site-logo

อะไรคือ 4G LTE, LTE-A, CA ไหนจะ MIMO อีก ที่เขาพูดกัน (คำเตือน ใหญ่ยาวมาก)

by arnondora on January 05, 2018

จุดเริ่มต้นของบทความนี้คือพึ่งเครือข่ายไปใช้ของค่ายเขียว (Nvidia แน่นวล #ผิด) เพราะค่ายฟ้ามันช้าซะเหลือเกินประกอบกับเปลี่ยนไปใช้ Pixel 2 XL ที่มาพร้อมกับ Modem X16 จาก Snapdragon ที่โคตรจะเร็ว ฟิลลิ่งเหมือนกับเอารถสปอร์ตไปวิ่งบน กทม เลย วันนี้ก็เลยจะมาไขความ งง ของเทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังของเทคโนโลยีการสื่อสารที่เราใช้กันบนอุปกรณ์เคลื่อนที่กัน

คำเตือนมันจะมีบางส่วนที่อาจะลงลึก ถ้ายาวไปไม่อ่านก็ข้ามส่วนที่เป็น Technical ไปได้

ส่วนประกอบของการสื่อสาร

Component of Communication

การสื่อสารเราจะประกอบด้วย ผู้ส่งสาร, สาร, ตัวกลาง และผู้รับสารใช่ม่ะ ในการสื่อสารไร้สาย ผู้ส่ง และ ผู้รับสารก็คือเครื่องโทรศัพท์ สารคือข้อมูลที่ผู้ส่งสารต้องการส่งถึงผู้รับสาร และ ตัวกลางก็คงไม่ใช่บุรุษไปรษณีย์ แต่เป็นอากาศ

Maxwell & Marconi James Maxwel ทางซ้าย และ Guglielmo Marconi ทางขวา

ใช่ครับ ณ ตอนนี้เราส่งข้อมูลผ่านอากาศกัน ซึ่งถามว่าแล้วเราจะส่งยังไง อันนี้ต้องย้อนกลับไปเมื่อปี 1867 ที่คุณลุง Maxwell พิสูจน์แล้วว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีอยู่จริง และในปี 1896 ที่ Guglielmo Marconi คุณลุงเจ้าพ่อแห่ง Wireless ส่งสัญญาณไปที่เรือที่อยู่ห่างจากฝั่ง 29 km ได้ 📻 จากนั้นมาเราก็ใช้หลักการที่คุณลุง Marconi (ชอบเรียกว่า มักกะโรนี เพราะมันอร่อย 🤩) มาสร้างเป็นวิทยุ และกลายเป็นสัญญาณโทรศัพท์ที่เราใช้จนถึงปัจจุบัน

ถ้าเราพูดถึงคลื่น กสทช บอกว่า คลื่นคือสมบัติของชาติ (แต่ชาติไม่ได้สร้าง แต่ก็ช่างเถอะ) เพราะเราถือว่าคลื่นเป็นสิ่งที่มีอยู่อย่างจำกัด และต้องการการจัดระเบียบ ลองนึกดูนะครับว่าถ้าเราฟังวิทยุช่อง A ที่ความถี่นึง แล้วพอเดินไป 5 ก้าวช่องความถี่เดิมแปลงร่างเป็นอีกช่องนึงคงจะงงมากมาย

ฉะนั้น กสทช เข้ามาทำหน้าที่ในการจัดสรรคลื่นความถี่ อย่างที่เราเคยได้ยินกันว่า กสทช จะเปิดประมูลคลื่นความถี่นี้ ๆ นั้น ๆ ออกมา ก็คือ กสทช กำลังจะเปิดประมูลให้เช่า (ย้ำนะว่า เช่า) คลื่นความถี่ไปใช้กันผ่านการให้สัมปทาน เพราะฉะนั้นผู้ให้บริการอย่าง AIS, DTAC และ True ก็คือถือสัมปทานบอกว่า ฉันสามารถปล่อยคลื่นสัญญาณที่ความถี่นี้ ๆ เพื่อทำใช้ในการทำ 4G 3G อะไรก็ว่ากันไป

จากตรงนี้จะทำให้เราเห็นว่าแต่ละผู้ให้บริการได้รับการจัดสรร คลื่นความถี่ อย่างจำกัด (อย่าเรียกว่าเขาได้ จัดสรร เลย เรียกว่าเขา เช่า ได้จำกัดละกัน)

