Công nghệ mạng PMR và ứng dụng trong băng tần VHF UHF phân kênh 6 25 khz tại thành phố lớn

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --- TỐNG DUY MINH Công nghệ mạng PMR và ứng dụng trong băng tần VHF/UHF phân kênh 6.25 Khz Tại Thành Phố Lớn LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Theo đị

CÔNG NGHỆ MẠNG PMR TRONG BĂNG TẦN VHF/UHF SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI

Những lợi ích của công nghệ PMR số

PMR số hiện nay có thể truyền trên kênh có độ rộng 6.25 kHz, so với kênh 25 kHz hoặc 12.5 kHz của hệ thống CLMR; nhờ độ rộng kênh nhỏ nên PMR số tận dụng phổ tần hiệu quả hơn và tối ưu hóa băng thông so với CLMR.

Trong một thiết bị vô tuyến analog thông thường, mọi âm thanh nhận được bởi micro đều được truyền đi; nếu môi trường có quá nhiều tiếng ồn, toàn bộ tiếng ồn cũng được truyền và thông tin nhận được tại máy thu sẽ bị ảnh hưởng Công nghệ số tập trung vào cải thiện chất lượng giọng nói hoặc dữ liệu và bỏ qua tiếng ồn của máy cũng như tiếng ồn môi trường xung quanh, giúp giọng nói trở nên rõ ràng hơn Vì hệ thống vô tuyến số sử dụng mã tự động sửa lỗi, nó tái tạo âm thanh và duy trì độ trong trẻo của tiếng nói mặc dù tín hiệu bị lỗi nặng Khi tín hiệu được điều chế và mã hóa số, có các thuật toán phần mềm tiên tiến có thể truyền tín hiệu giọng nói rõ ràng nhất trong điều kiện khắc nghiệt nhất Đối với cùng một chất lượng âm thanh, các bộ đàm số cung cấp vùng phủ tốt hơn so với các bộ đàm tương tự ở điều kiện tương tự (ví dụ, mức công suất phát, độ cao anten, tạp âm máy thu, băng thông bộ lọc trung tần, địa hình, v.v.).

Hình 1.2: Chất lượng âm thanh sử dụng kỹ thuật điều chế số so với tương tự

Trong các hệ thống liên lạc vô tuyến, thiết bị analog điển hình yêu cầu một phần cứng mã hóa phụ trợ để cung cấp mã hóa giọng nói, trong khi một thiết bị vô tuyến số có thể được cấu hình hoặc lập trình để thực hiện mã hóa giọng nói ngay trong chính thiết bị đó Việc ứng dụng mã hóa tiếng nói kỹ thuật số mang lại mức độ an toàn và hiệu quả cao hơn cho các hệ thống truyền thông vô tuyến.

Các bộ đàm kỹ thuật số dựa trên công nghệ TDMA có thời lượng pin dài hơn so với các bộ đàm tương tự Trong TDMA, một kênh được chia thành hai hoặc nhiều khe thời gian và thiết bị chỉ phát trong một khe thời gian, giúp tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng Nhờ đó, các thiết bị kỹ thuật số có thể duy trì hoạt động lâu hơn trên mỗi lần sạc, cải thiện hiệu suất pin và tuổi thọ thiết bị Đây là lý do tại sao TDMA được ưa chuộng trong các ứng dụng yêu cầu thời lượng pin kéo dài và đáng tin cậy.

Các ứng dụng phần mềm có thể được cài đặt trên bộ đàm kỹ thuật số để mở rộng chức năng và mang lại các tính năng bổ sung như mã hóa nâng cao, điều phối liên lạc, theo dõi vị trí và tích hợp với mạng IP Việc tích hợp này giúp tăng cường bảo mật, tối ưu hoá quá trình làm việc và cải thiện sự liên kết giữa các thiết bị trong mạng truyền thông, đáp ứng yêu cầu của các hệ thống liên lạc hiện đại.

Các kỹ thuật trong công nghệ PMR số

Giống như các hệ thống thông tin vô tuyến di động khác, PMR số tối ưu hóa việc sử dụng phổ tần và nhờ các công nghệ vô tuyến kỹ thuật số có thể cải thiện chất lượng âm thanh, kéo dài thời lượng pin và tăng cường bảo mật thông tin Nói chung, các phương thức đa truy nhập được sử dụng trong PMR số là các giải pháp cho phép chia sẻ tài nguyên vô tuyến giữa nhiều người dùng trên cùng một kênh hoặc tần số.

TDMA là công nghệ phân chia thời gian, nó thường chiếm băng thông 12,5 kHz và tách mỗi kênh 12,5 kHz thành hai khe thời gian (hai kênh logic), mỗi khe thời gian lại cung cấp một đường thông tin liên lạc riêng biệt.

FDMA cung cấp một đường truyền thông tin 6,25 kHz cho mỗi kênh vật lý Khi thiết bị PMR số sử dụng băng thông 12,5 kHz, quy hoạch băng tần PMR sẽ không thay đổi vì hiện nay phần lớn các hệ thống PMR tương tự đã áp dụng phân kênh 12,5 kHz.

Hình 1.3: So sánh lợi ích của PMR số với tương tự

Việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật số với phân kênh 12.5 kHz và 6.25 kHz cho phép dung lượng gấp 4 lần so với hệ thống 25 kHz tương tự Dựa trên hạ tầng tương tự, hệ thống PMR số có thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu của PMR tương tự đồng thời mang lại các tính năng bổ sung hữu ích và chất lượng thông tin được cải thiện Vấn đề nhiễu giữa các hệ thống tương tự cũng như giữa hệ thống tương tự và số hoặc giữa các hệ thống số với nhau vẫn tồn tại Các biện pháp bảo vệ kỹ thuật như CTCSS hoặc cảm nhận kênh truyền có thể cho phép sử dụng đồng thời PMR số và PMR tương tự trên cùng một kênh đơn công.

Các tiêu chuẩn cho thiết bị PMR số

Việc áp dụng các tiêu chuẩn mở trên toàn cầu tối ưu hóa lợi thế về quy mô trong việc cung cấp thiết bị cho nhiều nước Các hệ thống PMR số sử dụng tiêu chuẩn mở giúp đảm bảo khả năng tương thích ngược, nghĩa là các thiết bị số có thể giao tiếp với các thiết bị PMR tương tự Có nhiều tiêu chuẩn và công nghệ định nghĩa PMR kỹ thuật số, và một số chuẩn PMR số chính đóng vai trò chủ chốt cho sự liên thông giữa các hệ thống Việc tuân thủ các chuẩn mở không chỉ tăng khả năng tương thích mà còn đẩy mạnh khả năng mở rộng, cập nhật công nghệ và cạnh tranh trên thị trường toàn cầu Thông tin về các tiêu chuẩn PMR số có thể giúp các nhà quản trị hệ thống và nhà cung cấp lên kế hoạch triển khai tối ưu và đồng bộ giữa các nước.

Bảng 1.1: Một số tiêu chuẩn tiêu biểu cho thiết bị PMR số

Cơ quan tiêu chuẩn hóa ETSI ETSI ETSI

Chế độ trực tiếp (bộ đàm di động) X X X

Phương thức truy nhập kênh TDMA

(2 khe) FDMA Độ rộng kênh 25 kHz 12.5 kHz 6.25 kHz Độ rộng kênh hiệu dụng 6.25 kHz 6.25 kHz 6.25 kHz

Dải tần số hỗ trợ (MHz) < 1000 (hiện tại đang có 350-

Hệ thống TETRA, hay vô tuyến trung kế mặt đất, được ETSI phát triển và ban đầu mang tên ETSI Project TETRA, nay được biết đến là ETSI Technical Committee (TC) TETRA Đây là hệ thống vô tuyến di động hiệu suất cao, được thiết kế chủ yếu dành cho người dùng chuyên nghiệp, như các dịch vụ khẩn cấp và phương tiện giao thông công cộng.

