Research

วิวัฒนาการโทรศัพท์เคลื่อนที่ ตอนที่ 8


ผศ.ดร.โชคชัย แสงดาว  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
13 ตุลาคม 2558  

       สำหรับกลุ่มประเทศอเมริกามีการพัฒนามาตรฐาน IS-95A เพียงอย่างเดียว เนื่องจากกระบวนการเข้าถึงแบบ CDMA มีคุณสมบัติที่สามารถใช้ความถี่คลื่นพาห์ร่วมกันได้ตลอดเวลาเพราะว่าความจุของเครือข่ายไม่ได้ถูกกำหนดโดยตรงจากจำนวนความถี่คลื่นพาห์ หากมีผู้ใช้บริการโทรศัพท์เป็นจำนวนมากๆสามารถให้บริการได้ด้วยการใช้สถานีย่อยขนาดเล็กหลายๆสถานีซึ่งดีกว่ากระบวนการเข้าถึงแบบ TDMA ที่มี time slot ไม่เพียงพอ IS-95A ถูกพัฒนาโดยหน่วยงาน TIA และ ANSI ร่วมกันภายใต้ชื่อ IS-95B ซึ่งใช้ความถี่คลื่นพาห์คู่ (Dual Band Operation) คือ 800 MHz (Band Class 0) และ 1900 MHz (Band Class 1) และมีโพรโตคอลสำหรับการเชื่อมต่อ (air interface) แบ่งได้ 3 ชั้น (3 Layers) ได้แก่ L1 คือ Physical Layer (PHY), L2 คือ Media Access Control (MAC) กับ Link-Access Control (LAC) และ L3 คือ Call-Processing State Machine สามารถให้อัตรารับส่งข้อมูลได้สูงสุด 115.2 kbps ในจำนวน 8 codes/user ซึ่งใช้อยู่ในประเทศเกาหลี ขณะที่ระบบอินเทอร์เน็ตไร้สายมีการเปลี่ยนแปลงมาตรฐานจาก IEEE 802.11b มาเป็น IEEE 802.11a/g (ค.ศ.1999) กับ IEEE 802.11h (ค.ศ.2003) ใช้ความถี่คลื่นพาห์ 5 กับ 2.4 GHz มอดูเลชันทั้งขาขึ้นและขาลงแบบ OFDM/24QAM กับ OFDM/64QAM ตามลำดับ ทำให้ได้อัตราการรับส่งข้อมูลระหว่าง 1-54 Mbps
       เมื่อประมาณปลายปี ค.ศ. 1999 ในช่วงแรกระบบอินเทอร์เน็ตเคลื่อนที่ (Mobile Internet) ได้ถูกพัฒนาให้ใช้เทคโนโลยีเข้าถึงแบบ WCDMA (Wide Band CDMA) ที่มีเทคนิคการดูเพลกซิ่งทั้งในรูปแบบความถี่ FDD และเวลา TDD ใช้ความถี่คลื่นพาห์ประมาณ 2,100 MHz มีความกว้างแถบคลื่นพาห์ 5MHz ซึ่งมีประสิทธิภาพในการสื่อสารรับส่งสัญญาณเสียง ภาพ ข้อมูล และวิดีโอด้วยความเร็วสูงถึง 2 Mbps แต่สำหรับการให้บริการในปัจจุบันสามารถรับส่งด้วยความเร็วสูงสุดได้เพียง 384 kbps โดยสัญญาณขาเข้าจะถูกแปลงเป็นสัญญาณดิจิทัลและส่งไปเป็นรหัสผ่านแถบคลื่นสัญญาณกระจายไปสู่ความถี่คลื่นพาห์ต่างๆ โดย NTT DoLoMo เป็นผู้ให้บริการรายแรกที่เปิดให้บริการ WCDMA เชิงพาณิชย์ในปี 2001 จนในปัจจุบันมีผู้ให้บริการถึง 65 รายทั่วโลก พัฒนาการก้าวต่อไปของเทคโนโลยี  WCDMA  จะนำไปสู่ความสามารถในการส่งข้อมูลที่ความเร็วสูงขึ้น ขณะเดียวกันเทคโนโลยีการเข้าถึงแบบ TD-SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access) ซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้ทั้งการแบ่งเวลาและการเข้ารหัสได้ถูกพัฒนาขึ้นและนำไปใช้ในประเทศจีน ส่วนในกลุ่มประเทศยุโรปและอเมริกาได้เร่งพัฒนาระบบ GPRS บนเครือข่าย GSM ให้มีอัตราการรับส่งข้อมูลสูงขึ้นจากเดิมคือ 115 kbps/user หรือโดยเฉลี่ย 20-30 kbps กลายเป็น 384 kbps/user หรือโดยเฉลี่ย 100-130 kbps จากวิธีการมอดูเลชันแบบ 8-PSK (Phase Shift Keying) ที่มีลักษณะการส่งข้อมูล 3 บิตต่อการเปลี่ยนแปลงเฟส 1 ครั้ง ทำให้มีอัตราการรับส่งข้อมูล 473.6 kbps ใน 8 timeslots (ทฤษฎี) ของแต่ละแพ็กเกท และตั้งชื่อใหม่ว่า E-GPRS (Enhanced GPRS) หรือ EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) ทำให้ได้โค๊ดสกรีมเพิ่มขึ้นจากกว่าเดิม 4 รหัส เป็น 9 รหัส และสามารถใช้รับส่งได้ตลอดช่วง time slots ดังแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 การเข้ารหัส E-GPRS

