Hệ thống DAS 5G là gì? Nguyên tắc thiết kế, quản lý DAS 5G

Hoàng

April 5, 2025

22 phút đọc

5G đánh dấu một bước nhảy vọt so với các thế hệ trước, mang đến khả năng truyền dữ liệu vượt trội lên đến 20 Gbps.

Vì vậy giảm thời gian phản hồi xuống chỉ còn 1 mili giây và nâng cao đáng kể khả năng chịu tải của mạng lưới, hỗ trợ nhiều người dùng và thiết bị IoT cùng lúc.

Công nghệ 5G hoạt động trên nhiều dải tần số khác nhau, mỗi dải tần số mang những đặc tính riêng biệt:

Dải tần thấp (dưới 1 GHz)

• Mở rộng vùng phủ sóng và nâng cao khả năng xuyên thấu vào bên trong các tòa nhà.

Ví dụ: dải tần 600 MHz giúp phủ sóng đến các vùng nông thôn và vùng sâu vùng xa, nơi việc triển khai cơ sở hạ tầng gặp nhiều thách thức.

Dải tần trung (1-6 GHz)

• Tạo sự cân bằng giữa phạm vi phủ sóng và năng lực xử lý.
• Điển hình như dải tần C (3.5-3.98 GHz) hiện đang được triển khai rộng rãi tại nhiều thành phố lớn ở Việt Nam, mang lại tốc độ cao hơn 4G khoảng 10 lần trong khi vẫn duy trì vùng phủ sóng ổn định.
• Các nhà mạng thường khuyến nghị sử dụng dải tần này cho các hệ thống DAS trong nhà vì tính cân bằng tối ưu giữa hiệu suất, phạm vi phủ sóng và chi phí triển khai.

Dải tần cao (Millimeter Wave – mmWave, 24-100 GHz)

• Mang lại băng thông cực lớn nhưng có phạm vi phủ sóng hạn chế và dễ bị cản trở bởi vật thể.

Ví dụ: một số khu vực thương mại cao cấp ở Hà Nội và TP.HCM, dải tần này đã được thử nghiệm với tốc độ đạt trên 2 Gbps, nhưng tín hiệu gặp nhiều khó khăn khi xuyên qua tường và cửa kính dày.

Công nghệ 5G còn tích hợp nhiều tính năng tiên tiến như hệ thống MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) quy mô lớn, giúp tăng hiệu quả sử dụng tần số và nâng cao năng lực mạng lưới.

Sử dụng các dải tần cao đặc biệt là mmWave tạo ra thách thức lớn để phủ sóng bên trong các tòa nhà do tín hiệu suy giảm mạnh khi đi qua vật liệu xây dựng.

Đây chính là lý do các giải pháp như DAS trở nên vô cùng quan trọng trong triển khai 5G.

Mạng 5G khi hoạt động ở các tần số cao gặp nhiều khó khăn trong việc xuyên qua vật liệu xây dựng so với các thế hệ trước.

Với thực tế hơn 80% lưu lượng dữ liệu và thoại di động được sử dụng trong nhà, việc đảm bảo phủ sóng 5G ổn định trong môi trường này trở thành yếu tố quyết định đối với trải nghiệm người dùng và hỗ trợ các ứng dụng hiện đại.

DAS đóng vai trò then chốt trong việc mang lại tốc độ siêu nhanh, độ trễ thấp và dung lượng cao của 5G trong tòa nhà để đảm bảo người dùng có trải nghiệm nhất quán và liền mạch.

Hệ thống này còn hỗ trợ các công nghệ mới đang phát triển dựa trên nền tảng 5G, như IoT, thực tế tăng cường (AR) và thực tế ảo (VR).

Nếu không có DAS, năng lực mạng 5G trong các tòa nhà cao tầng khó có thể hiện thực hóa.

Ví dụ: tại một số tòa nhà cao tầng ở Việt Nam, tín hiệu 5G ở tầng trệt có thể đạt tốc độ trên 1 Gbps, nhưng chỉ còn vài chục Mbps hoặc thậm chí không có tín hiệu ở các tầng cao nếu không có hệ thống DAS.

