×
Các hệ thống giám sát ngày nay cần có khả năng phủ sóng liên tục trên những không gian rộng lớn, dù là các khu công nghiệp rộng hay trung tâm thành phố đông đúc. Các bộ khuếch đại công suất RF mới nhất có thể tăng phạm vi truyền dẫn lên gấp ba lần so với các hệ thống cũ, như đã được một số nghiên cứu gần đây về công nghệ không dây chỉ ra. Những thiết bị nhỏ gọn này thực sự giúp giảm đáng kể các vấn đề mất tín hiệu trong các khu đô thị đông đúc hay ở các khu vực công nghiệp hẻo lánh, thu hẹp các điểm chết tín hiệu phiền toái khoảng hai phần ba, theo nghiên cứu của Ponemon năm ngoái. Điều khiến chúng hoạt động hiệu quả là khả năng vận hành ổn định ở các dải tần số cao hơn. Điều này đồng nghĩa với việc hình ảnh giám sát và dữ liệu từ cảm biến thực sự đến được phòng điều khiển nhanh hơn, điều này cực kỳ quan trọng khi từng giây đều mang tính quyết định cho các hoạt động an ninh.
Việc thu được kết quả giám sát chính xác thực sự phụ thuộc vào việc có các tín hiệu không bị nhiễu bởi can thiệp điện từ. Các bộ khuếch đại RF thế hệ mới hiện nay thực sự tích hợp những tính năng khử tiếng ồn hiện đại cùng với công nghệ Gallium Nitride. Theo một nghiên cứu gần đây được công bố năm ngoái, những cải tiến này có thể tăng độ rõ tín hiệu lên tới gần gấp ba phần tư khi nhiều thiết bị hoạt động đồng thời. Đối với nhân viên an ninh, điều này có nghĩa là họ có thể phân biệt được giữa các mối đe dọa thực sự và những tín hiệu cảnh báo sai gây phiền phức thường xuyên xuất hiện. Và chúng ta phải thừa nhận rằng, không ai muốn lãng phí vài phút quý báu để phản ứng với các tín hiệu báo động ảo. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng với chất lượng tín hiệu tốt hơn, tỷ lệ sai sót trong thời gian phản ứng giảm khoảng một phần ba tại các khu vực có nhiều người di chuyển liên tục.
Mạng lưới an ninh tại Singapore cho thấy rõ mức độ hiệu quả mà công nghệ bộ khuếch đại RF có thể đạt được khi mở rộng quy mô cho các thành phố lớn. Thành phố đã lắp đặt những bộ khuếch đại nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ này tại khoảng 12.000 cột đèn đường và các điểm giao thông, giúp hệ thống giám sát trí tuệ nhân tạo (AI) đạt độ chính xác dữ liệu gần như tuyệt đối trong hầu hết thời gian. Điều ấn tượng là hệ thống này đã giảm gần một nửa độ trễ và tiếp cận được các khu vực ven biển nơi mà trước đây tín hiệu rất yếu, điều mà Báo cáo Kết nối Đô thị 2024 đã nhấn mạnh. Khi nhìn vào thành tựu của Singapore, rõ ràng là khi cơ sở hạ tầng RF được tối ưu hóa đúng cách, việc triển khai hệ thống an ninh trên toàn thành phố là hoàn toàn khả thi mà không làm suy giảm sức mạnh tín hiệu hay độ ổn định kết nối.
