PGS.TS Lê Thị Phương Mai tại lễ ra mắt Trung tâm Công nghệ chiến lược Việt Nam - Australia vào tháng 6/2025. Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ tiên tiến, Đại học Đà Nẵng.

Ở một sân vận động, nhà ga hay lễ hội, hàng nghìn điện thoại có thể cùng lúc gửi ảnh, gọi video, truy cập bản đồ và kết nối với các thiết bị thông minh. Mạng di động phải phục vụ nhiều người hơn, truyền nhiều dữ liệu hơn nhưng không thể mãi tăng công suất phát, mở rộng phổ tần hoặc bổ sung phần cứng.

Đó cũng là điểm gặp nhau trong nhiều nghiên cứu của PGS.TS Lê Thị Phương Mai, giảng viên cao cấp Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng. Thay vì chỉ theo đuổi tốc độ, chị tập trung vào cách phân bổ công suất, tài nguyên vô tuyến và năng lực tính toán để hệ thống sử dụng năng lượng hiệu quả hơn.

Tháng 6/2025, chị là một trong 19 phụ nữ được trao Giải thưởng “Phụ nữ trong lĩnh vực Công nghệ và Đổi mới sáng tạo” của Trung tâm Công nghệ chiến lược Việt Nam - Australia. Trước đó, chị nhận học bổng sau tiến sĩ của Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup và thực hiện nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Sapienza Rome, nơi chị từng hoàn thành chương trình tiến sĩ viễn thông năm 2019.

Phục vụ nhiều thiết bị hơn trên cùng tài nguyên

Massive MIMO là công nghệ dùng số lượng lớn ăng-ten tại trạm gốc để phục vụ đồng thời nhiều thiết bị. Trong tài liệu giới thiệu nghiên cứu, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng giải thích một hệ thống massive MIMO thường được tính từ 64 ăng-ten trở lên. Công nghệ này đã hiện diện trong 5G và tiếp tục được nghiên cứu cho các thế hệ mạng sau.

Trong công bố năm 2021 trên IEEE Transactions on Vehicular Technology, Lê Thị Phương Mai là tác giả đứng đầu cùng Luca Sanguinetti, Emil Björnson và Maria-Gabriella Di Benedetto. Nhóm nghiên cứu xem xét việc kết hợp massive MIMO với đa truy nhập không trực giao theo miền mã, thường gọi là code-domain NOMA.

Điểm đáng chú ý của công trình không nằm ở một khẳng định đơn giản rằng NOMA luôn tốt hơn. Kết quả mô phỏng cho thấy NOMA có thể đem lại lợi ích khi các thiết bị ở gần nhau về mặt không gian và mảng ăng-ten phẳng của mạng 5G có độ phân giải không gian hạn chế. Nhóm cũng đề xuất quy trình hai bước để phân nhóm thiết bị theo đặc điểm tương quan của kênh truyền. Trong các cấu hình được khảo sát, chữ ký trực giao cho hiệu suất phổ trung bình cao nhất.

PGS.TS Lê Thị Phương Mai (thứ hai từ trái sang) tại lễ trao Giải thưởng “Phụ nữ trong lĩnh vực Công nghệ và Đổi mới sáng tạo” ngày 11/6/2025. Alt: “Các cá nhân nhận Giải thưởng Phụ nữ trong lĩnh vực Công nghệ và Đổi mới sáng tạo năm 2025”. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ tiên tiến, Đại học Đà Nẵng.

Tối ưu điện năng thay vì chỉ tăng công suất

Năm 2023, PGS.TS Lê Thị Phương Mai cùng Nguyễn Trung Hiếu và Nguyễn Văn Hiếu công bố nghiên cứu tối ưu hiệu suất năng lượng cho hệ thống massive MIMO đường xuống. Nhóm xây dựng bài toán phân bổ công suất dựa trên tối ưu lồi và kiểm chứng bằng mô phỏng Monte Carlo. Công trình đặt hiệu suất năng lượng bên cạnh hiệu suất phổ, thay vì xem công suất phát là nguồn lực có thể tăng không giới hạn.