Những hạn chế cố hữu về khả năng truyền dẫn của tín hiệu 5G đòi hỏi một phương pháp phân tán để đảm bảo vùng phủ sóng và dung lượng đầy đủ trong nhà.

Bộ nguồn đóng vai trò như bộ não của hệ thống DAS, tiếp nhận tín hiệu tần số vô tuyến (RF) từ các nguồn tín hiệu như trạm phát gốc (BTS), trạm phát nhỏ (small cell) hoặc ăng-ten thu sóng ngoài trời.

Sau đó xử lý và điều chỉnh để phân phối khắp mạng lưới DAS. Các chức năng chính của bộ nguồn bao gồm:

• Tổng hợp tín hiệu từ nhiều nhà mạng (khả năng máy chủ trung lập)
• Xử lý và điều chỉnh tín hiệu (lọc, cân bằng, kiểm soát công suất)
• Chuyển đổi tín hiệu thành dạng quang hoặc RF để phân phối

Bộ nguồn thường được thiết kế theo kiểu mô-đun và có tính mở rộng để hỗ trợ các nâng cấp trong tương lai và bổ sung thêm các dải tần số mới.

Hiệu năng của bộ nguồn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tổng thể, tính linh hoạt và khả năng mở rộng của toàn bộ hệ thống.

Bộ chia tín hiệu là các thiết bị thụ động dùng để phân tách một tín hiệu RF thành nhiều tín hiệu đầu ra để cấp cho các ăng-ten hoặc nhánh khác nhau của mạng DAS.
Bộ kết hợp tín hiệu là các thiết bị thụ động có nhiệm vụ gộp nhiều tín hiệu RF thành một tín hiệu đầu ra duy nhất.

Ví dụ: tổng hợp tín hiệu từ các đơn vị từ xa khác nhau hoặc kết hợp tín hiệu từ nhiều nhà mạng trước khi đưa vào bộ nguồn.

Các thông số kỹ thuật quan trọng cho bộ chia và bộ kết hợp tín hiệu bao gồm:

• Khả năng tương thích dải tần
• Độ cách ly giữa các cổng
• Suy hao (mức giảm công suất tín hiệu)
• Khả năng xử lý công suất

Lựa chọn và bố trí các bộ chia và kết hợp tín hiệu phù hợp là yếu tố cốt lõi để phân phối tín hiệu hiệu quả và cân bằng trong toàn mạng DAS.

Từ đó đảm bảo vùng phủ sóng đồng đều và giảm thiểu sự suy giảm tín hiệu.

Hệ thống DAS sử dụng nhiều loại cáp khác nhau:

• Cáp đồng trục: thường được dùng trong DAS thụ động và Hybrid để phân phối tín hiệu RF. Trong hệ thống thụ động, sự suy hao tín hiệu tăng theo chiều dài cáp.
• Cáp quang: sử dụng trong DAS chủ động và lai ghép để truyền tín hiệu đường dài với suy hao thấp giữa bộ nguồn và các đơn vị từ xa.
• Cáp Ethernet: được sử dụng trong một số kiến trúc DAS kỹ thuật số và chủ động.

Định tuyến và đấu nối cáp đúng cách rất quan trọng để giảm thiểu suy hao tín hiệu và đảm bảo kết nối ổn định.

Tại một số khu vực nhất định trong tòa nhà, cần sử dụng cáp chống cháy để đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy.

Lựa chọn hạ tầng cáp ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và chi phí của hệ thống DAS.

Cáp quang thường được ưu tiên cho các đoạn đường dài và yêu cầu băng thông cao, trong khi cáp đồng trục có thể tiết kiệm chi phí hơn cho các đoạn ngắn.

Cáp được lắp đặt chính xác cũng là yếu tố quan trọng để duy trì chất lượng tín hiệu.

Phân chia khu vực phủ sóng là kỹ thuật chia không gian thành các “ô” nhỏ hơn, dễ quản lý, mỗi ô được phục vụ bởi một hệ thống ăng-ten riêng biệt.

Phương pháp này giúp tăng tổng dung lượng của hệ thống DAS thông qua việc tái sử dụng tần số ở các khu vực khác nhau.