Các hệ thống an ninh ngày nay đang chuyển dần khỏi các hệ thống analog truyền thống sang các bộ khuếch đại RF kỹ thuật số. Những hệ thống mới này cho phép kiểm soát tín hiệu tốt hơn nhiều và quản lý năng lượng thông minh hơn, có khả năng tự điều chỉnh trong quá trình vận hành. Bí quyết nằm ở một công nghệ gọi là Tiền biến dạng kỹ thuật số (Digital Pre-Distortion) hay còn gọi tắt là DPD. Về cơ bản, công nghệ này tự động khắc phục các vấn đề phiền phức liên quan đến sóng tín hiệu, nhờ đó độ chính xác của tín hiệu tăng lên từ khoảng 40 đến thậm chí 60 phần trăm trong những môi trường mạng đa kênh phức tạp. Đối với các hệ thống hoạt động liên tục ngày này qua ngày khác, sự chuyển đổi này giúp giảm đáng kể lượng năng lượng bị lãng phí. Ngoài ra, các hệ thống kỹ thuật số này xử lý sự thay đổi nhiệt độ tốt hơn nhiều so với thế hệ trước, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các lắp đặt an ninh ngoài trời nơi điều kiện thời tiết có thể biến động mạnh trong năm.
Các bán dẫn Nitride Gallium (GaN) có mật độ công suất gấp ba lần so với các lựa chọn silicon tiêu chuẩn, điều này đang thay đổi cách bộ khuếch đại RF hoạt động trong nhiều ngành công nghiệp. Theo nghiên cứu thị trường gần đây từ năm 2024, các bộ khuếch đại GaN đạt hiệu suất cộng công suất khoảng 82% khi hoạt động trong những dải tần số 5G phức tạp, điều giúp duy trì cường độ tín hiệu ngay cả trong môi trường thành phố đông đúc nơi mà nhiễu sóng thường xuyên xảy ra. Một lợi ích lớn khác là chúng tạo ra lượng nhiệt ít hơn khoảng 35% so với các sản phẩm silicon tương ứng. Điều này khiến chúng đặc biệt hữu ích trong các tình huống mà nhiệt độ cao có thể gây ra vấn đề. Ví dụ như các hệ thống quét sinh trắc học ẩn được lắp đặt trong không gian công cộng hoặc các thiết bị giám sát khu vực từ xa được cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng tấm pin mặt trời. Việc giảm phát sinh nhiệt giúp các thiết bị này vận hành lâu hơn giữa các lần bảo trì mà không gặp sự cố quá nhiệt.
Các phương pháp đóng gói mới nhất như tích hợp cấp wafer đã giảm kích thước của bộ khuếch đại RF khoảng 70% kể từ năm 2020 trong khi vẫn giữ nguyên công suất đầu ra. Các linh kiện nhỏ hơn đồng nghĩa với việc chúng hiện có thể được đặt gọn bên trong các camera nhận diện khuôn mặt và những thiết bị quét biển số xe mà chúng ta thấy khắp mọi nơi. Điều này làm cho việc xây dựng các hệ thống ăng-ten phân tán với thời gian phản hồi dưới một miligiây trở nên khả thi. Kết hợp thêm một số tính năng tự giám sát thông qua AI và những gói linh kiện siêu nhỏ này cũng bắt đầu giúp tiết kiệm chi phí. Các thành phố chi tiêu cho việc bảo trì mạng lưới giám sát của họ đã báo cáo cắt giảm được khoảng 22% chi phí hàng năm nhờ vào những cải tiến này. Thực ra điều này hoàn toàn hợp lý khi bạn nghĩ rằng thiết bị thông minh hơn sẽ giúp giảm đáng kể thời gian dừng hoạt động.
Công nghệ giám sát ngày nay xử lý khoảng 87 phần trăm các tín hiệu RF ngay tại nguồn thay vì gửi toàn bộ dữ liệu lên đám mây, điều này giúp giảm thời gian phản ứng tới gần hai phần ba theo báo cáo của Frost & Sullivan năm ngoái. Khi kết hợp các bộ khuếch đại công suất RF với những con chip tính toán biên chạy AI này, chúng ta có thể phát hiện mối đe dọa trong vòng chưa đầy 200 mili giây. Tốc độ như vậy là rất quan trọng khi cần phát hiện người mang theo vũ khí hoặc phát hiện các thiết bị bay không người lái bất hợp pháp đang lơ lửng trên đầu. Cách thức hoạt động phối hợp của các hệ thống này cho phép AI lọc ra toàn bộ tín hiệu RF nền không cần thiết trong khi khuếch đại các tần số quan trọng. Điều này hoàn toàn hợp lý bởi các con phố trong thành phố hiện nay đầy ắp vô số tín hiệu khác nhau bay khắp mọi nơi.
