คลื่นวิทยุ

ทรัพยากรธรรมชาติที่มีค่า

คลื่นความถี่วิทยุ (Radio Frequency- RF)

 

        ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการกระจายคลื่นความถี่วิทยุ (Radio Frequency - RF) ประสาทสัมผัสของมนุษย์สามารถได้รับหรือได้ยินเสียงที่อยู่ระหว่างความถี่ 20 Hz -20KHz ถ้าความถี่สูงหรือต่ำกว่านี้ มนุษย์เราก็ไม่สามารถได้รับหรือได้ยินเสียงหรือคลื่นความถี่นั้น ขีดจำกัดในรส่งคลื่นความถี่เสียงก็ไปไม่ได้ไกล   และยังต้องอาศัยอากาศเป็นสื่อกลาง

 

        ต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่า ถ้านำ กระแสไฟฟ้าสลับ (AC) มาป้อนเข้าไปที่ในขดลวด ถ้ากระแสไฟสลับนั้นมีความถี่ในการสลับเกินกว่า 20,000 ครั้งในหนึ่งวินาทีจะทำให้สนามแม่เหล็กภายในขดลวด   แพร่กระจายออกมารอบ ๆ บริเวณของตัวขดลวด หรือเรียกว่า 'คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า'

 

        นักวิทยาศาสตร์ยังค้นพบอีกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า   สามารถเดินทางได้เร็วเท่ากับแสงคือ 186,000 ไมล์ต่อวินาที หรือเท่ากับ 300,000 กม.ต่อวินาที

 

    ขีดจำกัดในการส่งหรือรับสัญญาณเสียงของมนุษย์ที่ไปไม่ได้ใกลก็จบสิ้นลง เพราะการค้นพบที่ว่า เมื่อนำสัญญาณเสียงมารวมกับไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ความถี่สูงแล้วส่งป้อนเข้าไปในขดลวด จะทำให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากลายเป็นพาหะนำพาคลื่นเสียง ที่ผสมมาเดินทางไปในที่ต่าง ๆ ด้วยความเร็วเท่ากับแสง   แต่มนุษย์ก็ไม่สามารถรับคลื่นนั้นได้โดยตรง จึงมีการคิดค้นการส่งและรับขึ้นโดยผู้รับจะต้องมีคลื่นการส่งและรับ โดยผู้รับจะต้องมีเครื่งสำหรับแยกเอาคลื่นเสียงออกจากคลื่นวิทยุ โดยกลับเป็นคลื่นเสียงที่มนุษย์สามารถรับได้ คือความถี่ 20Hz-20KHz อีกครั้งหนึ่ง

      คลื่นวิทยุเป็นทรัพยากรที่มีค่าอย่างหนึ่งของมวลชน ประเทศไทยกำลังตื่นตัวในเรื่องกฎหมายการจัดสรรคลื่นความถี่วิทยุ ทั้งนี้เพราะกฎหมายเดิมที่ใช้อยู่ใช้มานานมากกว่าห้าสิบปี และอาจไม่เหมาะสมกับสถานการณ์ทางเทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลงไปมาก อีกทั้งคลื่นความถี่วิทยุมีค่ามากมหาศาล และมีผลต้องการใช้ประโยชน์เพื่อพัฒนาประเทศได้มากมาย

หากพิจารณาการส่งสัญญาณเสียงเป็นคลื่นไฟฟ้า สัญญาณเสียงที่ได้รับการแปลงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า จะมีแถบกว้างเชิงความถี่ที่ใช้งานกันอยู่ในช่วงไม่เกิน 4 กิโลเฮิร์ทซ์ และเมื่อแปลงเป็นสัญญาณดิจิตอลแบบการสุ่มค่า 8,000 ครั้งต่อวินาที ครั้งละ 8 บิต ก็จะได้แถบกว้างของสัญญาณดิจิตอลนี้เท่ากับ 64 กิโลบิตต่อวินาที

หากพิจารณากันอย่างง่าย ๆ ก็พบว่า ถ้าจะส่งสัญญาณเสียงพูดเพื่อการสื่อสารไปในช่องสื่อสารใด ๆ แบบอะนาล็อก ก็ใช้แถบกว้างประมาณ 4 กิโลเฮิร์ทซ์ และถ้าใช้ช่องดิจิตอลก็จะใช้แถบกว้างประมาณ 64 กิโลบิตต่อวินาที หรือ 64 Kbps

การจัดสรรความถี่ให้กับการใช้งานจึงต้องดูที่แถบกว้างด้วย เช่น มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ได้รับการจัดสรรคลื่นไมโครเวฟที่ความถี่พาหะ 2,435 เมกกะเฮิร์ทซ์ หรือ 2.435 จิกะเฮิร์ทซ์ โดยมีแถบกว้าง 3.5 เมกะเฮิร์ทซ์ และถ้าพิจารณาจากสเปกตรัมเชิงความถี่จะเห็นได้ชัดว่า แถบกว้างดังกล่าวมีขอบเขตจำกัด โดยเฉพาะช่วงความถี่ต่ำ เช่น ในช่วง VHF (ประมาณ 30 เมกะเฮิร์ทซ์ ถึง 300 เมกเฮิร์ทซ์)

