Research

ทำไมต้องแข่งกันประมูลคลื่น 4G


อาจารย์สัมพันธ์ พรหมพิชัย  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์​ ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
15 กุมภาพันธ์ 2559  

       หลังจากที่ได้ผ่านพ้นการประมูลใบอนุญาต 4G ไปแล้วนั้น ได้สร้างปรากฏการณ์ขึ้นมาหลายอย่างสำหรับวงการสื่อสารของประเทศไทยอาทิเช่น มูลค่าการประมูลใบอนุญาติที่สูงมากกว่า 150,000 ล้านบาท และระยะเวลาในการเข้าร่วมประมูลเพื่อแย่งชิงใบอนุญาตของเหล่าบริษัทยักษ์ใหญ่ทั้งหลายกินเวลามากกว่า 65 ชั่วโมง รวมถึงได้สร้างความหวังให้กับสาวกเทคโนโลยี “anytime” และ  “anywhere” ชาวไทยทั้งหลายที่จะได้ใช้งานระบบ 4G ที่มีการให้บริการอินเทอร์เน็ตด้วยความเร็วหรือสปีดที่สูงผ่านเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ และมีอัตราค่าบริการข้อมูลที่ถูกลงกว่าระบบ 3G โดยหลายท่านอาจจะสงสัยว่าคลื่น 4G ที่ประมูลไปนั้นมันคืออะไรและมันเกี่ยวข้องยังไงกับสปีดของการให้บริการอินเทอร์เน็ตบนโทรศัพท์เคลื่อนที่ 
       ในที่นี้จะขออธิบายในเชิงวิชาการหน่อยนะครับเพื่อจะได้เห็นภาพได้ชัดเจนมากขึ้น โดยจะขอกล่าวถึงความจุช่องสัญญาณ (Channel Capacity) ซึ่งหมายถึงสปีดของข้อมูลที่สามารถถ่ายโอนได้ภายใต้ช่องสัญญาณ (C) ที่กำหนดดังนี้

C=2Blog2(M)  (1)

และ 

C=Blog2(1+SNR)  (2)

       จากสมการที่ (1) และ (2) จะพบว่าตัวแปรสำคัญพื้นฐานในการกำหนดว่าระบบจะสามารถถ่ายโอนข้อมูลด้วยสปีดที่สูงหรือต่ำนั้นจะขึ้นอยู่กับ B ซึ่งก็คือแบนด์วิดท์ (Bandwidth) ดังนั้นจึงสามารถกล่าวได้ว่า สิ่งที่บริษัทยักษ์ใหญ่ทั้งหลายแย่งกันประมูลด้วยมูลค่าที่มหาศาลนั่นก็คือ ความกว้างของแถบคลื่นความถี่หรือเรียกว่าแบนด์วิดท์นั่นเอง โดยเจ้าแบนด์วิดท์นี้เราไม่สามารถมองเห็นและไม่สามารถจับต้องมันได้
       มาพิจารณากันต่อไปนะครับ จากสมการที่ (1) จะมีอีกตัวแปรหนึ่งที่มีผลต่อสปีดของการถ่ายโอนข้อมูลนั่นคือ M ซึ่งหมายถึงองค์ประกอบของสัญญาณ (Signal Element) ที่มีความแตกต่างกัน โดยเจ้าตัว M นี้จะขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีของโมเด็มเช่น ในโทรศัพท์เคลื่อนที่ที่สามารถรองรับกับระบบ 4G LTE จะมีการเพิ่มโมเด็มที่ใช้เทคนิคการมอดูเลตแบบ QAM (Quadrature Amplitude Modulation) เข้ามา โดยเทคนิคการมอดูเลต QAM นี้มีข้อดีก็คือสามารถที่จะสร้างองค์ประกอบของสัญญาณ (M) ที่มีความแตกต่างกันได้หลายระดับมากกว่าเทคนิคการมอดูเลตแบบ QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) และ BPSK (Binary Phase Shift Keying) ที่มีใช้ในโทรศัพท์เคลื่อนที่รองรับได้ถึงระบบ 3G ดังนั้นเทคโนโลยีของโมเด็มจึงเป็นอีกตัวแปรหนึ่งที่ช่วยเพิ่มสปีดของการถ่ายโอนข้อมูลนอกเหนือจากแบนด์วิดท์ตามที่กล่าวมาข้างต้น นอกจากนี้ระบบการเชื่อมโยงทางอากาศ (Air Interface) ที่ใช้ก็เป็นอีกตัวแปรหนึ่งในการเพิ่มสปีดอีกด้วยเช่นกัน โดยระบบ LTE (Long Term Evolution) ที่ถูกกำหนดให้เป็นมาตรฐานของ 4G จะมีประสิทธิภาพของการใช้แบนด์วิดท์ (Bandwidth Efficiency) มากกว่าระบบ WCDMA (Wide-Band CDMA) ที่ถูกกำหนดให้เป็นมาตรฐานของระบบ 3G    
       อย่างไรก็ตามโมเด็มที่สามารถสร้างองค์ประกอบของสัญญาณ (M) ได้จำนวนมากๆ อย่างเช่น QAM จะต้องทำงานภายใต้ SNR (Signal-to-Noise Ratio) หรืออัตราส่วนกำลังงานของสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่สูง จึงจะทำให้อัตราบิตผิดพลาด (Bit Error Rate) ของข้อมูลที่โทรศัพท์เคลื่อนที่ได้รับน้อยลง ซึ่งจะสอดคล้องกับสมการที่ (2) ที่แสดงให้เห็นว่า SNR มีผลต่อสปีดของการถ่ายโอนข้อมูล ต่อมาจึงได้มีการนำเสนอเทคนิคที่สามารถเพิ่มกำลังงานของสัญญาณปรากฏที่โทรศัพท์เคลื่อนที่ให้มีกำลังงานที่สูงขึ้น โดยเทคนิคง่ายๆ อย่างแรกก็คือการควบคุมกำลังงานที่ตัวสถานีฐาน (Base Station) แต่เทคนิคนี้มีข้อด้อยก็คือจะทำให้เกิดการสิ้นเปลืองพลังงาน ไม่เหมาะกับช่องสัญญาณที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างทันทีทันใดของโทรศัพท์เคลื่อนที่และระบบจะมีความซับซ้อนมากขึ้น รวมทั้งการเพิ่มกำลังงานสูงๆ อาจเป็นอัตรายต่อมนุษย์ได้ จึงมีอีกเทคนิคหนึ่งที่ได้รับการยอมรับและถูกกำหนดให้เป็นมาตรฐานสำหรับระบบ LTE นั่นก็คือ เทคนิคการเพิ่มจำนวนของสายอากาศที่ตัวส่ง (Mt) และจำนวนของสายอากาศที่ตัวรับ (Mr) ดังแสดงในรูปที่ 1 

