Thông tin di động (Mobile Comminications) trải qua quá trình phát triển từ thế hệ thống tin di động đầu tiên (1G: First generation mobile networks) đến hiện tại 5G (Fifth generation mobile networks) đang trong quá trình thương mại hóa với những đột phá về công nghệ, 5G có tốc độ lên đến hàng ngàn Gb/s, độ trễ gần như bằng 0, dung lượng lớn mở ra cánh cửa cho IOT (Internet of things) phát triển mạnh mẽ, ổn định về kết nối…
Chưa dừng lại ở 5G, thế hệ tương lai 6G đang tiếp tục được nghiên cứu và phát triển, 6G giải quyết các hạn chế của 5G và được cho rằng sẽ khơi dậy sự đổi mới, hồi sinh ngành viễn thông với những bước tiến vượt bậc.

1. Kiến trúc hạ tầng tập trung và phân tán của Trạm BTS/RBS
Sự phát triển của 3G 4G 5G đi kèm với yêu cầu mở rộng hạ tầng về số lượng trạm gốc thông tin di động (BTS: Base transceiver Station /RBS: Radio base station). Việc cải tiến cấu trúc trạm từ tập trung sang phân tán là bước tiến lớn giúp tiết kiệm không gian lắp đặt, giảm chi phí điện năng tiêu thụ góp phần giúp giảm giá thành dịch vụ.
Các trạm 5G hiện nay sử dụng cấu trúc phân tán. Khác với trạm có cấu trúc tập trung tất cả các khối xử lý tín hiệu băng gốc (BBU: Baseband unit), khối nguồn (PSU: Power supply unit), khối cao tần (RF module) và các thiết bị khác như chống quá áp (OVP: Overvoltage protection), FAN… được đặt vào chung một tủ thì cấu trúc trạm phân tán tách rời khối xử lý tín hiệu băng gốc và khối tín hiệu cao tần.
Khối xử lý tín hiệu cao tần gồm 2 thành phần chính RRH/RRU (Remote radio heads/Units) và antenna được lắp đặt trên cột BTS (antenna tower) được làm mát tự nhiên, giúp giảm đáng kể chi phí về điện năng. Trạm phân tán sử dụng truyền thông qua cáp quang cũng giúp suy hao đường truyền giảm mạnh so với việc dùng cáp đồng trục (Feeder) ở dạng trạm tập trung.
Kiến trúc trạm phân tán còn tối ưu chi phí đầu tư cho phần cứng, các trạm CRAN (Cloud Radio Access Network) có các khối cao tần (RF module) có thể đặt ở nhiều vị trí trạm khác nhau với nhiều PSU small (có thể cách nhau hàng km) nhưng chỉ cần 1 khối tín hiệu băng gốc (BBU: Baseband unit) cho tất cả, điều mà các trạm có cấu trúc tập trung không làm được.
Nhờ các ưu điểm vượt trội của cấu trúc trạm phân tán, hiện nay ở Việt Nam các nhà mạng Viettel, Mobifone… đều sử dụng cấu trúc này.

2. Bảo vệ chống sét cho trạm gốc thông tin di động (BTS/RBS) phân tán
Phát triển 5G mang lại nhiều tiềm năng kinh tế to lớn không chỉ về thông tin di động mà còn thúc đẩy sự phát triển của nhiều lĩnh vực khác. Đi kèm với những tiềm năng to lớn mà 5G mà mang lại thì cũng không ít những thách thức mới xuất hiện, để hạ tầng mạng 5G đạt được sự ổn định, hiệu quả trong quá trình hoạt động thì hạ tầng, quy trình vận hành, bảo dưỡng, bảo vệ chống sét cho trạm cũng phải thay đổi để thích hợp với những thiết bị đắt tiền, cấu trúc phức tạp hơn so với các thế hệ trước.
Việc sử dụng cấu trúc trạm gốc dạng phân tán với RRH/RRU (Remote radio heads/Units) lắp đặt ngoài trời trên cột (antenna tower) cùng với antenna sẽ gặp phải các vấn đề đến từ tự nhiên gây hư hỏng thiết bị. Sấm sét không chỉ dẫn tới hư hỏng toàn bộ thiết bị cả trong nhà và ngoài trời của trạm (RBS) mà còn tới các thiết bị xung quanh khác.
Mạng 5G với khả năng truyền tín hiệu ở tốc độ cực cao, băng thông rộng đồng nghĩa với việc điện năng mà các thiết bị tiêu thụ cũng sẽ tăng lên đáng kể so với các thế hệ trước đó, các thiết bị trong hệ thống cũng càng ngày càng nhạy cảm hơn với các xung, đột biến gây ra từ sét. Những sự thay đổi trên dẫn đến các giải pháp bảo vệ chống sét cho trạm cũng phải có sự thay đổi để phù hợp, hiệu quả hơn.
Việc hư hỏng thiết bị có thể gây gián đoạn dịch vụ trong một thời gian dài đặc biệt với những trạm gốc thông tin di động có những thiết bị băng rộng cố định OLT (Optical line terminal) thì không chỉ gián đoạn các dịch vụ di động mà còn làm gián đoạn dịch vụ internet của hàng ngàn khách hàng.
Tại những vị trí chiến lược nhưng lại khó có khả năng tìm được thiết bị thay thế ngay lập tức, khó tiếp cận như biên giới, hải đảo hoặc các tổng trạm huyện, tỉnh thì việc gián đoạn dịch vụ do sét không chỉ mang lại các hậu quả về thiết bị, kinh tế mà còn là các nguy cơ tiềm ẩn về chính trị, ngoại giao.
Trong bài này ta chỉ xét đến các trạm trên mái do có yêu cầu phức tạp hơn về việc bảo vệ, các phương pháp bảo vệ cho trạm mặt đất cũng tương tự như trạm trên mái.
2.1 Giải pháp chống sét trực tiếp
Đối với các trạm trên mái, việc lắp đặt trụ BTS (antenna tower) cần đảm bảo không mang lại thêm rủi ro cho tòa nhà, hệ thống chống sét trực tiếp của trạm cần đảm bảo các thành phần của dòng sét không có ảnh hưởng đến các thiết bị bên trong tòa nhà khi bị cú sét tác động giúp đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện, điện tử bên trong.

