Dùng chung băng tần 3560 - 4000 MHZ cho mạng di động 5G và hệ thống điều khiển vệ tinh tại Việt Nam
Chuyển động ICT - Ngày đăng : 09:25, 13/10/2023
Dùng chung băng tần 3560 - 4000 MHZ cho mạng di động 5G và hệ thống điều khiển vệ tinh tại Việt Nam
Băng tần C (3400-4200 MHz) là băng tần sử dụng phổ biến cho hệ thống vệ tinh từ nhiều năm trước. Trước nhu cầu tìm kiếm băng tần mới cho thông tin di động 5G (IMT-2020), Hội nghị vô tuyến thế giới (WRC) năm 2015 tại Geneva-Thụy Sĩ đã thảo luận tìm kiếm băng tần mới cho thông tin di động thế hệ mới 5G.
Tóm tắt:
- Dự kiến quy hoạch băng tần 3400-4200 MHz tại Việt Nam:
+ 3400-3560 MHz và 4000-4200 MHz ưu tiên dành cho vệ tinh (chiều từ vệ tinh tới trái đất);
+ 3560-3600 MHz: băng tần bảo vệ (GB) giữa hai hệ thống IMT và vệ tinh;
+ 3600-3980 MHz: sử dụng cho hệ thống IMT (5G);
+ 3980-4000 MHz: là băng tần bảo vệ (GB) giữa hai hệ thống IMT và vệ tinh;
+ 3694-3699 MHz: Tần số điều khiển vệ tinh (TT&C) của Vinasat-1 và Vinasat-2.
- Kiến nghị và đề xuất:
+ Quy định phạm vi không triển khai trạm gốc 5G sử dụng băng tần C.
+ Đảm bảo tỷ số công suất tín hiệu 5G và công suất tạp âm tại đầu vào LNA/LNB của Trạm TT&C (I/N) và tổng công suất tín hiệu (bao gồm 5G và vệ tinh) tại đầu vào LNA.
+ Nhà mạng 5G cần phối hợp chặt chẽ với doanh nghiệp được cấp phép sử dụng tần số điều khiển vệ tinh để đánh giá can nhiễu trước khi triển khai 5G trên dải tần 3680-3710 MHz (30 MHz).
+ Cơ quan quản lý chuyên ngành tần số vô tuyến điện ban hành các văn bản hướng dẫn doanh nghiệp thực hiện các giải pháp kỹ thuật để tránh nhiễu cho trạm điều khiển vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2.
Hội nghị đã quyết định một phần băng tần đó là băng tần 3400-3600 MHz sử dụng cho thông tin di động thế hệ mới (5G) tại một số Quốc gia. Mạng 5G đầu tiên cũng sử dụng băng tần này.
Mở đầu
Các kết quả nghiên cứu của Liên minh viễn thông quốc tế (ITU) cho thấy việc sử dụng một phần băng tần 3400-4200 MHz cho hệ thống di động 5G có nguy cơ gây can nhiễu cho hệ thống trạm mặt đất vệ tinh thu dải tần 3400-4200 MHz. Đặc biệt, những trạm điều khiển vệ tinh (sau đây gọi là Trạm TT&C) sử dụng băng tần C đã cố định tần số khi sản xuất và không thể thay đổi tần số có nguy cơ cao nhất bị Trạm gốc 5G gây nhiễu vô tuyến và có thể dẫn tới mất kiểm soát vệ tinh.
Trước thực trạng đó, các nhóm nghiên cứu của ITU đã đưa ra những khuyến nghị kỹ thuật để các quốc gia xem xét áp dụng bảo vệ nhiễu vô tuyến cho các trạm vệ tinh mặt đất. Tuy nhiên, mỗi quốc gia có thực trạng sử dụng băng tần khác nhau nên sẽ cần nghiên cứu và tiến hành đo khảo sát thực tế để đưa ra những giải pháp cụ thể tại mỗi quốc gia.
Tình hình quy hoạch băng tần C và thị trường thiết bị trạm gốc 5G
Cho tới nay, các quốc gia châu Âu tiếp tục triển khai 5G trên băng tần mở rộng thêm là 3400-3800 MHz. Các nước Mỹ, Canada, Bắc Mỹ triển khai 5G trên băng tần 3700-3980 MHz. Các quốc gia khu vực châu Á triển khai phổ biến 5G trên đoạn băng tần 3400-3700 MHz. Thông tin về quy hoạch và sử dụng băng tần C cho 5G tại một số quốc gia như tại Hình 1.