High vs Low Frequency Comparison High vs Low Frequency Comparison

คลื่นความถี่แต่ละย่านก็จะให้ข้อดี ข้อเสียต่างกัน เหมือนที่เราเรียนกันในฟิสิกส์กันแล้วว่า ความถี่แปรผกผันกับระยะทาง หมายความว่า ยิ่งความถี่สูงก็ยิ่งส่งข้อมูลได้ไกลน้อยลงนั่นเอง แต่ความถี่สูงก็มีข้อดีที่สามารถส่งข้อมูลได้รวดเร็วกว่า (ส่วนเพราะอะไร ไม่ขอเล่าละกัน จะยาวเกิน ไว้ถ้าใครอยากรู้ก็ลองไปหาดูครับ มันเรียนในฟิสิกส์เด็ก ม.ปลาย) ด้วยความถี่ที่แปรผกผันกับระยะทางทำให้ การที่เครือข่ายจะทำให้ตัวเองครอบคลุมทั่วมากขึ้นก็คือการเพิ่ม เสา (Cell Site)

Many Cell Sites

ปัญหาก็มาอีก คือยิ่งเพิ่มเสาเยอะก็ทำให้เกิด Operation Cost เยอะขึ้นนั่นเอง เพราะฉะนั้นวิธีการแก้ปัญหาง่าย ๆ อย่างหนึ่งคือการถือครองย่านความถี่ต่ำไว้สักหน่อย เพื่อให้เพิ่มพื้นที่ครอบคลุมได้ง่ายขึ้นนั่นเอง

Cellular Network

เพิ่มเติม ลืมเล่าไปว่าพวก Network พวกนี้เราเรียกมันว่า Cellular Network เพราะว่า เรามองว่าคลื่นที่ไปได้ใน 1 เสาคือ ช่อง ๆ นึง พอรวมกัน มันก็จะเป็น Grid เราเลยเรียก Network พวกนี้ว่า Cellular Network

วิวัฒนาการของเทคโนโลยีไร้สารจาก 1G สู่ 4G

ปีนี้ 2018 คงไม่มีใครที่ไม่รู้จักคำว่า 4G กันแล้ว

4G ที่แท้จริงแล้วนั้นมันคืออะไรกันแน่ ? 🧐

คำว่า 4G จริง ๆ แล้วมันย่อมาจากคำว่า 4th Generation หรือรุ่นที่ 4 นั่นเอง แปลว่า ถ้ามีรุ่นที่ 4 มันก็จะต้องมีรุ่น 1, 2, 3 แน่นอน และแน่นอนอีกว่าหลาย ๆ คนน่าจะเคยผ่านยุคเหล่านั้นมาแล้วแน่นวล 🙀

Nokia Talkman Nokia Talkman

เริ่มต้นกันที่ยุคของ 1G หรือ 1st Generation กัน ในยุคนั้นการสื่อสารไร้สายยังคงอยู่ในรูปแบบ Analog (นึกภาพง่าย ๆ นึกถึงวิทยุบนรถ) ที่ส่งได้แค่เสียง หรือก็คือโทรคุยกันได้เพียงอย่างเดียวเท่านั้น ไม่สามารถส่งข้อความหรือเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ตได้เลย 🗑

Frequency Division Multiple Access Frequency Division Multiple Access

แน่นอนว่าเราคงไม่ซื้อเครือข่ายนึงไว้ใช้คนเดียวแน่ ๆ ทำให้เราจะต้องมีเทคนิคในการทำให้คลื่นที่เรามีอยู่จำกัดใช้ได้หลายคนมากที่สุด เทคนิคที่ใช้ในตอนนั้นคือ Frequency Division Multiple Access หรือ FDMA มองภาพง่าย ๆ ว่า เครือข่ายหรือผู้ให้บริการ ถือคลื่นอยู่ก้อนนึง เช่น 20 MHz ก้อนนึง เราเปรียบเหมือนถนนเส้นนึงที่กว้าง 20m ก็ได้

what is 4g lte 11

แต่ถนนเส้นนี้มีข้อจำกัดของมันคือ ถนนเส้นนี้จะถูกวิ่งได้โดยรถของเจ้าของคนเดียวในเวลาเดียวกัน พอคนแรกใช้เสร็จคนต่อไปถึงจะเข้ามาใช้ต่อ FDMA คือแนวคิดที่เอาถนนเส้นใหญ่ ๆ ที่วิ่งได้ทีละคน ฉีกมันออกมาให้กลายเป็นหลาย ๆ เส้นเพื่อให้คนหลาย ๆ คนสามารถวิ่งหรือใช้งานเครือข่าย ณ ที่นั้น ๆ ได้พร้อมกันหลาย ๆ คนนั่นเอง

