Phổ tần số vô tuyến là dải sóng điện từ dùng cho phát thanh, truyền hình, điện thoại di động, Wi-Fi, ra-đa, liên lạc tàu thuyền và vệ tinh. Nó được chia theo ba tầng: Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) chia từng đoạn tần số cho từng loại dịch vụ trên toàn cầu; mỗi quốc gia lập quy hoạch phổ tần của mình trong khuôn khổ đó; rồi cơ quan quản lý cấp phép từng tần số cụ thể cho từng đài, từng nhà mạng. Ở Việt Nam, khuôn khổ pháp lý là Luật Tần số vô tuyến điện năm 2009, được sửa đổi năm 2022. Phổ tần không cạn đi khi dùng, nhưng hai máy phát cùng tần số, cùng chỗ, cùng lúc thì nhiễu nhau, nên nó phải được chia.
Vì sao sóng vô tuyến là tài nguyên phải chia
Sóng vô tuyến khác nước hay cá ở một điểm: dùng xong không mất đi. Tần số mà một đài phát thanh dùng hôm nay, ngày mai vẫn nguyên đó. Nhưng tại một thời điểm, ở một vùng, một tần số chỉ mang được một tín hiệu rõ. Nếu hai đài phát cùng tần số với công suất tương đương, máy thu bắt được một mớ hỗn độn. Vậy thứ khan hiếm không phải là bản thân sóng, mà là tổ hợp tần số × không gian × thời gian không bị nhiễu.
Thêm nữa, không phải tần số nào cũng như nhau. Sóng tần số thấp đi xa, xuyên tường tốt nhưng mang ít dữ liệu; sóng tần số cao mang nhiều dữ liệu nhưng đi gần và dễ bị vật cản chặn. Dải từ vài trăm MHz tới vài GHz là "vùng vàng" cho di động: đủ xa, đủ xuyên, đủ dung lượng. Ai cũng muốn đoạn đó, nên đoạn đó đắt nhất.
Từ tàu Titanic đến bảng phân chia tần số quốc tế
Những năm đầu thế kỷ 20, điện báo vô tuyến phát triển nhanh và gần như không có luật. Các trạm phát của những công ty khác nhau thường từ chối nhận tin của nhau, sóng chồng chéo lên nhau. Hội nghị Điện báo vô tuyến quốc tế ở Berlin năm 1906 ký công ước đầu tiên, trong đó có quy định về liên lạc cứu nạn và tín hiệu SOS.
Vụ chìm tàu Titanic tháng 4 năm 1912 là cú hích lớn. Điện báo viên trên một số tàu gần đó không trực ca đêm, và kênh liên lạc bị chiếm bởi nhiều tin nhắn không cần thiết. Cùng năm đó, Mỹ ban hành Đạo luật Vô tuyến 1912 buộc các trạm phát phải có giấy phép, và hội nghị quốc tế ở London siết lại quy định trực canh cứu nạn. Từ đó tới nay, khung chung là Thể lệ Vô tuyến điện (Radio Regulations) của ITU, một hiệp ước quốc tế được sửa đổi tại các Hội nghị Thông tin vô tuyến thế giới, họp khoảng ba, bốn năm một lần.
ITU, ra đời năm 1865 với tên Liên minh Điện báo Quốc tế, là một trong những tổ chức quốc tế lâu đời nhất. Nay nó là cơ quan chuyên môn của Liên Hợp Quốc.
Ba tầng chia: phân chia băng tần, phân bổ, ấn định
Thể lệ Vô tuyến điện dùng ba thuật ngữ cho ba tầng chia, tiếng Anh lần lượt là allocation, allotment và assignment, trong văn bản Việt Nam thường gọi là phân chia băng tần, phân bổ và ấn định. Hiểu ba chữ này là hiểu cả hệ thống:
| Tầng | Chia cái gì cho ai | Ai quyết | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| Phân chia băng tần (allocation) | Một đoạn tần số cho một loại dịch vụ | ITU, hội nghị thế giới | Đoạn 87,5–108 MHz cho phát thanh FM |
| Phân bổ (allotment) | Một kênh cho một vùng hay một nước, theo một quy hoạch | ITU hoặc quốc gia | Kênh truyền hình số dành cho từng khu vực phủ sóng |
| Ấn định (assignment) | Một tần số cụ thể cho một trạm cụ thể | Cơ quan quản lý quốc gia | Đài FM ở một tỉnh được dùng tần số 99,0 MHz với công suất nhất định |
Thế giới được chia thành ba Khu vực ITU: Khu vực 1 gồm châu Âu, châu Phi, Trung Đông và phần lớn Bắc Á; Khu vực 2 là châu Mỹ; Khu vực 3 là phần còn lại của châu Á và châu Đại Dương, trong đó có Việt Nam. Bảng phân chia băng tần có chỗ chung cho cả ba khu vực, có chỗ khác nhau. Đó là lý do một số điện thoại mua ở nước ngoài không bắt được một vài băng tần ở Việt Nam.
