4G

พ.อ.รศ.ดร.เศรษฐพงค์  มะลิสุวรรณ
[email protected]
ประจำกรมข่าวทหาร กองบัญชาการกองทัพไทย
กรรมการกำหนดและจัดสรรคลื่นความถี่ใหม่
กรรมการกำหนดนโยบายการจัดให้มีบริการโทรคมนาคมพื้นฐานโดยทั่วถึงและ บริการเพื่อสังคม
ภายใต้คณะกรรมการกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ (กทช.)

 

            ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 4G (4^th Generation) เป็นการพัฒนามุ่งเน้นที่จะรองรับการสื่อสารสื่อประสม (Multimedia) ที่มีความเร็วการส่งข้อมูลที่สูงกว่า 2 Mbps เช่น การให้บริการข่าวสารข้อมูลเพื่อการศึกษา, การซื้อขายสินค้าผ่านโทรศัพท์เคลื่อนที่และสามารถหักค่าใช้จ่ายผ่านบัญชี เงินในธนาคารได้ทันที (Mobile Commerce), วิดีโอแบบภาพเคลื่อนไหวที่เต็มรูปแบบ (Full-motion Video) หรือการประชุมทางโทรศัพท์เคลื่อนที่ (Mobile teleconferencing) รูปแสดงให้เห็นถึงการพัฒนาเทคโนโลยีเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่จากยุค 2G ไปสู่ 3G และต่อเนื่องไปสู่ 4G 

 

 

             4G เป็นยุคถัดไปของเครือข่ายไร้สายที่จะมาแทนที่เครือข่าย 3G ในอนาคต 4G เริ่มขึ้นจากห้องวิจัยและพัฒนาของสถาบัน การศึกษาที่ต้องการหลุดออกจากข้อจำกัดและปัญหาของ 3G ในช่วงครึ่งปีแรกของปี 2002 ระบบ 4G เป็นกรอบแนวคิดเพื่อนำไปสู่การพัฒนาเครือข่ายไร้สายความเร็วสูงของคนทั่วโลก ที่จะเชื่อมต่อกับเครือข่าย Wireline backbone ได้อย่างไร้พรมแดน 4G จึงเป็นความหวังและแนวคิดของกลุ่มนักวิจัย ไม่ว่าจะเป็น Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo และผู้จำหน่ายระบบโครงข่ายต่างๆ ที่ต้องการจะตอบสนองความต้องการใช้ MMS, มัลติมีเดีย และแอพพลิเคชั่นของวิดีโอ ถ้า 3G ไม่สามารถก้าวไปสู่จุดที่คาดหวังไว้ได้จริง โดยมีแรงจูงใจในการพัฒนา 4G คือ

             การทำงานของ 3G อาจจะไม่เพียงพอที่จะสนองตอบความต้องการของ Application ระดับสูง อย่างเช่น สื่อประสม (Multimedia), วิดีโอแบบภาพเคลื่อนไหวที่เต็มรูปแบบ (Full-motion video) หรือการประชุมทางโทรศัพท์แบบไร้สาย (Wireless teleconferencing) ทำให้เกิดความต้องการเทคโนโลยีเครือข่ายที่จะมาช่วยเพิ่มขีดความสามารถของ 3G 

              แม้ว่ามีความพยายามที่จะทำให้ 3G เป็นโทรศัพท์เคลื่อนที่ที่สามารถ Roaming ข้ามโครงข่ายทุกประเภทได้ แต่ด้วยมาตรฐานที่ซับซ้อนของ 3G ก็ยังคงมีปัญหาอยู่บ้างในการเชื่อมโยงและทำงานร่วมกันระหว่างเครือข่าย อย่างไรก็ตามเราต้องการใช้งานแบบเคลื่อนที่และพกพาไปได้ทั่วโลกและ Roaming ได้อย่างสมบูรณ์ จึงมีความคิดที่จะพัฒนาและแก้ปัญหาที่ยุค 4G