รูปที่ 1 เทคนิคการเพิ่มกำลังงานของสัญญาณปรากฏที่เครื่องรับแบบ MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)

       โดยเทคนิคของ MIMO จะช่วยทำให้กำลังงานของสัญญาณปรากฏที่เครื่องรับเพิ่มขึ้นเท่ากับ Mt×Mr หรือกล่าวได้ว่ากำลังงานจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนของสายอากาศที่ตัวส่งและจำนวนของสายอากาศที่ตัวรับ อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติการเพิ่มจำนวนของสายอากาศที่ตัวโทรศัพท์เคลื่อนที่อาจมีข้อจำกัด เนื่องจากโทรศัพท์เคลื่อนที่มีพื้นที่จำกัดและมีแหล่งจ่ายพลังงานมาจากแบตเตอรี่เท่านั้น การเพิ่มจำนวนของสายอากาศเข้าไปจะทำให้ต้องการพื้นที่มากขึ้นและต้องการวงจรภาคหน้า (Front-End) เพื่อมารองรับการทำงานเพิ่มมากขึ้น ซึ่งจะส่งผลทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้น ดังนั้นการเพิ่มจำนวนสายอากาศที่สถานีฐานจึงน่าจะเหมาะสมมากกว่า เนื่องจากสถานีส่งมีพื้นที่เพียงพอในการติดตั้งสายอากาศและมีแหล่งจ่ายพลังงานมากพอ รวมทั้งพฤติกรรมการใช้งานอินเทอร์เน็ตของบุคคลทั่วไปนิยมดาวน์โหลดข้อมูลมากกว่าอัพโหลดข้อมูล 
       ในขณะที่ระบบ 4G ในเมืองไทยกำลังเริ่มทยอยขยายพื้นที่การให้บริการและจำนวนผู้ใช้บริการได้เริ่มทยอยทำการเปลี่ยนถ่ายจากการใช้บริการในระบบ 3G เดิมมาเป็นระบบ  4G เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ก็มีกระแสข่าวออมมาตลอดว่าได้เริ่มมีการทดสอบระบบ 5G (ซึ่งปัจจุบันยังไม่ได้กำหนดมาตรฐานที่ชัดเจน) ทั้งในยุโรป อเมริกาและเอเซีย โดยระบบ 5G กำหนดให้ต้องมีสปีดของการให้บริการอินเทอร์เน็ตที่สูงมากกว่าระบบ 4G ภายใต้แบนด์วิดท์ที่จำกัด เพื่อที่จะสามารถรองรับกับการใช้งานเครือข่ายอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (Internet of Things) และ Big Data ซึ่งอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าทั้งหลายจะสามารถควบคุมและสั่งงานผ่านระบบอินเทอร์เน็ต ใช้กับระบบการค้า การเกษตร การแพทย์รวมทั้งยานยนต์ที่มีระบบขับเคลื่อนอัตโนมัติ ฯลฯ และสามารถที่จะรองรับกับปริมาณของผู้ใช้บริการอินเทอร์เน็ตที่เพิ่มมากสูงมากขึ้นๆ รวมทั้งผู้ใช้บริการแต่ละรายยังต้องการบริโภคข้อมูลในจำนวนที่มากขึ้นเป็นทวีคูณ โดยมีการคาดการณ์กันไว้ว่าภายในปี 2020 ระบบ 5G อาจจะเริ่มเปิดทดลองให้บริการในบางประเทศ สำหรับประเทศไทยซึ่งเป็นประเทศที่ใช้เทคโนโลยี เราอาจจะได้เห็นการเปิดประมูลคลื่น 5G ขึ้นมาอีกก็เป็นไปได้และการประมูลครั้งนี้อาจจะสร้างสถิติที่มีมูลค่าของการประมูลใบอนุญาตที่สูงมากกว่าคลื่น 4G อีกก็เป็นไปได้ แต่สำหรับผมตอนนี้ต้องรีบไปหาเงินมาซื้อโทรศัพท์เคลื่อนที่เครื่องใหม่ที่สามารถรองรับกับระบบ 4G ก่อนนะครับ โชคดี ......

<< ย้อนกลับ