Hệ thống TETRA bao gồm các thành phần:

Hệ thống TETRA sử dụng chế độ truy cập TDMA với 4 kênh vật lý trên một sóng mang, phân kênh 25 kHz Mỗi khe thời gian có độ rộng 14,167 ms và truyền thông tin được điều chế ở tốc độ bit 36 kbit/s Hệ thống TETRA dùng các kênh có độ rộng băng thông 25 kHz và hoạt động trên các băng tần 380-390 MHz/390-400 MHz; 410-420 MHz/420-430 MHz; 450-460 MHz/460-470 MHz; 870-888 MHz/915-933 MHz.

Tiêu chuẩn DMR là một chuẩn vô tuyến di động kỹ thuật số do ETSI phát triển và được sử dụng trên các sản phẩm thương mại trên toàn thế giới Cùng với P25 và TETRA, DMR là một công nghệ PMR có hiệu quả sử dụng phổ ở mức tương đương với kênh 6.25 kHz DMR được thiết kế với ba cấp: Tier I và Tier II dành cho mạng dùng riêng thông thường (đã được chuẩn hóa từ năm 2005) và Tier III (trunking) được chuẩn hóa từ năm 2012 Mục tiêu của tiêu chuẩn này là định nghĩa một hệ thống số có độ phức tạp thấp, chi phí thấp và khả năng triển khai đồng bộ giữa các thiết bị của các hãng sản xuất khác nhau, giúp tránh độc quyền thương hiệu Tuy nhiên, trong thực tế nhiều hãng vẫn không tuân thủ hoàn toàn tiêu chuẩn mở này và đã bổ sung các tính năng độc quyền, khiến các sản phẩm của họ không thể liên lạc được với thiết bị của hãng khác.

Tiêu chuẩn DMR sử dụng phương thức đa truy nhập TDMA và phân chia kênh có độ rộng 12.5 kHz thành hai khe thời gian, tức là hai kênh thoại trên một kênh tần số Tiêu chuẩn này vẫn đang được phát triển và sửa đổi khi càng có nhiều hệ thống được triển khai và cải tiến hơn Tiêu chuẩn DMR định nghĩa cho các thiết bị hoạt động trong dải tần từ 66 MHz đến 960 MHz.

DMR cấp I (còn được gọi là PMR446) được hài hòa để sử dụng miễn giấy phép trong băng tần 446.0–446.2 MHz trên khắp Châu Âu và nhiều quốc gia ở Châu Phi và Châu Á Các thiết bị này cho phép liên lạc trực tiếp giữa người dùng và không yêu cầu trạm lặp, với công suất phát tối đa 0.5 W (500 mW).

DMR cấp II là chuẩn cho các thiết bị di động và thiết bị cầm tay hoạt động ở dải tần lên tới 960 MHz Theo tiêu chuẩn ETSI DMR II, đối tượng người dùng là những người cần tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phổ tần, có các tính năng nâng cao và tích hợp với dịch vụ dữ liệu IP cho các mục đích liên lạc công suất cao.

ETSI DMR chỉ định sử dụng hai khe TDMA trong kênh 12.5 kHz

DMR cấp III là hệ thống mạng trung kế hoạt động trong dải tần tới 960 MHz, cho phép truyền thông tin thoại và bản tin ngắn tương tự như TETRA, với bản tin trạng thái 128 ký tự tích hợp và bản tin ngắn có tối đa 288 bit dữ liệu ở nhiều định dạng.

Nó cũng hỗ trợ dịch vụ dữ liệu gói ở nhiều định dạng, bao gồm hỗ trợ IPv4 và IPv6 c dPMR

Tiêu chuẩn dPMR là một tiêu chuẩn mở và không độc quyền do ETSI phát triển, được chuẩn hóa trong ETSI TS 102 658 Nó mô tả một hệ thống PMR số linh hoạt và có thể mở rộng cho các ứng dụng liên lạc nghiệp vụ Một phiên bản đơn giản của công nghệ dPMR dành cho các thiết bị miễn cấp phép cũng được ETSI chuẩn hóa, giúp mở rộng phạm vi triển khai PMR số trên thị trường.

490 Đặc điểm kỹ thuật chính của dPMR:

- Phương thức truy nhập: FDMA

- Phương thức điều chế: FSK 4 mức

- Độ rộng kênh truyền: 6.25 kHz

Thiết bị dPMR tuân thủ tiêu chuẩn châu Âu ETSI EN 301 166 và hỗ trợ một số thuật toán mã hóa giọng nói Thiết bị sử dụng các thuật toán mã hóa giọng nói khác với dPMR sẽ không thể tương tác ở chế độ số với các thiết bị chuẩn dPMR và phải chuyển sang chế độ FM tương tự Tiêu chuẩn dPMR cũng được phân chia thành các chế độ khác nhau.

Bộ đàm dPMR446 là các sản phẩm miễn giấy phép sử dụng trong băng tần 446,1–446,2 MHz tại châu Âu, là phiên bản PMR446 chỉ hỗ trợ điều chế số Theo quyết định ECC (05)12, bộ đàm dPMR446 tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật ETSI TS 102 490 và được giới hạn ở mức công suất phát tối đa 500 mW với anten tích hợp dPMR446 phù hợp cho người dùng nghiệp dư và chuyên nghiệp trong phạm vi sử dụng hẹp, và thiết bị có thể cung cấp các cuộc liên lạc thoại, tin nhắn văn bản (SMS) hoặc các dữ liệu như định vị vị trí GPS.

Chế độ dPMR mode 1 là chế độ liên lạc trực tiếp (không qua trạm lặp) và không bị hạn chế ở mức công suất thấp, cho phép hoạt động trên tất cả các băng tần PMR điển hình và không giới hạn công suất phát sóng như dPMR446, mang lại sự linh hoạt và khả năng liên lạc mạnh mẽ hơn ở nhiều tình huống.

Trong dPMR, chế độ 2 hoạt động dựa trên trạm lặp và các cơ sở hạ tầng khác để mở rộng vùng phủ sóng; chế độ 3 cung cấp các hệ thống vô tuyến trung kế đa kênh, đa trạm, cho phép tối ưu hóa sử dụng phổ tần và quản lý lưu lượng vô tuyến hiệu quả hơn.

Tiêu chuẩn DMR được phát triển bởi Hiệp hội vô tuyến di động kỹ thuật số (DMR)

Hiệp hội Vô tuyến Di động Kỹ thuật số (DMR Association) gồm các công ty, tổ chức và cá nhân tham gia hoạt động, nghiên cứu và ứng dụng nhằm hỗ trợ ETSI trong quá trình hoàn thiện tiêu chuẩn DMR, đẩy mạnh sự hợp tác giữa các bên liên quan và đóng góp ý kiến để nâng cao tính khả dụng và phù hợp của tiêu chuẩn DMR với thị trường và người dùng.

Như đã trình bày ở trên, phương thức truy nhập TDMA được sử dụng bởi DMR, TETRA và P25; FDMA 6.25 kHz được NXDN và dPMR sử dụng TDMA phân chia phổ tần bằng cách sử dụng các khe thời gian, trong đó người dùng A dùng một khe thời gian riêng để truyền dữ liệu và các người dùng khác lần lượt chiếm các khe thời gian kế tiếp, cho phép nhiều người dùng chia sẻ cùng một kênh mà không gây xung đột.