Tại Việt Nam, quy hoạch băng tần 3400-4200 MHz dự kiến như sau:
i- Về quy hoạch tổng thể: Theo Quyết định số 38/2021/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về sửa đổi bổ sung quy hoạch phổ quốc gia (năm 2021), đã có điều chỉnh về quy hoạch băng tần ưu tiên dành cho IMT là đoạn băng tần 3560-4000 MHz. Đoạn băng tần 3400-3560 MHz và 4000-4200 MHz ưu tiên dành cho vệ tinh (chiều từ vệ tinh tới trái đất). Trước đây, toàn bộ băng tần 3400-4200 MHz ưu tiên dành cho vệ tinh.
ii- Về quy hoạch chi tiết băng tần 3400-4200 MHz, dự kiến như sau:
- Đoạn băng tần 3400-3560 MHz được quy hoạch cho hệ thống vệ tinh, đây là băng tần thu cho trạm vệ tinh mặt đất từ Vinasat-1.
- Đoạn băng tần 3560-3600 MHz: được quy hoạch là băng tần bảo vệ (GB) giữa hai hệ thống IMT và vệ tinh.
- Băng tần 3600-3980 MHz: Dự kiến quy hoạch sử dụng cho hệ thống IMT (5G) theo 04 khối A1(3600-3700 MHz); A2 (3700-3800 MHz); A3 (3800-3900 MHz) và A4 (3900-3980 MHz).
- Đoạn băng tần 3980-4000 MHz: là băng tần bảo vệ (GB) giữa hai hệ thống IMT và vệ tinh.
- Đoạn băng tần 4000-4200 MHz: được quy hoạch cho hệ thống vệ tinh. Các trạm vệ tinh mặt đất sử dụng tại Việt Nam thu tín hiệu từ vệ tinh nước ngoài.
- Đoạn băng tần 3694-3699 MHz: Tần số TT&C của Vinasat-1 và Vinasat-2 có 04 tần số trung tâm (3694,5 MHz; 3695,5 MHz; 3696,5 MHz; 3698,5 MHz;) nằm trên dải tần số này và không thể thay đổi vì đã cố định khi sản xuất vệ tinh. Tần số TT&C này đang được cấp phép sử dụng cho Tập đoàn VNPT là đơn vị vận hành khai thác vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2. Tập đoàn VNPT có hai Trạm điều khiển vệ tinh tại Hà Nội và Bình Dương (dự phòng).
Nhận xét:
Với quy hoạch của Việt Nam, Vệ tinh Vinasat-1 sẽ điều chỉnh tần số phát tín hiệu truyền dẫn trên dải tần 3400-3560 MHz thay vì 3400-3700 MHz như trước đây. Riêng các tần số điều khiển vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2 trên dải tần 3694-3699 MHz không điều chỉnh được do đã cố định khi sản xuất vệ tinh Vinasat-1 (2008) và Vinasat-2 (2012).
Có thể nhận thấy quy hoạch băng tần 3600-3980 MHz cho 5G tại Việt Nam rất khác biệt so với các nước khu vực châu Á và châu Âu. Quy hoạch này có giống một phần so với sử dụng tại khu vực Mỹ và Bắc Mỹ (3700-3980 MHz). Với phương án quy hoạch này của Việt Nam có khối tần số 3600-3700 MHz chồng lấn lên tần số điều khiển vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2.
iii- Về thị trường thiết bị trạm gốc 5G hỗ trợ băng C
- Tại thị trường châu Âu: Thiết bị phổ biến hỗ trợ băng tần 3400-3800 MHz, theo quy hoạch vùng 1- ITU. Giai đoạn đầu châu Âu triển khai 5G trên đoạn 3400-3600 MHz, sau đó mở rộng tới 3800 MHz. Hiện nay Nokia/Ericsson thông báo không sản xuất đại trà thiết bị hỗ trợ băng tần 3600-3800 MHz. Dòng thiết bị hỗ trợ cả dải tần 3400-3800 MHz không sử dụng được tại Việt Nam do quy định về phát xạ tại băng tần 3400-3600 MHz (dùng cho vệ tinh).