what is 4g lte 12

แต่ข้อจำกัดมันอยู่ที่ว่า เราไม่สามารถที่จะซอยถนนออกมาได้เยอะมาก ๆ แบบเป็นหลายร้อยได้ เพราะถ้าเราซอยของให้ออกมาจำนวนชิ้นมากขึ้นสิ่งที่จะตามมาคือ ของมันก็จะชิ้นเล็กลง นึกสภาพว่ามันคือถนน ถ้าเราบอกว่า เรามีถนนกว้าง 20 เมตร รถคันนึงกว้าง 1 เมตร ฉะนั้นความกว้างของถนนน้อยที่สุดที่จะเป็นไปได้คือฉีกออกมาเส้นละ 1 เมตร ไม่ต้องพูดถึงน้อยกว่าเมตรเลย ไม่งั้นเราคงได้ตัดรถออกมาแล้ววิ่งไปทีละเสี้ยวแล้ว

what is 4g lte 13

แต่ในความเป็นจริงแล้ว การที่รถเรากว้าง 1 เมตร แล้วถนนเราซอยออกมาเส้นละ 1 เมตรก็คงวิ่งกันลำบาก เพราะต้องมานั่งกลัวว่า ฉันจะไปเฉียวใครมั้ย เสียวไปหมด ฉะนั้นถนนก็ควรจะแบ่งให้เกิน 1 เมตร เพื่อให้รถวิ่งสวนไปมาได้สะดวกมากขึ้น ในเชิงของการแบ่งสัญญาณเราเรียกสัญญาณที่เราแบ่งเกินมาว่า Guard Band นั่นเอง ตัวอย่างที่เราเห็นได้ง่ายที่สุดจากการใช้ Guard Band คือในวิทยุ เคยสงสัยมั้ยว่า ทำไมเราถึงไม่มีช่อง FM 103.25 หรือ FM 105.14 แต่ทุกช่องดันเพิ่มขึ้นมาทีละ 5 เช่น 105.5, 95.5 สาเหตุก็มาจากการแบ่งเป็น Guard Band นี่ละ

ซึ่งเทคโนโลยี 1G ก็มีหลายตัวออกมาใช้กันทั่วโลก เช่น Advance Mobile Service (AMPS) ที่ใช้ใน US ส่วนในไทยตอนนั้นใช้เป็น Total Access Communication System (TACS) ที่วิ่งอยู่บนย่านความถี่ 900 MHz

Nokia 3310 Nokia 3310

มาในยุคของ 2G ก็มีการพัฒนาในเรื่องของการส่งข้อมูลจากส่งเป็น Analog ใน 1G มาใน 2G ก็เปลี่ยนไปใช้การส่งแบบ Digital แทน ข้อดีของมันคือ เรื่อง Security เพราะเราสามารถทำการเข้ารหัสสัญญาณได้ดีขึ้น (ถ้าเป็น Analog การเข้ารหัสสัญญาณนั้นทำได้ยากกว่า Digital เยอะ) อีกหนึ่งข้อดีคือเราสามารถส่งข้อมูลประเภทอื่น ๆ ที่ไม่ใช้เสียงได้ SMS ที่ใช้ส่งข้อความ และ General Packet Radio Service (GPRS) ที่เป็นการรับส่ง Data ก็เกิดมาในยุคของ 2G นี่แหละ กับ Enhanced Data-rates for Global Evolution (EDGE) ที่ตามมาในยุค 2.5G

Time Division Multiple Access Time Division Multiple Access

เนื่องจาก FDMA ใน 1G ทำให้เราซอยคลื่นสัญญาณเพื่อให้คนใช้เป็นจำนวนมากทำได้ยาก ใน 2G จึงมาพร้อมกับสิ่งที่เรียกว่า Time Division Multiple Access หรือ TDMA ⏱ ที่จะไม่ได้ซอยคลื่นความถี่ละ มันมาซอยเวลาแทน ทำให้ถนนเส้นเดียวกันสามารถแบ่งกันวิ่งได้หลาย ๆ คนในเส้นเดียว แต่แค่ต้องแบ่งเวลาวิ่งเท่านั้น ทำให้รับผู้ใช้งานได้เป็นจำนวนที่มากกว่า FDMA