Các bộ khuếch đại RF được tăng cường bởi trí tuệ nhân tạo thực sự có thể quản lý việc phân bổ băng thông thông qua các kỹ thuật mô hình hóa dự đoán. Các hệ thống này có thể xử lý lượng video nhiều gấp khoảng bốn rưỡi lần so với các hệ thống analog truyền thống. Khi nói đến việc giảm méo tín hiệu, học máy (machine learning) cũng tạo ra sự khác biệt đáng kể. Các nghiên cứu cho thấy hiệu suất được cải thiện khoảng 40-45% trong các thiết lập sử dụng nhiều camera mà ở đó hệ thống tự động điều chỉnh độ lợi của bộ khuếch đại tùy theo mức độ hoạt động của mạng giám sát tại từng thời điểm. Kết quả là các thành phố thông minh có thể chạy nhận diện khuôn mặt độ phân giải 8K song song với dữ liệu radar sóng milimét đồng thời mà không gây áp lực quá lớn lên cơ sở hạ tầng mạng lõi. Hiệu suất như vậy rất quan trọng khi làm việc với các hệ thống giám sát đô thị phức tạp cần xử lý một lượng thông tin khổng lồ một cách đồng thời.
Tín hiệu RF được khuếch đại có thể xuyên qua tường và đạt khoảng cách lên tới khoảng 1,2 dặm, nhưng theo Báo cáo năm 2024 của Privacy International, gần ba phần tư cư dân thành thị lo lắng về việc quyền riêng tư của họ bị xâm phạm bởi những sóng điện từ này. Các cơ quan quản lý gần đây đã can thiệp bằng cách yêu cầu mã hóa đối với mọi dữ liệu RF được xử lý bởi AI hoạt động ở tần số trên 24 GHz. Yêu cầu này đang tạo ra nhiều khó khăn thực tế cho các kỹ sư cố gắng duy trì thời gian phản hồi hệ thống đủ nhanh để đáp ứng các ứng dụng thực tế. Vẫn còn nhiều tranh luận gay gắt về cách cân bằng đúng đắn giữa việc bảo vệ an toàn cho cộng đồng và bảo vệ quyền tự do cá nhân. Vấn đề càng trở nên phức tạp hơn khi công nghệ giám sát RF hiện nay đã trở nên chi tiết gần như gấp 90% so với các hệ thống giám sát quang học truyền thống, đặt ra những câu hỏi mới về mức độ giám sát nào là chấp nhận được trong xã hội hiện đại.
Các hệ thống giám sát hiện đại phụ thuộc vào các bộ khuếch đại công suất RF thường hoạt động khoảng 40 đến 60 phần trăm thời gian, nghĩa là chúng tạo ra khoảng 15 đến 30 phần trăm tổng năng lượng của chúng dưới dạng nhiệt tỏa ra môi trường. Khi nhiệt lượng này không được quản lý đúng cách, các linh kiện có xu hướng hoạt động ngắn hơn khoảng 19 đến 22 phần trăm so với kỳ vọng (như đã ghi nhận trong nghiên cứu Energy 2021), bên cạnh đó còn có sự gia tăng đáng kể các cảnh báo sai do tín hiệu bị méo. Tin tốt là các bộ khuếch đại dựa trên Gallium Nitride (GaN) giữ nhiệt độ thấp hơn khoảng 12 đến 18 độ so với các bộ khuếch đại silicon truyền thống. Và các hệ thống làm mát mảng quét pha hiện đại phân tán nhiệt tốt hơn nhiều trên toàn bộ các nút trong hệ thống. Đối với các hệ thống lớn hơn nơi thiết bị hoạt động liên tục, các kỹ thuật làm mát ngâm (immersion cooling) có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng tổng thể gần một phần ba trong quá trình vận hành dài hạn, theo các báo cáo quản lý nhiệt gần đây mà chúng tôi tham khảo.
