Phổ tần là tài nguyên hữu hạn và dùng chung. Khi số thiết bị phát tăng nhanh hơn số băng tần được cấp, câu hỏi của cơ quan quản lý và của doanh nghiệp vận hành hạ tầng vô tuyến không còn là “có nhiễu hay không” mà là “ai đang phát, ở đâu, chiếm bao nhiêu băng thông, và có đúng giấy phép không”. Đó là công việc của quản lý phổ tần — một hoạt động đo lường liên tục, có hồ sơ, khác hẳn việc truy vết một nguồn nhiễu cụ thể khi sự cố đã xảy ra.
Quản lý phổ tần gồm những nhiệm vụ đo nào
Cần phân biệt ba hoạt động thường bị gộp làm một:
Truy vết nhiễu là phản ứng sau sự cố: có khiếu nại, có dịch vụ bị gián đoạn, đội kỹ thuật ra hiện trường tìm nguồn phát gây hại. Đây là công việc một lần, kết thúc khi tìm ra nguồn. Kỹ thuật định vị dùng cho việc này được trình bày riêng trong bài Định vị nguồn nhiễu vô tuyến: kỹ thuật TDOA và quy trình truy vết.
Bắt tín hiệu thoáng qua là bài toán kỹ thuật về tốc độ: làm sao không bỏ sót một phát xạ chỉ tồn tại vài microgiây. Đây là lý do tồn tại của phân tích phổ thời gian thực, được bàn trong bài Phân tích phổ thời gian thực: bắt tín hiệu thoáng qua và nhiễu gián đoạn.
Quản lý phổ tần thì khác cả hai: nó là hoạt động thường trực, có tính hồ sơ pháp lý. Bốn nhiệm vụ chính là đo tham số của phát xạ, đo mức chiếm dụng băng tần theo thời gian, ghi lại tín hiệu để phân tích sau, và phân loại phát xạ để đối chiếu với dữ liệu cấp phép. Kết quả không phải một lần khắc phục sự cố mà là một cơ sở dữ liệu tích luỹ theo năm.
Khung tham chiếu quốc tế cho hoạt động này là bộ khuyến nghị ITU-R dòng SM cùng Handbook on Spectrum Monitoring của ITU — tài liệu tổng hợp về thiết bị giám sát, tự động hoá vận hành và quy hoạch hệ thống giám sát.
Bốn phép đo nền tảng theo khuyến nghị ITU-R
Tần số. Phép đo cơ bản nhất, nhưng độ chính xác cần thiết phụ thuộc vào dịch vụ: sai lệch vài kHz có thể chấp nhận với một trạm phát thanh FM nhưng là vi phạm nghiêm trọng với một kênh hàng không. Yêu cầu thực hành: chuẩn tần số của máy đo phải tốt hơn dung sai của đối tượng ít nhất một bậc, và điều đó dẫn thẳng tới việc khoá máy đo vào một chuẩn ngoài (GPS hoặc chuẩn nguyên tử) thay vì tin vào dao động nội.
Băng thông chiếm dụng. Khuyến nghị ITU-R SM.443 đưa ra cách tiếp cận chuẩn hoá để đo băng thông chiếm dụng của các loại phát xạ. Định nghĩa được dùng phổ biến là băng thông chứa 99% tổng công suất trung bình — tức là phần công suất nằm dưới giới hạn dưới và trên giới hạn trên mỗi bên bằng 0,5% tổng công suất. Đây là con số thường xuất hiện trong giấy phép, nên là đại lượng phải đo đúng phương pháp chứ không ước lượng bằng mắt trên màn hình.
Mức công suất và cường độ trường. Với phép đo phục vụ hồ sơ, con số trên máy chỉ có ý nghĩa khi đi kèm hệ số ăng-ten, suy hao cáp và hệ số hiệu chỉnh của toàn chuỗi thu. Một phép đo cường độ trường không ghi rõ chuỗi hiệu chỉnh là một phép đo không thể tái lập.