นอกจากนั้นการมาถึงของเทคโนโลยี 2G ทำให้เกิดมาตรฐานในการคุยกับเสา และวิธีการในการส่งข้อมูลระหว่างเสาที่เป็นมาตรฐานมากขึ้น ทำให้เกิดระบบที่เรียกว่า Global System for Mobilization (GSM) ทำให้มือถือเครื่องเดียวสามารถเดินทางไปใช้ในหลาย ๆ ประเทศได้หรือที่เราเรียกกันติดปากว่า Roaming

GSM System Architecture GSM System Architecture

อธิบายลงลึกเข้าไปอีก อันนี้ Geek Only ในระบบ GSM มันก็จะมีหน้าตาแบบภาพด้านบนเริ่มจากอุปกรณ์เช่นโทรศัพท์, Tablet อะไรก็ว่าไปจะเชื่อมต่อไปที่ Base Transceiver station หรือ BTS (จำว่าจะไปรถไปฟ้า 🚝) จากนั้น BTS ก็จะส่งข้อมูลไปที่ Base Station Controller หรือ BSC และแต่ละ BSC ก็จะเชื่อมต่อไปที่ Mobile Switching Centre หรือ MSC ที่มีหน้าที่เหมือนกับ Router ในการเปลี่ยนเส้นทางคู่สายต้นทางไปถึงปลายทาง นอกจากนั้น MSC ยังเชื่อมต่อกับ 4 Database นั่นคือ

  • Home Location Register (HLR) จะเก็บพวกข้อมูลต่าง ๆ ของผู้ใช้บริการเช่น เบอร์โทรที่ใช้งาน ชื่อ และข้อมูลอื่น ๆ อีกมากมาย
  • Visitor Location Register (VLR) ลักษณะการเก็บข้อมูลจะเหมือนกับ HLR ทุกประการ แต่จะใช้ถูกใช้ในกรณีที่เราทำ Roaming นั่นก็คือ เวลาเรา Roaming จาก Network A ไป B ข้อมูลของเราใน HLR ของ Network A ก็จะวิ่งไปที่ VLR ของ Network B
  • Equipment Identity Register (HIR) จะเก็บเลข IEMI ของอุปกรณ์ที่ลงทะเบียนไว้ คล้าย ๆ กับเลขบัตรประชาชนของโทรศัพท์ละกัน อุปกรณ์เคลื่อนที่ทุก ๆ เครื่องบนโลกจะมีหมายเลขประจำตัว หรือ IEMI ที่ไม่เหมือนกันเลยสักเครื่อง
  • Authentication Centre (AUC) จะเก็บพวก Authentication Key สำหรับดูแลเรื่องของการเข้ารหัสต่าง ๆ

ทีนี้ถามว่าแล้วเราจะเข้ารหัสสัญญาณได้อย่างไร การที่เราจะใช้งานเครือข่ายได้ เราก็ต้องมี SIM หรือเต็ม ๆ คือ Subscriber Identity Module คล้าย ๆ กับเราถือ Visa ในการใช้งานเครือข่าย ซึ่งใน SIM ก็จะมีข้อมูลหลายอย่างเช่น Personal Indentification Number หรือ PIN, PUK หรือ PIN Unblocking Key, Temporary Subscriber Identity หรือ TIMSI

IMSI

และส่วนที่สำคัญมากคือ International Mobile Subscriber Identity หรือย่อ ๆ ว่า IMSI เพราะมันจะประกอบด้วยของ 3 อย่าง Mobile Country Code (MCC), Mobile Network Code (MNC) และ Mobile Subscriber Identity (MSIN) ความยาวทั้งหมดจะอยู่ที่ 128 Bits ที่เป็นการบอกว่า เรา Register อยู่ประเทศไหนผ่าน MCC, เครือข่ายอะไรผ่าน MNC และ ID อะไรผ่าน MSIN เพราะฉะนั้นการที่เรากดเบอร์โทรศัพท์ก็เหมือนกับเราใส่รหัสเพื่อให้เราสามารถเข้าถึงสายปลายทางได้นั่นเองงง

และแน่นอนว่าเทคโนโลยี 2G ก็มีอยู่หลายตัวด้วยกันเช่น Personal Digital Cellular (PDC) ที่ใช้ในญี่ปุ่น ถ้าในไทยก็จะเป็น Global System for Mobile (GSM) ที่อยู่บนย่านความถี่ 900 และ 1800 MHz

