Research

วิวัฒนาการโทรศัพท์เคลื่อนที่ ตอนที่ 9


ผศ.ดร.โชคชัย แสงดาว  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
6 มีนาคม 2559  

       มาตรฐาน IMT-2000 ได้แสดงให้เห็นว่ากำลังพยายามกำหนดให้เครือข่ายโทรคมนาคมทั่วโลกในยุคที่ 3 สามารถเชื่อมต่อถึงกันได้ไม่ว่าจะเป็นเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่หรือเครือข่ายอินเทอร์เน็ตก็ตามที ซึ่งกระบวนการเข้าถึงแบบ WCDMA ภายใต้ความรับผิดชอบโครงการของ 3GPP และ CDMA2000 ภายใต้ความรับผิดชอบของโครงการ 3GPP2 เป็นกระบวนการที่มีความเหมาะสม และได้มีข้อตกลงร่วมกันระหว่างบริษัทโทรคมนาคมทั่วโลกที่จะใช้ทั้ง 2 ระบบนี้ร่วมกัน โดยกลุ่มประเทศยุโรปจะใช้กระบวนการเข้าถึงแบบ WCDMA บนเครือข่าย GSM ตามข้อกำหนดของ UMTS ที่สำคัญคือใช้ความถี่คลื่นพาห์ช่วงประมาณ 2.1 GHz และความกว้างแถบคลื่นพาห์ 5 MHz ต่อหนึ่งช่องสัญญาณ ส่วนเทคโนโลยี CDMA2000 สำหรับในกลุ่มประเทศอเมริกาจะใช้ความถี่คลื่นพาห์ 800 MHz, 1800 MHz และ 1900 MHz ซึ่งมีความกว้างแถบคลื่นพาห์ 1.25 MHz ดังแสดงสถาปัตยกรรมเครือข่าย 3G ตามมาตรฐาน IMT-2000 ในรูปที่ 1