Mức chiếm dụng băng tần. Đây là phép đo thống kê theo thời gian: quét một dải tần lặp đi lặp lại trong nhiều ngày, đếm tỷ lệ thời gian mỗi kênh vượt ngưỡng. Báo cáo ITU-R SM.2256 về đo mức chiếm dụng phổ tần là tài liệu tham chiếu cho loại khảo sát này. Kết quả trả lời câu hỏi quy hoạch: băng tần nào thật sự bão hoà, băng tần nào được cấp phép nhưng bỏ trống.
Ghi tín hiệu: vì sao phải lưu chứ không chỉ đọc
Một trạm giám sát chỉ đọc mức và tần số theo thời gian thực sẽ bỏ lỡ phần lớn giá trị phân tích. Lý do rất thực tế: khi phát hiện một phát xạ bất thường, câu hỏi tiếp theo luôn là “nó điều chế kiểu gì, tốc độ ký hiệu bao nhiêu, khuôn dạng khung ra sao” — và trả lời được những câu đó đòi hỏi dữ liệu gốc, không phải một vệt phổ đã lấy trung bình.
Vì vậy các hệ giám sát hiện đại ghi lại dữ liệu I/Q — dạng số hoá đầy đủ biên độ và pha của tín hiệu trong một băng thông phân tích nhất định. Có bản ghi I/Q, toàn bộ phân tích có thể chạy lại nhiều lần trên cùng một sự kiện: giải điều chế thử theo vài giả thuyết, đo tốc độ ký hiệu, tính lại băng thông chiếm dụng bằng phương pháp khác. Bản ghi cũng là bằng chứng có thể lưu hồ sơ và chia sẻ giữa các đơn vị.
Hai tham số quyết định năng lực ghi là băng thông phân tích và dung lượng lưu trữ. Băng thông phân tích đặt trần cho bề rộng tín hiệu có thể ghi trọn vẹn trong một lần: tín hiệu rộng hơn băng thông phân tích sẽ bị cắt, và mọi phép đo sau đó trên bản ghi đều sai. Dung lượng quyết định ghi được bao lâu — con số này lớn hơn trực giác nhiều, vì tốc độ dữ liệu I/Q tỷ lệ thuận với băng thông phân tích.
Khuyến nghị ITU-R SM.1682 về phương pháp đo trên tín hiệu số là tài liệu nền cho nhóm phép đo thực hiện trên dữ liệu đã ghi.
Phân loại phát xạ: từ vệt phổ tới nhận dạng
Bước cuối của chuỗi là trả lời: phát xạ này là gì. Quy trình thực hành đi từ thô tới tinh.
- Đặc trưng phổ. Bề rộng, hình dạng đường bao, tính đối xứng và sự có mặt của sóng mang dư đã loại được phần lớn khả năng. Một tín hiệu có đường bao chữ nhật phẳng gợi ý điều chế số nhiều sóng mang; một đỉnh nhọn có sóng mang rõ gợi ý phương thức khác hẳn.
- Đặc trưng thời gian. Phát liên tục hay theo cụm, chu kỳ lặp bao nhiêu, thời lượng mỗi cụm — những dấu hiệu này thường phân biệt được các hệ thống có phổ trông giống nhau.
- Phân loại tự động và giải điều chế. Trên bản ghi I/Q, bộ phân loại thử ước lượng kiểu điều chế và tốc độ ký hiệu, sau đó giải điều chế để đọc cấu trúc khung. Khuyến nghị ITU-R SM.1600 về nhận dạng tín hiệu là cơ sở cho nhóm phép đo này; các hệ giám sát thương mại thường triển khai nó dưới dạng mô-đun phân loại kèm khối giải điều chế số tổng quát.
- Đối chiếu cấp phép. Kết quả nhận dạng chỉ có giá trị quản lý khi được so với cơ sở dữ liệu giấy phép: tần số này được cấp cho ai, với băng thông và công suất bao nhiêu, phương thức phát nào.
