Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ vô tuyến điện, việc khai thác hiệu quả quỹ tần số ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt đối với các hệ thống liên lạc vô tuyến di động mặt đất (PMR) trong băng tần VHF/UHF. Theo số liệu từ Cục Tần số vô tuyến điện, tính đến năm 2021, có hơn 7.500 giấy phép hoạt động mạng PMR trong các dải tần này, với hơn 300.000 thiết bị được cấp phép sử dụng. Tuy nhiên, hiện trạng sử dụng phổ tần chủ yếu dựa trên phân kênh 12.5 kHz và 25 kHz, dẫn đến tình trạng khan hiếm tần số tại các thành phố lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và Đà Nẵng, nơi mật độ sử dụng tần số cao gấp 20-30 lần so với mức trung bình toàn quốc.

Luận văn tập trung nghiên cứu công nghệ mạng PMR sử dụng phân kênh 6.25 kHz trong băng tần VHF/UHF, nhằm đề xuất phương án ấn định tần số hiệu quả cho các mạng PMR tại các khu vực thành phố lớn. Mục tiêu cụ thể là xác định khoảng cách tái sử dụng tần số phù hợp, đảm bảo giảm thiểu can nhiễu và tối ưu hóa sử dụng phổ tần. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mạng PMR tại ba thành phố lớn của Việt Nam trong giai đoạn 2018-2021, với trọng tâm là các mạng LAN và WAN sử dụng công nghệ kỹ thuật số mới.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý tần số, giảm thiểu xung đột tần số, đồng thời hỗ trợ phát triển các ứng dụng viễn thông nội bộ và dùng riêng trong các lĩnh vực công nghiệp, dịch vụ và an ninh. Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy chuyển đổi từ công nghệ tương tự sang kỹ thuật số, tận dụng tối đa lợi thế của phân kênh 6.25 kHz để đáp ứng nhu cầu liên lạc ngày càng tăng tại các đô thị lớn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Công nghệ PMR số và tương tự: Phân tích ưu nhược điểm của công nghệ PMR tương tự và kỹ thuật số, trong đó công nghệ số sử dụng đa truy nhập TDMA và FDMA với phân kênh 6.25 kHz giúp tăng hiệu quả sử dụng phổ tần và cải thiện chất lượng âm thanh.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật PMR số: Áp dụng các tiêu chuẩn ETSI như DMR, dPMR và TETRA, trong đó DMR sử dụng TDMA chia kênh 12.5 kHz thành hai khe thời gian, còn dPMR sử dụng FDMA với kênh 6.25 kHz.
  • Mô hình truyền sóng và tính toán can nhiễu: Sử dụng mô hình truyền sóng ITU-R P.526, Longley-Rice và Hata sửa đổi để tính toán tổn hao đường truyền và xác định khoảng cách tái sử dụng tần số dựa trên tỷ số bảo vệ α (dB) giữa tín hiệu mong muốn và tín hiệu nhiễu.
  • Khái niệm chính: Khoảng cách tái sử dụng tần số, tỷ số bảo vệ (C/I), hệ số loại bỏ kênh ngoài (OCR), phân kênh 6.25 kHz, mạng LAN và WAN PMR.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm cơ sở dữ liệu cấp phép tần số của Cục Tần số vô tuyến điện, số liệu khảo sát thực tế tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và Đà Nẵng, cùng các tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn quốc tế về PMR. Phương pháp nghiên cứu kết hợp:

  • Phân tích thống kê: Tổng hợp số liệu giấy phép, thiết bị và mật độ sử dụng tần số theo cấu hình mạng và phân kênh.
  • Mô phỏng và tính toán: Sử dụng phần mềm Chirplus để mô phỏng khoảng cách tái sử dụng tần số dựa trên các tham số đầu vào như công suất phát, độ cao ăng ten, mô hình truyền sóng và tỷ số bảo vệ.
  • So sánh kinh nghiệm quốc tế: Đối chiếu kết quả tính toán với các khuyến nghị của ITU và kinh nghiệm của Úc để đánh giá tính phù hợp và hiệu quả của phương pháp.
  • Khảo sát thực tế: Đo đạc và đánh giá khoảng cách tái sử dụng tần số tại các khu vực thành phố lớn nhằm xác nhận tính chính xác của mô hình và đề xuất phương án ấn định tần số.