Code Division Multiple Access Code Division Multiple Access

มาในยุคของ 3G ที่ทำการแก้ไขปัญหาที่ว่า ถนนมันต้องแบ่งกันวิ่ง แต่เราอยากให้ถนนเส้นเดียว ทุกคนวิ่งอยู่พร้อม ๆ กันได้ เหมือนกับถนนทั่ว ๆ ไปในโลกแห่งความเป็นจริงที่ รถคันที่ 1 ไปสถานที่ A ก็วิ่งอยู่บนถนนเดียวกับรถคันที่ 2 ไปสถานที่ B ได้ Code Division Multiple Access (CDMA) จึงถูกนำมาใช้ในการแก้ไขปัญหานี้ ซึ่งดั่งเดิมของมันถูกนำมาใช้ในเชิงของการทหาร เพื่อป้องกันการถูกดักฟัง และอีกหนึ่งข้อดีของมันคือทนต่อคลื่นรบกวนค่อนข้างมาก

CDMA Data Tagging

ซึ่งวิธีในการส่งสัญญาณจะไม่เหมือนกับ FDMA และ TDMA ที่เป็นการแบ่งย่านความถี่ และเวลากัน เพราะ CDMA จะใช้ลักษณะคล้าย ๆ กับการแปะป้ายว่าข้อมูลก้อนนี้มาจากไหน

คำเตือน Geek Only ไม่ใช่ Geek ลงไปอ่านข้างล่างต่อตรง Non-Geek Resume วิธีการทำงานของมันจะเริ่มต้นจาก ทุกคนจะมีข้อมูลชุดนึง เรียกว่า Shift Code จำนวนหลักก็จะขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการจะตั้ง

CDMA Encoding Rule Encoding Rule in CDMA ( ’-’ for slient)

เนื่องจากเรามี 3 สถานะในการส่งคือ ส่ง 1, ส่ง 0 และไม่ส่ง มันก็จะแทน +1 เป็นการส่ง 1 แทน 0 เป็นการไม่ส่ง และส่ง -1 เป็นการส่ง 0

CDMA Multiplexer CDMA Multiplexer

จากภากข้างบนเป็นตัวอย่างว่า เรามีอยู่ทั้งหมด 6 สถานี ทำให้เรามี Shift Code ทั้งหมด 6 ตัว ณ เวลานึงมี Station 1 ต้องการจะส่ง Bit 1 และ Station 2 ต้องการส่ง Bit 0 เราก็จะแปลงด้วยกฏที่พึ่งพูดถึง แล้วก็เอามาคูณกับ Shift Code ของแต่ละสถานี แล้วก็เอาผลลัพธ์จากทุกสถานีมาบวกกัน ก็เรียบร้อย มันก็เหมือนกับเราเอาข้อมูลมาแปะป้ายแสดงความเป็นเจ้าของแล้วจับมันอัดรวมกันลงกล่องแล้วส่ง

CDMA Demultiplexer CDMA Demultiplexer

เมื่อฝั่งขารับต้องการจะถอดค่ากลับมาเป็น Bit เหมือนเดิมสิ่งที่ต้องมี Shift Code ของสถานีที่ต้องการ ก็จับค่าที่รับได้มาคูณกับ Shift Code ของสถานีนั้น ๆ เรียงตัวไป, จับบวกกันให้หมด, หารด้วยจำนวนสถานี (ในข้อนี้คือ 6) แล้วก็แปลงผ่าน Rule เราก็จะได้ Bit กลับมา ปกติก็เป็นอันเสร็จ ด้วยความงามของคณิตศาสตร์ตรงนี้ทำให้คนที่ไม่มี Shift Code ก็ไม่สามารถถอดสัญญาณที่เราไม่มี Shift Code ไม่ได้

Non-Geek Resume ซึ่งแน่นอนเหมือนกับ 1G และ 2G ที่ 3G ก็มีหลายเทคโนโลยีเช่นกัน เช่น CDMA2000 และ Universal Mobile Telecommunication System หรือ UMTS

