fbpx Skip to content

สรุป! วิวัฒนาการสัญญาณมือถือรุ่นกระติกน้ำ พัฒนาตั้งแต่โทรออกรับสาย มาเป็น 5G ได้ยังไง

Main

ใครจะไปรู้ว่าเมื่อวันที่อินเตอร์เน็ตมือถือมีให้ใช้สะดวกสบายกว่าจะมาถึงในวันนี้ เบื้องหลังการเดินทางของสัญญาณที่เรามองไม่เห็นในอากาศ มันมีวิวัฒนาการมาจากการส่งคลื่นวิทยุ แค่รับ โทร ออกจากเครื่องอุปกรณ์ขนาดกระเป๋าหิ้ว หนวดกุ้งยักษ์กันไปแล้ว มาดูกันดีว่ากว่าเน็ตมือถือเร็วแรง ราคาปีละไม่กี่พันบาท เราผ่านการเดินทางอะไรกันมาแล้วบ้าง โดยแบ่งเป็นเจนเนเรชั่น (G)

1G ยุคอนาลอคแค่รับและโทรออก

ในการพัฒนาโทรศัพท์ในรุ่นแรกเป็นการใช้คลื่นวิทยุในการรับส่งเสียง ซึ่งการทำงานของมันนั้นเป็นเพียงคลื่นวิทยุที่ไม่มีการรักษาความปลอดภัย ใครดักฟังก็ได้และสัญญาณก็หลุดขาดหายง่าย ด้วยความเป็นอนาลอคของสัญญาณ ถ้าคิดไม่ออกขอให้จินตนาการถึงทีวีสมัยหนวดกุ้งที่มีภาพซ่าๆ ชัดๆ แค่ปรับตำแหน่งของสัญญาณ แต่ถ้าเป็นสัญญาณดิจิตอลจะมีแค่รับสัญญาณได้แบบชัดเจน หรือ รับไม่ได้เลย เช่นเดียวกับคลื่นมือถือที่ถูกพัฒนาต่อไปเป็นเวอร์ชั่นดิจิตอลเต็มตัวมากขึ้น สามารถส่งข้อมูลหากันด้วยความเร็ว 2.4 Kbps

2G รับสาย โทรออก ส่งข้อความหากันได้

ในยุคนี้เริ่มมีการเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีทั้งการปรับปรุงสัญญาณจากสัญญาณวิทยุ ให้เป็นคลื่นไมโครเวฟ โดยมีการพัฒนาทั้งความปลอดภัยในการรับส่งข้อมูลโดยที่การส่งข้อมูลจากจุด A ไป B จะใช้การแปลงเสียงให้เป็นสัญญาณ 0 1 0 1 1 0 1 1 โดยที่จะมีการเข้าใจเพียงอุปกรณ์ที่กำลังส่งข้อความหากันเท่านั้น จึงสามารถแก้ปัญหาการถูกสอดแนมระหว่างทางกันได้ดี โดยนอกจากนี้การเข้ามาของ 2G ยังสามารถส่งข้อมูลให้กันด้วยความเร็วสูงสุด 64 Kbps ความเร็วระดับนี้สามารถส่งข้อความหากันระหว่างเครื่องมือถือสองเครื่องได้อย่างสะดวกสบาย ก่อนจะมีการพัฒนาระบบ 2.5G และ 2.75G ที่เป็นการปรับปรุงและพัฒนาความเร็วในการรับส่งให้สูงสุด 1 Mbps ถ้าใครทันจะคงจำการส่ง MMS หรือการส่งรูปภาพพร้อมข้อความหากัน ซึ่งเป็นการพัฒนาขึ้นอีกขั้นก่อนจะก้าวกระโดดด้วยเทคในโลยีรุ่นที่ 3