Thời gian nghiên cứu tập trung trong giai đoạn 2018-2021, với trọng tâm khảo sát tại ba thành phố lớn có mật độ sử dụng tần số cao nhất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng sử dụng tần số PMR tại Việt Nam: Có 7.524 giấy phép hoạt động trong dải VHF/UHF, với hơn 300.000 thiết bị được cấp phép. Trong đó, phân kênh 12.5 kHz chiếm tỷ lệ áp đảo với hơn 85% giấy phép và thiết bị, phân kênh 6.25 kHz mới chiếm khoảng 6% số giấy phép nhưng đang tăng nhanh trong giai đoạn 2018-2021.

  2. Mật độ sử dụng tần số tại các thành phố lớn: Tại TP Hồ Chí Minh, mật độ sử dụng tần số trong dải UHF đạt khoảng 0.79 tần số/km², cao hơn 30 lần so với mức trung bình toàn quốc; tại Hà Nội là 0.38 tần số/km², cao hơn 20 lần. Điều này dẫn đến khó khăn trong việc cấp phép và ấn định tần số mới.

  3. Khoảng cách tái sử dụng tần số theo mô hình ITU và Úc: Kết quả tính toán khoảng cách tái sử dụng tần số cho mạng LAN băng thông 6.25 kHz dao động khoảng 10-11 km, cho mạng WAN simplex khoảng 120-142 km, và mạng WAN duplex khoảng 100 km, với sự tương đồng cao giữa hai mô hình. Khoảng cách này đảm bảo giảm thiểu can nhiễu đồng kênh và kênh liền kề.

  4. Ảnh hưởng của độ cao ăng ten đến vùng phủ và khoảng cách tái sử dụng: Mạng LAN sử dụng ăng ten ở độ cao 50 m có vùng phủ rộng hơn và khoảng cách tái sử dụng lớn hơn so với độ cao 12-15 m, phù hợp với các kịch bản sử dụng trong các tòa nhà cao tầng hoặc khu vực ít che chắn.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng phân kênh 6.25 kHz trong công nghệ PMR số giúp tăng hiệu quả sử dụng phổ tần, giảm thiểu tình trạng khan hiếm tần số tại các đô thị lớn. Khoảng cách tái sử dụng tần số được xác định phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế và kinh nghiệm của các quốc gia phát triển như Úc, đồng thời phản ánh đúng đặc điểm địa hình và mật độ sử dụng tần số tại Việt Nam.

Việc sử dụng phần mềm mô phỏng Chirplus cho phép đánh giá chính xác vùng phủ và khoảng cách tái sử dụng trong các điều kiện thực tế khác nhau, từ đó hỗ trợ hiệu quả cho công tác ấn định tần số. So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả này khẳng định tính khả thi của việc chuyển đổi sang phân kênh 6.25 kHz, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc điều chỉnh chính sách cấp phép và quản lý tần số.

Biểu đồ và bảng số liệu minh họa rõ ràng sự khác biệt về mật độ sử dụng tần số giữa các khu vực, cũng như sự tương đồng trong khoảng cách tái sử dụng giữa các mô hình tính toán, giúp người quản lý và kỹ sư viễn thông có cái nhìn trực quan để ra quyết định.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương án ấn định tần số phân kênh 6.25 kHz cho các mạng PMR tại thành phố lớn: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu giảm thiểu tình trạng khan hiếm tần số, thời gian thực hiện trong 1-2 năm, chủ thể thực hiện là Cục Tần số vô tuyến điện phối hợp với các nhà mạng và doanh nghiệp viễn thông.

  2. Tăng cường sử dụng phần mềm mô phỏng và đo đạc thực tế để xác định khoảng cách tái sử dụng tần số: Động từ "ứng dụng", nhằm nâng cao độ chính xác trong công tác ấn định tần số, thời gian liên tục, chủ thể là các đơn vị kỹ thuật và quản lý tần số.

  3. Khuyến khích chuyển đổi từ công nghệ PMR tương tự sang PMR số sử dụng phân kênh 6.25 kHz: Động từ "khuyến khích", mục tiêu nâng cao hiệu quả sử dụng phổ và chất lượng liên lạc, thời gian 3-5 năm, chủ thể là các doanh nghiệp viễn thông và người dùng cuối.