       ส่วนเทคโนโลยี CDMA2000 หรือ IS-2000 คือเทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายที่พัฒนามาจากเทคโนโลยี CdmaOne ตาม Revision A (384 kbps) โดยบริษัท   Qualcomm กับกลุ่ม CDG ซึ่งต้องการให้มีประสิทธิภาพในการให้บริการเสียงและข้อมูลที่มีอัตราความเร็วสูงเพิ่มมากขึ้น เทคโนโลยี CDMA2000 ช่วงแรกมีชื่อว่า CDMA2000 1XRTT (1 time Radio Transmission Technology) หมายถึงมาตรฐานการเชื่อมต่อไร้สายแบบคู่ (Paired) ที่มีความกว้างแถบคลื่นพาห์ 1.25 MHz ด้วยการมอดูเลชันแบบ QPSK ซึ่งทำให้มีความจุช่องสัญญาณเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าของมาตรฐาน IS-95B โดยสามารถรองรับอัตราการรับส่งข้อมูลแบบแพ็กเกทได้ถึง 153 kbps หรือโดยเฉลี่ย 80-100 kbps ปัจจุบันใช้อยู่ในประเทศเกาหลี สำหรับระบบอินเทอร์เน็ตไร้สายมีการเปลี่ยนแปลงมาใช้ IEEE 802.11n ที่ให้อัตราการรับส่งข้อมูลเป็น 200 Mbps จากการอาศัยสายอากาศแบบหลายอินพุตหลายเอาท์พุตหรือ MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 สายอากาศ MIMO ชนิด 4x4

