Research

วิวัฒนาการโทรศัพท์เคลื่อนที่ ตอนที่ 10


ผศ.ดร.โชคชัย แสงดาว  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
5 มิถุนายน 2559  

       ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ในอนาคตหลังปี ค.ศ. 2013 ซึ่งถือได้ว่าเป็นยุคที่ 4 (4G) จะเข้าสู่มาตรฐานใหม่ที่เรียกว่า IMT-Advanced (Release 10, 11, 12 และ 13) ที่พัฒนามาจาก IMT-2000 ตามรายละเอียดข้อกำหนดของ ITU-R 57 คือมาตรฐานสำหรับการสื่อสารไร้สายด้วยแถบความถี่คลื่นพาห์กว้างและความเร็วสูง สำหรับระบบโทรศัพท์ประจำที่ โทรศัพท์เคลื่อนที่ และข้อมูลต่างๆ บนพื้นฐานเทคโนโลยีเครือข่าย GSM/EDGE และ UMTS/HSPA โดยความสามารถของการเชื่อมต่อวิทยุในเครือข่ายแกนหลักที่มีความจุช่องสัญญาณและอัตราการรับส่งข้อมูลที่สูงขึ้นด้วยเครือข่าย IP  เนื่องจากสามารถรองรับกระบวนการเข้าถึงได้หลายรูปแบบได้แก่ OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) หรือ SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) และ OFDM-TDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - Time Division Multiple Access) ผ่านสายอากาศ MIMO ชนิด 4x4 (4 Input/4 Output) สำหรับการมอดูเลชันสัญญาณสามารถรองรับทั้ง QPSK 16QAM 64QAM และ DAPSK (Differentially Amplitude and Phase Shift Keying) ขณะที่การดูเพลกซิ่งสัญญาณเป็นแบบ TDD และ FDD โดยมีความกว้างแถบคลื่นพาห์สูงมากระหว่าง 5-20 MHz ซึ่งสามารถให้อัตราการรับส่งข้อมูลเฉลี่ย 100 kbps-1 Gbps สามารถรับส่งข้อมูลต่างๆทั้งที่ผ่านระบบโทรศัพท์และเครือข่ายอินเทอร์เน็ตได้ทั่วโลกอย่างรวดเร็ว ถูกต้อง และปลอดภัยด้วยช่วงความถี่คลื่นพาห์ 1,280-1,720 MHz การเชื่อมโยงระหว่างเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่กับระบบอินเทอร์เน็ตไร้สายสามารถกระทำได้ด้วยมาตรฐาน IEEE 802.16m ซึ่งเรียกว่า WiMAX 2 หรือ Wireless MAN-Advanced ด้วยกระบวนการเข้าถึงแบบ OFDMA ทำให้สามารถมีอัตราการรับส่งข้อมูลสูงมากคือ 100 Mbps ขณะเคลื่อนที่และ 1 Gbps ขณะประจำที่ โดยสถาปัตยกรรมเครือข่าย IMT-Advance ประกอบไปด้วยเครือข่ายไอพีแบคโบน (IP based global backbone network) เครือข่ายโทรศัพท์สวิทช์สาธารณะ (PSTN) เครือข่ายท้องถิ่น (LAN) เครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่บนไอพี (IP Based mobile network) เครือข่ายรวงผึ้ง 3G (3G Cellular) เครือข่ายอินเทอร์เนตระหว่างเมือง (WiMAX) เครือข่ายแอดฮ๊อค (Ad hoc Network) ตัวตรวจจับเครือข่าย (Sensor Network) และ Nomadic บนเครือข่ายแกนหลักดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 สถาปัตยกรรมเครือข่าย IMT-Advanced

       มาตรฐาน IMT-Advanced ยังประกอบไปด้วยเทคโนโลยี 3 ส่วนคือเทคโนโลยี LTE-Advanced (Long Term Evolution Advanced) จากหน่วยงาน 3GPP ซึ่งได้พัฒนา UTRAN ให้สามารถรองรับเครือข่าย IP ความเร็วสูงได้ โดยสถาปัตยกรรมเทคโนโลยี LTE-Advanced ประกอบไปด้วยเครือข่ายแกนหลักที่เป็นแบบ IP เครือข่ายเข้าถึงวิทยุ GERAN (GSM EDGE Radio Access Network) เครือข่ายกระบวนการเข้าถึงวิทยุสากล UTRAN และระบบวิทยุแพ็กเกท GPRS (General Packet Radio Systems) โดยมีเครือข่ายท้องถิ่นไร้สาย W-LAN กับ E-RAN (Evovled RAN) และเครือข่าย IP ร่วมด้วยดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 สถาปัตยกรรมเทคโนโลยี LTE-Advanced โดย 3GPP