Giải pháp chống sét trực tiếp sử dụng kim cách ly (Isolated air-termination system) giúp cách ly hoàn toàn hệ thống chống sét trực tiếp với trụ BTS (antenna tower) sử dụng ống đỡ kim (supporting tube) được làm từ chất liệu không dẫn điện.
Cần lựa chọn chiều cao của ống đỡ phụ thuộc vào chiều cao của trụ sao cho đảm bảo được các thiết bị thuộc khối cao tần lắp đặt trên trụ và các thiết bị khác trong trạm nằm hoàn toàn trong vùng bảo vệ (Protected Volume) của hệ thống chống sét trực tiếp. Trong trường hợp trên mái tòa nhà được lắp đặt nhiều trụ BTS thì cần lắp đặt nhiều hệ thống kim cách ly cho mỗi trụ.
Việc lắp đặt hệ thống kim thu sét bảo vệ cho trạm không chỉ là lắp đặt kim thu sét trên đỉnh trụ mà còn phải quan tâm đến các kết cấu, thiết bị hiện hữu trên mái.
Sản phẩm ống đỡ của DEHN chất liệu nhựa gia cường sợi thủy tinh (GRP) giúp duy trì khoảng cách ly (separation distance/insulating clearance) với các vật liệu dẫn điện theo IEC/EN 62305-3, dải nhiệt độ hoạt động từ -50 – , khối lượng riêng nhỏ, khả năng lắp đặt đa năng với nhiều thiết bị khác giúp ống có thể thích nghi với nhiều điều kiện khí hậu khắc nghiệt và tuổi thọ cực cao.

Để đảm bảo khoảng cách ly việc sử dụng dây thoát sét (down conductor) thông dụng như cáp thép, cáp đồng trần, cáp đồng bọc vàng xanh sẽ không đạt tiêu chuẩn. Cáp HVI là một sản phẩm của DEHN với ưu điểm duy trì được khoảng cách ly (Separation distance) S (theo tiêu chuẩn IEC 62305-3) một cách hiệu quả dựa vào khả năng cách điện áp cao với các bộ phận mang điện. Cáp HVI với những ưu điểm duy trì khoảng cách ly S ≤ 45cm trong không khí hoặc S ≤ 90cm trong vật liệu xây dựng rắn, có dải nhiệt độ hoạt động lớn nhất từ -30 đến ,
Cáp HVI đáp ứng các yêu cầu theo DIM IEC/TS 62561-8 (VDE V 0185-561-8) (Thông tin chi tiết) là giải pháp tối ưu cho dây thoát sét (Down conductor) lắp đặt cùng với hệ thống kim thu sét cách ly.

Xem thêm bài viết các Giải pháp tiếp địa
2.2 Giải pháp chống sét lan truyền
Nguồn cấp cho trạm gốc thông tin di động (RBS: Radio base station) bao gồm cáp nguồn và các thiết bị phân phối nguồn nên được tách biệt với hệ thống nguồn của tòa nhà, tất cả các thiết bị trong hệ thống phân phối nguồn (PSS: Power supply system) của trạm đều cần được bảo vệ theo tiêu chuẩn.
Các thiết bị bảo vệ chống xung sét (SPD: Surge protective devices) được lắp đặt tại các khối phân phối nguồn (PSU: Power supply unit) của trạm cần đảm bảo khả năng bảo vệ phối hợp với nhau, chính vì thế nên lựa chọn các thiết bị đến từ cùng một nhà sản xuất và đạt tiêu chuẩn IEC giúp đảm bảo tính đồng bộ, nâng cao khả năng bảo vệ cho thiết bị.