             3G ทำงานบนแนวคิดของการให้บริการบริเวณพื้นที่หนึ่ง แต่เราต้องการเครือข่ายแบบผสมผสานที่สามารถใช้งานเครือข่ายได้ทั้งแบบ Wireless LAN (hot spot) และเครือข่ายแบบ Cell หรือแบบสถานีฐาน (base-station)

            เราต้องการ Bandwidth ที่กว้างขึ้นและต้องการให้เป็นเครือข่ายแบบ Digital ที่ทำให้ความสามารถในการส่ง voice และ data มีรูปแบบที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

            นักวิจัยต้องการให้รูปแบบการแปลงคลื่นมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งไม่สามารถทำได้ในโครงสร้างของ 3G

            ด้วยเป้าหมายที่ต้องการเชื่อมต่ออุปกรณ์สื่อสารต่างๆได้ในทุกๆแห่ง จึงทำให้มีการพัฒนา 4G ขึ้นเพื่อทำให้สังคมของการติดต่อสื่อสารได้ทั่วทุกหนแห่งเกิดขึ้นจริง ในปัจจุบัน บริษัท NTT DoCoMo ของประเทศญี่ปุ่น ได้มีการศึกษาวิจัยโครงข่ายเพื่อการสื่อสารแบบ 4G ขึ้น โดยจุดหลักของการวิจัยนี้คือ ต้องการเพิ่มขีดความสามารถของระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ด้วยการส่งผ่านข้อมูล ด้วยความเร็วสูงถึง 100 Mbps ในขณะสื่อสารภายนอกอาคาร (Outdoor) และ 1 Gbps ในขณะสื่อสารภายในอาคาร (Indoor) และเทคโนโลยีนี้ก็ได้รับการรับรองในหลักการแล้ว และขณะนี้ NTT DoCoMo ก็ได้จัดการทดสอบและทดลองแล้ว โดยข้อเท็จจริงแล้วในการทดลอง  NTT DoCoMo ประสบความสำเร็จในการส่งข้อมูลได้เร็วสุดถึง 2.5 Gbps ซึ่งนับว่าเป็นครั้งแรกของโลกด้วย
ความก้าวหน้าในการพัฒนาของ NTT DoCoMo ก็คือการเชื่อมโยงบริการต่างๆ เข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่น การสร้างเครือข่ายอินเทอร์เน็ตโปรโตคอลเคลื่อนที่ (Mobile IP network) เพื่อการส่งข้อมูลระหว่างโครงข่ายเซลลูล่า (Cellular) กับเครือข่ายอื่นๆ เช่น Wireless LANs เป็นต้น โดยจะเป็นการทำให้การให้บริการ Online มีต้นทุนที่ต่ำลง

            ระบบเครือข่ายไร้สาย 4G ปัจจุบันอยู่ระหว่างการพัฒนาและทดสอบ คาดว่าระบบเครือข่ายไร้สาย 4G จะเข้ามาแทนที่ระบบไร้สายแบบ 3G ในอนาคต โดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU) มีหน้าที่หลักอย่างหนึ่งในการจัดทำมาตรฐาน สากลเพื่อรองรับการพัฒนาอุตสาหกรรมโทรคมนาคมของโลก อยู่ระหว่างการเร่งจัดทำมาตรฐานสื่อสาร ไร้สายยุคที่ 4 หรือ 4G และพยายามผลักดันในเรื่องมาตรฐานเทคโนโลยีโทรคมนาคม ได้ให้ความสนใจกับเทคโนโลยี 4G โดยตั้งเป้าหมายการพัฒนาไว้ว่า 