1 khe vài mili giây truy cập vào kênh truyền, sau đó đến lượt người dùng B

Tiêu chuẩn DMR đã được phê chuẩn vào năm 2005 và nó có nhiều lợi ích so với hệ thống tương tự trước đó và so với các cách tiếp cận kỹ thuật số khác Các nhà thiết kế của DMR đã xem xét các yêu cầu của thị trường và chọn sử dụng TDMA là công nghệ cơ bản cho tiêu chuẩn này vì nó mang lại một số lợi ích rất rõ ràng

- Dung lượng tăng gấp đôi trong các kênh 12.5 kHz đã cấp phép hiện có

- Khả năng tương thích phổ ngược với các hệ thống tương tự cũ

- Sử dụng hiệu quả thiết bị cơ sở hạ tầng đang sẵn có

- Tuổi thọ pin dài hơn và hiệu quả sử dụng năng lượng tốt hơn

- Sử dụng đơn giản, dễ dàng

- Tính linh hoạt của hệ thống thông qua việc có thể sử dụng đồng thời cuộc gọi thoại và cuộc gọi dữ liệu

- Có thêm các tính năng điều khiển nâng cao

- Hiệu suất âm thanh vượt trội so với hệ thống tương tự (giống như dPMR)

Dưới đây sẽ trình bày chi tiết về một số lợi ích và các thông số kỹ thuật chính của tiêu chuẩn DMR

Một trong những lợi ích cơ bản của DMR là nó cho phép một kênh 12.5 kHz duy nhất hỗ trợ hai cuộc gọi đồng thời và độc lập với nhau, bằng cách sử dụng TDMA

Theo chuẩn DMR, TDMA giữ nguyên độ rộng kênh 12.5 kHz và chia nó thành hai khe thời gian, gọi là khe A và khe B, mỗi khe hoạt động như một đường thông tin riêng biệt, cho phép nhiều liên lạc trên cùng một kênh bằng cách xen kẽ thời gian Trong hình 1.5, bộ đàm 1 và 3 đang sử dụng khe thời gian A, còn các bộ đàm khác sẽ giao tiếp trên khe thời gian B.

2 và 4 sử dụng khe thời gian 2

Hình 1.5: Cấu trúc TDMA hai khe thời gian của DMR

Với cách sắp xếp này, mỗi đường truyền thông tin hoạt động trong một nửa thời gian với băng thông 12.5 kHz, nên mỗi loại sử dụng băng thông tương đương với một kênh 6.25 kHz Điều này cho thấy hiệu quả sử dụng phổ tần ở mức 6.25 kHz, trong khi toàn bộ kênh DMR vẫn duy trì cùng một cấu hình như tín hiệu 12.5 kHz Nhờ đó, bộ đàm DMR có thể hoạt động trên các kênh 12.5 kHz hoặc 25 kHz hiện có của người sở hữu giấy phép, có nghĩa là có thể không cần phân kênh lại hoặc cấp lại giấy phép nhưng đồng thời tăng gấp đôi dung lượng kênh Hình 1.6 minh họa cho cơ chế này ở bên dưới.

Phương thức TDMA tăng dung lượng cuộc gọi trong một băng thông nhất định và đã được thử nghiệm, kiểm tra rất tốt Cũng như TETRA và GSM — hai công nghệ thông tin vô tuyến hai chiều được sử dụng rộng rãi trên thế giới — các hệ thống TDMA đóng vai trò chủ đạo Tiêu chuẩn vô tuyến công cộng an toàn của Hoa Kỳ, P25, hiện đang phát triển các thông số kỹ thuật cho giai đoạn 2 và cũng sử dụng công nghệ TDMA hai khe thời gian.

Hình 1.6: Chuyển dịch từ sử dụng tương tự sang kỹ thuật số với hệ thống DMR

Tóm lại, cả FDMA và TDMA được sử dụng trong các giao thức PMR số; về hiệu quả sử dụng phổ, hai hệ thống này tương đương ở mức lý thuyết, nhưng TDMA theo chuẩn DMR mang lại lợi thế về khả năng tương thích với các giấy phép hiện có trên thế giới và không gây ra các vấn đề nhiễu.

FDMA 6.25 kHz mang lại lợi thế khi không cần đồng bộ thời gian giữa hai khe thời gian độc lập để củng cố hai đường truyền thông tin trong kênh 12.5 kHz; trong khi đó, các hệ thống DMR hiện tại vẫn dùng trạm lặp để đồng bộ hóa hai khe thời gian một cách liền mạch với người dùng Với sự cải tiến của chuẩn ETSI DMR, thiết bị di động có thể đồng bộ khe thời gian ở chế độ liên lạc trực tiếp (không có trạm lặp) Do đó, hệ thống TDMA có thể tăng gấp đôi dung lượng trên các kênh 12.5 kHz đã được cấp phép hiện có.

Tiêu chuẩn dPMR hoàn thiện bởi hiệp hội dPMR

Hiệp hội dPMR nghiên cứu và ứng dụng nhằm hỗ trợ ETSI trong quá trình hoàn thiện tiêu chuẩn dPMR đang thúc đẩy sự phát triển của các bộ đàm FDMA 6.25 kHz Các thiết bị hỗ trợ kênh 6.25 kHz lần đầu được giới thiệu ra thị trường từ năm 2006 Tính đến nay, đã có 13 nhà sản xuất cung cấp các sản phẩm FDMA 6.25 kHz tương thích với dPMR TM, NXDN TM và các sản phẩm dựa trên tiêu chuẩn ARIB của Nhật Bản, và nhiều nhà sản xuất khác vẫn đang nghiên cứu và phát triển sản phẩm Các giải pháp này có thể hoạt động trên cả mạng kỹ thuật số dùng riêng thông thường và cả mạng trung kế, và để đảm bảo tương thích ngược, các thiết bị này còn hoạt động ở kênh 25 kHz và 12.5 kHz.

Khả năng tương thích ngược với các thiết bị cùng công nghệ cho phép tích hợp liên lạc giữa những thiết bị chỉ hoạt động trên công nghệ tương tự và những thiết bị có thể hoạt động cả ở chế độ tương tự lẫn kỹ thuật số trong cùng một mạng thông tin.

Các thông số kỹ thuật chung:

- Phương thức truy nhập: FDMA

- Mã hóa giọng nói: AMBE+2 TM

- Tốc độ giải mã: 3600 (Giọng nói 2450 + sửa lỗi 1150 bps)

Tỷ lệ lỗi bit (BER: Bit Error Rate) của tín hiệu FDMA tốt hơn so với Project

25 Pha 1 và đã được thị trường chấp nhận là bộ đàm kỹ thuật số chất lượng

Hình 1.7: So sánh tỷ lễ lỗi Bit của tín hiệu 4FSK so với P25

Công nghệ 6.25 kHz dPMR mang lại chất lượng âm thanh tốt hơn so với P25 Các kỹ sư thử nghiệm dùng MOS (Mean Opinion Score) để đánh giá chất lượng âm thanh và nhận thấy chất lượng âm thanh cải thiện từ điều kiện tín hiệu sạch đến mức 5% tỷ lệ lỗi bit Thành quả này đạt được nhờ bộ mã hóa giọng nói AMBE+2.

Công nghệ dPMR 6.25 kHz cải thiện chất lượng tín hiệu âm thanh ở cùng một khoảng cách Trong khi tín hiệu analog bị suy giảm đáng kể khi ra xa rìa vùng phủ sóng, tín hiệu dPMR 6.25 kHz vẫn duy trì chất lượng tốt ở khoảng cách tương đương Người dùng đã tin tưởng và ứng dụng công nghệ này trong thực tế, chứng minh hiệu quả và độ tin cậy của dPMR 6.25 kHz.

Hình 1.8: So sánh chất lượng tín hiệu tại biên vùng phủ của thiết bị số với thiết bị tương tự

1.4 Hiện trạng sử dụng tần số của mạng PMR

Theo cơ sở dữ liệu cấp phép của Cục Tần số vô tuyến điện, hiện tại đang có

Hiện có 7524 giấy phép được cấp cho các mạng PMR để hoạt động trên các dải tần VHF và UHF Việc tổng hợp tình hình cấp phép và đánh giá hiện trạng sử dụng tần số của các mạng PMR giúp có cái nhìn toàn diện cho các bước nghiên cứu tiếp theo, đồng thời cung cấp cơ sở dữ liệu đáng tin cậy để phân tích xu hướng và tối ưu hóa quản lý phổ tần số Vì vậy, thống kê và đánh giá dữ liệu từ cơ sở dữ liệu cấp phép là cần thiết để nâng cao hiệu quả cấp phép, đảm bảo an toàn truyền thông và tối ưu hóa sử dụng tần số cho mạng PMR.