  4. Xây dựng và cập nhật các tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp với đặc thù địa hình và mật độ sử dụng tần số tại Việt Nam: Động từ "phát triển", nhằm đảm bảo tính tương thích và hiệu quả quản lý, thời gian 2 năm, chủ thể là cơ quan quản lý nhà nước và các tổ chức tiêu chuẩn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý tần số vô tuyến điện: Hỗ trợ trong việc xây dựng chính sách cấp phép, quản lý phổ tần và ấn định tần số hiệu quả, đặc biệt tại các đô thị lớn có mật độ sử dụng cao.

  2. Doanh nghiệp viễn thông và nhà cung cấp thiết bị PMR: Cung cấp cơ sở khoa học để phát triển sản phẩm, chuyển đổi công nghệ và tối ưu hóa khai thác phổ tần.

  3. Các tổ chức nghiên cứu và đào tạo trong lĩnh vực viễn thông: Là tài liệu tham khảo cho nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ PMR, mô hình truyền sóng và quản lý tần số.

  4. Người dùng cuối trong các lĩnh vực công nghiệp, dịch vụ và an ninh: Giúp hiểu rõ về lợi ích của công nghệ PMR số và các giải pháp liên lạc hiệu quả trong môi trường đô thị phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phân kênh 6.25 kHz có ưu điểm gì so với 12.5 kHz và 25 kHz?
    Phân kênh 6.25 kHz giúp tăng gấp đôi dung lượng kênh so với 12.5 kHz và gấp bốn lần so với 25 kHz, đồng thời cải thiện hiệu quả sử dụng phổ tần và giảm thiểu can nhiễu, phù hợp với môi trường đô thị mật độ cao.

  2. Khoảng cách tái sử dụng tần số là gì và tại sao quan trọng?
    Khoảng cách tái sử dụng tần số là khoảng cách tối thiểu giữa các máy phát sử dụng cùng tần số để tránh gây nhiễu lẫn nhau. Việc xác định chính xác khoảng cách này giúp tối ưu hóa việc cấp phép và sử dụng phổ tần.

  3. Công nghệ PMR số có những lợi ích gì so với PMR tương tự?
    PMR số cung cấp chất lượng âm thanh tốt hơn, khả năng chống nhiễu cao, hiệu suất sử dụng pin lâu hơn, và hỗ trợ các tính năng nâng cao như mã hóa, định vị GPS và tích hợp mạng IP.

  4. Phần mềm Chirplus được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Chirplus được dùng để mô phỏng vùng phủ sóng và tính toán khoảng cách tái sử dụng tần số dựa trên các tham số kỹ thuật và mô hình truyền sóng, giúp đánh giá chính xác hiệu quả ấn định tần số.

  5. Làm thế nào để giải quyết tình trạng khan hiếm tần số tại các thành phố lớn?
    Giải pháp bao gồm chuyển đổi sang công nghệ PMR số với phân kênh 6.25 kHz, áp dụng các phương pháp tính toán khoảng cách tái sử dụng tần số chính xác, và tăng cường quản lý, cấp phép tần số hiệu quả dựa trên dữ liệu thực tế.

Kết luận

  • Công nghệ PMR số sử dụng phân kênh 6.25 kHz mang lại hiệu quả sử dụng phổ tần vượt trội, phù hợp với nhu cầu liên lạc tại các thành phố lớn có mật độ sử dụng tần số cao.
  • Khoảng cách tái sử dụng tần số được xác định qua mô hình ITU và kinh nghiệm Úc tương đồng, đảm bảo giảm thiểu can nhiễu và tối ưu hóa khai thác phổ.
  • Việc áp dụng phần mềm mô phỏng Chirplus giúp đánh giá chính xác vùng phủ và hỗ trợ công tác ấn định tần số phù hợp với đặc điểm địa hình và mật độ sử dụng.
  • Nghiên cứu đề xuất các giải pháp ấn định tần số và khuyến nghị chuyển đổi công nghệ, nâng cao hiệu quả quản lý tần số tại các đô thị lớn.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng phương án ấn định tần số mới, cập nhật tiêu chuẩn kỹ thuật và mở rộng khảo sát thực tế để hoàn thiện chính sách quản lý tần số.

Hành động ngay hôm nay để nâng cao hiệu quả quản lý tần số và phát triển công nghệ PMR số tại Việt Nam!