Từ đó hỗ trợ nhiều người dùng hơn và mang lại tốc độ truyền dữ liệu cao hơn.

Khi áp dụng vào tòa nhà cao tầng, kỹ thuật này cải thiện chất lượng tín hiệu bằng cách tập trung cường độ vào những khu vực cụ thể và giảm nhiễu giữa các vùng lân cận.

Khi phân chia cần xem xét:

• Phân chia theo từng tầng hoặc nhóm tầng dựa trên mật độ người dùng và lưu lượng mạng
• Quy hoạch vùng chuyển tiếp giữa các khu vực để đảm bảo kết nối liền mạch
• Hạn chế chồng lấp quá ba vùng tại bất kỳ ranh giới nào để tránh hiện tượng “chuyển giao ping-pong”

Ví dụ: Trong một tòa nhà 50 tầng, thay vì thiết kế một hệ thống phủ sóng đồng nhất, kỹ sư có thể phân chia thành 5 cụm (mỗi cụm 10 tầng) với các thiết lập ăng-ten riêng biệt.

Các tầng có mật độ người dùng cao như khu vực hội nghị hoặc không gian làm việc chung sẽ được thiết kế với mật độ ăng-ten dày hơn.

Phần thang máy cần được quan tâm đặc biệt.

Lý tưởng nhất là toàn bộ giếng thang nên được phục vụ bởi cùng một vùng từ tầng hầm đến tầng thượng để tránh các sự cố chuyển giao muộn và mất kết nối.

MIMO là công nghệ then chốt trong 5G, sử dụng nhiều ăng-ten ở cả phía phát và thu để nâng cao dung lượng dữ liệu và độ tin cậy kết nối mà không cần mở rộng phổ tần.

MIMO mang lại hai lợi ích chính:

• Tăng dung lượng thông qua việc truyền đồng thời nhiều luồng dữ liệu (đa hợp kênh không gian)
• Cải thiện chất lượng tín hiệu bằng cách tạo nhiều đường dẫn tín hiệu (đa dạng không gian), giảm thiểu hiện tượng fading đa đường

Hệ thống DAS 5G hiện đại nên hỗ trợ cấu hình MIMO 2×2 hoặc lý tưởng hơn là 4×4 để mang lại tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và hiệu suất tốt hơn.

Ví dụ: Trong một trung tâm thương mại cao tầng, hệ thống MIMO 4×4 có thể được triển khai tại các khu vực mua sắm chính và khu vực ẩm thực là nơi có lượng người dùng đông đúc cần truy cập mạng đồng thời.

Khi hàng trăm khách hàng cùng sử dụng điện thoại để thanh toán, chia sẻ hình ảnh lên mạng xã hội, hay xem video giới thiệu sản phẩm, MIMO giúp duy trì kết nối ổn định cho tất cả người dùng.

Xây dựng MIMO 4×4 với DAS thụ động khá phức tạp, đòi hỏi bốn lớp thành phần thụ động.

MIMO quy mô lớn trong 5G liên quan đến sử dụng số lượng lớn ăng-ten để tăng cường khả năng tạo chùm tia và hiệu suất MIMO.

Các hệ thống DAS cũ có thể cần nâng cấp để hỗ trợ đầy đủ khả năng MIMO của 5G.

Triển khai MIMO hiệu quả trong DAS 5G đòi hỏi cân nhắc kỹ lưỡng về vị trí ăng-ten và kiến trúc tổng thể của hệ thống.

Nhiễu bên trong tòa nhà xuất phát từ nhiều nguồn đa dạng.

Trước hết là các nguồn bên ngoài như trạm phát di động lân cận gây ra nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh kề.

Bên cạnh đó, các hệ thống không dây khác trong tòa nhà như mạng Wi-Fi, thiết bị Bluetooth và các thiết bị phát sóng vô tuyến đều có thể trở thành nguồn gây nhiễu đáng kể.

Đáng chú ý là vật liệu xây dựng đặc biệt những bề mặt có khả năng phản xạ cao như kim loại và một số loại kính, thường tạo ra hiện tượng nhiễu đa đường.