Hiện trạng sử dụng tần số của mạng PMR theo cấu hình mạng

Tính đến 10/2021, Cục Tần số vô tuyến điện đã cấp 2237 giấy phép sử dụng

876 tần số theo quy hoạch trong dải tần VHF và 5287 giấy phép sử dụng 863 tần số trong dải tần UHF

Bảng 1.2: Số lượng giấy phép, tần số và thiết bị được cấp phép [1]

Dải tần Tiêu chí Số lượng GP Số lượng thiết bị

Mạng dùng chung tần số

Theo bảng 1.2, trong hai dải tần PMR phổ biến là 138–174 MHz (33.5 MHz) và 406.1–470 MHz (53.9 MHz), số giấy phép (tương đương với số mạng PMR) và số thiết bị PMR hoạt động trên phân kênh 12.5 kHz được thể hiện rõ.

Hình 1.9: Tỷ lệ mạng PMR sử dụng theo băng thông dải tần VHF

Hình 1.10: Tỷ lệ mạng PMR sử dụng theo băng thông dải tần UHF

Số lượng giấy phép trên phân kênh 25kHz giảm dần và hiện nay đã có nhiều mạng hoạt động trên phân kênh 6.25kHz

Theo CSDL cấp phép hiện tại do Cục Tần số vô tuyến điện quản lý, việc cấp phép cho các mạng có băng thông 6,25 kHz lần đầu tiên được ghi nhận vào năm 2014 và danh sách này gồm 61 thiết bị.

2017 cấp phép cho 04 mạng Tuy nhiên đến năm 2018-2021 tăng nhanh các mạng băng thông 6.25 kHz với 64 mạng được cấp phép, chủ yếu tập trung trong băng tần UHF

Một thông số quan trọng của mạng PMR ảnh hưởng rất lớn đến khoảng cách tái sử dụng tần số chính là độ cao sử dụng hay độ cao ăng-ten Độ cao này quyết định phạm vi phủ sóng và mức nhiễu giữa các tế bào, do vậy thiết kế PMR cần tối ưu hóa chiều cao ăng-ten cho từng khu vực để cân bằng giữa hiệu suất liên lạc và hiệu quả sử dụng tần số Mạng PMR hoạt động trên các dải tần cố định và khoảng cách tái sử dụng tần số phụ thuộc vào địa hình, công suất phát và chiều cao ăng-ten Khi tăng độ cao ăng-ten, phạm vi phủ sóng có thể mở rộng, nhưng nguy cơ chồng lấn giữa các ô và yêu cầu quản lý tái sử dụng tần số cũng tăng lên Vì vậy, các yếu tố như độ cao tối ưu, cấu hình tế bào và chiến lược phân bổ tần số cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng liên lạc và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống PMR.

6.25kHz 12.5kHz 25kHz nhiều kịch bản khác nhau như tầng hầm, tòa nhà cao tầng, cẩu tháp hay khách sạn, đối với các mạng dùng riêng WAN vị trí đặt ăng ten cố định thương đặt cao hàng chục mét so với mặt đất

Hình 1.11: Phổ chiều cao sử dụng của các mạng LAN đã được cấp phép

Hình 1.12: Phổ chiều cao trạm cố định của các mạng WAN đã được cấp phép

Phân tích phổ chiều cao sử dụng của các mạng LAN được cấp phép cho thấy sự phân bố từ 1.5–100 m, với tần suất cao nhất ở dưới 5 m Đối với phổ chiều cao đặt trạm của các mạng WAN cố định, độ cao tập trung nằm trong khoảng 15–50 m, và mức sử dụng nhiều nhất nằm quanh 30 m.

Số lượng giấy phép Độ cao anten (m) Độ cao anten mạng LAN

Số lượng giấy phép Độ cao anten (m) Độ cao anten mạng WAN

Việc phân tích phổ phân bố chiều cao ăng ten được thực hiện để cung cấp cái nhìn tổng quan về chiều cao chủ yếu được sử dụng cho từng cấu hình mạng Kết quả của phân tích này làm cơ sở cho các tính toán và đánh giá thiết kế mạng, giúp xác định mức chiều cao tối ưu cho các tình huống triển khai khác nhau Đồng thời, phân tích chiều cao ăng ten hỗ trợ việc xem xét khoảng cách tái sử dụng tần số, một yếu tố quan trọng được trình bày và phân tích trong chương 3.

Hiện trạng sử dụng tần số của mạng PMR theo đoạn băng tần

Qua số liệu bảng 1.3 cho thấy PMR hoạt động nhiều trên phân kênh 12.5 kHz Do đó, phần này của luận văn sẽ đi sâu thống kê, tổng hợp và phân tích dữ liệu, đánh giá PMR dựa trên đoạn băng tần V/UHF được cấp phép và sử dụng cho PMR theo phân kênh 12.5 kHz.

Bảng 1.3: Số liệu sử dụng dải tần VHF và UHF trên toàn quốc [1]

Dải tần Số kênh khả dụng

Số kênh đã ấn định

Tỷ lệ tái sử dụng tần số trung bình

Số kênh khả dụng là tổng số kênh có thể được sử dụng để ấn định tần số cho một hệ thống truyền thông, được xác định dựa trên phạm vi tần số, quy hoạch kênh và các giới hạn kỹ thuật của thiết bị Giá trị này cho phép tối ưu hoá phân bổ kênh và đảm bảo hiệu suất hoạt động ở các điều kiện mạng khác nhau Lưu ý: số kênh khả dụng không bao gồm các kênh tần số dành cho các mạng dùng chung tần số hoặc các kênh được chia sẻ giữa nhiều dịch vụ.

Hình 1.13: Sử dụng phân kênh 12.5 kHz trong dải VHF và UHF trên toàn quốc

Các mạng PMR sử dụng tần số thuộc dải VHF và UHF có khả năng tái sử dụng trên phạm vi toàn quốc; hiện tại cự ly tái sử dụng giữa các tỉnh được ấn định trên mức 140 km Tỷ lệ tái sử dụng tần số trung bình, được thể hiện trong bảng 1.3, cho thấy tính chất tái sử dụng rộng rãi của hệ thống.

Số liệu sử dụng dải tần VHF và UHF trên toàn quốc

Số kênh khả dụng Số kênh đã ấn định

Hiện trạng sử dụng tần số của mạng PMR tại các thành phố lớn

Những phân tích ở phần trước cho thấy dữ liệu ở cấp quốc gia chỉ phản ánh mức độ sử dụng chung và chưa thể hiện được nhu cầu thực tế tại từng tỉnh, khu vực Để làm rõ hơn mức độ và nhu cầu sử dụng tần số cũng như mức độ tái sử dụng tần số tại một địa bàn cụ thể, luận văn đã chọn phân tích tại Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và Đà Nẵng, vì đây là ba khu vực có nhu cầu và mật độ sử dụng tần số cho PMR cao nhất trên toàn quốc.

Bảng 1.4: Số liệu sử dụng dải tần VHF và UHF tại Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng [1]

Dải tần Số kênh đã ấn định trên toàn quốc

Số kênh đã ấn định tại Hà Nội

Số kênh đã ấn định tại TP Hồ Chí Minh

Số kênh đã ấn định tại Đà Nẵng

Hình 1.14: Hiện trạng sử dụng trong dải VHF tại Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng

Số liệu sử dụng dải tần VHF tại Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng

Số kênh đã ấn định các tỉnh còn lại

Số kênh đã ấn định tại Đà Nẵng

Hình 1.15: Hiện trạng sử dụng trong dải UHF tại Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng

Dữ liệu từ bảng 1.5 cho thấy Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và Đà Nẵng có nhu cầu và mật độ sử dụng tần số cho mạng PMR cao nhất, đặc biệt là TP Hồ Chí Minh; số kênh được ấn định tại 3 thành phố này ở dải tần VHF chiếm 26.63% và ở dải tần UHF chiếm 36.27% so với toàn quốc.

Bảng 1.5 trình bày mật độ sử dụng tần số theo dải tần VHF tại Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng và trên toàn quốc Dải tần VHF có mật độ 0.12 tần số/km^2 ở các đô thị Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và Đà Nẵng, với giá trị tương ứng được ghi nhận trên toàn quốc.