       ขณะที่เทคโนโลยี UMB (Ultra Mobile Wideband) จากหน่วยงาน 3GPP2 เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ใช้ IP บนโทรศัพท์เคลื่อนที่แบบแถบความถี่คลื่นพาห์กว้างที่มีอัตรารับส่งข้อมูลขาลงกับขาขึ้นสูงถึง 288 และ 75 Mbps และมีการประวิงเวลาของสัญญาณต่ำ (Low Latency) เทคโนโลยี UMB นี้ใช้กระบวนการเข้าถึงแบบ OFDMA ด้วยสายอากาศแบบ MIMO และสามารถปรับลำคลื่นได้ (Beam Forming) ส่วนโพรโตคอลประกอบด้วยชั้นต่างๆได้แก่ ชั้น Environment ที่รองรับกระบวนการ Mobile, Home, Public Safety และ Enterprise ต่างๆ โดยเครือข่าย IP กับระบบรักษาความปลอดภัยข้อมูลจะอยู่ร่วมกับเครือข่ายแกนหลักบนชั้นขนส่ง (Transport Layer) ได้แก่ TLS (Transport Layer Security), SSL(Secure Sockets Layer) and IPSec (Internet Protocol Security) ขณะที่ชั้นบริการและควบคุม (Control and Service Layer) จะทำหน้าที่จัดการการทำงานต่างๆเช่น การรักษาความปลอดภัย QoS และทรัพยากรต่างๆ  เป็นต้น และสุดท้ายคือชั้นประยุกต์ (Application Layer) จะทำหน้าที่รองรับไฟล์ใช้งานได้แก่ เกม VoIP และ Mobile TV เป็นต้นดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 โพรโตคอล UMB โดย 3GPP2

       เทคโนโลยีสุดท้ายของ IMT-Advance ได้แก่ WiMAX 2 คือเทคโนโลยีการเชื่อมโยงอินเทอร์เนตไร้สายระหว่างเมืองบนโทรศัพท์เคลื่อนที่ตามมาตรฐาน IEEE 802.16m (Release 02) ใช้ความถี่คลื่นพาห์ต่ำกว่า 6 GHz กระบวนการเข้าถึงแบบ OFDMA ความกว้างแถบคลื่นพาห์ 5-20 MHz โดยมีสถาปัตยกรรมเครือข่ายที่รองรับกับเทคโนโลยียุคใหม่เช่น QoS, TDD และ FDD ผ่านสายอากาศ MIMO ที่สามารถปรับลำคลื่นได้ ซึ่งสามารถให้อัตราการรับส่งข้อมูลสูงสุด 130 Mbps (ความกว้างแถบคลื่นพาห์ 20 MHz) มีระบบการจัดการทรัพยากรและระบบรักษาความปลอดภัยข้อมูล สามารถใช้สื่อประสมต่างๆไม่ว่าจะเป็นเสียง ภาพ ข้อมูล และวีดิโอ สถาปัตยกรรมเครือข่ายประกอบด้วยMS BS HA (Home Agent) FA (Foreign Agent) SS (Subscriber Station) ASN (Access Service Network) CSN (Connectivity Network) CPE (Customer Premise Equipment) DHCP (Dynamic Host Control Protocol) และ AAA (Authentication, Authorization and Accounting Entity) ดังแสดงในรูปที่ 4

       เทคโนโลยีโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุคที่ 4 ตามมาตรฐาน IMT-Advanced โดยหน่วยงาน 3GPP และ 3GPP2 แสดงให้เห็นว่าได้พัฒนาระบบให้มีความสามารถในการสื่อสารที่สะดวก รวดเร็ว และข้อมูลต่างๆมีความปลอดภัยขึ้น โดยรวบรวมระบบเครือข่ายโทรศัพท์และเครือข่ายอินเทอร์เนตทั้งที่เป็นแบบประจำที่และเคลื่อนที่เข้าไว้เป็นหนึ่งเดียวไม่ว่าจะเป็นการพัฒนา UTRAN การใช้เครือข่ายโพรโตคอลแพ็กเกท IP กระบวนการเข้าถึง การมอดูเลชัน การขยายความกว้างแถบคลื่นพาห์ การดูเพลกซิ่ง การใช้สายอากาศ MIMO ที่สามารถปรับลำคลื่นได้บนเทคโนโลยี LTE-Advanced, UMB และ WiMAX 2