รูปที่ 1 สถาปัตยกรรมเครือข่าย 3G ตามมาตรฐาน IMT-2000

       สถาปัตยกรรมเครือข่าย 3G ตามมาตรฐาน IMT-2000 ได้แสดงให้เห็นองค์ประกอบสำคัญ 2 ส่วน ได้แก่ ส่วนของ RAN ที่มีส่วนประกอบหลักคือ UTRAN และ IP/ATM กับส่วนของ CN มีส่วนประกอบหลักคือ Packet Switch Domain เชื่อมต่อกับ IMS และ IP Network กับ Circuit Switch Domain เชื่อมต่อกับ Circuit Switched Network และ IMS
       ปัจจุบันระบบเครือข่ายโทรคมนาคมทั่วโลกภายใต้มาตรฐาน IMT-2000 จากโครงการ 3GPP และ 3GPP2 มีความสามารถในการรับส่งสัญญาณข้อมูลต่างๆได้อย่างรวดเร็ว โดยในแต่ละกลุ่มประเทศได้พยายามพัฒนาอุปกรณ์สำหรับเชื่อมโยงสัญญาณให้เป็นไปตามข้อกำหนด ซึ่งกลุ่มประเทศที่ใช้เทคโนโลยี WCDMA และ CDMA ได้พัฒนา UTRAN (Release 04) ให้ใช้เทคนิคการมอดูเลชันแบบ QPSK และแบบ BPSK (Bipolar Phase Shift Keying) โดยเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลขาขึ้นของ HSUPA สูงสุด 5.76 Mbps หรือโดยเฉลี่ย 200 kbps (Release 06) จากการมอดูเลชันแบบ BPSK และอัตราการรับข้อมูลขาลงของ HSDPA เท่ากับ 14.4 Mbps หรือโดยเฉลี่ย 2 Mbps  จากการมอดูเลชันแบบ 16QAM ผ่าน IP Multimedia (Release 05) และยังนำเทคโนโลยีสายอากาศแบบหลายอินพุตหลายเอาท์พุตหรือ MIMO มาใช้ส่งข้อมูลร่วมกับ HSPA ซึ่งเรียกว่า Evolve HSPA หรือ HSPA+ (Release 07) ทำให้มีอัตราการส่งข้อมูลเพิ่มขึ้นทั้งขาขึ้นและขาลงสูงสุดเป็น 42 และ 11 Mbps หรือโดยเฉลี่ย 14 Mbps ด้วยการมอดูเลชันแบบ 64QAM และ 16QAM ผ่านสายอากาศ MIMO ตามลำดับ ส่วนเทคโนโลยีการเข้าถึงแบบ TD-SCDMA โดยหน่วยงาน CATT ใช้เทคนิคการดูเพลกซิ่งแบบ TDD เพียงอย่างเดียวที่มีความกว้างแถบคลื่นพาห์ 1.6 MHz จึงสามารถรับส่งสัญญาณเสียง ตัวอักษร สัญญาณภาพ สัญญาณวีดีโอ สัญญาณโทรทัศน์ เกมออนไลน์ และสัญญาณต่างๆด้วยอัตรา 384 kbps ขณะเคลื่อนที่และ 2 Mbps ขณะประจำที่ ส่วนการพัฒนาระบบ EDGE ในระบบ GSM ได้ถูกพัฒนานำไปใช้กับ HSPA (Release 07) ทำให้มีอัตราการรับส่งข้อมูลเพิ่มชึ้นจาก 236 kbps เป็น 1 Mbps โดยวิธีการมอดูเลชันแบบ 16QAM, 32QAM, 8PSK จากรหัสเทอร์โบ (Turbo Code)
       สำหรับระบบ CDMA2000 มีแผนการพัฒนาระบบให้เร็วขึ้นไปเป็น CDMA 20001x EV-DO (Evolution – Data only) ตาม Release 0, Revision A, Revision B และ Revision C คืออัตราการรับส่งข้อมูลจะเท่ากับ 2 Mbps หากใช้การมอดูเลชันแบบ QPSK, 8PSK และ 16QAM (Revision B) หรืออัตราการรับส่งข้อมูลสูงสุดทั้งขาขึ้นและลง 3 และ 1.8 Mbps และโดยเฉลี่ย 450-800 และ 300-400 Mbps ของเครือข่าย IP ด้วยการมอดูเลชันแบบ 16QAM (Revision A) ขณะที่อัตราการรับส่งข้อมูลขาลงจะเป็น 5-15 Mbps จะต้องมอดูเลชันแบบ 64QAM (Revision B) แต่หากใช้ Revision C จะมีอัตราการรับส่งข้อมูลเพียง 3 Mbps ดังนั้นถ้าต้องการเพิ่มอัตราการรับส่งข้อมูลขาขึ้นและขาลงเป็น 75 Mbps และ 275 Mbps จะต้องใช้วิธี UMB (Ultra Mobile Broadband) หรือ CDMA2000 1xEV-DV ที่มีกระบวนการเข้าถึงแบบ OFDMA ซึ่งขณะนี้ทั่วโลกมีผู้ใช้บริการ CDMA2000 เป็นจำนวนถึง 15 ล้านคน (UMTS ยังคงอยู่ในขั้นตอนการดำเนินงาน) CDMA20001XEV-DV สามารถรองรับผู้ใช้โทรศัพท์เคลื่อนที่ได้มากกว่าระบบ CdmaOne ถึงสองเท่า สามารถให้อัตราการรับส่งข้อมูลได้สูงสุดถึง 153 Kbps (Release 0) และ 307 Kbps (Release 1) เครื่องลูกค่ายของ CDMA2000 สามารถใช้งานกับเครือข่าย CdmaOne เดิมได้ และเครื่องลูกค่ายของ CdmaOne ก็สามารถใช้งานกับเครือข่าย CDMA2000 ได้เช่นกัน การถ่ายโอนระบบจึงมีผลกระทบกับผู้ใช้บริการน้อยมาก CDMA2000 เสียค่าใช้จ่ายในการลงทุนถูกกว่าระบบ UMTS เพราะบริษัท KDDI (Japan) ลงทุนเพียง 25% สำหรับค่าใช้จ่ายในการถ่ายโอนระบบจาก CdmaOne ให้เป็น CDMA20001XEV-DV เมื่อเปรียบเทียบกับที่ NTT DoCoMo ที่ลงทุนในระบบ FDMA (WCDMA) ค่อนข้างสูง ดังนั้นการพัฒนาระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุคนี้จึงถือได้ว่าเป็นเทคโนโลยีโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุคที่ 3.5G ก็เป็นได้ ด้านเครือข่ายอินเทอร์เน็ตไร้สายท้องเองถิ่นได้มีการเปลี่ยนแปลงพัฒนาให้สามารถใช้ได้กับโทรศัพท์เคลื่อนที่และคอมพิวเตอร์หรือบลูทู๊ทธ์ (Bluetooth) จากข้อกำหนดมาตรฐาน IEEE 802.15.1 ความถี่คลื่นพาห์ 2.4 GHz มอดูเลชันแบบ TDM-FHSS อัตราการรับส่งข้อมูล 0.721-4 Mbps และมีระยะห่างจากโทรศัพท์เคลื่อนที่หรือคอมพิวเตอร์ไม่เกิน 10 เมตร ส่วนเครือข่ายอินเทอร์เน็ตไร้สายระหว่างเมืองแบบประจำที่หรือ WiMAX (Worldwide Interoperability Microwave Access) ใช้มาตรฐาน IEEE 802.16a และ d (Fixed WiMAX) ที่มีลักษณะแพร่กระจายคลื่นทั้งที่เป็นแบบแนวระดับสายตาหรือ LOS (Line of Sight) และไม่เป็นแนวระดับสายตาหรือ Non LOS (Non Line of Sight) ความถี่คลื่นพาห์ 10-66 GHz และ 2-11 GHz มอดูเลชันแบบ OFDM, QPSK, 16QAM และ 64QAM ได้อัตราการรับส่งข้อมูล 4-70 Mbps ระยะห่างไม่เกิน 50 km และ 6-10 km ตามลำดับดังแสดงในรูปที่ 1.20

