Research

วิวัฒนาการโทรศัพท์เคลื่อนที่ ตอนที่ 7


ผศ.ดร.โชคชัย แสงดาว  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
9 สิงหาคม 2558  

       Road map เป็นแผนที่สำคัญในกระบวนการพัฒนามาตรฐาน เพื่อหลอมรวมเทคโนโลยีระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ทั่วโลกเข้าไว้ด้วยกันดังแสดงไว้ในตอนที่ 6 คือ

 

       Road map ที่หน่วยงาน 3GPP และ 3GPP2 ได้จัดทำขึ้นแสดงให้เห็นวิวัฒนาการโทรศัพท์เคลื่อนที่ระบบดิจิทัลตั้งแต่ยุคที่ 2 ถึง 4 ซึ่งใช้กับกลุ่มประเทศต่างๆทั้งในยุโรป อเมริกา ญี่ปุ่น และจีน โดยโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุคที่ 2 เป็นระบบ PDC (Personal Digital Cellular) ที่ใช้ในประเทศญี่ปุ่นช่วงประมาณปี 1991 ถูกกำหนดมาตรฐานจาก ARIB ใช้กระบวนการเข้าถึงแบบ TDMA และโพรโตคอล GSM ความถี่คลื่นพาห์เท่ากับ 25 kHz มอดูเลชันแบบ QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) ด้วยอัตราการส่งข้อมูลสูงสุด 11.2 kbps (3-timeslots) หลังจากนั้นปี 1993 หน่วยงาน NMT DoCoMo ได้พัฒนา PDC ให้ใช้ความถี่คลื่นพาห์ช่วง 800 MHz โดยความถี่คลื่นพาห์ขาลงเป็น 810-888 MHz และความถี่คลื่นพาห์ขาขึ้น 893-958 MHz กับความถี่คลื่นพาห์ช่วง 1.5 GHz ซึ่งมีความถี่คลื่นพาห์ขาลงเป็น 1477-1501 MHz และความถี่คลื่นพาห์ขาขึ้น 1429-1453 MHz
       ระบบ PDC ประกอบด้วย MS (Mobile Station), BS (Base Station), VMSC (Visitor Mobile Services Switching Center) GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center) GLR (Gateway Location Register) HLR (Home Location Register) PLMN (Public Land Mobile Network) และ PSTN (Public Switching Telephone Network) เปิดให้บริการสำหรับการรอสาย (Call waiting) ข้อความเสียง (Voice mail) เป็นต้นดังแสดงสถาปัตยกรรมเครือข่ายในรูปที่ 1.13

รูปที่ 1.13 สถาปัตยกรรมเครือข่าย PDC

       ขณะที่กลุ่มประเทศยุโรปเริ่มเปลี่ยนจากระบบ AMPS มาใช้ระบบ GSM (Global System for Mobile Communications) ความถี่คลื่นพาห์ 900 MHz 1800 MHz และ 1900 MHz มีกระบวนการเข้าถึงแบบ TDMA อัตราการรับส่งข้อมูล 9-14.4 kbps เครือข่าย GSM มีส่วนประกอบหลักได้แก่ Mobile Station (Mobile Equipment and SIM Card) Access Network (BTS : Base Transceiver Station and BTS : Base Station Controller ) CS (Circuit Switched) MSC (Mobile Switching Center) GPRS PS (GPRS Packet Switched) และ CN (Core Network) ดังแสดงสถาปัตยกรรมเครือข่ายในรูปที่ 1.14 ก.) โดยโพรโตคอล Layer 1 (Physical Layer) มีหน้าที่สำหรับเชื่อมต่อระหว่างโครงสร้างช่องสัญญาณและกระบวนการเข้าถึงกับอากาศ (Air Interface) Layer 2 (Data-Link Layer) มีหน้าที่เชื่อมต่อกระบวนการโพรโตคอล และ Layer 3 (Message Layer) เป็นโพรโตคอลสัญญาณ (Signal Protocol) ประกอบด้วย RR (Radio Resource Management) คือส่วนการจัดการวิทยุ MM (Mobility Management) และส่วนการจัดการความสมดุล และ CM (Connection Management) คือส่วนการจัดการเชื่อมต่อดังแสดงในรูปที่ 1.14 ข.)

ก.)

ข.)

รูปที่ 1.14 สถาปัตยกรรมเครือข่ายและโพรโตคอลระบบ GSM
ก.) เครือข่าย GSM    ข.) โพรโตคอลระบบ GSM