        ช่วงเวลาถัดมา ITU (ITU-R M.687) ได้รับรองมาตรฐานเครือข่ายโทรคมนาคมไร้สายยุคที่ 3 ที่เสนอจากแต่ละกลุ่มประเทศได้แก่ ยุโรป ญี่ปุ่น อเมริกา เกาหลี และจีน ให้เป็นมาตรฐานสำหรับการส่งสัญญาณความถี่วิทยุออกอากาศเรียกว่า International Mobile Telecommunication 2000 (IMT-2000) ซึ่งสามารถแบ่งออกทั้งหมด 5 ประเภทด้วยกันคือ
       ประเภทที่ 1 มาตรฐาน IMT-DS (IMT-Direct Spread) เป็นมาตรฐานยุโรปตามข้อเสนอของ ETSI ที่มีชื่อว่า UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) โดยใช้เทคโนโลยีการเข้าถึง WCDMA และ TD-CDMA สำหรับการเชื่อมต่อกับ UMTS โดย WCDMA จะใช้เทคนิคการดูเพลกซิ่งใน UTRAN ทั้งแบบ FDD และ TD-CDMA จึงทำให้เครื่องโทรศัพท์ในระบบ UMTS มีความยืดหยุ่นในการใช้งาน การให้บริการได้ครบถ้วนและสามารถใช้กับระบบ GSM ที่มีอยู่เดิมได้
       ประเภทที่ 2 มาตรฐาน IMT-MC (IMT-Multi Carrier) เป็นมาตรฐานสำหรับประเทศเกาหลีและญี่ปุ่นโดย TTA ได้เสนอ CdmaOne ที่มีลักษณะคล้ายคลึงกับ WCDMA ของญี่ปุ่นและ CdmaTwo ที่มีลักษณะคล้ายคลึงกับ CDMA2000 ของอเมริกา ส่วนประเทศญี่ปุ่น ARIB ได้ส่งข้อเสนอเครือข่ายเทคโนโลยี WCDMA โดยใช้เทคนิคการดูเพลกซิ่งแบบ FDD เป็นหลักซึ่งมีความคล้ายคลึงกับของทางด้านยุโรป โดยมาตรฐาน 2 ประเภทแรกมีพื้นฐานที่พัฒนากระบวนการเข้าถึงมาจากระบบ CDMA แต่มีความแตกต่างกันตรงที่ใช้ความกว้างแถบคลื่นพาห์ 5 MHz จึงมีชื่อเรียกว่า WCDMA ส่วน CDMA2000 มีความกว้างแถบคลื่นพาห์เพียง 1.25 MHz และจากการประชุม WARC (World Administrative Radio Conference) ในปี ค.ศ. 1992 จึงกำหนดให้ใช้ความถี่คลื่นพาห์ช่วง 1,885-2,025 MHz และ 2,110-2,200 MHz 
       ประเภทที่ 3 มาตรฐาน IMT-TC (IMT-Time-Code) เป็นมาตรฐานจากประเทศจีนโดย CATT (Chinese Academy of Telecommunications Technology) มีชื่อว่า TD-SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access) เนื่องจากใช้กระบวนการเข้าถึงทั้งแบบ CDMA และ TDMA โดยใช้พื้นฐานของ TD-CDMA แบบซิงโครนัส (synchronous) ซึ่งภายในเครือข่าย UTRAN อาศัยเทคนิคการดูเพลกซิ่งแบบ TDD และ WLL (Wireless Local Loop)
       ดังนั้นมาตรฐานทั้ง 3 ประเภทดังกล่าวนี้จัดได้ว่าเป็นระบบโทรคมนาคมเคลื่อนที่สากลหรือที่เรียกกันว่า UTMS (Universal Mobile Telecommunications System) เครือข่าย UMTS มีอัตราการรับส่งข้อมูลสูงถึง 2 Mbps หรือเท่ากับ 4 เท่าของ EDGE ซึ่ง UMTS เกิดจาก Release 4 ฉบับได้แก่ Release 99 เป็นรายละเอียดทางเทคนิคที่เพิ่มเติมจากเครือข่าย GPRS และ EDGE โดยจะมีการเพิ่มเติมอุปกรณ์ในส่วนของ BSS (Base Station Subsystem) ซึ่งเป็นส่วนที่ดูแลการติดต่อสื่อสารระหว่างเครื่องโทรศัพท์เคลื่อนที่ของผู้ใช้บริการกับเครือข่ายของผู้ให้บริการ โดยกลุ่มของอุปกรณ์ที่เพิ่มเติมขึ้นมานั้นมีชื่อเรียกว่า UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) ส่วน Release 4 เป็นรายละเอียดทางเทคนิคที่เพิ่มเติมในส่วนของเครือข่ายแกนหลัก โดยจะมีการนำเครือข่ายแบบ ATM (Asynchronous Transfer Mode) และ IP ซึ่งเป็นการรับส่งข้อมูลแบบแพ็กเกทเข้ามาใช้งานแทนเครือข่ายแบบสวิทช์วงจรที่ใช้งานอยู่ในเครือข่าย GSM ในปัจจุบัน สำหรับ Release 5 เป็นรายละเอียดทางเทคนิคที่เพิ่มเติมในส่วนของ IMS (IP Multimedia Service) โดยการทำงานของ IMS จะช่วยให้การใช้งานแบบสื่อประสม (Multi Media) ในลักษณะของบุคคลต่อบุคคล (Person to Person) ให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้น และ Release 6 เป็นรายละเอียดที่ไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงระบบมากนัก เพียงแต่เพิ่มความสามารถในการทำงานของการจดจำคำพูด (Speech Recognition) และการสื่อสารระหว่างเครือข่ายท้องถิ่นไร้สาย (Wireless LAN) กับเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ (Wi-Fi/UMTS Inter-Working) เข้าด้วยกัน
       ประเภทที่ 4 มาตรฐาน IMT-SC (IMT-Single Carrier) กลุ่มประเทศอเมริกา TIA ได้เสนอมาตรฐาน UWC-136 (Universal Wireless Communications-136) หรือ EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) เป็นมาตรฐานที่ใช้ TDMA ซึ่งพัฒนามาจาก IS-136 ของระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ในยุคที่ 2 และมาตรฐาน WIMS (Wireless Multimedia and Messaging Services) เป็นมาตรฐานที่ใช้เทคโนโลยี WCDMA ส่วน CDMA2000 ที่พัฒนาจาก IS-95 และหน่วยงาน T1P1 ได้เสนอมาตรฐานมีชื่อว่า NA : WCDMA (North American: Wideband CDMA) ซึ่งมีความคล้ายคลึงกับ UTRA ต่อมา NA : WCDMA กับ WIMS ได้มีการรวมกันเป็นมาตรฐานเดียวแล้วเปลี่ยนชื่อเป็น WP-CDMA (Wideband Packet CDMA)
       ประเภทที่ 5 มาตรฐาน IMT-FT (Frequency-Time) FDMA/TDMA (DECT legacy) เป็นมาตรฐานดั้งเดิมที่ใช้กระบวนการเข้าถึงทั้งแบบ TDMA และ OFDMA (Orthogonal FDMA) ที่ใช้สำหรับเครือข่ายท้องถิ่นไร้สายหรือ W-LAN (Wireless LAN) และเครือข่ายอินเทอร์เน็ตระหว่างเมืองหรือ WiMAX (Wireless Metropolitan Broadband Wireless Access) ตามมาตรฐาน IEEE 802.11a และ d ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 มาตรฐาน IMT-2000