- Thiết bị phổ biến tại thị trường Mỹ, Canada, Bắc Mỹ hỗ trợ băng tần 3700-3980 MHz. Dự kiến sau Hội nghị Vô tuyến thế giới (WRC 2023) vào tháng 11/2023, các nước vùng 2 sẽ quy hoạch mở rộng băng tần dành cho IMT là băng tần 3600-3980MHz (mở rộng thêm 3600-3700 MHz). Thiết bị này có thể đáp ứng được quy hoạch hiện tại của Việt Nam.
- Tại châu Á: Hàn Quốc, Úc sử dụng thiết bị hỗ trợ băng tần 3400-3700 MHz, dự kiến mở rộng thành 3400-3800 MHz. Myanmar, Indonesia, Singapore, Ấn Độ dùng thiết bị hỗ trợ băng tần 3400-3600 MHz. Nhật Bản đang dùng thiết bị hỗ trợ băng tần 3600-3900 MHz (có thể mở rộng lên 4.1 GHz trong tương lai). Như vậy các nước châu Á phổ biến dùng thiết bị hỗ trợ băng tần 3400-3600 MHz hoặc 3400-3700 MHz. Hai dòng thiết bị này cũng không đáp ứng được quy hoạch của Việt Nam do bị cản trở là đoạn băng tần 3400-3600 MHz đang quy hoạch ưu tiên cho vệ tinh.
Phân tích kinh nghiệm quốc tế quy định điều kiện sử dụng băng C cho hệ thống 5G đảm bảo không gây nhiễu cho trạm điều khiển vệ tinh
Do lịch sử quy hoạch sử dụng băng tần 3400-4200 MHz cho hệ thống vệ tinh nên các bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA/LNB) của các trạm vệ tinh mặt đất thu toàn dải 3400-4200 MHz. Do đó, bất kỳ tín hiệu IMT (5G) phát trên dải tần 3400-4200 MHz đều tác động vào LNA/LNB và gây ra hiện tượng bão hòa LNA/LNB. Đặc biệt trường hợp tín hiệu 5G phát sóng trùng với tần số thu của trạm mặt đất sẽ gây lên nhiễu đồng kênh cho trạm vệ tinh mặt đất đang thu dải tần 3400-4200 MHz.
Do cấu tạo cơ khí của anten trạm điều khiển vệ tinh (TT&C) nên không thể lắp thêm bộ lọc thông dải (cao tần) trước LNA của Trạm điều khiển vệ tinh. Do đó cần giới hạn mức tín hiệu gây nhiễu (trạm gốc 5G) tới anten của Trạm TT&C. Theo báo cáo ITU-R S 2199 của ITU quy định, tổng mức tín hiệu trước đầu vào LNA/LNB của Trạm thu vệ tinh mặt đất không vượt quá -60 dBm để bảo đảm không gây bão hòa cho LNA/LNB của trạm vệ tinh. Cùng với đó, theo khuyến nghị ITU-R S.1432-1 của ITU, để đảm bảo không gây ra nhiễu đồng kênh cho Trạm vệ tinh mặt đất quy định tỷ số mức tín hiệu gây nhiễu (5G) và công suất tạp âm tại đầu vào LNA/LNB của trạm điều khiển vệ tinh không vượt quá -12,2 dB (I/N ≤ -12,2 dB).
Các nước đều có những giải pháp riêng bảo vệ cho trạm điều khiển vệ tinh sử dụng băng tần C trên cơ sở các khuyến nghị của ITU và kết quả đo khảo sát thực tế.
Tại Hồng Kông, để đảm bảo không gây nhiễu cho Trạm TT&C, cơ quan quản lý Hồng Kông quy định khu vực hạn chế triển khai trạm gốc 5G bao quanh trạm TT&C, có đường kính là khoảng 10 km x 20 km. Trong phạm vi này các nhà mạng triển khai 5G phải đảm bảo quy định về giới hạn mức tín hiệu tới trước LNA/LNB của trạm vệ tinh không vượt quá -60 dBm và đảm bảo tỷ số công suất phát xạ tín hiệu 5G với công suất tạp âm tại đầu vào LNA/LNB không vượt quá -12,2 dB, đồng thời nhà mạng 5G phải phối hợp chặt chẽ với doanh nghiệp vận hành vệ tinh.