รูปที่ 1.20 สถาปัตยกรรมเครือข่ายอินเทอร์เน็ตไร้สายระหว่างเมือง WiMAX

       และสำหรับระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ช่วงปลายยุคที่ 3 (3.9G) ในโครงการ 3GPP สำหรับกลุ่มประเทศที่ใช้เทคโนโลยี WCDMA และ CDMA ได้เพิ่มความกว้างของแถบคลื่นพาห์ใน HSPA+ จากเดิมเป็น 10 MHz (Release 08) และเรียกว่า Dual-Carrier HSPA ทำให้สามารถมีอัตราการรับส่งข้อมูลทั้งขาขึ้นและขาลงได้ 11 และ 42 Mbps จนกระทั่งได้มีการนำสายอากาศ MIMO มาทำงานร่วมกับ Dual-Carrier HSPA (Release 09) ส่งผลให้อัตราการรับส่งข้อมูลสูงถึง 84 และ 23 Mbps และในส่วนของโครงการ 3GPP2 สำหรับกลุ่มประเทศที่ใช้เทคโนโลยี CDMA2000 ได้พัฒนาการเชื่อมต่อวิทยุในส่วนของเครือข่ายแกนหลักเรียกว่า LTE (Long Term Evolution) โดยสามารถเพิ่มความจุช่องสัญญาณและอัตราการรับส่งข้อมูลได้จากการมอดูเลชันแบบ 16QAM, 64QAM และ QPSK ดูเพลกซิ่งทั้งแบบ FDD และ TDD ใช้กระบวนการเข้าถึงแบบ OFDMA (Release 08 และ 09) ผ่านระบบสายอากาศ MIMO ซึ่งผลลัพธ์ทำให้สามารถเพิ่มอัตราการรับส่งข้อมูลขาขึ้นเท่ากับ 58-86 Mbps และขาลง 170-300 Mbps เลยทีเดียว สำหรับด้านเครือข่ายอินเทอร์เน็ตไร้สายระหว่างเมืองเดิมเป็นแบบประจำที่ได้พัฒนาให้สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยความเร็วไม่เกิน 120 km/h ในระยะห่างจากสถานีฐาน 1-5 km เมื่อกำหนดให้ใช้ความถี่คลื่นพาห์ 2.3, 2.5, 3.3 และ 3.5 GHz มอดูเลชันแบบ OFDM ส่งสัญญาณผ่านสายอากาศแบบ MIMO มีอัตราการรับส่งข้อมูล 86 Mbps และ 170-300 Mbps เท่าเดิมตามมาตรฐาน IEEE 802.16e ซึ่งระบบเครือข่ายอินเทอร์เน็ตไร้สายระหว่างเมืองชนิดนี้มีชื่อว่า WiBRO (Wireless Broadband) หรือ Mobile WiMAX ใช้อยู่ในประเทศเกาหลีดังแสดงสถาปัตยกรรมเครือข่ายในรูปที่ 1.21