           เทคโนโลยีของระบบ 4G ควรจะเข้ากันได้กับระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ในปัจจุบันซึ่งมีระบบการเข้าถึง ที่ค่อนข้างหลากหลาย และใช้ได้ดีกับเครือข่ายสื่อสารส่วนบุคคล (PAN) 
           อัตราการรับ-ส่งข้อมูลควรทำได้ 100 Mbps สำหรับการใช้งานลักษณะเคลื่อนที่ และในปี ค.ศ. 2010 ควรทำได้อย่างน้อย 1 Gbps สำหรับการใช้งานทั่วไป 
           เป็นมาตรฐานสากล แบบเปิด ที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้กับสเป็คตรัมที่ใช้กันแพร่หลายทั่วโลกในขณะนี้

           มุมมองของ WWRF (Wireless World Research Forum) คาดหมายว่า เครือข่าย 4G ควรจะเป็นเครือข่ายที่สามารถทำงานบนเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ต ร่วมกับเทคโนโลยีและการประยุกต์ใช้งานอื่นๆ เช่น WiFi และ WiMAX โดยมีความเร็วในการรับ-ส่งข้อมูลตั้งแต่ 100 Mbps (สำหรับเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ทั่วไป) จนถึง 1 Gbps (สาหรับเครือข่าย WiFi ท้องถิ่น) ที่สำคัญคือ ยังมีอีกกลุ่มหนึ่งทางด้านหน่วยงานที่มีหน้าที่จัดทำมาตรฐานและนักสังเกตการณ์อุตสาหกรรมว่า WiMAX น่าจะมีโอกาสแปลงกลายเป็นเทคโนโลยี 4G ที่มีความสมบูรณ์มากกว่าเทคโนโลยีสื่อสารไร้สาย 4G ที่พยายามพัฒนากันใหม่ขณะนี้ 

            โทรศัพท์เคลื่อนที่ยุคที่ 4 (Fourth Generation of Mobile Telephone) กำลังเป็นที่กล่าวถึงในกลุ่มนักวิจัยของผู้ผลิตเทคโนโลยีโทรศัพท์เคลื่อนที่ ชั้นนำ อาจจะยังไม่มีการนิยามเป็นทางการแน่นอนให้อ้างอิงได้ก็ตาม แต่ผู้เชี่ยวชาญในวงการโทรคมโลก ได้กล่าวว่า 4G นั้นคือระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ที่มีอัตราเร็วในการรับส่งข้อมูลมากกว่า 100 Mbps

            สำหรับโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุคที่ 3 (ซึ่งทั่วโลกเข้าใจตรงกันไปแล้วว่าคือมาตรฐาน IMT-2000) 3G ในมาตรฐานดังกล่าวอาจจะถูกนิยามอัตราเร็วไว้ที่ 2 Mbps เท่านั้น และใน ITU-R Recommendation M. 1645 เป็นมาตรฐานเทคโนโลยีโทรศัพท์เคลื่อนที่ในที่ชื่อว่า IMT-Advanced นั้น ซึ่งถือว่าเป็นโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุคที่ 4

กระบวนการพิจารณาและจัดทำมาตรฐาน 4G ของ ITU มีดังนี้
            ITU-R ซึ่งเป็นหน่วยงานย่อยของ ITU รับผิดชอบด้านกิจการวิทยุคมนาคม (Radiocommunication) คาดหมายว่าจะดำเนินการจัดทำนิยามของระบบสื่อสารไร้สาย 4G ที่ได้รับการยอมรับทั่วโลก ทั้งนี้ ITU-R กำลังเร่งจัดทำชุดเอกสารสำหรับนิยามนี้อย่างรีบเร่ง

            ภารกิจของ ITU จะเป็นการรวบรวมปัจจัยต่างๆที่มีความสำคัญต่อความสำเร็จทางธุรกิจของอุตสาหกรรมสื่อสารไร้สาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสมดุลของมุมมองด้านตลาดและบริการด้านเทคโนโลยี ด้านคลื่นความถี่ และกรอบการกำกับดูแล