Một nghiên cứu tiếp theo năm 2024, thực hiện cùng Nguyễn Lê Hùng, đưa điện toán biên di động vào bài toán. Với điện toán biên, thiết bị có thể chuyển một phần dữ liệu lên máy chủ gần trạm gốc để xử lý, thay vì thực hiện toàn bộ phép tính tại chỗ. Chuyển nhiều dữ liệu hơn có thể giảm gánh nặng cho thiết bị, nhưng lại làm tăng năng lượng truyền và năng lượng xử lý ở máy chủ. Tỷ lệ chuyển tải vì thế cần được cân bằng với năng lực tính toán cục bộ.

Trong mô hình thử nghiệm, nhóm sử dụng một trạm gốc có 64 ăng-ten phục vụ 8 thiết bị trong ô mạng bán kính 100 m, băng thông 20 MHz. Thuật toán được kiểm chứng bằng Matlab trên 1.000 kênh vô tuyến tạo ngẫu nhiên. Với bộ tham số này, mức năng lượng thấp nhất xuất hiện khi tần số máy chủ ở khoảng 4 GHz; khi tần số tiếp tục tăng, điện năng dành cho xử lý cũng tăng lên.

Kết quả mô phỏng năng lượng tối thiểu của hệ thống massive MIMO kết hợp điện toán biên khi thay đổi tần số máy chủ và số sóng mang con. Nguồn: Nguyễn Lê Hùng, Lê Thị Phương Mai, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, 2024; giấy phép CC BY-NC 4.0.

Con số 4 GHz không phải một “công thức” dùng cho mọi mạng viễn thông. Nó là điểm tối ưu trong cấu hình mô phỏng cụ thể. Giá trị của nghiên cứu nằm ở phương pháp tìm điểm cân bằng giữa công suất phát, tần số máy chủ, tỷ lệ chuyển dữ liệu lên biên và phần việc để thiết bị xử lý tại chỗ.

Khoảng cách từ mô phỏng đến mạng thương mại còn gồm phần cứng thực, tải dữ liệu biến động, người dùng di chuyển, nhiễu liên ô, độ trễ và chi phí triển khai. Vì thế, các kết quả hiện tại nên được hiểu là cơ sở thuật toán và tham số cho bước thử nghiệm tiếp theo, không phải mức tiết kiệm điện đã được xác nhận trên hạ tầng 5G đang vận hành.

Mở rộng kết nối bằng trạm chuyển tiếp trên không

Hướng nghiên cứu sau tiến sĩ của Lê Thị Phương Mai kết hợp ăng-ten massive MIMO với máy bay không người lái trong truyền thông V2X, tức liên lạc giữa phương tiện với các phương tiện, hạ tầng và thiết bị xung quanh. UAV có thể đóng vai trò trạm chuyển tiếp trên không khi đường truyền trực tiếp giữa trạm gốc và người dùng mặt đất bị che khuất hoặc chưa đủ ổn định.

Về mặt ứng dụng, cách tiếp cận này có thể hữu ích tại khu vực địa hình phức tạp, hiện trường cứu hộ, sự kiện đông người hoặc một tuyến giao thông cần kết nối tạm thời. Đây là khả năng suy ra từ mô hình hệ thống, chưa phải thông tin cho thấy giải pháp của nhóm đã được triển khai thương mại.

Mạch nghiên cứu từ NOMA, massive MIMO đến điện toán biên và UAV cho thấy một lựa chọn nhất quán: giải bài toán dung lượng cùng với bài toán năng lượng. Các công bố của PGS.TS Lê Thị Phương Mai hiện cung cấp mô hình và thuật toán để xác định điều kiện áp dụng, chưa phải sản phẩm 6G hoàn chỉnh. Nhưng đó là phần việc quyết định một mạng thế hệ mới có thể phục vụ bao nhiêu thiết bị mà không để điện năng tăng cùng tốc độ với lưu lượng dữ liệu.