Cần thẳng thắn về giới hạn: phân loại tự động cho gợi ý, không cho kết luận pháp lý. Với tín hiệu yếu, chồng lấn hoặc có nhảy tần, tỷ lệ nhận dạng sai tăng nhanh — và quyết định cuối cùng vẫn thuộc về người phân tích đọc bản ghi.
Chọn thiết bị theo vai trò trong hệ giám sát
Một hệ quản lý phổ tần hiếm khi dựa vào một loại máy duy nhất. Ba vai trò khác nhau cần ba lớp thiết bị.
Trạm cố định — phân tích và ghi. Keysight N9010B là máy phân tích tín hiệu EXA với dải tần 10 Hz đến 3,6/7/13,6/26,5/32/44 GHz tuỳ chọn, băng thông phân tích tới 40 MHz và DANL −151 dBm/Hz tại 2 GHz (tới −167 dBm/Hz khi dùng preamp, giá trị điển hình). DANL là tham số quyết định khả năng phát hiện phát xạ yếu; băng thông phân tích 40 MHz đặt trần cho bề rộng tín hiệu ghi trọn trong một lần. Máy chạy bộ ứng dụng đo PathWave X-Series và có LAN (LXI), USB, GPIB để tích hợp vào hệ tự động.
Đo hiện trường. Keysight N9918A là máy phân tích phổ cầm tay hoạt động tới 26,5 GHz, nặng 3,0 kg, dải động tối đa 100 dB và độ chính xác phổ ±0,5 dB mà không cần thời gian khởi động làm nóng — đặc tính quan trọng khi phải bật máy đo ngay tại chân cột. Máy còn tích hợp đo VNA hai cổng đầy đủ tham số S cùng đo DTF và TDR trong cùng một lần quét, nên kiêm luôn việc kiểm tra chính hệ ăng-ten và feeder của trạm giám sát.
Đo có tính pháp lý và tuân thủ. Khi kết quả phải đối chiếu với ngưỡng quy chuẩn, phép đo cần bộ tách sóng và băng thông giải phân đúng chuẩn. Keysight N9038B là máy thu đo EMI MXE với dải tần 3 Hz đến 44 GHz, tuân thủ CISPR 16-1-1:2019 và MIL-STD-461G, băng thông phân tích tới 160 MHz và phase noise −114 dBc/Hz tại offset 10 kHz (sóng mang 1 GHz). Băng thông phân tích 160 MHz cũng khiến nó phù hợp cho việc ghi các phát xạ băng rộng mà máy 40 MHz không bao trọn.
Một lưu ý về ăng-ten và chuỗi thu: trong đo phổ, chất lượng của phép đo bị chặn trên bởi ăng-ten, cáp và bộ tiền khuếch đại chứ không phải bởi máy. Hệ số ăng-ten sai hoặc cáp suy hao ngoài dự tính sẽ dịch toàn bộ mức đo, và không có xử lý hậu kỳ nào sửa được sai số đó nếu chuỗi không được hiệu chuẩn.
Kết luận
Điểm phân biệt quản lý phổ tần với việc “cầm máy đi đo” nằm ở tính hồ sơ: mỗi con số phải kèm phương pháp, chuỗi hiệu chỉnh và thời điểm; mỗi phát xạ đáng ngờ phải có bản ghi I/Q để phân tích lại; và mỗi kết luận nhận dạng phải đối chiếu được với dữ liệu cấp phép. Ba yêu cầu đó quyết định cấu hình hệ thống nhiều hơn bất kỳ thông số đơn lẻ nào trên tờ rơi thiết bị.
Và vì kết quả đo phổ thường được dùng làm căn cứ xử lý, tính truy xuất của phép đo là bắt buộc chứ không phải tuỳ chọn. Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền Keysight tại Việt Nam, có phòng hiệu chuẩn đạt chuẩn ISO/IEC 17025 cho máy phân tích phổ, máy phân tích tín hiệu và máy thu đo EMI. Để được tư vấn cấu hình hệ giám sát phổ hoặc đặt lịch hiệu chuẩn định kỳ, liên hệ hotline 0908 173 345.
