Research

วิวัฒนาการโทรศัพท์เคลื่อนที่ ตอนที่ 4


ผศ.ดร.โชคชัย แสงดาว  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
11 มกราคม 2558  

1. การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ในยุค 1 (First Generation ; 1G)
          การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ในยุค 1 เป็นยุคแรกของการพัฒนาระบบโทรศัพท์แบบเซลลูลาร์ การรับส่งสัญญาณใช้วิธีการมอดูเลตสัญญาณแบบแอนะล๊อก (Analog) เข้าช่องสื่อสารโดยใช้การแบ่งความถี่ ด้วยวิธีการนี้มีข้อจำกัดในเรื่องจำนวนช่องสัญญาณ และการใช้ไม่เต็มประสิทธิภาพจึงติดขัดเรื่องการขยายจำนวนเลขหมาย และการขยายแถบความถี่ ประจวบกับระบบเครื่องรับส่งสัญญาณวิทยุกำหนดขนาดของเซลล์ และความแรงของสัญญาณเพื่อให้เข้าถึงสถานีฐานได้ ตัวเครื่องโทรศัพท์เคลื่อนที่ยังมีขนาดใหญ่ใช้กำลังงานไฟฟ้ามาก ในภายหลังจึงเปลี่ยนมาเป็นระบบดิจิทัล (Digital) และการเข้าช่องสัญญาณแบบแบ่งเวลา โทรศัพท์เคลื่อนที่แบบ 1G จึงใช้เฉพาะในยุคแรกเท่านั้น
          •    เป็นยุคแรกของการพัฒนาระบบโทรศัพท์แบบเซลลูลาร์ 
          •    วิธีการมอดูเลตสัญญาณแอนะล๊อกเข้าช่องสื่อสารโดยใช้การแบ่งความถี่ออกมาเป็นช่องเล็กๆ ด้วยวิธีการนี้มีข้อจำกัดในเรื่องจำนวนช่องสัญญาณ และการใช้ไม่เต็มประสิทธิภาพ 
          •    ติดขัดเรื่องการขยายจำนวนเลขหมาย และการขยายแถบความถี่ 
          •    โทรศัพท์เคลื่อนที่ยังมีขนาดใหญ่ ใช้กำลังงานไฟฟ้ามาก 

2. การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 2 (Second Generation ; 2G)
          การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 2 เป็นยุคที่พัฒนาต่อมาโดยการเข้ารหัสสัญญาณเสียง ด้วยวิธีการบีบอัดสัญญาณเสียงในรูปแบบดิจิทัล ให้มีขนาดจำนวนข้อมูลน้อยลงเหลือเพียงประมาณ 9 กิโลบิตต่อวินาทีต่อช่องสัญญาณ การติดต่อจากตัวโทรศัพท์เคลื่อนที่กับสถานีฐาน ใช้วิธีการเข้าถึงช่องสัญาณได้หลายแบบคือ 
          การแบ่งเวลาการเข้าถึง (Time Division Multiple Access ; TDMA) หมายถึงการแบ่งช่องเวลาออกเป็นช่องเล็กๆ และแบ่งกันใช้ ทำให้ใช้ช่องสัญญาณความถี่วิทยุได้เพิ่มขึ้นจากเดิมอีกมาก กับอีกแบบหนึ่งคือการแบ่งช่องความถี่การเข้าถึง (Frequency Division Multiple Access ; FDMA) และการถอดรหัสโดยใส่แอดเดรสหมือน IP เราเรียกวิธีการนี้ว่าการแบ่งการเข้าถึงตามการเข้ารหัส (Code Division Multiple Access ; CDMA) ในยุค 2G จึงเป็นการรับส่งสัญญาณโทรศัพท์แบบดิจิทัลหมดแล้ว  ซึ่งในยุคนี้เองเป็นยุคที่เริ่มทำให้เราเริ่มที่จะสามารถใช้งานทางด้านข้อมูลได้ นอกเหนือจากการใช้งานเสียงเพียงอย่างเดียว ในยุค 2G นี้รับส่งข้อมูลตัวอักษร และติดต่อเชื่อมโยงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อยๆ จนเกิดการกำหนดเส้นทางการเชื่อมกับสถานีฐานหรือที่เรียกว่า cell site 
          และก่อให้เกิดระบบ GSM (Global System for Mobilization) ซึ่งทำให้เราสามารถถือโทรศัพท์เครื่องเดียวไปใช้ได้เกือบทั่วโลกหรือที่เรียกว่า Roaming
          •    เป็นยุคที่พัฒนาต่อมาโดยการเข้ารหัสสัญญาณเสียง โดยบีบอัดสัญญาณเสียงในรูปแบบดิจิทัล 
          •    การติดต่อจากสถานีลูก หรือตัวโทรศัพท์เคลื่อนที่กับสถานีฐานใช้วิธีการสองแบบคือ 
          TDMA -Time Division Multiple Access คือการแบ่งช่องเวลาออกเป็นช่องเล็กๆ และแบ่งกันใช้ ทำให้ใช้ช่องสัญญาณความถี่วิทยุได้เพิ่มขึ้นจากเดิมอีกมาก
          CDMA – Code Division Multiple Access เป็นการแบ่งการเข้าถึงตามการเข้ารหัส และการถอดรหัสโดยใส่แอดเดรสหมือน IP
          •    ในยุค 2G จึงเป็นการรับส่งสัญญาณโทรศัพท์แบบดิจิทัล