       ส่วนกลุ่มประเทศอเมริกาใช้มาตรฐาน IS-136 (Interim Standard) และ IS-95A โดยหน่วยงาน TIA ซึ่งเป็นยุคแรกของ CDMA ที่มีความกว้างแถบคลื่นพาห์แคบ (Narrowband-CDMA) หรือที่เรียกกันว่า CdmaOne ใช้ความถี่คลื่นพาห์ 800 MHz กระบวนการเข้าถึงทั้งแบบ TDMA และ CDMA อัตราการส่งข้อมูลสูงสุด 9.6 kbps และ 14.4 kbps ด้วยโพรโตคอล GSM ดังแสดงสถาปัตยกรรมเครือข่ายในรูปที่ 1.15 ก.) โดยเครือข่าย IS-136 ประกอบด้วย HLR BSC MS MSC PLMN และ PSTN ส่วนเครือข่าย IS-95A/B ประกอบด้วย SMSC (Short Messaging Service Center) SCP (Service Control Point) BSC MSC HLR PLMN และ PSTN ดังแสดงในรูปที่ 1.15 ข.) ระบบการสื่อสารยุคนี้การเชื่อมต่อสัญญาณข้อมูลระหว่างโทรศัพท์เคลื่อนที่กับระบบเครือข่ายท้องถิ่นไร้สาย W-LAN (Wireless Local Area Network) ช่วงแรกอาศัยมาตรฐาน IEEE 802.11 (ค.ศ.1987) ความถี่ 2.4 GHz มอดูเลชันแบบ DS-SS/DBPSK และ DS-SS/DQPSK มีอัตราการรับส่งข้อมูล 1 และ 2 Mbps ใช้ในระยะทางไม่เกิน 32 เมตร ภายในอาคารกับ 95 เมตร ภายนอกอาคาร และมีความเร็วในการเคลื่อนที่ของเครื่องลูกข่ายเท่ากับความเร็วในการเดินเท้าเท่านั้น ต่อมาได้พัฒนามาเป็นมาตรฐาน IEEE  802.11b (ค.ศ.1999) ใช้ชื่อเรียกว่า WiFi (Wireless Fidelity) มอดูเลชันแบบ CCK-BPSK (Complimentary Code Keying-Bipolar Phase Shift Keying) และ CCK-QPSK (Complimentary Code Keying-Quadrature Phase Shift Keying) สามารถเพิ่มอัตราเร็วได้เป็น 5.5 และ 11 Mbps ตามลำดับดังแสดงสถาปัตยกรรมเครือข่ายในรูปที่ 1.16

ก.)

ข.)

รูปที่ 1.15 สถาปัตยกรรมเครือข่าย IS-136 และ CdmaOne (IS-95 A/B)
ก.) เครือข่าย IS-136    ข.) เครือข่าย CdmaOne (IS-95 A/B)

รูปที่ 1.16 เครือข่ายท้องถิ่นไร้สาย IEEE 802.11b

       โทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 2.5G ประเทศญี่ปุ่นได้พัฒนาโครงข่าย PDC มาเป็นอินเทอร์เน็ตเคลื่อนที่ (Mobile internet) หรือที่เรียกกันว่า iMODE ตามมาตรฐานอินเทอร์เน็ตแบบ WAP (Wireless Application Protocol) มีอัตราการรับส่งข้อมูล 9.6 kbps ซึ่งให้บริการจดหมายอิเล็กทรอนิคส์ ผลกีฬา รายงานสภาพอากาศ เกม บริการด้านการเงิน และการจองตั๋วล่วงหน้า ส่วนกลุ่มประเทศยุโรปยังคงใช้เทคโนโลยีระบบ GSM โดยได้พัฒนาเทคนิคการรับส่งข้อมูลคือ HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data) ซึ่งพัฒนามาจาก CSD (Circuit-Switched Data) เดิมในระบบ GSM ทำให้มีความสามารถเพิ่มอัตราการรับส่งข้อมูลได้รวดเร็วขึ้นกว่าเดิมถึง 4 เท่าหรือเท่ากับ 57.6 kbps ในช่วง 1-4 time slots/use แต่ HSCSD ยังมีข้อจำกัดในการใช้งานเนื่องจากต้องการช่อง time slot สำรองให้แก่ผู้ใช้งานที่ร้องขอซึ่งบางครั้งมีไม่เพียงพอ จึงต้องอาศัยเทคโนโลยี GPRS ที่มีลักษณะการรับส่งข้อมูลเป็นแบบแพ็กเกทตามมาตรฐาน ETSI ซึ่งมีอัตราเร็วในการรับส่งข้อมูล 56-114 kbps ทำให้สามารถบริการ SMS (Short Messaging Service), MMS (Multimedia Messaging Service), PoC (Push to Talk), P2P (Point-to-Point) และ P2M (Point-to-Multipoint) ผ่าน IP (Internet Protocol) ที่เป็นทั้ง IPv4, IPv6 หรือ PPP (Point-to-Point Protocol) ด้วยช่องทางการเข้ารหัส (Channel Encoding) แบบคอนโวลูชันโค๊ด (Convolution code) มอดูเลชันแบบ GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) ซึ่งจะได้ผลลัพธ์เป็นโค๊ดสกรีม หรือ CS (Code Scheme) อัตราการรับส่งบิตข้อมูล (Bit Rate) และอัตราโค๊ด (Code Rate) ที่สามารถตรวจสอบความผิดพลาดข้อมูลได้คือ CS-1 ถึง CS-4 โดยอัตราการรับส่งบิตข้อมูลจะเร็วที่สุดเมื่ออยู่ใกล้สถานีฐาน BTS คือ CS-4 และช้าสุดคือ CS-1 ดังแสดงในตารางที่ 1.1

ตารางที่ 1.1 การเข้ารหัส GPRS

       ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่าการใช้เทคโนโลยี GPRS ในระบบ GSM ทั้งการใช้เทคนิค CSD และ HSCSD ในการดาวน์โหลดข้อมูล (Down Load) และอัพโหลดข้อมูล (Up Load) สามารถลดข้อจำกัดเรื่องของ time slot เพิ่มความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่ถูกต้องและรวดเร็วได้ดังแสดงในตารางที่ 1.2

ตารางที่ 1.2 อัตราการรับส่งข้อมูลในเทคโนโลยี GPRS

สรุป
       Road map เป็นแผนที่สำคัญในกระบวนการพัฒนามาตรฐาน เพื่อหลอมรวมเทคโนโลยีระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ทั่วโลกเข้าไว้ด้วยกัน ในเบื้องต้นได้แสดงให้เห็นสถาปัตยกรรมเครือข่าย PDC สถาปัตยกรรมเครือข่ายและโพรโตคอลระบบ GSM สถาปัตยกรรมเครือข่าย IS-136 และ CdmaOne (IS-95 A/B) และเครือข่ายท้องถิ่นไร้สาย IEEE 802.11b

<< ย้อนกลับ