3GPP Logo 3GPP Logo

มาในยุคของ 4G ที่ต้องการความเร็วที่สูงขึ้น 3G ที่ตอนนั้นถือว่าเร็วก็ช้าไปเลยเมื่อเจอ 4G ต้นกำเนิดของมันมาจาก 3rd Generation Partnership Project หรือ 3GPP ได้พัฒนาเทคโนโลยีตัวนึงที่เร็วกว่า 3G ถึง 10 เท่า ซึ่งได้ถูกตั้งชื่อว่า Long Term Evolution หรือย่อว่า LTE ดั่งที่เรารู้จักกัน

เบื้องหลังของความเร็วในเทคโนโลยี 4G นั้นมาจากการใช้ Orthogonal Frequency Division Multiplexing หรือ OFDM ที่เป็นเทคนิคเดียวกับ WiFi (IEEE 802.11 a/g) ที่ถูกคิดจากนักวิจัยใน Bell Labs ในปี 1996 เพื่อทำให้สามารถรองรับการจราจรได้เป็นจำนวนมากขึ้น และยังรองรับการส่งข้อมูลความเร็วสูงมากขึ้นอีกด้วยถึง 100 Mbps Downlink และ 50 Mbps Uplink โดยใช้ความกว้างของสัญญาณอยู่ที่ 20 MHz และยังรองรับการใช้งาน Multiple-Input-Multiple-Output หรือ MIMO

rthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiplexing

แนวคิดของ OFDM คือจับคลื่นมาซอยออกเป็นชิ้น ๆ เยอะ ๆ เรียกว่า Sub-Carrier ซึ่งแต่ละ Sub-Carrier ก็จะถูก Modulate โดย Modulation Scheme ต่าง ๆ แล้วแต่กำหนดเช่น ASK, FSK, PSK หรือ QAM (ขอไม่เล่าพวก ASK อะไรพวกนั้นนะ ไม่งั้นยาวว) แล้วจับแต่ละ Sub-Carrier มารวมกันเป็นคลื่นเดียวโดยอาศัยเทคนิค Fast Fourier Transform (FFT) ซึ่งจะขอไม่ลงลึกไปมากกว่านี้ก่อนที่จะพาไป Proof ที่มาของมัน

ในเวลาเดียวกันที่เทคโนโลยี LTE ออกมา Worldwide Interoperability for Microwave Access หรือ WiMax ที่เป็นลูกหลานของ CDMA2000 ก็ออกมาตามกัน ทำให้มี 2 เทคโนโลยีเกิดขึ้นมาในยุคของ 4G ซึ่งหลาย ๆ ประเทศส่วนใหญ่ทั่วโลกก็ไปใช้ LTE กัน แต่ WiMax ก็ไม่ได้หายไปไหน เพราะมีอยู่อีกหลายประเทศเช่นกันที่นำ WiMax มาใช้ เช่นญี่ปุ่น

LTE-A Logo LTE-A Logo

ทีนี้เวลาผ่านไป ความเร็วมันก็ไม่เคยพอสักที LTE-Advanced หรือ LTE-A ก็ได้ออกมา หลัก ๆ ก็คือ LTE นี่แหละ แต่มีการเติมเรื่องของ Carrier Aggregation, MU-MIMO ที่โหดขึ้น และเริ่มใช้ Modulation Scheme ที่โหดขึ้นไปถึง 256-QAM (จาก LTE ปกติอยู่ที่ 64-QAM) เข้ามาทำให้ทำความเร็วสูงสุดได้มากขึ้นไปอีกถึง 1 Gbps บน Downlink และ 500 Mbps บน Uplink ในทางทฤษฏี (นอกจาก CA, MU-MIMO และ Modulation Scheme แล้ว LTE-A ยังมี Key Technologies อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องอีกเช่น Coordinated Multipoint, LTE Relaying และ Device 2 Device)

256-QAM Constellation Mapping 256-QAM Constellation Mapping Source: http://edadocs.software.keysight.com/display/ads2011/Mapper

อาจจะสงสัยกันว่า QAM คืออะไร ? มันย่อมาจาก Quadrature amplitude modulation คือ Modulation Scheme ตัวนึงพูดง่าย ๆ มันเป็นเทคนิคหนึ่งในการจับ 2 ข้อความมารวมกัน (Modulating) นึกภาพง่าย ๆ ว่ายิ่งเลขหน้า QAM เยอะยิ่งแปลว่าสามารถส่งข้อมูลได้เยอะกว่าเดิมเพราะ 1 Symbol สามารถแทนจำนวน Bit (0/1) ได้มากขึ้น เช่น 1 Symbol ใน 64-QAM ที่ใช้ใน LTE สามารถแทนได้ 6 Bits หรือ 256-QAM ที่ใช้ใน LTE-A ก็จะแทนได้ 8 Bits ทำให้เราสามารถส่งข้อมูลได้เร็วขึ้นไปอีก (ในเชิงทฤษฏีการใช้ 256-QAM ทำให้สามารถข้อมูลได้เร็วขึ้นประมาณ 30% เมื่อเทียบกับ 64-QAM)