รูปที่ 4 สถาปัตยกรรมเครือข่าย WiMAX 2

       และสำหรับการพัฒนาระบบเครือข่ายอินเทอร์เนตท้องถิ่นไร้สายยังมีมาตรฐานอื่นๆที่เพิ่มความสามารถยิ่งขึ้นได้แก่ IEEE 802.11ac และ IEEE 802.11ad ซึ่งเป็นมาตรฐาน WiFi ในอนาคตหลังยุค 4G โดยมาตรฐาน IEEE 802.11ac เปลี่ยนความถี่คลื่นพาห์จาก 2.4 มาเป็น 5 GHz มีความกว้างแถบคลื่นพาห์ 80-160 MHz มอดูเลชันแบบ 64-256QAM ผ่านสายอากาศ Multi-User MIMO แบบปรับลำคลื่นได้ จึงสามารถรับส่งข้อมูลด้วยโทรศัพท์อัจฉริยะ (Smart Phone) แท๊บเล็ต (Tablet) หรือคอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค (Notbook) ได้รวดเร็วสูงสุดถึง 500 Mbps (ความกว้างแถบคลื่นพาห์ 80 MHz) และประมาณ 1 Gbps (ความกว้างแถบคลื่นพาห์ 160 MHz) ส่วนมาตรฐาน IEEE 802.11ad หรือเรียกว่า WiGig (Wireless Gigabit Alliance) โดยหน่วยงาน WiFi-Alliance รองรับความถี่คลื่นพาห์ได้ตั้งแต่ 2.4, 5 และ 60 GHz (Millimeter Wave) ซึ่งสามารถรับส่งข้อมูลได้อัตราสูงมากถึง 7 Gbps เหมาะสมกับการใช้เพื่อเป็นจอแสดงผล (Monitor) เครื่องฉายโปรเจคเตอร์ (Projector) หรือโทรทัศน์ความคมชัดสูง HDTV (High Definition Television) ด้วยระบบอินเทอร์เนตไร้สาย และคาดการณ์ว่าจะเป็นการสื่อสารไร้สายระบบอินเทอร์เนตประเภทหนึ่งในยุคที่ 5 (5G ; 5th Generation)

ตารางที่ 1 เทคโนโลยี WiMAX 2, LTE-Advanced, UMB

สรุป

       ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ในอนาคตหลังปี ค.ศ.2013 ซึ่งถือได้ว่าเป็นยุคที่ 4 (4G) จะเข้าสู่มาตรฐานใหม่ที่เรียกว่า IMT-Advanced บนพื้นฐานเทคโนโลยีเครือข่าย GSM/EDGE และ UMTS/HSPA โดยสถาปัตยกรรมเครือข่าย IMT-Advance ประกอบไปด้วยเครือข่ายไอพีแบคโบน (IP based global backbone network) เครือข่ายโทรศัพท์สวิทช์สาธารณะ (PSTN) เครือข่ายท้องถิ่น (LAN) เครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่บนไอพี (IP Based mobile network) เครือข่ายรวงผึ้ง 3G (3G Cellular) เครือข่ายอินเทอร์เนตระหว่างเมือง (WiMAX) เครือข่ายแอดฮ๊อค (Ad hoc Network) ตัวตรวจจับเครือข่าย (Sensor Network) และ Nomadic บนเครือข่ายแกนหลัก มาตรฐาน IMT-Advanced ยังประกอบไปด้วยเทคโนโลยี 3 ส่วนคือเทคโนโลยี LTE-Advanced (Long Term Evolution Advanced) จากหน่วยงาน 3GPP ซึ่งได้พัฒนา UTRAN ให้สามารถรองรับเครือข่าย IP ความเร็วสูงได้ ขณะที่เทคโนโลยี UMB (Ultra Mobile Wideband) จากหน่วยงาน 3GPP2 เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ใช้ IP บนโทรศัพท์เคลื่อนที่ที่สามารถประยุกต์ใช้งานกับ VoIP และ Mobile TV เป็นต้น และเทคโนโลยีสุดท้ายของ IMT-Advance ได้แก่ WiMAX 2 คือเทคโนโลยีการเชื่อมโยงอินเทอร์เนตไร้สายระหว่างเมืองบนโทรศัพท์เคลื่อนที่ตามมาตรฐาน IEEE 802.16m

       มาตรฐาน WiFi ในอนาคตหลังยุค 4G จะเป็นมาตรฐาน IEEE 802.11ac สามารถรับส่งข้อมูลด้วยโทรศัพท์อัจฉริยะ (Smart Phone) แท๊บเล็ต (Tablet) หรือคอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค (Notbook) ได้รวดเร็วสูงสุดถึง 500 Mbps (ความกว้างแถบคลื่นพาห์ 80 MHz) และประมาณ 1 Gbps (ความกว้างแถบคลื่นพาห์ 160 MHz) ส่วนมาตรฐาน IEEE 802.11ad หรือเรียกว่า WiGig (Wireless Gigabit Alliance) โดยหน่วยงาน WiFi-Alliance รองรับความถี่คลื่นพาห์ได้ตั้งแต่ 2.4, 5 และ 60 GHz (Millimeter Wave) ซึ่งสามารถรับส่งข้อมูลได้อัตราสูงมากถึง 7 Gbps เหมาะสมกับการใช้เพื่อเป็นจอแสดงผล (Monitor) เครื่องฉายโปรเจคเตอร์ (Projector) หรือโทรทัศน์ความคมชัดสูง HDTV (High Definition Television) ด้วยระบบอินเทอร์เนตไร้สาย 

<< ย้อนกลับ