0.38 tần số/km 2 0.25 tần số/km 2

0.79 tần số/km 2 0.51 tần số/km 2

Trong ba thành phố lớn, TP Hồ Chí Minh có mật độ sử dụng cực cao Cụ thể, mật độ ở dải tần UHF đạt 0.79 tần số trên mỗi km vuông, cao gấp 30 lần so với mật độ sử dụng trên toàn quốc Ở dải tần VHF, mật độ đạt 0.38 tần số trên mỗi km vuông và cũng cao hơn mức trung bình toàn quốc.

20 lần so với toàn quốc

Thực tế, trong hơn một năm qua, tại các khu vực có mật độ sử dụng cao như Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng và Hà Nội, việc lựa chọn và ấn định tần số cho mạng LAN theo phương án ấn định tần số hiện tại gặp nhiều khó khăn, thậm chí có lúc không thể ấn định được tần số Để xác định tần số phù hợp, người xử lý hồ sơ thường phải chờ đợi khá lâu cho đến khi có người dùng lân cận được cấp giấy phép ngừng sử dụng mới có thể chọn tần số hoặc đề nghị người dùng lân cận tạm ngừng sử dụng.

Số liệu sử dụng dải tần UHF tại Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng

Số kênh đã ấn định các tỉnh còn lại

Việc ấn định số kênh tại Đà Nẵng cho mạng dùng chung tần số chỉ được thực hiện khi đáp ứng đầy đủ các điều kiện sử dụng Quy định này dẫn đến các công tác cấp phép cho các khu vực liên quan gặp trở ngại và có thể làm chậm tiến độ triển khai Do đó, việc rà soát và đảm bảo tuân thủ điều kiện sử dụng tần số là cần thiết để tháo gỡ các vướng mắc cấp phép và bảo đảm phân bổ kênh hiệu quả cho các khu vực tại Đà Nẵng.

Kết luận

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về công nghệ được sử dụng trong mạng liên lạc nội bộ và mạng dùng riêng trên thế giới và tại Việt Nam Qua phân tích trong chương, ta thấy sự phát triển của các thiết bị hỗ trợ phân kênh 6.25 kHz đang được đẩy mạnh nhờ tối ưu hóa sử dụng phổ tần và chất lượng thoại được cải thiện so với các phân kênh lớn hơn như 12.5 kHz và 25 kHz.

Hiện nay, nhiều doanh nghiệp đã sử dụng thiết bị hỗ trợ phân kênh 6.25 kHz với hai kỹ thuật FDMA và TDMA, do đó việc ấn định tần số cho mạng phân kênh 6.25 kHz là một nội dung quan trọng cần được nghiên cứu Nghiên cứu này sẽ cung cấp cơ sở cho tối ưu hóa băng thông và sự tương thích giữa các hệ thống Trong các chương tiếp theo của luận văn, sẽ phân tích hiện trạng sử dụng và rút ra kinh nghiệm quốc tế về các phương án ấn định cho phân kênh 6.25 kHz, nhằm định hướng các giải pháp kỹ thuật và đánh giá hiệu suất mạng.

PHƯƠNG PHÁP ẤN ĐỊNH VÀ XÁC KHOẢNG CÁCH TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ CHO MẠNG PMR TRONG BĂNG TẦN VHF/UHF SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI THEO PHÂN KÊNH 6.25 KHZ

Tính toán can nhiễu

Việc xác định can nhiễu phụ thuộc hai yếu tố chính là phổ tần số và không gian Phổ tần của can nhiễu được xác định bởi đặc tính phổ của nguồn nhiễu và đáp ứng tần số của máy thu bị nhiễu Mật độ phổ công suất của tín hiệu gây nhiễu phụ thuộc vào các yếu tố như kỹ thuật điều chế và băng thông của tín hiệu (hệ thống tương tự) hoặc tốc độ dữ liệu (hệ thống kỹ thuật số) Đối với máy thu bị nhiễu, đặc tính đáp ứng tần số IF tương ứng và các thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, ví dụ như băng thông 6 dB hay 40 dB của tín hiệu IF có thể được dùng làm cơ sở để mô hình hóa hàm đáp ứng tần số IF của máy thu.

Phổ tần số được biểu thị bằng hệ số loại bỏ kênh ngoài OCR (∆f) OCR là hệ số loại bỏ kênh ngoài phân tách tần số theo ∆f, là giá trị suy giảm được dùng để bù cho sự giảm công suất tại ∆f giữa tần số của máy phát gây nhiễu và máy thu bị nhiễu Vì không phải mọi công suất sẽ đi vào bộ lọc của máy thu Khi máy thu Rx và máy phát Tx đồng kênh với ∆f = 0, phần lớn công suất từ máy phát gây nhiễu sẽ được nhận bởi máy thu bị nhiễu; giả sử cả hai có cùng băng thông, OCR sẽ bằng 0 Giá trị OCR chỉ được tính đến khi có sự phân tách tần số giữa máy phát gây nhiễu và máy thu bị nhiễu Trong những trường hợp như vậy, không phải tất cả công suất sẽ vào máy thu do đặc tính phát xạ và đáp ứng tần số của bộ lọc máy thu.

Không gian liên quan đến tính toán khoảng cách và sự suy giảm tín hiệu theo khoảng cách Mô hình truyền sóng được sử dụng để ước lượng quá trình lan truyền, phụ thuộc vào hệ thống vô tuyến, dải tần hoạt động và môi trường địa lý của khu vực nơi tín hiệu được truyền.

Tiêu chuẩn can nhiễu

Đánh giá mức độ can nhiễu là quá trình xác định xem nhiễu có gây hại hay ở mức chấp nhận được Do đó, một tiêu chí chung dựa trên tỷ lệ bảo vệ α (dB) được áp dụng để phân loại mức độ nhiễu Mức độ nhiễu được xem là chấp nhận nếu sự bất đẳng thức liên quan đến α (dB) được thỏa mãn, và ngược lại mức độ nhiễu được xem là có hại khi bất đẳng thức này không được thỏa mãn Việc áp dụng tiêu chí này giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống, đảm bảo an toàn và chất lượng truyền tải.

Pd: mức tín hiệu mong muốn (dBW)

Pi: mức tín hiệu nhiễu (dBW) α: tỷ số bảo vệ (dB)

Quy trình

Bước 1: Xác định mức tín hiệu mong muốn Pd (dBW) trước đầu vào máy thu bị nhiễu

Bước 2: Tính toán mức tín hiệu nhiễu tại trước máy thu bị nhiễu sử dụng công thức:

Pt: Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) của máy phát gây nhiễu (dBW)

Gr: Tăng ích ăng ten thu đối với ăng ten đẳng hướng (dBi)

Lp: Suy hao đường truyền

OCR(Δf ): hệ số loại bỏ kênh ngoài phân tách tần số theo Δf

Bước 3: Thay thế Pd và Pi ở bước 1 và bước 2 ở trên vào phương trình để rút ra tính toán mỗi quan hệ giữa Δf và phân cách khoảng cách d để mức độ can nhiễu được coi là chấp nhận được

Các tham số đầu vào của ITU

Theo khuyến nghị ITU-R M2474 và SM 337 của ITU đưa ra khuyến nghị việc ấn định kênh tần số đối với hệ thống mạng nội bộ, mạng dùng riêng Việc lựa chọn kênh tần số liên quan đến việc xác định kênh tần số đó có thể được sử dụng mà không gây nhiễu hoặc bị nhiễu từ các mạng đã có

Tính toán dựa trên mặt nạ phổ và độ chọn lọc máy thu và kết quả không phụ thuộc vào kỹ thuật điều chế

Các tham số kỹ thuật đầu vào:

Bảng 2.1: Các tham số kỹ thuật đầu vào tính toán của ITU

Mức tín hiệu mong muốn nhỏ nhất (Pmin) –115 dBm

Chiều cao ăng ten trạm gốc (hb) 75 m

Công suất EIRP của trạm gốc 100 W

Tăng ích ăng ten trạm gốc máy thu 0 dBi

Hằng số điện môi tương đối tương đương (ɛ) 30

Mô hình truyền sóng ITU-R P.526

Kết quả tính toán của ITU

Khuyến nghị này của ITU tính toán dựa trên mô hình truyền sóng P.526 Kết quả tính toán khoảng cách tái sử dụng tần số như sau a Mạng LAN

Bảng 2.2: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng LAN băng thông 6.25 kHz của ITU

Khoảng cách tái sử dụng tần số (km) Mạng cũ 6.25 kHz Mạng cũ 12.5 kHz Mạng cũ 25 kHz

VHF UHF VHF UHF VHF UHF

Bảng 2.3: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng WAN simplex băng thông 6.25 của

Bảng 2.4: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng WAN duplex băng thông 6.25 kHz của ITU

2.3 Kinh nghiệm tính toán của Úc

Cơ quan quản lý viễn thông tại Úc áp dụng phương pháp xác định khoảng cách tái sử dụng tần số theo ITU SM.337 (tham chiếu mục 2.1) Tuy nhiên, các tham số đầu vào ở Úc được điều chỉnh để phù hợp với mô hình truyền sóng, địa hình thực tế và cấu hình mạng nội bộ cùng mạng dùng riêng tại nước này.