3G คือการก้าวกระโดดของเทคโนโลยี

หลังจากที่มีการประมูลคลื่นใหม่ในประเทศไทยในปีพ.ศ. 2555 เรามีโอกาสได้เห็นมือถือที่เป็นคอมพิวเตอร์มากมายหลายรูปแบบยิ่งขึ้น จากเทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังการทำงานของคลื่นนี้ คือการสามารถเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ตได้ตลอดเวลา ไปพร้อมกับการปรับปรุงสัญญาณเสียงที่บีบอัด ก่อนจะส่งไปยังปลายสายที่ปลายทาง โดยใน 3G รุ่นแรกนั่นทางสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศของสหประชาชาติกำหนดมาตรฐานความเร็วคงที่ของมันอยู่ที่ 2 Mbps โดยที่ถ้ามีความเร็วรับสูงที่มากกว่า 384 Kbps จนการพัฒนาต่อยอดมาเป็น 3.5G ที่รับส่งสัญญาณได้ทางทฤษฏีที่ 42 Mbps 

ถ้าจะอธิบายได้อย่างเห็นภาพคือ เสาสัญญาณ 1 ต้นจะปล่อย 3G ออกมาที่ความเร็ว 42 Mbps ฉะนั้นถ้าหากมีคนต่อสัญญาณที่หน้าตู้พร้อมกัน 10 คนก็จะเฉลี่ยความเร็วหารกัน ทำให้ในช่วงนั้นค่ายโทรศัพท์ต่างกันพัฒนาเสาสัญญาณ ติดตั้งให้ได้มากที่สุด เพื่อรองรับการรับส่งอินเตอร์เน็ตให้พอกับลูกค้าจนเป็นการต่อยอด ขยาย ทะลวงความเร็วรับส่งสัญญาณให้มากขึ้นทวีคูณด้วยเทคโนโลยีในยุคต่อไป

4G ทำให้คนเข้าถึงอินเตอร์เน็ตในราคาที่เข้าถึงได้

ถ้าสามจีเป็นการสร้างระบบกระจายอินเตอร์เน็ตผ่านมือถือได้แล้ว 4G จะเป็นตัวที่ทำให้อินเตอร์เน็ตมือถือเร็วขึ้นอย่างทวีคูณ และสามารถไลฟ์วีดีโอละเอียดสูง เข้าถึงอุปกรณ์ที่หลากหลาย เพราะ Bandwidth ที่เปรียบเสมือนถนนกว้างขึ้น 3 เท่าจาก 42 เป็น 150 Mbps ลดความล่าช้าของการรับส่งข้อมูล ทำให้ระหว่างวีดีโอคอลกันจะเหมือนกับคุยกันตรงหน้ามากขึ้น (Low latency) ถึงแม้ในตอนแรกจุดอ่อนของ 4G คือส่งได้เพียงอินเตอร์เน็ตเท่านั้น เมื่อมีโทรศัพท์เข้าเครื่องจะกลับไปรับคลื่น 3G และอินเตอร์เน็ตจะหลุดในระหว่างโทร แต่ปัจจุบันมีการพัฒนาระบบ VoLTE ให้สามารถใช้งานทั้งเน็ตทั้งโทรได้ในคราวเดียวกัน

เทคโนโลยีเบื้องหลังของมือถือ 4G นั้นมีมากมายแต่เราจะเลือกไฮไลต์ของเทคโนโลยีมาให้

  1. Multiple Input Multiple Output : MIMO
    เทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังความเร็วและความกว้างของการรับส่ง คือการทำให้เสาอากาศมือถือของเรามีตัวส่งคลื่นอย่างน้อย 2 ช่องสัญญาณ ส่งออกไปที่เสาโทรศัพท์ที่มีตัวรับอย่างน้อย 2 ตัวรับ

    เปรียบเทียบเป็นการส่งพัสดุไปต่างจังหวัด 10 ชิ้น โดย 2 กล่องส่งไปทางรถไฟ อีก 2 กล่องส่งไปทางรถบรรทุก โดยข้อดีของเทคโนโลยีนี้ช่วยในกรณีที่ส่งไปทางรถบรรทุกแล้วเกิดรถติด แทนที่ของจะไปถึงช้าหรือส่งไปไม่ถึงเลยถ้าเกิดระบบล่ม มันจะเลือกช่องทางอื่นให้ส่งได้เช่นกัน 