            ในการจัดทำมาตรฐานระบบที่เกินกว่า 3G นี้มีความคืบหน้าเป็นลำดับ โดยจะเริ่มเปิดวิสัยทัศน์ของมาตรฐานสำหรับ 4G ได้ในปีนี้ (2010) และกำหนดชื่อสำหรับ 4G ในปี 2015 (IMT-Advanced) จากนั้นในราวปี 2016  ITU-R จะสามารถกำหนดหลักเกณฑ์เพื่อดำเนินการพัฒนา IMT-Advanced ต่อไป

            ITU-R กำหนดให้มีการเปิดรับพิจารณาเทคโนโลยีและมาตรฐานของกลุ่มต่างๆตั้งแต่ปี 2008 – 2009เพื่อประกาศเป็นมาตรฐานอย่างเป็นทางการสำหรับ 4G (IMT-Advanced) ซึ่งขณะนี้มีมาตรฐานที่กำลังแข่งขันเพื่อจะประกาศให้เป็นมาตรฐาน 4G จำนวน 3 มาตรฐาน คือ LTE (long-term evolution), UMB (ultramobile broadband) และ WiMAX II (IEEE 802.16.m) นอกจากนี้ยังมีมาตรฐานอื่นๆที่อยู่ระหว่างการนำเสนออีกหลายมาตรฐานในปี 2009 จากนั้น ITU-R จึงจะเริ่มพิจารณารายละเอียดเฉพาะแต่ละมาตรฐานต่อไป

            LTE พัฒนาโดย 3GPP (กลุ่มพัฒนาของ GSM ที่มีบริษัท อีริคสัน นำทีม) ในขณะที่ UMB พัฒนาขึ้นโดย 3GPP (กลุ่มพัฒนา CDMA 2000 ที่มีบริษัท ควอลคอมม์ นำทีม) และ WiMAX II พัฒนาโดย WiMAX Forum (นำทีมโดยบริษัท อินเทล)เทคโนโลยีทั้งหมดที่ใช้กับ 4G จะเป็นแบบแพ็คเกท สวิตซ์ ที่ใช้ IP ในขณะที่ปัจจุบันเทคโนโลยี 3G ซึ่งประกอบด้วย WCDMA, HSDPA, CDMA2000, และ EVDO มุ่งเน้นที่จะพยายามทำให้การสื่อสารด้านเสียงพูดมีความสมบูรณ์ที่สุด

            เทคโนโลยีที่ใช้ในการสื่อสัญญาณทุกมาตรฐานจะใช้เทคโนโลยี OFDA (Optical Frequency Division Access) ยกเว้นในส่วนอัพลิงค์ของ LTE ที่ใช้ single-carrier FDMA (Frequency Division Multiple Access) เพื่อปรับปรุงด้าน power efficiency เท่านั้น ทั้งนี้ UMB ให้การรับรองว่าสามารถสื่อสารข้อมูลได้ด้วยความเร็วสูงถึง 288 Mb/s (ด้วย 20 MHz band) ในขณะที่ LTE ทำได้ที่ 250 Mb/s ส่วน WiMAX II ทำได้เกินกว่า 1 Gb/s ขณะหยุดนิ่ง

การพัฒนาไปสู่มาตรฐาน 4G
            ย้อนกลับไปดูประวัติการพัฒนาของเทคโนโลยี 4G แล้ว จะเห็นว่าเป็นอีกเทคโนโลยีหนึ่งที่มีหนทางการพัฒนาที่ค่อนข้างยาวนาน หลายๆกลุ่มและหลายๆองค์กรที่มีส่วนได้ส่วนเสียกับผลลัพธ์สุดท้ายได้เข้ามาเกี่ยวข้องด้วยมากมาย ซึ่งในจำนวนนี้ประกอบด้วยองค์กรพัฒนามาตรฐาน (SDO - Standards Development Organizations) , สมาคมอุตสาหกรรม และบรรดาบริษัทต่างๆ (เช่น OEM) โดย SDO ที่สำคัญๆหลายองค์กรเป็นองค์กรระดับภูมิภาคที่ไม่แสวงหากำไรและบางองค์กรมี ฐานะเป็นองค์กรของรัฐ เช่น ETSI ในยุโรป CCSA ในจีน และ TTA ในเกาหลี สมาคม 3GPP และ 3GPP2 ก็เป็น SDO ทางอุตสาหกรรมที่พัฒนาและดูแลมาตรฐานของเทคโนโลยี 2G และ 3G อยู่ด้วยในขณะนี้ 