สรุป
       กลุ่มประเทศอเมริกามีการพัฒนามาตรฐาน IS-95A โดยหน่วยงาน TIA และ ANSI ร่วมกันภายใต้ชื่อ IS-95B ซึ่งใช้ความถี่คลื่นพาห์คู่ (Dual Band Operation) คือ 800 MHz (Band Class 0) และ 1900 MHz (Band Class 1) และมีโพรโตคอลสำหรับการเชื่อมต่อ (air interface) แบ่งได้ 3 ชั้น (3 Layers) ขณะที่ระบบอินเทอร์เน็ตไร้สายมีการเปลี่ยนแปลงมาตรฐานจาก IEEE 802.11b มาเป็น IEEE 802.11a/g (ค.ศ.1999) กับ IEEE 802.11h (ค.ศ.2003) ตามลำดับ
       ระบบอินเทอร์เน็ตเคลื่อนที่ (Mobile Internet) ได้ถูกพัฒนาให้ใช้เทคโนโลยีเข้าถึงแบบ WCDMA (Wide Band CDMA) ส่วนในกลุ่มประเทศยุโรปและอเมริกาได้เร่งพัฒนาระบบ GPRS บนเครือข่าย GSM และตั้งชื่อใหม่ว่า E-GPRS (Enhanced GPRS) หรือ EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) 
       เทคโนโลยี CDMA2000 หรือ IS-2000 คือเทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายที่พัฒนามาจากเทคโนโลยี CdmaOne ตาม Revision A (384 kbps) สำหรับระบบอินเทอร์เน็ตไร้สายมีการเปลี่ยนแปลงมาใช้ IEEE 802.11n 
       ITU (ITU-R M.687) ได้รับรองมาตรฐานเครือข่ายโทรคมนาคมไร้สายยุคที่ 3 ที่เสนอจากแต่ละกลุ่มประเทศได้แก่ ยุโรป ญี่ปุ่น อเมริกา เกาหลี และจีน ให้เป็นมาตรฐานสำหรับการส่งสัญญาณความถี่วิทยุออกอากาศเรียกว่า International Mobile Telecommunication 2000 (IMT-2000) ซึ่งสามารถแบ่งออกทั้งหมด 5 ประเภทด้วยกันคือ
       ประเภทที่ 1 มาตรฐาน IMT-DS (IMT-Direct Spread) 
       ประเภทที่ 2 มาตรฐาน IMT-MC (IMT-Multi Carrier) 
       ประเภทที่ 3 มาตรฐาน IMT-TC (IMT-Time-Code) 
       ประเภทที่ 4 มาตรฐาน IMT-SC (IMT-Single Carrier) 
       ประเภทที่ 5 มาตรฐาน IMT-FT (Frequency-Time) FDMA/TDMA (DECT legacy)

<< ย้อนกลับ