รูปที่ 1.21 สถาปัตยกรรมเครือข่าย WiBRO

สรุป
       สถาปัตยกรรมเครือข่าย 3G ตามมาตรฐาน IMT-2000 ได้แสดงให้เห็นองค์ประกอบสำคัญ 2 ส่วน ได้แก่ ส่วนของ RAN ที่มีส่วนประกอบหลักคือ UTRAN และ IP/ATM กับส่วนของ CN มีส่วนประกอบหลักคือ Packet Switch Domain เชื่อมต่อกับ IMS และ IP Network กับ Circuit Switch Domain เชื่อมต่อกับ Circuit Switched Network และ IMS สำหรับระบบ CDMA2000 มีแผนการพัฒนาระบบให้เร็วขึ้นไปเป็น CDMA 20001x EV-DO (Evolution – Data only) ตาม Release 0, Revision A, Revision B และ Revision C 
       และสำหรับระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ช่วงปลายยุคที่ 3 (3.9G) ในโครงการ 3GPP สำหรับกลุ่มประเทศที่ใช้เทคโนโลยี WCDMA และ CDMA ได้เพิ่มความกว้างของแถบคลื่นพาห์ใน HSPA+ จากเดิมเป็น 10 MHz (Release 08) และเรียกว่า Dual-Carrier HSPA ทำให้สามารถมีอัตราการรับส่งข้อมูลทั้งขาขึ้นและขาลงได้ 11 และ 42 Mbps จนกระทั่งได้มีการนำสายอากาศ MIMO มาทำงานร่วมกับ Dual-Carrier HSPA (Release 09) ส่งผลให้อัตราการรับส่งข้อมูลสูงถึง 84 และ 23 Mbps และในส่วนของโครงการ 3GPP2 สำหรับกลุ่มประเทศที่ใช้เทคโนโลยี CDMA2000 ได้พัฒนาการเชื่อมต่อวิทยุในส่วนของเครือข่ายแกนหลักเรียกว่า LTE (Long Term Evolution) โดยสามารถเพิ่มความจุช่องสัญญาณและอัตราการรับส่งข้อมูลได้จากการมอดูเลชันแบบ 16QAM, 64QAM และ QPSK ดูเพลกซิ่งทั้งแบบ FDD และ TDD ใช้กระบวนการเข้าถึงแบบ OFDMA (Release 08 และ 09) ผ่านระบบสายอากาศ MIMO ซึ่งผลลัพธ์ทำให้สามารถเพิ่มอัตราการรับส่งข้อมูลขาขึ้นเท่ากับ 58-86 Mbps และขาลง 170-300 Mbps เลยทีเดียว สำหรับด้านเครือข่ายอินเทอร์เน็ตไร้สายระหว่างเมืองเดิมเป็นแบบประจำที่ได้พัฒนาให้สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยความเร็วไม่เกิน 120 km/h ในระยะห่างจากสถานีฐาน 1-5 km เมื่อกำหนดให้ใช้ความถี่คลื่นพาห์ 2.3, 2.5, 3.3 และ 3.5 GHz มอดูเลชันแบบ OFDM ส่งสัญญาณผ่านสายอากาศแบบ MIMO มีอัตราการรับส่งข้อมูล 86 Mbps และ 170-300 Mbps เท่าเดิมตามมาตรฐาน IEEE 802.16e ซึ่งระบบเครือข่ายอินเทอร์เน็ตไร้สายระหว่างเมืองชนิดนี้มีชื่อว่า WiBRO (Wireless Broadband) หรือ Mobile WiMAX

<< ย้อนกลับ