Các tham số đầu vào của Úc

Các mô hình mạng liên lạc nội LPMRS (Low Power Land Mobile Radio Systems) sử dụng thiết bị có công suất thấp, khoảng 5W, kể cả trạm cố định, phù hợp cho liên lạc nội mạng với phạm vi ngắn; ngược lại, mạng dùng riêng LMRS (Land Mobile Radio System) hoạt động với thiết bị có công suất lớn hơn, khoảng từ 50W trở lên, nhằm mở rộng phạm vi và tăng cường độ tin cậy của hệ thống liên lạc.

Về cấu hình, mạng LMPRS có một vài khác biệt so với mạng nội bộ Việt Nam Mạng liên lạc nội bộ được cấp phép ở Việt Nam chủ yếu dành cho thiết bị di động cầm tay, có công suất tối đa 5W và không có trạm cố định Trong khi đó, mạng LMRS có cấu hình tương tự với các mạng dùng riêng công suất lớn tại Việt Nam.

100 km khoảng cách tái sử dụng (song công)

120 km khoảng cách tái sử dụng (đơn công UHF)

140 km khoảng cách tái sử dụng (đơn công VHF)

Hình 2.1: Mô hình mạng LMRS của Úc

10 km khoảng cách tái sử dụng

Hình 2.2: Mô hình mạng LPMRS của Úc

Theo cấu hình mạng của Úc, mạng LMRS vận hành giống với mô hình WAN ở Việt Nam, trong khi mạng LPMRS có đặc điểm gần giống với mạng tại Việt Nam; đồng thời Úc bổ sung thêm các trạm cố định để mở rộng phạm vi phủ sóng và nâng cao sự ổn định của kết nối.

Bảng 2.5: Các tham số đầu vào tính toán của Úc

Công suất trạm cố định (W) LMRS 50

Công suất trạm di động (W) LMRS 25

Tăng ích ăng ten trạm gốc thu (dBi) UHF 6

Tăng ích ăng ten thu/phát trạm di động (dBi) 0

Mức tín hiệu mong muốn nhỏ nhất cho kênh 25 kHz (dBm) UHF -116

Mức tín hiệu mong muốn nhỏ nhất cho kênh 12.5 kHz (dBm) UHF -119

VHF -110 Mức tín hiệu mong muốn nhỏ nhất cho kênh 6.25 kHz (dBm)

UHF -122 VHF -113 Độ cao ăng ten trạm gốc (m) LMRS 200

LPMRS 10 Độ cao ăng ten trạm di động (m) 1.5

Tỷ số bảo vệ α (dB) cho 12 dB SINAD hoặc 10 -2 BER 5

Mô hình truyền sóng Longley-Rice được sửa đổi để phù hợp với địa hình của Úc nhằm tính toán tổn hao truyền sóng giữa hai trạm cố định có chiều cao ăng-ten 200 m so với mặt đất Việc hiệu chỉnh mô hình cho độ cao ăng-ten lớn và đặc thù địa hình Úc cho phép ước lượng chính xác hơn tổn hao tín hiệu, từ đó xác định phạm vi liên lạc và mức độ tín hiệu tại các điểm dọc theo tuyến truyền Mô hình kết hợp dữ liệu địa hình và điều kiện môi trường để mô phỏng sự suy giảm cường độ theo khoảng cách, hỗ trợ thiết kế mạng, tối ưu hóa phân bổ tần số và kế hoạch bố trí trạm thông tin ở khu vực này.

Mô hình truyền sóng Hata được sửa đổi để tính toán tổn hao truyền sóng giữa

2 trạm di động có chiều cao ăng ten 1.5 m so với mặt đất và giữa trạm cố định và trạm di động.

Kết quả khoảng cách tái sử dụng tần số

Bảng 2.6: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng LAN băng thông 6.25 kHz của Úc

Bảng 2.7: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng WAN simplex băng thông 6.25 kHz của Úc

Bảng 2.8: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng WAN duplex băng thông 6.25 kHz của Úc

2.4 Phương án ấn định tần số cho các mạng PMR sử dụng phân kênh 6.25 kHz

Dựa trên các phương pháp xác định khoảng cách tái sử dụng ITU đề xuất, chúng ta tính toán khoảng cách tái sử dụng tần số theo Khuyến nghị ITU-R SM.337 để đánh giá khả năng can nhiễu giữa tần số được cấp phát và tần số đang được sử dụng, từ đó xác định độ tách cần thiết giữa các băng tần và tối ưu hóa hiệu suất mạng Việc áp dụng các phương pháp này giúp đảm bảo tuân thủ giới hạn can nhiễu và nâng cao chất lượng dịch vụ.

Phương pháp tính toán khoảng cách tái sử dụng tần số (FD) trong SM.337 là phương pháp quan trọng giúp tối ưu hóa việc lựa chọn ấn định kênh tần số Các quy tắc FD được thể hiện như sau: các máy phát đồng kênh phải cách nhau tối thiểu d0 (km), các máy phát trên kênh liền kề phải cách nhau tối thiểu d1 (km), các máy phát cách nhau hai kênh phải ít nhất d2 (km) Quy tắc FD đòi hỏi phải tính toán mức nhiễu tại đầu vào của máy thu bị nhiễu và xác định mức độ can nhiễu chấp nhận được làm tiêu chuẩn cho đánh giá khoảng cách và mức tái sử dụng tần số, từ đó đảm bảo phân bổ kênh tần số an toàn và hiệu quả cho hệ thống.

Các tham số đầu vào như khoảng cách, độ cao ăng-ten, công suất phát, độ nhạy thu và các yếu tố môi trường khác là căn cứ để tính toán tần số và khoảng cách tái sử dụng tần số cho mạng PMR sử dụng phân kênh 6.25 kHz; có thể dùng các mô phỏng để ước lượng khoảng cách tái sử dụng và độ phủ sóng tại một vị trí cụ thể Công cụ Chirplus được dùng để mô phỏng tính toán khoảng cách tái sử dụng tần số cho mạng PMR; để đánh giá khoảng cách tái sử dụng, cần đưa ra đầy đủ các tham số như công suất phát, độ nhạy của máy thu, độ cao anten, mô hình truyền sóng và suy hao đường truyền, địa hình và tỷ số bảo vệ C/I cho các trường hợp đồng kênh hoặc khác kênh.

Có thể thực hiện so sánh kết quả tính toán trên phần mềm Chirplus với dữ liệu thu được từ thiết bị thực tế bằng cách tiến hành đo đạc và đồng bộ hóa dữ liệu, từ đó xác định sự giống nhau hay khác nhau giữa hai phương pháp Quá trình so sánh giúp nhận diện các yếu tố gây lệch và chênh lệch thông số, từ đó đề xuất giải pháp điều chỉnh phù hợp để áp dụng vào thực tế Sau cùng, áp dụng các biện pháp tối ưu nhằm đồng bộ kết quả giữa mô phỏng và thực tế, nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong thiết kế cũng như vận hành.