ในอดีต การใช้คลื่นวิทยุที่ความถี่สูงมาก และคลื่นไมโครเวฟ (ความถี่เป็นจิกะเฮิร์ทซ์) มีปัญหาในเรื่องของเทคโนโลยี เพราะเทคโนโลยีความถี่สูงมากยังไม่ได้รับการพัฒนาเท่าที่ควร ปัจจุบันการพัฒนาระบบรับส่งคลื่นความถี่สูงระดับไมโครเวฟ ได้รับการพัฒนาจนสามารถทำเครื่องรับส่งในราคาต่ำได้ ดังนั้นในช่วงหลังนี้การใช้คลื่นความถี่ระดับจิกะเฮิร์ทซ์มีการใช้งานกันมากขึ้น

ด้วยเทคนิคทางดิจิตอล ทำให้การบีบอัดสัญญาณลงได้มาก รวมถึงการใช้หลักการแบ่งความถี่ และการเข้ารหัสที่เรียกว่า CDMA - Code Division Multiple Access อีกทั้งการลดระดับขนาดสัญญาณให้ส่งในระยะใกล้ ทำให้ช่วงความถี่หนึ่งมีผู้ใช้ได้มากมายมหาศาล และมีความเป็นไปได้ที่ระบบแลนในอนาคตจะก้าวมาใช้ระบบคลื่นวิทยุ

ดังนั้นจึงมีการจัดสรรความถี่ในรูปแบบใช้งานสาธารณะ โดยมีการจัดสรรความถี่ด้วยแถบกว้างขนาด 300 เมกะเฮิร์ทซ์ โดยแบ่งในช่วงความถี่ 5.1-5.3 จิกะเฮิร์ทซ์ มีแถบกว้างให้ใช้ 200 เมกะเฮิร์ทซ์ และ 5.7 จิกะเฮิร์ทซ์ มีแถบกว้างให้ใช้ 100 เมกะเฮิร์ทซ์

ระบบแลนแบบ IEEE 802.11a ที่กำหนดเป็นแลนที่ใช้คลื่นวิทยุได้รับการกำหนดให้ใช้คลื่นวิทยุในย่านความถี่ไมโครเวฟ การรับส่งข้อมูลผ่านระบบ IEEE 802.11a เป็นแบบฟูลดูเพล็กซ์ด้วยความเร็วขาส่ง 11 เมกะบิตต่อวินาที และขารับก็เต็มความเร็ว 11 เมกะบิตต่อวินาที แต่ในปัจจุบันใช้คลื่นความถี่ในช่วง 2.4 จิกะเฮิร์ทซ์ ตามมาตรฐานที่กำลังกำหนดขึ้นมาใหม่คือ IEEE 802.11b เน้นให้ใช้ที่คลื่น 5.1 จิกะเฮิร์ทซ์ และขยายความเร็วการเข้าถึงเป็น 54 เมกะบิตต่อวินาทีซึ่งเร็วกว่าเดิม

การใช้คลื่นวิทยุมีจุดเด่นที่สำคัญคือ มีความคล่องตัว ติดตั้งและใช้งานง่าย ลดข้อยุ่งยากในเรื่องการเดินสายสัญญาณ การดูแลสายสัญญาณ ตลอดจนความสวยงามของสถานที่เมื่อมีการรื้อเพื่อเดินสายสัญญาณ ใช้ระบบคลื่นวิทยุเป็นระบบที่เพียงใช้เสาอากาศที่ติดมาส่งสัญญาณ ทำให้สะดวกต่อการเคลื่อนย้ายอุปกรณ์ สำหรับราคาของระบบแลนไร้สายมีแนวโน้มที่ถูกลง ทั้งนี้เพราะการผลิตชิพเพื่อใช้เป็นโมเด็มรับความเร็วสูง มีราคาถูกลงมาก การ์ดเชื่อมต่อแลนไร้สายมีแนวโน้มที่ถูกลงได้อีกมาก

      นอกจากระบบแลนที่เป็นมาตรฐานแบบ IEEE 802.11 แล้ว ขณะนี้มีการพัฒนาระบบไร้สายที่เชื่อมโยงจากบ้านสู่เครือข่ายเข้าแทนระบบ DSL - Digital Subscriber Line โดยระบบมีเสาอากาศติดที่หลังคาบ้านสามารถเชื่อมเข้าสู่ชุมสายหลักเช่นเดียวกับการใช้สายโทรศัพท์ ระบบที่ออกแบบนี้มีความเร็วในการเข้าถึง 12 เมกะบิตต่อวินาที

การที่ระบบคลื่นความถี่วิทยุระดับสูงในย่านความถี่ไมโครเวฟมีพัฒนาการประยุกต์ใช้ได้กว้างขวาง เพราะเทคโนโลยีการผลิตชิพจำพวก CMOS - Complementary Metal Oxide Semiconductor ได้พัฒนาไปไกลมาก ปัจจุบันสามารถผลิตชิพจำพวกใช้งานกับคลื่นวิทยุย่านความถี่สูงมากได้ดี กินพลังงานไฟฟ้าในวงจรต่ำมาก และมีแนวโน้มที่จะผลิตในราคาที่ถูกลงได้

เป้าหมายของการใช้คลื่นวิทยุจึงอยู่ที่การสร้างเครือข่ายในวงขนาดเล็ก แต่เป็นเครือข่ายเฉพาะกิจ เช่น แลน มีระบบเชื่อมต่อระหว่างแลน ซึ่งอาจยังใช้สาย ซึ่งเป็นแบกโบนกลางให้

การสื่อสารเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตในระบบสัญญาณวิทยุ จึงเป็นทางเลือกใหม่ที่จะมีบทบาทสำคัญมากในอนาคตอันใกล้นี้