Dòng sản phẩm DEHNvap CSP (Cell site protection) type 1+2 là các sản phẩm được đặc biệt thiết kế riêng để bảo vệ phần nguồn (PSU: Power supply unit) AC cho các trạm gốc thông tin di động (RBS: Radio base station). DEHNvap CSP sử dụng công nghệ khe hở phóng điện (Spark gap) cho thời gian đáp ứng cực nhanh, tuổi thọ cao, không có dòng rò, đặc biệt với khả năng chịu được dòng ngắn mạch tới 50kArms (prosp) mà không làm gián đoạn (trip) hệ thống. DEHNvap CSP có khả năng bảo vệ hệ thống tối đa đồng thời đáp ứng yêu cầu không làm gián đoạn dịch vụ thông tin di động.

Khối tín hiệu băng gốc (BBU: Baseband unit) và khối cao tần (RRH/RRU: Remote radio heads/Units và antenna) được lắp đặt trên trụ BTS (antenna tower), RRH/RRU sử dụng nguồn -48VDC được cung cấp từ các thiết bị phân phối nguồn DC (DC cabinet và DCDU) thông qua cáp nguồn có tiết diện dao động từ 6 – 16.
Các cáp nguồn này trải dài từ bên trong phòng máy (service room) ra ngoài và lên tới cột BTS tương đương với việc có đường liên kết đi từ LP0 vào LPZ1 (hoặc nhỏ hơn) chính vì thế tiềm ẩn nguy cơ xung sét đến từ cú sét tác động trực tiếp đi vào phòng dịch vụ.
Việc lắp đặt SPD bảo vệ các xung sét lan truyền vào phòng dịch vụ thông qua cáp nguồn DC là cần phải thực hiện.
Dòng sản phẩm DEHNsecure Modular 60 type 1 sử dụng công nghệ khe hở phóng điện (Spark gap) là dòng sản phẩm được thiết kế chuyên để bảo vệ RRH/RRU (Remote radio heads/Units), DEHNsecure Modular 60 type 1 có thể được lắp đặt được tại nhiều vị trí, dễ dàng lắp đặt thay thế, mức bảo vệ điện áp thấp, không có dòng rò, kích thước nhỏ gọn là lựa chọn tối ưu để bảo vệ cho RRH/RRU. Lợi ích của DEHNsecure Modular 60 type 1 còn đến từ việc hệ thống có thể mở rộng, các thiết bị có thể tăng lên (tải có thể tới 2000A) thì DEHNsecure vẫn phù hợp để đáp ứng.

Khả năng phối hợp năng lượng của các thiết bị DEHNsecure đến từ công nghệ “Wave breaker function” có thể tạm gọi là khả năng dập các sóng dao động, các xung có năng lượng cao đi vào SPD ngay lập tức sẽ ngay lập tức kích hoạt khe hở phóng điện trong trong vài giúp cho các xung đi vào thiết bị đầu cuối có giá trị dòng gần như bằng 0 (DEHN công bố sau xung sét khi đi qua SPD sẽ bị triệt tiêu khoảng 99.4% năng lượng).
Đây là bước đột phá quan trọng của các SPD sử dụng công nghệ khe hở phóng điện (Spark gap) so với các SPD sử dụng công nghệ MOV (metal oxide varistors).

Trong cấu trúc trạm phân tán, tín hiệu giữa BBU và RRH/RRU được truyền thông qua cáp quang thay vì cáp đồng trục (feeder) do đó yêu cầu về chống sét lan truyền cũng được lược bớt, giúp tiết kiệm chi phí thiết bị.
Xem thêm các thiết bị chống sét lan truyền
3. Kết luận
Các kết quả nghiên cứu và thử nghiệm đã khẳng định rằng công nghệ Spark-Gap đáp ứng hoàn toàn các yêu cầu khắt khe về bảo vệ thiết bị trong lĩnh vực thông tin di động. DHK tự hào mang đến giải pháp toàn diện với hệ thống thiết bị DEHN, bao gồm DEHNvap CSP, DEHNsecure bảo vệ nguồn AC và DC, kết hợp với hệ thống kim thu sét cách ly nhằm bảo vệ hiệu quả trước các tác động trực tiếp của sét.
Giải pháp của DHK kết hợp với các thiết bị DEHN không chỉ đảm bảo an toàn cho trạm gốc thông tin di động (RBS) mà còn khẳng định sự vượt trội trong công nghệ chống sét hiện đại.
Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và hỗ trợ tốt nhất về các giải pháp phòng chống sét toàn diện.
- Văn phòng Hồ Chí Minh: 21 D3A, KDC Kiến Á, Phước Long B, Thủ Đức, TP HCM.
- Văn phòng Hà Nội: Tòa nhà Resco (B15), Đường Nguyễn Cảnh Dị – Quận Hoàng Mai – Tp. Hà Nội.
- Website: dhk.com.vn
- Hotline: 0985 251 385
- Facebook: Giải pháp và thiết bị Chống sét DHK
- LinkedIn: DHK JSC E&S