          2.1 การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 2.5G
          การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 2.5G เป็นยุคที่กำเนิดเทคโนโลยี GPRS (General Packet Radio Service) นั่นเอง ซึ่งตามหลักการแล้วเทคโนโลยี GPRS นี้สามารถส่งข้อมูลได้ที่ความเร็วสูงสุดถึง 115 กิโลบิตต่อวินาที  แต่ในการใช้งานจริง ความเร็วของ GPRS จะถูกจำกัดให้อยู่ที่ประมาณ 40 กิโลบิตต่อวินาที  เท่านั้น
          •    การสื่อสารไร้สายยุค 2.5G ได้รับการพัฒนาต่อยอดมาจากเทคโนโลยีในระดับ 2G แต่มีประสิทธิภาพด้อยกว่ามาตรฐานการสื่อสารไร้สายยุค 3G 
          •    โดยเทคโนโลยีในยุค 2.5G สามารถให้บริการรับส่งข้อมูลแบบแพ๊กเกทที่ความเร็วระดับ 20 40 กิโลบิตต่อวินาที  

          2.2 การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 2.75G
          เป็นช่วงที่เริ่มมีการใช้เทคโนโลยี EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) EDGE นั้นถือเป็นเทคโนโลยีต่อยอดของ GPRS และถูกเรียกกันว่าเทคโนโลยียุค 2.75 G (อย่างไม่เป็นทางการ) เป็นทางเลือกก่อนก้าวเข้าสู่ยุค 3G ความเร็วการส่งผ่านข้อมูลโดยประมาณของเทคโนโลยียุค 2.75G ความเร็วในการส่งถ่ายข้อมูลสูงสุดประมาณ 384 กิโลบิตต่อวินาที และมีความเร็วในการใช้งานจริงประมาณ 80-100 กิโลบิตต่อวินาที (ความเร็วในการใช้งานจริงจะลดลงไปค่อนข้างมาก เนื่องจากระหว่างใช้งานระบบต้องแบ่งช่องสัญญาณบางส่วนไปใช้งานทางด้านเสียงด้วย 
          ข้อจำกัดของเครือข่าย 2.5G และ 2.75G เกิดขึ้นมาจากความพยายามพัฒนาเครือข่าย 2G เดิม ไม่ว่าจะเป็นมาตรฐาน GSM หรือ CDMA ให้เกิดประโยชน์สูงสุด คุ้มค่าการลงทุน ทำให้ผู้ให้บริการเครือข่ายไม่อาจบริหารจัดการทรัพยากรเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ได้อย่างคล่องตัว เนื่องจากอุปกรณ์ที่มีการติดตั้งใช้งานมีการทำงานแบบ TDMA ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเก่าต้องจัดสรรวงจรให้กับผู้ใช้งานตายตัว ไม่สามารถนำทรัพยากรเครือข่ายมาใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้เมื่อมีการพัฒนาเทคโนโลยี GPRS และ EDGE ซึ่งถือเป็นการเสริมเทคโนโลยีสื่อสารข้อมูลแบบแพ็กเกทสวิตชิ่ง (Packet Switching) ที่มีความยืดหยุ่นในการสื่อสารข้อมูลแบบ Non-Voice แต่เทคโนโลยีทั้ง 2 ประเภทนี้ก็ถือว่าเป็นการต่อยอดบนเครือข่ายแบบเดิมที่มีการทำงานแบบ TDMA ทำให้ผู้ให้บริการเครือข่ายต้องกังวลกับการจัดสรรทรัพยากรช่องสื่อสาร ทำให้ไม่สามารถเปิดให้บริการแบบ Non-Voice ได้อย่างเต็มรูปแบบ เนื่องจากจะทำให้เกิดผลรบกวนต่อจำนวนวงจรสื่อสารแบบ Voice มากจนเกินไป ไม่มีผู้ให้บริการเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ 2.5G หรือ 2.75G รายใดในโลก สามารถเปิดให้บริการเทคโนโลยี GPRS ด้วยอัตราเร็วสูงสุด 171 กิโลบิตต่อวินาที หรือ EDGE ด้วยอัตราเร็ว 384 กิโลบิตต่อวินาทีได้ เพราะจะทำให้สถานีฐาน (Base Station) ที่ทำหน้าที่รับส่งสัญญาณกับเครื่องลูกข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ไม่มีวงจรสื่อสารเหลือสำหรับให้บริการแบบ Voice อีกต่อไป ในขณะเดียวกันก็มีบริการสื่อสารอัตราเร็วสูงแบบบรอดแบนด์ผ่านคู่สาย เช่น DSL (Digital Subscriber Line) เป็นทางเลือกใหม่สำหรับผู้ใช้บริการ ผลที่เกิดขึ้นในมุมมองของผู้ใช้บริการก็คือความเชื่องช้าในการสื่อสารข้อมูลผ่านเครือข่าย 2.5G และ 2.75G ทำให้หมดความน่าสนใจที่จะใช้บริการต่อไป

3. การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 3 (Third Generation ; 3G)
          การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 3 เป็นยุคแห่งอนาคตอันใกล้ โดยสร้างระบบใหม่ให้รองรับระบบเก่าได้และเรียกว่า Universal Mobile Telecommunication Systems (UMTS) โดยมุ่งหวังว่าการเข้าถึงเครือข่ายแบบไร้สายสามารถกระทำได้ด้วยอุปกรณ์หลากหลาย เช่น จากคอมพิวเตอร์หรือจากเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ ระบบยังคงใช้การเข้าช่องสัญญาณเป็นแบบ CDMA ซึ่งสามารถบรรจุช่องสัญญาณเสียงได้มากกว่า แต่ใช้แบบแถบความถี่กว้าง (Wideband) ในระบบนี้จึงเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า WCDMA นอกจากนี้ยังมีกลุ่มบริษัทบางบริษัทแยกการพัฒนาในรุ่น 3G เป็นแบบ CDMA เช่นกัน แต่เรียกว่า CDMA2000 กลุ่มบริษัทนี้พัฒนารากฐานมาจาก IS95 ซึ่งใช้ในสหรัฐอเมริกา และยังขยายรูปแบบเป็นการรับส่งในช่องสัญญาณที่ได้อัตราการรับส่งสูง (HDR-High Data Rate) การพัฒนาในยุคที่สามนี้ยังต้องการความเกี่ยวโยงกับการใช้งานร่วมในเทคโนโลยีเก่าอีกด้วย โดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกาที่ยังคงให้ใช้งานได้ทั้งแบบ 1G และ 2G โดยเรียกรูปแบบใหม่เพื่อการส่งเป็นแพ็กเกทว่า GPRS-General Packet Radio Service ซึ่งส่งด้วยอัตราความเร็วตั้งแต่ 9.06, 13.4 15.6 และ 21.4 กิโลบิตต่อวินาที โดยในการพัฒนาต่อจากGPRS ให้เป็นระบบ 3G เรียกระบบใหม่ว่า EDGE-Enhanced Data Rate for GSM Evolution 
          3G ได้พัฒนามาจากมาตรฐานเทคโนโลยีต่างๆจนเกิดเป็นตระกูลสายเทคโนโลยีที่สำคัญ ซึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ไลน์หรือ 2 ประเภท มุ่งพัฒนาก้าวสู่ยุค 3G โดยมีคนไทยบางพื้นที่ได้ทดลองใช้กันไปแล้ว และจะก้าวสู่ยุค 4G ต่อไป สำหรับเทคโนโลยีในระบบ 3G ที่ใช้ในประเทศไทยของเรานั้นแต่เดิมแบ่งออกได้เป็น 2 ไลน์หรือ 2 ประเภทคือ มาตรฐาน WCDMA ที่ได้รับการพัฒนามาจาก GSM โดยกลุ่มสหภาพยุโรป และมาตรฐาน CDMA2000 1xEV-DO ที่ได้รับการพัฒนามาจากมาตรฐาน CDMA โดยบริษัทควอลคอมม์จากประเทศสหรัฐอเมริกา คำถามก็คือ แล้วผู้ใช้โทรศัพท์เคลื่อนที่จะรู้ได้อย่างไรว่าผู้ให้บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่ในเมืองไทยอย่างเช่น AIS DTAC