Ở Việt Nam, Quy hoạch phổ tần số vô tuyến điện quốc gia do Thủ tướng phê duyệt, chi tiết hoá bảng của ITU cho Việt Nam; Bộ Khoa học và Công nghệ (cơ quan được giao quản lý viễn thông từ năm 2025) và Cục Tần số vô tuyến điện cấp phép và kiểm soát nhiễu.
Chia theo không gian: phép tính tái sử dụng tần số
Mạng di động có một mẹo chia phổ rất đẹp về toán học: dùng lại cùng một tần số ở những chỗ đủ xa nhau. Vùng phủ sóng được chia thành các ô (cell), mỗi ô một trạm gốc công suất vừa phải. Hai ô kề nhau phải dùng tần số khác nhau, nhưng hai ô cách nhau đủ xa thì dùng chung được, vì sóng đã yếu tới mức không gây nhiễu đáng kể.
Trong mô hình lý thuyết với các ô hình lục giác, người ta gom các ô thành cụm, mỗi cụm dùng hết toàn bộ kênh, và cụm sau lặp lại cụm trước. Các số ô trong một cụm hợp lệ có dạng N = i² + ij + j², nên chỉ nhận các giá trị 1, 3, 4, 7, 9, 12... Mạng di động thế hệ đầu thường dùng N = 7.
Ví dụ tính tay: một nhà mạng có 70 kênh. Với cụm 7 ô, mỗi ô được 70 / 7 = 10 kênh. Một thành phố cần 140 ô để phủ kín thì có 140 / 7 = 20 cụm, tổng cộng 20 × 70 = 1.400 lượt dùng kênh cùng lúc, gấp 20 lần số kênh nhà mạng có. Muốn tăng dung lượng nữa, chỉ việc chia ô nhỏ hơn: cùng diện tích, gấp đôi số ô là gấp đôi số lượt dùng. Đó là lý do trạm phát sóng ở đô thị ngày càng dày và nhỏ.
Các thế hệ mạng sau dùng kỹ thuật cho phép ô kề nhau dùng chung tần số và xử lý nhiễu bằng tín hiệu số, nhưng ý tưởng "chia không gian để nhân phổ tần" vẫn là nền tảng.
Chia bằng giấy phép hay để chung: Wi-Fi là một mảnh đất công
Phần lớn phổ tần được chia theo kiểu giấy phép độc quyền: nhà mạng A được dùng đoạn này ở vùng này, không ai khác được phát vào. Cách cấp giấy phép đã thay đổi theo thời gian: từng có thời cấp theo hồ sơ so sánh (thi tuyển), có nơi bốc thăm, và từ thập niên 1990 nhiều nước chuyển sang đấu giá. Nhà kinh tế Ronald Coase là người đầu tiên đề xuất bán quyền dùng tần số, trong một bài báo năm 1959.
Nhưng có những đoạn được để làm của chung không cần giấy phép, như các băng 2,4 GHz và 5 GHz. Ai cũng được phát, miễn là thiết bị đạt chuẩn về công suất tối đa và cách phát. Năm 1985, cơ quan quản lý viễn thông Mỹ cho phép dùng các đoạn "công nghiệp, khoa học, y tế" vốn dành cho lò vi sóng và máy móc vào việc truyền dữ liệu không cần giấy phép. Wi-Fi, Bluetooth, chuột không dây, khoá xe điều khiển từ xa ra đời trên mảnh đất công đó.
