cuối cùng cần thiết để chuyển mạng công nghiệp 5G từ trạng thái chuẩn bị sang áp dụng toàn diện? Từ góc độ ADI – công ty bán dẫn đa quốc gia của Mỹ chuyên về chuyển đổi dữ liệu và công nghệ xử lý tín hiệu cho rằng chúng ta mới chỉ đang ở giai đoạn đầu của những gì có thể thực hiện được về mạng vô tuyến không dây 5G. Tuy nhiên, để hiện thực hóa tiềm năng đó, chúng ta cần phát triển hệ sinh thái của mình, chia sẻ tầm nhìn về những gì tất cả các bên trong hệ sinh thái đó muốn đạt được và theo đuổi cách tiếp cận chung đối với các thách thức về kỹ thuật và kinh doanh.

Nhật Khang (theo https://www.analog.com)