          ลักษณะการทำงานของ 3G 
          •    ช่องสัญญาณความถี่และความจุในการรับส่งข้อมูลที่มากกว่า 
          •    ทำให้ประสิทธิภาพในการรับส่งข้อมูลแอพพลิเคชั่น รวมทั้งบริการระบบเสียงดีขึ้น 
          •    สามารถใช้บริการมัลติมีเดียได้เต็มที่และสมบูรณ์แบบขึ้น 
          •    บริการส่งโทรสาร โทรศัพท์ต่างประเทศ รับ-ส่งข้อความที่มีขนาดใหญ่ ประชุมทางไกลผ่านหน้าจออุปกรณ์สื่อสาร ดาวน์โหลดเพลง ชมภาพยนตร์แบบสั้นๆ 
          ความสามารถของเทคโนโลยี 3G 
          •    สามารถรับส่งข้อมูลในความเร็วสูง ทำให้การติดต่อสื่อสารเป็นไปได้อย่างรวดเร็ว และมีรูปแบบใหม่ๆ มากขึ้น 
          •    สามารถให้บริการระบบเสียงและแอพพลิเคชั่นรูปแบบใหม่ เช่น จอแสดงภาพสี, เครื่องเล่น mp3, เครื่องเล่นวีดีโอ การดาวน์โหลดเกม แสดงกราฟฟิก และการแสดงแผนที่ตั้งต่างๆ ทำให้การสื่อสารเป็นแบบอินเตอร์แอคทีฟ 
          •     สร้างความสนุกสนานและสมจริงมากขึ้น
          •    ช่วยให้ชีวิตประจำวันสะดวกสบายและคล่องตัวขึ้น โดยโทรศัพท์เคลื่อนที่เปรียบเสมือนคอมพิวเตอร์แบบพกพา วิทยุส่วนตัว และกล้องถ่ายรูป 
          •    ผู้ใช้สามารถเช็คข้อมูลใน account ส่วนตัว เพื่อใช้บริการต่างๆ ผ่านโทรศัพท์เคลื่อนที่ เช่น self-care (ตรวจสอบค่าใช้บริการ) แก้ไขข้อมูลส่วนตัว 
          •    ใช้บริการข้อมูลต่างๆ เช่น ข่าวเกาะติดสถานการณ์ ข่าวบันเทิง ข้อมูลด้านการเงิน ข้อมูลการท่องเที่ยว และ ตารางนัดหมายส่วนตัว
          •    คุณสมบัติหลักของ 3G คือ มีการเชื่อมต่อกับระบบเครือข่ายของ 3G ตลอดเวลาที่เราเปิดเครื่องโทรศัพท์ (always on) นั่นคือไม่จำเป็นต้องต่อโทรศัพท์เข้าเครือข่าย และ log-in ทุกครั้งเพื่อใช้บริการรับส่งข้อมูล 
          อุปกรณ์สื่อสารไร้สายระบบ 3G ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่โทรศัพท์เคลื่อนที่เท่านั้น แต่ยังอยู่ในรูปแบบของอุปกรณ์สื่อสารอื่นๆ เช่น Palmtop, Personal Digital Assistant (PDA) Laptop PC และโทรศัพท์เคลื่อนที่ที่มีจอภาพสี โทรศัพท์ติดกล้องถ่ายรูป และอื่นๆ 

4. การสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 4 (Forth Generation ; 4G)
          เทคโนโลยี 4G คือเครือข่ายไร้สายความเร็วสูงในการสื่อสารแบบไร้สาย โดยเครือข่ายยุคที่ 4 จะสามารถส่งผ่านข้อมูลด้วยระดับความเร็วสูงถึง 100 เมกะบิตต่อวินาที ซึ่งเร็วของ 3G นั้นอยู่ในช่วง 20 - 40 เมกะบิตต่อวินาที  ซึ่งความเร็วของ 4G นี้สามารถให้บริการรับชมรายการโทรทัศน์ผ่านทางโทรศัพท์เคลื่อนที่ได้ นอกจากเรื่องความเร็วนั้น 4G ยังมีความสามารถรองรับการปรับเครือข่ายให้ใช้เป็นบริเวณพื้นที่กว้าง หรือจะทำเป็นเครือข่ายขนาดเล็กๆ แบบ WLAN  ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ 4G อาจใช้เทนเทคโนโลยี Wi-Fi ได้ในอนาคต
          การพัฒนาเทคโนโลยีไปสู่ 4G สำหรับมาตรฐานต่างๆ เมื่อพิจารณาจากมาตรฐานเทคโนโลยีระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่เซลลูลาร์แบบดิจิทัลที่ใช้งานกันอยู่ในขณะนี้ จะสามารถแบ่งออกตามเป็น 2 ระบบ ได้แก่ จีเอสเอ็ม (GSM) และ ซีดีเอ็มเอ (CDMA) ในส่วนของ GSM จะพัฒนาสู่ 4G โดยใช้รูปแบบการเข้าถึงเป็น UMTS LTE (Universal Mobile Telephone System Long term Evaluation) มีเป้าหมายที่จะส่งข้อมูลด้วยความเร็วสำหรับการดาวน์ลิงค์ และอัพลิงค์ที่ 100 เมกะบิตต่อวินาที และ 50 เมกะบิตต่อวินาที ตามลำดับ  ส่วยในด้านของ CDMA จะใช้รูปแบบการเข้าถึงแบบ CDMA EV-DO Rev.C ซึ่งเป็น Ultra-mobile broadband: UMB โดยมีความเร็วในการดาวน์ลิงค์และอัพลิงค์ที่ 129 เมกะบิตต่อวินาที และ 75.6 เมกะบิตต่อวินาที ตามลำดับ

5. สรุป
          ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุคที่ 1 ถึง 4 มีความแตกต่างกันตรงที่อัตราความเร็วในการรับส่งข้อมูล ซึ่งจะมีความเร็วเพิ่มสูงขึ้น สามารถใช้ส่งได้ทั้งสัญญาณเสียงและสัญญาณข้อมูล ตลอดจนสัญญาณภาพนิ่งและภาพวิดีโอได้อย่างรวดเร็ว ผ่านเทคโนโลยีการเข้าถึงทั้งแบบ TDMA, FDMA, CDMA และ WCDMA โดยรายละเอียดเทคโนโลยีการเข้าถึงนี้จะขอไว้กล่าวในคราวถัดไ

<< ย้อนกลับ