            ขณะ นี้ ITU พยายามโน้มน้าวในการประชุมต่างๆทั่วโลกให้ช่วยกันเร่งพัฒนามาตรฐาน 4G ให้มากขึ้น แต่ก็ยังไม่เป็นที่แน่นอนว่าเราจะได้เห็นมาตรฐานของ ITU ได้ก่อนหรือหลัง ค.ศ. 2010 ตามที่ ITU เคยคาดหมายไว้ก่อนหน้านี้ ยังมุ่งที่การรับ-ส่งข้อมูลให้เร็วๆขึ้น อย่างไรก็ตามนิยามหรือมาตรฐาน 4G ยังไม่เห็นชัด 

              4G นั้นจะให้บริการใหม่ๆ อีกมากมาย เช่น Interactive TV (คือโทรทัศน์ที่สื่อสารได้สองทาง) รวมถึงโทรทัศน์ที่ใช้รับชมผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ตได้ สามารถรองรับระบบการทำงานแบบเคลื่อนที่ด้วย นอกจากนั้นระบบโทรศัพท์ยังต้องรองรับระบบการทำงานที่สามารถสนทนาต่อเนื่องระยะยาวได้แบบ Always-on ซึ่งทำให้หน่วยชี้วัดการทำงานของระบบโทรศัพท์เปลี่ยนไปเป็น Gbit/s/km คือกล่าวได้ว่าจะเทียบอัตราเร็ว (ระดับ 10,000,000,000 bit) ต่อวินาที และต่อกิโลเมตรด้วย ที่สำคัญต้องมีค่าบริการที่ต่ำมาก สามารถใช้งานเชื่อมต่อได้ทั้ง 2G 3G และเทคโนโลยี WiMAX OFDMA MIMO แบบ Real time ต่อเนื่องทิศทางของโลกโทรคมจะไปเป็น IP-Based

            การเชื่อมต่อเครือข่าย 4G นั้นกล่าวง่ายคือ ตัวลูกข่าย (Terminal) นั้นจะเชื่อมต่อเครือข่ายแบบ Pico Cell ก่อน ซึ่งแต่ละ Pico Cell นั้นจะเชื่อมต่อกันอยู่ภายใต้โครงข่ายร่มใหญ่ (Umbrella Cell) ซึ่งก็คือเครือข่าย 3G และ WiMAX นั่นเอง

สรุป
            4G เป็นระบบที่รองรับการหลอมรวมทางเทคโนโลยี (Convergence of Technology) ทั้งในเทคโนโลยีอดีตและเทคโนโลยีแห่งอนาคตเข้าสู่โลก IP ในรูปแบบ Packet-Based และเป็นเทคโนโลยีสื่อสารยุคใหม่ที่พัฒนามาเพื่อความต้องการของมนุษย์ซึ่งมี รับส่งข้อมูลความเร็วสูง มีความสามารถติดต่อสื่อสารได้ทั้งภาพและเสียง ตลอดจนข้อความภาพและยังคุณสมบัติพิเศษคือ สร้างภาพ 3 มิติที่มีการถ่ายโอนข้อมูลถึง 100 เมกะบิตต่อวินาที สามารถค้นหาตำแหน่งต่างๆทั่วโลกได้ และจะทำให้เราเข้าสู่ยุดอนาคตอย่างแท้จริง แต่เทคโนโลยีนี้อยู่ในช่วงการทดลองศึกษา และหวังว่าในอนาคตจะทำให้เทคโนโลยีนี้มีประโยชน์ต่อมนุษย์ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง

ที่มา www.vcharkarn.com