  2. Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM
    เป็นอีกเทคโนโลยีที่ทำให้การรับส่งข้อมูลนั้นกว้างและไม่ชนกัน โดยในอดีตการส่งคลื่นจะแยกกันชัดเจน 1 คลื่น 1 ท่อสัญญาณทำให้มีความเร็วต่ำ

จากการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ขึ้นมาเป็นการบีบอัดคลื่นหลายความถี่เข้าด้วยกัน โดยที่ทำให้จุด Peak ของแต่ละคลื่นไม่ชนกัน ทำให้การปล่อยสัญญาณครั้งเดียว สามารถทำความเร็วได้หลายเท่ากว่าเทคโนโลยีแบบเดิม

5G คือการทำให้ส่งข้อมูลก้อนใหญ่ ในความดีเลย์น้อย

การต่อยอดจาก 4G เดิมคือการต้องการอินเตอร์เน็ตที่เร็วมหาศาล และดีเลย์ที่น้อยลงมากที่สุด เพราะความต้องการแรกของการพัฒนาคือการใช้ 4G เดิมนั้นเริ่มไม่พอใช้งานจากการที่มีคนใช้มือถือจำนวนมาก ต้องติดตั้งตัวกระจายสัญญาณมากขึ้น รวมถ้าวีดีโอคอลจากไทยไปอเมริกา ปัญหาที่เจอคือบางทีปากกับเสียงไม่ตรงกัน ภาพกระตุกเป็นช่วงๆ การเข้ามาของ 5G ต้องการที่ทำให้ความช้าการรับส่งสัญญาณข้ามโลกนั้นลดลง หวังว่าการบังคับหุ่นยนต์ผ่าตัดจากศาสตราจารย์ที่อเมริกา ผ่าตัดคนไข้ผ่านอินเตอร์เน็ตที่กรุงเทพฯได้ ซึ่งจะทำให้คนไข้เข้าถึงหมอเก่งๆโดยไม่ต้องเดินทางข้ามโลกได้ แต่จริงๆแล้วทางปฏิบัติทำได้แบบนั้นจริงๆหรือเปล่า?

การปรับปรุงสัญญาณความเร็วในเทคโนโลยีนี้เกิดจากปัญหาการใช้งานคลื่นของเราในปัจจุบันที่ความถี่ 1-10 GHz นั้นเราใช้งานได้หนักหน่วงมหาศาลเกินพอที่จะแทรกสัญญาณใหม่เข้าไป ยกตัวอย่างคลื่น Wifi ที่ใช้กันปัจจุบันเราจับที่ 2.4 GHz และ 5 GHz ขณะที่ 4G ก็มีตั้งแต่ 850 MHz 900 MHz 1.8 GHz 2.1 GHz 2.4 GHz

สัญญาณทีวีดิจิตอลที่ 700 MHz คลื่นดาวเทียม 3.5 GHz และอื่นๆมากมายที่แย่งกันใช้งานในช่วงคลื่นความถี่ดังกล่าว เป็นที่มาของการย้ายคลื่นให้หลีกหนีจากความถี่ช่วงดังกล่าว

กฏของฟิสิกส์คือยิ่งคลื่นมีความถี่มากเท่าไหร่ จะมีความเข้มข้น (ส่งสัญญาณได้มากขึ้น ส่งข้อมูลได้ปริมาณมากขึ้น) แต่มันมีพลังการทะลุทะลวงที่ต่ำ ผ่านกำแพง ผ่านประตู ก็ทำให้ความเร็วดรอปลงมหาศาล แต่ก็เป็นที่มาของจุดแข็งการพัฒนาความเร็วอินเตอร์เน็ตสูงขึ้นมากๆ โดยใช้ช่วงคลื่น 24-100 GHz ที่ยังไม่มีใครนำมาใช้งาน