ทีนี้ถามว่าในภาพมันคืออะไร ? ก่อนอื่นข้อให้มีภาพ Sine Wave อยู่ในหัวก่อน เริ่มต้นที่ 0 แล้วเหวี่ยงขึ้นไป 90 ไปเรื่อย ๆ ใช่ม่ะ อันนี้ก็เหมือนกัน จุดแต่ละจุดใน Constellation Map จะบอกว่า ถ้ามันเหวี่ยงไปองศานี้มันคือค่าก้อนนี้นะ อย่างในภาพคือ 256-QAM ดังนั้น 1 จุดนึงมันแทน 6 Bits ฉะนั้นเวลาส่งข้อมูลไปเป็น Analog ถ้า Wave เหวี่ยงไปที่ไหน ตัวอ่านก็จะเอามาเทียบกับ Map แล้วแปลค่าออกมาเป็น 6 Bit ตามที่เราเห็นใน Map

อะไรคือ Carrier Aggregation?

Carrier Aggregation หรือ CA คือการที่เราเอาย่านความถี่ หรือเรียกว่า Carrier หลาย ๆ ย่านมารวมกัน ต้องเล่าก่อนว่า ก่อนที่เราจะเอา CA มาใช้ การที่ผู้ให้บริการมี 1 คลื่นความถี่ขึ้นไปในเครือข่าย และ ณ เวลาและสถานที่หนึ่งที่มีผู้ใช้จำนวนน้อยมากก็อาจจะได้ใช้แค่ ย่านความถี่เดียว ทำให้ย่านที่เหลือก็ไม่ได้ใช้งาน จึงเกิดไอเดียที่ว่า

มันจะดีกว่ามั้ยถ้าเราสามารถใช้งานย่านที่ไม่มีใครใช้มาใช้ด้วย

เช่นเราบอกว่าตอนนี้ Carrier A มีคนใช้อยู่ ในขณะที่ Carrier ที่เหลือโล่งเชียว CA เลยบอกว่า โอเค !! งั้นเราให้ทุกคนจับหลาย ๆ ย่านเลย แล้วแบ่งกันส่งข้อมูล ส่งผลให้เราสามารถทำความเร็วได้สูงขึ้นถึง 2-3 เท่าจาก LTE ปกติ เพราะเราหยิบย่านความถี่หลาย ๆ ย่านมาส่งข้อมูลพร้อม ๆ กันนั่นเอง

Operator CA Frequency Bandwidth Expire
AIS 3CA 1800 15MHz 2033
900 10MHz 2030
2100 15MHz 2027
TRUE 3CA 1800 15MHz 2033
900 10MHz 2030
2100 15MHz 2027
850 15MHz 2025
DTAC - 2100 15MHz 2027
1800 25MHz 2018
850 10MHz 2018

อัพเดท ณ วันที่ 1 May 2018

ซึ่งในปัจจุบัน ผู้ให้บริการหลาย ๆ เจ้าก็เปิดให้บริการ LTE-A ที่ใช้ CA แล้ว เช่น AIS 2CA และ True ที่เปิด 3CA กลับมาดูที่ DTAC ที่บอกว่ามีคลื่น 1800 ที่กว้างที่สุดถึง 25MHz ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องที่รองรับ CA ก็ทำให้ได้ความเร็วสูงถึง 150 Mbps (ในทางทฤษฏี) ได้ทันที แต่ในความเป็นจริงเท่าที่ใช้มาก็อื้มม… นะ ก็ลื่นปรื๊ดเลย… 🤐

แน่นอนว่า การที่จะใช้ CA ได้ไม่ใช่แค่เครือข่ายรองรับ แต่โทรศัพท์ก็ต้องรองรับด้วย เพราะฉะนั้นตรวจสอบสเปกโทรศัพท์กันก่อนนะว่ารับ CA มั้ย และถ้ารับจะรับที่ 2CA หรือ 3CA แล้วแต่รุ่นกันไป และแน่นอนว่าการใช้งาน CA ย่อมทำให้อายุการใช้งาน Battery ต่ำลงไปอีก เพราะมันต้องเกาะอยู่หลาย ๆ เสาพร้อมกัน