Chương này trình bày hiện trạng sử dụng tần số và các quy định hiện hành liên quan đến mạng liên lạc nội bộ và mạng dùng riêng Thông tư 17/2018/TT-BTTTT được ban hành, quy định phân kênh cho các thiết bị hỗ trợ 6.25 kHz, nhằm chuẩn hóa việc cấp phép và quản lý tần số cho các hệ thống nội bộ và mạng riêng.

Theo cơ sở dữ liệu cấp phép của Cục Tần số vô tuyến điện, cấp phép cho các mạng phân kênh 6.25 kHz đang ngày càng tăng, đặc biệt trong giai đoạn 2018–2020 khi thiết bị hỗ trợ phân kênh này trở nên phổ biến Điều này đặt ra nhu cầu xây dựng một phương án ấn định cho các mạng 6.25 kHz, bởi trước đó vẫn áp dụng cách ấn định dành cho mạng 12.5 kHz cho các mạng 6.25 kHz.

Việc tái sử dụng tần số tại các TP lớn, đặc biệt là TP Hồ Chí Minh, Hà Nội và Đà Nẵng, đang gia tăng mạnh Ví dụ tại TP Hồ Chí Minh, mật độ sử dụng tần số cao gấp khoảng 20–30 lần mức trung bình toàn quốc, khiến cho việc cấp phép cho các mạng tại đô thị lớn ngày càng bị hạn chế về mặt tần số Vì vậy, luận văn đề xuất xem xét tính toán lại phương án cấp phát hiện tại nhằm tối ưu hóa phân bổ phổ tần, cân đối giữa nhu cầu mạng và nguồn lực có sẵn, góp phần cải thiện hiệu quả khai thác và quản lý tần số ở các thành phố lớn.

Luận văn này tập trung phân tích kinh nghiệm tính toán khoảng cách tái sử dụng đối với các mạng phân kênh 6.25 kHz của ITU tại Úc, với cả hai trường hợp được tính toán theo khuyến nghị SM.337 của ITU Quá trình đánh giá sử dụng tính toán suy hao đường truyền dựa trên các mô hình truyền sóng như P526, Longley-Rice và Hata để ước lượng mức tín hiệu tại máy thu bị nhiễu, sau đó so sánh với mức tín hiệu mong muốn thu được nhằm xác định khoảng cách tái sử dụng tần số.

Các bảng dưới đây trình bày tổng quan về khoảng cách tái sử dụng giữa các mạng có băng thông 6.25 kHz, được phân tích theo hai cách tính khác nhau: của ITU và của Úc Luận văn tổng hợp so sánh chi tiết để chỉ ra sự khác biệt về phương pháp tính, ảnh hưởng đến thiết kế mạng và phân bổ tần số Kết quả cho thấy các giá trị tái sử dụng dao động giữa hai phương pháp, từ đó đề xuất các hướng tối ưu hóa cho mạng 6.25 kHz.

Bảng 2.9: So sánh khoảng cách tái sử dụng của mạng LAN băng thông 6.25 kHz giữa

Bảng 2.10: So sánh khoảng cách tái sử dụng của mạng WAN simplex băng thông 6.25 kHz giữa ITU và Úc

Bảng 2.11: So sánh khoảng cách tái sử dụng của mạng WAN duplex băng thông 6.25 kHz giữa ITU và Úc

ITU áp dụng mô hình truyền sóng P.526, một mô hình chịu ảnh hưởng nhiễu xạ từ các vật cản che chắn Úc áp dụng mô hình truyền sóng Longley-Rice và Hata có sửa đổi để phù hợp với địa hình và các tham số đầu vào của Úc, mô hình này phù hợp với các địa hình trong thành phố và mật độ sử dụng cao Qua các bảng trên, ta thấy các kết quả tính toán giữa ITU và Úc tương tự nhau, chỉ khác ở trường hợp đồng kênh mặc dù sử dụng các mô hình truyền sóng khác nhau Kết quả tương tự cũng xảy ra giữa các mạng băng thông 6.25 kHz với các mạng băng thông 12.5 kHz và 25 kHz.

GIẢI PHÁP ẤN ĐỊNH TẦN SỐ CHO MẠNG PMR TRONG BĂNG TẦN VHF/UHF SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI THEO PHÂN KÊNH

KHZ VÀ TẠI CÁC KHU VỰC THÀNH PHỐ LỚN

Bảng 2.3: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng WAN simplex băng thông 6.25 của

Bảng 2.4: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng WAN duplex băng thông 6.25 kHz của ITU

2.3 Kinh nghiệm tính toán của Úc

Quy định của cơ quan quản lý Úc cũng dựa trên phương pháp xác định khoảng cách tái sử dụng tần số SM.337 của ITU được nêu tại mục 2.1 Tuy nhiên, các tham số đầu vào của Úc thay đổi do mô hình truyền sóng được áp dụng, nhằm phù hợp với địa hình và cấu hình thực tế của các mạng nội bộ, mạng dùng riêng tại Úc.

2.3.1 Các tham số đầu vào của Úc

Các mô hình mạng liên lạc nội LPMRS (Low Power Land Mobile Radio Systems) chủ yếu gồm các thiết bị có công suất thấp, khoảng 5W, bao gồm cả trạm cố định, phù hợp với phạm vi phủ sóng hẹp và tiết kiệm năng lượng Trong khi đó mạng LMRS (Land Mobile Radio System) dùng thiết bị có công suất lớn hơn, khoảng từ 50W, nhằm mở rộng phạm vi và tăng khả năng truyền dẫn cho các nhu cầu liên lạc ở điều kiện đòi hỏi cường độ tín hiệu cao.

Như vậy, cấu hình mạng LMPRS có một vài khác biệt so với cấu hình mạng nội bộ của Việt Nam Mạng nội bộ tại Việt Nam được cấp phép chỉ cho thiết bị di động cầm tay, công suất tối đa 5W và không có trạm cố định Mạng LMRS có cấu hình giống như mạng dùng riêng với công suất lớn.

100 km khoảng cách tái sử dụng (song công)

120 km khoảng cách tái sử dụng (đơn công UHF)

140 km khoảng cách tái sử dụng (đơn công VHF)

Hình 2.1: Mô hình mạng LMRS của Úc

10 km khoảng cách tái sử dụng

Hình 2.2: Mô hình mạng LPMRS của Úc

Theo cấu hình mạng ở Úc, LMRS vận hành như một mạng WAN ở Việt Nam, còn LPMRS lại gần giống với hệ thống mạng ở Việt Nam nhưng được bổ sung thêm trạm cố định để mở rộng phạm vi phủ sóng và cải thiện độ ổn định.

Bảng 2.5: Các tham số đầu vào tính toán của Úc

Công suất trạm cố định (W) LMRS 50

Công suất trạm di động (W) LMRS 25

Tăng ích ăng ten trạm gốc thu (dBi) UHF 6

Tăng ích ăng ten thu/phát trạm di động (dBi) 0

Mức tín hiệu mong muốn nhỏ nhất cho kênh 25 kHz (dBm) UHF -116

Mức tín hiệu mong muốn nhỏ nhất cho kênh 12.5 kHz (dBm) UHF -119

VHF -110 Mức tín hiệu mong muốn nhỏ nhất cho kênh 6.25 kHz (dBm)

UHF -122 VHF -113 Độ cao ăng ten trạm gốc (m) LMRS 200

LPMRS 10 Độ cao ăng ten trạm di động (m) 1.5

Tỷ số bảo vệ α (dB) cho 12 dB SINAD hoặc 10 -2 BER 5

Longley-Rice sửa đổi để phù hợp với địa hình của Úc được sử dụng để tính toán tổn hao truyền sóng giữa hai trạm cố định, với chiều cao ăng-ten mỗi trạm là 200 m so với mặt đất Việc hiệu chỉnh mô hình cho địa hình Úc giúp cải thiện độ chính xác của ước tính tổn thất đường truyền giữa hai vị trí cố định và hỗ trợ thiết kế hệ thống liên lạc vô tuyến trên các địa hình phức tạp.