Wi-Fi là một ví dụ thú vị về của chung tự quản bằng kỹ thuật thay vì bằng luật. Thiết bị Wi-Fi được thiết kế để "nghe trước khi nói": kiểm tra kênh có ai đang phát không rồi mới phát, và lùi lại một khoảng ngẫu nhiên nếu va chạm. Nhờ vậy hàng chục mạng trong một chung cư vẫn cùng chạy được, dù đôi khi chậm. Đó là quy tắc chia lượt giống như người đi qua ngã tư không đèn: nhìn trước, nhường nhau, không ai độc chiếm.
Chia sẻ động: tầng ưu tiên
Một hướng mới là chia một đoạn tần số theo nhiều tầng ưu tiên. Ở Mỹ, đoạn 3,55–3,7 GHz được chia thành ba tầng từ năm 2020: người dùng hiện hữu như ra-đa hải quân được ưu tiên tuyệt đối; tầng giữa là các giấy phép có thời hạn; tầng dưới cùng ai cũng dùng được khi hai tầng trên để trống. Một hệ thống cơ sở dữ liệu tự động báo cho thiết bị biết lúc nào, ở đâu được phát. Đây là phép chia theo thời gian và không gian ở độ phân giải rất mịn, thứ chỉ máy tính mới làm được.
Góc nhìn hôm nay: khi phổ tần được giải phóng
Những năm qua, chuyện chia lại phổ tần diễn ra quanh ta. Việt Nam hoàn thành số hoá truyền hình mặt đất vào cuối năm 2020: tắt truyền hình tương tự, chuyển sang truyền hình số, vốn cần ít phổ hơn nhiều cho cùng số kênh. Phần phổ được giải phóng, gọi là "cổ tức số", được quy hoạch lại cho di động. Các nhà mạng cũng dần tắt mạng 2G để dùng lại phần tần số cho 4G và 5G.
Nếu muốn tự tìm hiểu, có thể mở phần cài đặt của điện thoại hoặc một ứng dụng kiểm tra mạng để xem máy đang dùng băng tần nào; tra cứu Quy hoạch phổ tần số vô tuyến điện quốc gia trên trang của cơ quan quản lý; hoặc quay một chiếc radio FM qua các đài để thấy các tần số cách nhau theo bước cố định. Mỗi con số trên mặt radio là kết quả của ba tầng chia nói ở trên.
Câu hỏi thường gặp
Phổ tần số vô tuyến là gì?
Phổ tần số vô tuyến là dải sóng điện từ dùng để truyền tín hiệu không dây, từ phát thanh, truyền hình, điện thoại di động tới Wi-Fi, ra-đa và vệ tinh. Vì hai máy phát cùng tần số ở cùng chỗ sẽ nhiễu nhau, phổ tần phải được chia và quản lý như một tài nguyên.
Ai quyết định tần số nào dùng cho việc gì?
Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) phân chia từng đoạn tần số cho từng loại dịch vụ qua Thể lệ Vô tuyến điện. Mỗi nước lập quy hoạch phổ tần quốc gia trong khuôn khổ đó, rồi cơ quan quản lý cấp phép từng tần số cụ thể cho từng trạm, từng nhà mạng.
Vì sao Wi-Fi không cần giấy phép tần số?
Wi-Fi dùng các băng như 2,4 GHz và 5 GHz được để làm của chung, ai cũng phát được nếu thiết bị đạt chuẩn công suất và cách phát. Thiết bị Wi-Fi tự kiểm tra kênh trước khi phát và lùi lại khi va chạm, nhờ vậy nhiều mạng cùng chạy được trong một khu vực.
Tái sử dụng tần số trong mạng di động là gì?
Đó là kỹ thuật dùng lại cùng một tần số ở các ô phủ sóng đủ xa nhau để không nhiễu. Với cụm 7 ô và 70 kênh, mỗi ô dùng 10 kênh, và cụm sau lặp lại cụm trước, nên tổng số lượt dùng kênh cùng lúc nhân lên theo số cụm.
Việt Nam có mấy khu vực ITU?
Việt Nam thuộc Khu vực 3 của ITU, gồm phần lớn châu Á và châu Đại Dương. Thế giới có ba khu vực: Khu vực 1 là châu Âu, châu Phi, Trung Đông và phần lớn Bắc Á; Khu vực 2 là châu Mỹ. Một số đoạn tần số được phân chia cho dịch vụ khác nhau giữa các khu vực.