Các mạng an ninh hàng đầu sử dụng việc điều chỉnh ba cấp điện năng trong bộ khuếch đại RF:
Những kỹ thuật này giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng từ 23–29% trong các hệ thống giám sát đô thị trong khi vẫn duy trì mức độ khả dụng của hệ thống ở mức 99,3%. Theo Báo cáo Thị trường Quản lý Nhiệt 2024, các giải pháp làm mát thích ứng kết hợp giữa bộ tản nhiệt chất lỏng và tối ưu hóa luồng không khí điều khiển bởi AI có thể ngăn chặn 82% các sự cố giảm hiệu suất do nhiệt độ trong các triển khai mật độ cao.
Việc kết hợp công nghệ 5G và mmWave đã đẩy bộ khuếch đại công suất RF vượt xa phạm vi thông thường của chúng, hiện đang hoạt động ở tần số trên 50 GHz, gấp khoảng mười lần so với những hệ thống sub-6 GHz cũ. Về mặt thực tế, điều này có nghĩa là các hệ thống an ninh giờ đây có thể xử lý luồng video 4K gốc mà không cần nén dữ liệu, đồng thời duy trì độ trễ dưới 25 mili giây — điều này cực kỳ quan trọng khi chạy các thuật toán phát hiện mối đe dọa bằng AI theo thời gian thực. Báo cáo mới nhất từ RF Tech Trends cho thấy các bộ khuếch đại băng tần cao mới này đạt hiệu suất khoảng 92%, thực sự giải quyết được một số vấn đề tồn đọng lâu nay liên quan đến việc tín hiệu lan truyền trong môi trường đô thị dày đặc, nơi mà các tòa nhà trước đây làm cản trở phần lớn tín hiệu.
Các bộ khuếch đại thế hệ mới tích hợp bộ xử lý học máy có khả năng dự đoán sự cố linh kiện trước hơn 72 giờ, giảm 38% thời gian dừng hoạt động ngoài kế hoạch trong các thử nghiệm thực địa. Một mẫu thử nghiệm của nhà sản xuất tự động chuyển hướng tín hiệu trong điều kiện căng thẳng về nhiệt, đạt được thời gian hoạt động liên tục 99,999% trong điều kiện thử nghiệm ở khí hậu sa mạc. Các đổi mới này hỗ trợ xu hướng toàn cầu chuyển sang cơ sở hạ tầng an ninh tự duy trì, không cần bảo trì.
Các nhà phân tích thị trường dự đoán rằng lĩnh vực bộ khuếch đại công suất RF cho mục đích an ninh sẽ mở rộng đáng kể trong thập kỷ tới, tăng khoảng 9,8 phần trăm hàng năm cho đến năm 2030. Sự tăng trưởng này chủ yếu được thúc đẩy bởi việc triển khai liên tục các mạng 5G tại các thành phố trên toàn thế giới và nhiều dự án thành phố thông minh đang dần đi vào hoạt động. Khu vực Châu Á - Thái Bình Dương dự kiến sẽ dẫn đầu lĩnh vực này với khoảng 42 phần trăm tổng giá trị thị trường, nhờ phần lớn vào việc Singapore đầu tư gần 740 triệu USD để nâng cấp cơ sở hạ tầng giám sát bằng công nghệ mmWave tiên tiến. Trong khi đó, Bắc Mỹ giữ vị trí thứ hai với khoảng 28 phần trăm thị phần, nơi các chính phủ đang đầu tư mạnh vào các giải pháp giám sát biên giới tiên tiến được thiết kế để hoạt động trong dải tần số cực cao vượt quá khả năng 100 gigahertz.