Phát sóng công suất cao xuất hiện hiện tượng nhiễu xuyên điều chế thụ động (PIM) tại các điểm không tuyến tính như đầu nối và bộ chia tín hiệu cũng làm suy giảm chất lượng tín hiệu đáng kể.

Trong tòa nhà cao tầng, sự hiện diện dày đặc của các nguồn nhiễu tiềm ẩn có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống DAS 5G.

Vì thê sđòi hỏi lập kế hoạch hợp lý và biện pháp giảm thiểu cụ thể.

Sau khi hoàn thành lắp đặt, cần tiến hành kiểm tra và đánh giá toàn diện để xác nhận vùng phủ sóng và dung lượng đạt được so với mục tiêu thiết kế ban đầu.

Quá trình này bao gồm nhiều loại kiểm tra: kiểm tra vùng phủ sóng RF, kiểm tra dung lượng, kiểm tra nhiễu, đánh giá thông lượng dữ liệu và kiểm tra chất lượng thoại.

Thực hiện điều chỉnh và hiệu chuẩn tín hiệu đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu mức tín hiệu và cân bằng vùng phủ sóng giữa các khu vực và tầng khác nhau trong tòa nhà.

Ví dụ: tại tầng hầm có cấu trúc bê tông dày, kỹ sư có thể cần tăng công suất phát để đảm bảo độ phủ đồng đều so với các tầng trên.

Kỹ thuật điều chỉnh độ nghiêng và mức công suất của ăng-ten giúp tinh chỉnh mô hình phủ sóng và hạn chế tình trạng chồng lấp tín hiệu giữa các vùng.

Một trường hợp thực tế là điều chỉnh ăng-ten tại khu vực sảnh chính xuống 3-5 độ để tập trung vùng phủ sóng và tránh lan truyền tín hiệu ra khỏi tòa nhà.

Sử dụng hệ thống quản lý mạng hiện đại giúp theo dõi các chỉ số hiệu suất chính (KPI) như cường độ tín hiệu, tốc độ truyền dữ liệu và tỷ lệ lỗi.

Quá trình giám sát và tối ưu hóa liên tục đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo hệ thống DAS 5G luôn cung cấp hiệu suất như mong đợi và thích nghi với nhu cầu người dùng cũng như điều kiện môi trường thay đổi.

Thiết kế DAS theo kiến trúc mô-đun và có khả năng mở rộng sẽ đáp ứng hiệu quả sự gia tăng trong tương lai về mật độ người dùng, lưu lượng dữ liệu và việc triển khai các dải tần 5G mới.

Ví dụ: hệ thống DAS được thiết kế với khả năng mở rộng từ 500 người dùng đồng thời lên 2000 người chỉ bằng cách bổ sung các mô-đun mà không cần thay đổi cơ sở hạ tầng chính.

Lựa chọn bộ nguồn tín hiệu và đơn vị từ xa hỗ trợ đa dải tần và có khả năng nâng cấp dễ dàng thông qua mô-đun hoặc phần mềm mới mang lại tính linh hoạt cao.

Một số nhà sản xuất hiện đã cung cấp thiết bị hỗ trợ băng tần mmWave (24-40 GHz) dự kiến sẽ triển khai rộng rãi trong 5-7 năm tới.

Đảm bảo cơ sở hạ tầng cáp dự phòng như các sợi quang dự phòng sẽ hỗ trợ việc mở rộng trong tương lai mà không đòi hỏi công việc đi dây lại đáng kể.

Nhiều dự án hiện đại đã lắp đặt cáp quang 12-24 sợi mặc dù hiện tại chỉ sử dụng 4-6 sợi, nhằm dự phòng cho nhu cầu mở rộng.

Cân nhắc xu hướng phát triển của các công nghệ không dây sau 5G khi lập kế hoạch cơ sở hạ tầng DAS là bước đi khôn ngoan.

Lập kế hoạch sẵn sàng cho các nâng cấp và khả năng mở rộng ngay từ giai đoạn ban đầu đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ khoản đầu tư vào DAS 5G.

Từ đó đảm bảo hệ thống luôn đáp ứng nhu cầu kết nối ngày càng tăng của tòa nhà cao tầng.