Mô hình truyền sóng Hata được sửa đổi để tính toán tổn hao truyền sóng giữa

2 trạm di động có chiều cao ăng ten 1.5 m so với mặt đất và giữa trạm cố định và trạm di động

2.3.2 Kết quả khoảng cách tái sử dụng tần số a Mạng LAN

Bảng 2.6: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng LAN băng thông 6.25 kHz của Úc

Bảng 2.7: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng WAN simplex băng thông 6.25 kHz của Úc

Bảng 2.8: Khoảng cách tái sử dụng cho các mạng WAN duplex băng thông 6.25 kHz của Úc

2.4 Phương án ấn định tần số cho các mạng PMR sử dụng phân kênh 6.25 kHz

Dựa trên các phương pháp xác định khoảng cách tái sử dụng do ITU đề xuất, chúng tôi tính toán khoảng cách tái sử dụng tần số được mô tả trong Khuyến nghị ITU-R SM.337 nhằm đánh giá khả năng gây nhiễu giữa tần số được chọn định và tần số đang được sử dụng.

Phương pháp tính toán khoảng cách tái sử dụng tần số (FD) trong SM.337 là công cụ quan trọng để lựa chọn ấn định kênh tần số và tối ưu hóa sự phân bổ tần số giữa các trạm phát Các quy tắc FD đưa ra các khoảng cách tối thiểu: d0 km cho các máy phát đồng kênh, d1 km cho các máy phát ở kênh liền kề, và d2 km cho các máy phát cách nhau hai kênh, cùng với các điều kiện liên quan khác Quy tắc FD yêu cầu tính toán mức nhiễu tại đầu vào của máy thu bị nhiễu và xác định mức độ can nhiễu chấp nhận được làm chuẩn, từ đó đảm bảo chất lượng liên hệ và giảm can thiệp giữa các kênh.

Các tham số đầu vào như khoảng cách, độ cao, công suất và các tham số liên quan khác làm cơ sở để tính toán tần số cho mạng PMR sử dụng phân kênh 6,25 kHz Các phần mô phỏng có thể được dùng để ước lượng khoảng cách và vùng phủ sóng của mạng PMR tại một vị trí xác định Để mô phỏng và đánh giá khoảng cách tái sử dụng tần số cho mạng PMR, công cụ Chirplus được sử dụng để mô phỏng khoảng cách tái sử dụng tần số Để đánh giá khoảng cách tái sử dụng tần số, cần đưa ra các tham số đầu vào như công suất phát, độ nhạy thu, độ cao anten, mô hình truyền sóng và suy hao đường truyền, đặc điểm địa hình và tỷ số bảo vệ C/I đối với trường hợp đồng kênh hoặc các kênh khác nhau.

Để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu, có thể tiến hành so sánh giữa kết quả tính toán trên phần mềm Chirplus và dữ liệu đo từ thiết bị thực tế Sử dụng thiết bị thực tế làm chuẩn tham chiếu giúp ta đánh giá mức độ tương đồng hay khác biệt giữa hai phương pháp tính toán này Qua phân tích các yếu tố gây sai lệch, ta có thể điều chỉnh các tham số và mô hình để hai nguồn dữ liệu tương thích hơn Từ đó đưa ra một giải pháp tối ưu và có thể áp dụng trực tiếp trong thực tế, nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

Chương này nêu rõ hiện trạng sử dụng tần số và các quy định hiện hành liên quan đến mạng liên lạc nội bộ và mạng dùng riêng, đồng thời làm rõ vai trò của Thông tư 17/2018/TT-BTTTT trong việc ban hành và phân kênh cho các thiết bị hỗ trợ tần số 6.25 kHz.

Theo cơ sở dữ liệu cấp phép của Cục Tần số vô tuyến điện, số mạng phân kênh 6.25 kHz được cấp phép đang tăng lên, đặc biệt trong giai đoạn 2018–2020 nhờ sự phổ biến của thiết bị hỗ trợ phân kênh 6.25 kHz Điều này dẫn tới nhu cầu xây dựng phương án ấn định cho các mạng 6.25 kHz, vì trước đây các mạng 6.25 kHz thường được ấn định theo phương án dùng mạng 12.5 kHz.

Việc tái sử dụng tần số tại các thành phố lớn, đặc biệt là TP Hồ Chí Minh, Hà Nội và Đà Nẵng đang ngày càng tăng mạnh Ở TP Hồ Chí Minh, mật độ sử dụng tần số cao gấp khoảng 20-30 lần so với mức trung bình toàn quốc Do đó, công tác cấp phép cho các mạng tại các TP lớn ngày càng hạn chế về mặt tần số Vì vậy, luận văn đặt ra việc xem xét tính toán lại phương án ấn định hiện tại.

Luận văn này nghiên cứu kinh nghiệm tính toán khoảng cách tái sử dụng đối với các mạng sử dụng phân kênh 6.25 kHz của ITU tại Úc, với hai trường hợp được tính toán theo khuyến nghị SM.337 của ITU Bằng cách tính toán suy hao đường truyền theo các mô hình truyền sóng như P526, Longley-Rice và Hata, từ đó ước lượng mức tín hiệu tại máy thu bị nhiễu và so sánh với mức tín hiệu mong muốn thu được để xác định khoảng cách tái sử dụng tần số Phương pháp này cho phép đánh giá khoảng cách tái sử dụng phù hợp với yêu cầu của ITU SM.337 trong môi trường Úc và hỗ trợ tối ưu hóa việc phân bổ tần số cho mạng phủ sóng.

Các bảng dưới đây trong luận văn tổng hợp trình bày so sánh chi tiết về khoảng cách tái sử dụng giữa các mạng có băng thông 6.25 kHz, được đánh giá theo hai cách tính khác nhau là của ITU và của Úc Bài viết làm rõ sự đồng nhất và khác biệt giữa hai phương pháp này, chỉ ra ảnh hưởng của từng tiêu chuẩn đối với việc xác định khoảng cách tái sử dụng và tác động đến thiết kế mạng Việc so sánh giúp người đọc hiểu rõ cách áp dụng các chuẩn quốc tế và thực tiễn địa phương để tối ưu hoá hiệu suất và khả năng tái sử dụng phổ ở mạng 6.25 kHz.

Bảng 2.9: So sánh khoảng cách tái sử dụng của mạng LAN băng thông 6.25 kHz giữa

Bảng 2.10: So sánh khoảng cách tái sử dụng của mạng WAN simplex băng thông 6.25 kHz giữa ITU và Úc

Bảng 2.11: So sánh khoảng cách tái sử dụng của mạng WAN duplex băng thông 6.25 kHz giữa ITU và Úc

ITU áp dụng mô hình truyền sóng P.526, mô hình này xem xét sự ảnh hưởng của nhiễu xạ bởi các vật che chắn lên tín hiệu Ở Úc, mô hình truyền sóng được dùng là Longley-Rice và Hata có sửa đổi để phù hợp với địa hình và các tham số đầu vào đặc thù của nước này, đặc biệt là cho các khu vực đô thị mật độ sử dụng cao Qua các bảng số liệu, kết quả tính toán giữa ITU và Úc cho thấy hai mô hình cho ra giá trị tương tự nhau, chỉ khác biệt ở một số trường hợp đồng kênh dù có sử dụng các mô hình truyền sóng khác nhau Hiện tượng tương tự cũng được quan sát khi so sánh các mạng có băng thông 6.25 kHz với các mạng băng thông 12.5 kHz và 25 kHz.

Chương 3 GIẢI PHÁP ẤN ĐỊNH TẦN SỐ CHO MẠNG PMR TRONG BĂNG TẦN VHF/UHF SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI THEO PHÂN KÊNH 6.25 KHZ VÀ TẠI CÁC

KHU VỰC THÀNH PHỐ LỚN

3.1 Tính toán khoảng cách tái sử dụng tần số cho các mạng PMR phân kênh 6.25 kHz và tại các khu vực thành phố lớn

3.1.1 Các tham số đầu vào phục vụ tính toán, mô phỏng

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	3,25 MB