Tại Mỹ, FCC yêu cầu phạm vi phối hợp trong khu vực có khoảng cách 70km tính từ vị trí anten trạm TT&C để đảm bảo không xảy ra nhiễu đồng kênh với Trạm TT&C. Trong khu vực này, nhà mạng 5G phối hợp chặt chẽ với đơn vị vận hành vệ tinh đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật theo quy định. Một số quốc gia khác quy hoạch và hạn chế trạm gốc 5G phát trùng tần số với tần số trạm TT&C để đảm bảo không xảy ra nhiễu đồng kênh (khoảng tần số bảo vệ là khoảng 100 MHz so với tần số TT&C).
Kết quả đo khảo sát đánh giá can nhiễu từ trạm gốc 5G sử dụng băng tần C tới trạm điều khiển vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2
Để tiến hành đo khảo sát đánh giá can nhiễu tần số từ trạm gốc 5G (Marco) tới trạm điều khiển Vệ tinh, Tập đoàn VNPT đã triển khai giả định trạm gốc 5G phát sóng trên dải tần 3600-3700 MHz và 3700-3800 MHz. Một số kết quả như sau:
i. Kết quả đo khảo sát đánh giá nhiễu đồng kênh
Các bài đo sử dụng trạm gốc 5G (phát sóng ở dải tần số 3600-3700 MHz và 3700-3800 MHz) ở khoảng cách 3-20km so với trạm TT&C, phát xạ thẳng hướng về anten TT&C và đánh giá các tác động trong 48 tiếng.
Kết quả đo khẳng định với giá trị tỷ số mức phát xạ 5G và công suất tạp âm I/N không quá -12,2 dB theo khuyến nghị của ITU là an toàn cho hệ thống. Kết quả thử nghiệm và phân tích bộ lọc trung tần của trạm TT&C xác định dải tần số gây nhiễu đồng kênh cho trạm TT&C là dải tần 3680-3710 MHz.
ii. Kết quả khảo sát đánh giá nhiễu kênh kề và hiện tượng bão hòa LNA/LNB
Các bài đo về kênh kề sử dụng 01 đến 02 trạm phát sóng 5G tại 2 dải tần số 3600-3680 MHz (BW: 80 MHz) và 3710-3800 MHz (BW 90 MHz), đây là hai dải tần liền kề tần số TT&C: 3695.5 MHz và 3698.5 MHz. Vị trí trạm gốc 5G cách anten TT&C khoảng 3-20km, đánh giá các tác động lên Trạm điều khiển vệ tinh trong thời gian 48 tiếng.
Kết quả đo khảo sát: trong phạm vi 3-5km, nguy cơ gây bão hòa LNA là rất cao, ngay cả khi đưa công suất trạm gốc 5G (Marco) về công suất tối thiểu. Phạm vi ở ngoài 20km tính từ anten TT&C, nguy cơ nhiễu kênh kề và hiện tượng bão hòa LNA giảm đáng kể và gần như không ghi nhận trong quá trình đo khảo sát. Kết quả đo xác định với các trạm gốc 5G hoạt động ở dải tần 3600-3680 MHz và 3710-3980 MHz, tổng công suất tín hiệu trước LNA/LNB thấp hơn -60 dBm đều an toàn không gây báo lỗi tại Trạm điều khiển vệ tinh.
Kiến nghị và đề xuất
Sau khi phân tích kinh nghiệm quốc tế và kết quả đo khảo sát thực tế, nhóm tác giả đề xuất một số giải pháp triển khai trạm gốc 5G sử dụng băng tần 3600-3980 MHz đảm bảo không gây nhiễu có hại cho trạm điều khiển vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2 như sau:
- Cần quy định phạm vi không triển khai trạm gốc 5G sử dụng băng tần C nhằm đảm bảo trạm gốc 5G không gây bão hòa LNA ngay lập tức do mức tín hiệu 5G lớn, đồng thời ở cự ly gần thiết bị cầm tay 5G (chiều uplink, ở chế độ tìm kiếm trạm gốc 5G) gây ra hiện tượng bão hòa LNA/LNB. Khu vực không triển khai trạm gốc 5G cân nhắc là khoảng 4-5km tính từ vị trí anten trạm TT&C. Bên cạnh đó, trong phạm vi này chỉ có thể xem xét trường hợp đặc biệt như là triển khai các trạm 5G cung cấp dịch vụ trong nhà (Indoor).