แต่พอใช้งานจริงในประเทศไทย มีการใช้คลื่น 700 MHz , 2.6GHz และ 26 GHz เข้ามาใช้งาน กล่าวคือใช้ 5G ความเร็วต่ำสามารถกระจายได้ไกลสำหรับพื้นที่คนใช้น้อย ความเร็วปานกลางกระจายได้วงแคบกับพื้นที่ชุมชน และความเร็วสูงมากวงแคบมากใช้กับพื้นที่คนเยอะมากอย่างงานอีเว้น หรืออื่นๆ โดยมีการเพิ่มเทคโนโลยีตัวอย่าง ดังนี้

  1. Massive mimo
    ยิ่งคลื่นความถี่ต่ำ ตัวรับสัญญาณต้องใหญ่มากยิ่งขึ้น แต่พอเป็นคลื่นที่ความถี่สูงความทะลุทะลวงต่ำ ตัวรับส่งสัญญาณมีขนาดเล็ก และสามารถรวมกันเป็นตัวรับส่งสัญญาณปริมาณมหาศาล ซึ่งแก้ปัญหาในกรณีที่คลื่นความถี่สูงมากๆ แม้แต่ต้นไม้ หรือเงาตึกก็ทำให้สัญญาณขาดหายได้ ฉะนั้นทางแก้คือการกระจายเสาสัญญาณในรัศมี 10-100 เมตรเพื่อรักษาความสมดุลของสัญญาณนั่นเอง
  2. Beamforming
    จากการกระจายสัญญาณของคลื่น 4G เดิมนั้นเป็นการรวมเสาส่งสัญญาณไว้ที่เสาต้นเดียว ทำให้มือถือจะเลือกรับสัญญาณจากคลื่นที่มีความเข้มสูงที่สุดแต่ปัญหาคือคลื่นจากเสาต้นเดียวกันเกิดการแทรกสอดซึ่งกันและกัน ทำให้ความเร็วในการรับส่งสัญญาณเหมือนคนที่ตะโกนคุยกันในร้านเหล้า ต้องใช้ทั้งพลังงานมากขึ้นแต่ประสิทธิภาพลดลง

    เทคโนโลยี Beamforming ใน 5G จะเปลี่ยนจากการกระจายสัญญาณไปรอบๆบริเวณของเสาสัญญาณ เป็นการยิงสัญญาณไปที่คนใช้งานเป็นจุดๆ ข้อดีคือทำให้คลื่นและความเข้มข้นไม่รบกวนกัน ทำให้ความเร็วสูง แต่ข้อเสียคืออุปกรณ์การเดินทางของคลื่น ผ่านสิ่งกีดขวางนั่นเอง

สรุป

จนมาถึงทุกวันนี้ที่มีการพัฒนาเทคโนโลยี 6G อยู่ แต่เทคโนโลยี 5G เองก็ยังไม่ได้รับการตอบรับที่แพร่หลาย ด้วยข้อจำกัดทางโครงสร้างพื้นฐาน ทำให้ 5G เองไม่ได้เอามาผ่าตัดข้ามโลก หรือ ใช้กับรถยนต์ไร้คนขับในปัจจุบัน เพราะทั้งอุปกรณ์ทั้งสองฝั่ง เซิพเวอร์ของทั้งสองทางที่อาจจะอยู่ห่างไกลกัน หรืออีกฝั่งใช้ 3G อีกฝ่ายใช้ 5G ที่ความเร็วรับส่งก่อนเข้ามือถือนั่นไม่แรงเท่ากัน ก็ทำให้การเชื่อมต่อระหว่างกันไม่เสถียรและดีเลย์น้อยจริงเหมือนอย่างที่ทุกฝ่ายคาดไว้ ฉะนั้นต้องรอการพัฒนาต่อยอดในอนาคตที่คงไม่นานอาจจะได้เห็นกัน


References :
Source1
Source2
Source3
Source4
Source5
Source6
Source7