MIMO

Traditional MIMO Traditional MIMO

แต่การที่เครื่องจะเกาะได้หลาย ๆ ย่านความถี่พร้อม ๆ กันเสาเดียวเกรงว่าจะไม่สามารถทำได้ เทคโนโลยี Multiple-Input-Multiple-Output หรือ MIMO จึงเกิดขึ้นมา เพื่อรองรับการเกาะหลายย่านความถี่ในเวลาเดียวกันนั่นเอง แค่นั้นเลย ซึ่งมันจะขยายไปได้ตั้งแต่ 2x2MIMO, 4x4MIMO และ 8x8MIMO ซึ่งในทางทฤษฏีบอกว่าการเพิ่มจาก 2x2MIMO เป็น 4x4MIMO ทำให้ทำความเร็วทางทฤษฏีเพิ่มขึ้นจาก 150 Mbps เป็น 300 Mbps ได้เลยทีเดียว

จากเมื่อก่อนใน MIMO ปกติเวลาเสาส่งสัญญาณออกมา (เราเรียกว่า Beam ละกัน) ก็จะ Beam ออกมาเป็นแค่ Beam เดียวอาจจะผ่าน 2 เสาส่งสัญญาณ ทุกเครื่องก็จะได้ 2 เสาเท่ากัน และเสาก็ต้องสลับการใช้งานระหว่าง User อีก (มันกินเวลาอยู่แค่หลัก ms เท่านั้น เราไม่รู้สึกแน่นอน แต่ถ้าสลับมาก ๆ เข้าก็มีรู้สึกบ้างแหละ)

Beam Forming Beam Forming

แต่พอมาใน MU-MIMO ก็มีการพัฒนาทำให้ 1 Cell Site สามารถ Beam สัญญาณออกมาได้หลาย Beam มากขึ้น 🔫 โดยการเพิ่มจำนวนเสาส่งต่อ Cell Site เข้าไป และตั้งจูนให้แต่ละเสาส่ง ส่งสัญญาณไปยังทิศทางต่าง ๆ (การจูนให้สัญญาณออกไปในทิศทางต่าง ๆ เราเรียกว่า Beam Forming) ทำให้เครื่องที่เกาะเสาอยู่ก็ไม่ต้องแบ่งกับใคร หรือแบ่งน้อยลง ส่งผลให้เวลาที่เสาต้องสลับคิวส่งข้อมูลก็น้อยลงมาก ทำให้เราสามารถรับส่งข้อมูลได้เสถียรมากขึ้น

สรุป

Beam Forming Source http://blog.commscopetraining.com/cellular-wireless-watch-the-evolution/

เฮ้อ… เหนื่อยเขียนจนเหนื่อย 😰 และทั้งหมดนี่ก็คือวิวัฒนาการของเครือข่ายไร้สายตั้งแต่ 1G จนถึง 4G ที่เราใช้อยู่ในปัจจุบัน เทคนิคและเทคโนโลยีที่เกี่ยวเกือบทั้งหมด นี่คือนั่งเขียนจากสิ่งที่เรียนตอนปี 3 (จำได้ไงฟร๊ะ !! 😱 ความแฟนพันธุ์แท้ Wireless ที่แท้ทรู คนที่เรียนคณะเดียวกันกะเราจะรู้ดีส์ ~~ IEEE802.15 จับเวลาครับ !!! 3 2 Zigbee ครับ !!! ⏳) จริง ๆ ยังมีอีกหลายจุดที่ยังไม่ได้อธิบายโดยเฉพาะพวก Math ที่เป็นเบื้องหลัง ถ้า Request กันมาก็จะมาเขียนให้อ่านกันนะ

Share this article to social network?
How to Hide Your Porn and Sensitive Dataแค่จัด Inbox ให้เรียบร้อย ความสบายที่เราเลือกได้ ✉️เบื้องหลังการทำ Live Blog แบบไฟแลบใน 4 ชมทำไม NLP ภาษาไทยถึงไม่โตสักที

Leave a comment?

Name :
Comment :
Post a comment
Loading Comment(s)
FacebookTwitterGoogle+Email
© 2014-2018 Arnon Puitrakul all right reserved.Code with by @arnondora