- Trong phạm vi tính từ vị trí anten trạm TT&C tới dưới 20km là nguy cơ gây nhiễu đồng kênh rất cao do yêu cầu (I/N ≤-12.2 dB), trạm gốc 5G phát xạ trên dải tần 3680-3710 MHz sẽ gây nhiễu đồng kênh cho trạm TT&C. Do đó, yêu cầu cần đảm bảo tỷ số công suất tín hiệu 5G và công suất tạp âm tại đầu vào LNA/LNB của Trạm TT&C không vượt quá -12,2 dB và tổng công suất tín hiệu (bao gồm 5G và vệ tinh) tại đầu vào LNA không quá -60 dBm. Đối với phát xạ trên dải tần 3600-3680 MHz và 3710-3980 MHz, yêu cầu tổng công suất tín hiệu tại đầu vào LNA/LNB của Trạm điều khiển vệ tinh không vượt quá -60 dBm. Nhà mạng triển khai 5G cần phối hợp chặt chẽ với doanh nghiệp được cấp phép sử dụng tần số điều khiển vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2.
- Trong phạm vị từ trên 20km tới 70km tính từ vị trí anten Trạm TT&C, mặc dù nguy cơ nhiễu kênh kề giảm đi đáng kể (gần như không còn), nhưng vẫn còn nguy cơ nhiễu đồng kênh cho trạm TT&C từ trạm gốc 5G sử dụng dải tần 3680-3710 MHz. Do đó, Nhà mạng 5G cần phối hợp chặt chẽ với doanh nghiệp được cấp phép sử dụng tần số điều khiển vệ tinh để đánh giá can nhiễu trước khi triển khai 5G trên dải tần 3680-3710 MHz (30 MHz), đảm bảo giá trị I/N không vượt quá -12,2 dB.
Để đảm bảo an toàn và thực hiện các giải pháp bảo vệ nhiễu có hại từ hệ thống 5G (sử dụng băng C) tới trạm điều khiển vệ tinh, nhóm tác giả kiến nghị cơ quan quản lý chuyên ngành tần số vô tuyến điện ban hành các văn bản hướng dẫn các doanh nghiệp liên quan trong việc thực hiện các giải pháp kỹ thuật để tránh nhiễu cho trạm điều khiển vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2./.
Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi đề tài NCKH cấp Bộ Thông tin và Truyền thông "Nghiên cứu và đề xuất giải pháp triển khai 5G sử dụng băng tần 3560-4000 MHz đảm bảo không gây nhiễu tần số cho các trạm điều khiển vệ tinh Vinasat-1&2" (ĐT.01/23).
Tài liệu tham khảo:
1. Radio Regulation, ITU, 2020;
2. ITU-R Report S.2199;
3. ITU-R Recommendation S.1432;
4. APT Report No APT/AWG/REP-112, APT report on mitigation measures to improve sharing and compatibility between 4G-LTE and 5G-NR systems and other systems operating in portions of 3300 – 4200 MHz, 2021.
5. Quy hoạch phổ quốc gia ban hành theo Quyết định số 71/2013/QĐ-TTg ngày 21/11/2013 của Thủ tướng Chính phủ, 2013.
6. Quyết định số 02/2017/QĐ-TTg ngày 17/01/2017 của Thủ tướng Chính phủ Sửa đổi, bổ sung một số điều Quyết định số 71/2013/QĐ-TTg ngày 21 tháng 11 năm 2013 của Thủ tướng
Chính phủ về ban hành quy hoạch phổ tần số vô tuyến điện quốc gia, 2017.7. Quyết định số 38/2021/QĐ-TTg ngày 29/12/2021 của Thủ tướng Chính phủ Sửa đổi, bổ sung một số điều của Quyết định số 71/2013/QĐ-TTg ngày 21 tháng 11 năm 2013 của Thủ tướng Chính phủ ban hành Quy hoạch phổ tần số vô tuyến điện quốc gia được sửa đổi, bổ sung một số điều theo Quyết định số 02/2017/QĐ-TTg ngày 17 tháng 01 năm 2017 của Thủ tướng Chính phủ, 2021.
(Bài đăng ấn phẩm in Tạp chí TT&TT số 9 tháng 9/2023)