เทคโนโลย ี

WCDMA ระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ในยุค 3G

เสนอ ผูชวยศาสตราจารย ธราดล โกมลมิศร

จัดทําโดย

นางสาวลักษมี ชูใจ รหัสนักศึกษา 4840104

การศึกษานี้เปนสวนหนึ่งของวิชา 906701 Data Communication & Information Infrastructure ภาคเรียนที่ 1 ปการศึกษา 2548

สาขาวิชาเทคโนโลยีสารสนเทศและการจัดการ บัณฑิตศึกษาสถาน มหาวิทยาลัยเชียงใหม

2

WCDMA ระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ในยุค 3G

ความเปนมาของโทรศัพทเคล่ือนท่ีเซลลูลาร อเล็กซานเดอรเกร แฮม เบล เปนผูวางรากฐานระบบโทรศัพทไวตั้งแตป พ.ศ. 2419 หรือ

ประมาณรอยปเศษแลว โทรศัพทมีพัฒนาการคอนขางชา เร่ิมจากการสวิตชดวยคน มาเปนการใชระบบสวิตชแบบอัตโนมัติดวยกลไกทางแมเหล็กไฟฟาจําพวกรีเลย จนในที่สุดเปนระบบครอสบาร

ครั้นเขาสูยุคดิจิตอลอิเล็กทรอนิกสและคอมพิวเตอร ระบบโทรศัพทที่ใชไดเปลี่ยนแปลงวิธีการสวิตชมาเปนแบบดิจิตอล มีการแปลงสัญญาณเสียงใหเปนดิจิตอล โดยแถบเสียงขนาด 4 กิโลเฮิรทซตอวินาที ใชอัตราสุม 8,000 คร้ังตอวินาที ไดสัญญาณดิจิตอลขนาด 64 กิโลบิตตอวินาที แถบเสียงแบบดิจิตอลจึงเปนขอมูลที่มีการรับสงกันมากที่สุดในโลกอยูขณะนี้

จนประมาณป 1983 ระบบเซลลูลารเร่ิมพัฒนาขึ้นใชงาน ระบบแรกที่พัฒนามาใชงานเรียกวา ระบบ AMPS (Analog Advance Mobile Phone Service) ระบบดังกลาวสงสัญญาณไรสายแบบ อนาล็อก โดยใชคล่ืนความถี่ที่ 824-894 เมกะเฮิรทซ โดยใชหลักการแบงชองทางความถี่หรือที่เรียกวา FDMA - Frequency Division Multiple Access

ตอมาประมาณป 1990 กลุมผูพัฒนาระบบเซลลูลารไดพัฒนามาตรฐานใหมโดยใหช่ือวา ระบบ GSM-Global System for Mobile Communication โดยเนนระบบเชื่อมโยงติดตอกันไดทั่วโลก ระบบดังกลาวนี้ใชวิธีการเขาถึงชองสัญญาณดวยระบบ TDMA-Time Division Multiple Access โดยใชความถี่ในการติดตอกับสถานีเบสที่ 890-960 เมกะเฮิรทซ

สําหรับในสหรัฐอเมริกาเองก็มีการพัฒนาระบบของตนขึ้นมาใชในป 1991 โดยใหช่ือวา IS - 54 - Interim Standard - 54 ระบบดังกลาวใชวิธีการเขาสูชองสัญญาณดวยระบบ TDMA เชนกัน แตใชชวงความถี่ 824-894 เมกะเฮิรทซ และในป 1993 ก็ไดพัฒนาตอเปนระบบ IS-95 โดยใชระบบ CDMA ที่มีชองความถี่มากขึ้นคือ 824-894 และ 1,850-1,980 เมกะเฮิรทซ ซ่ึงเปนระบบที่ใชรวมกับระบบ AMPS เดิมได

3

พัฒนาการของโทรศัพทแบบเซลลูลารแบงออกเปนยุคตามรูปของการพัฒนาเทคโนโลยีไดดังนี้ ยุค 1G-First generation mobile technology

เปนยุคแรกของการพัฒนาระบบโทรศัพทแบบเซลลูลาร การรับสงสัญญาณใชวิธีการมอดูเลตสัญญาณอนาล็อกเขาชองสื่อสารโดยใชการแบงความถี่ออกมาเปนชองเล็ก ๆ ดวยวิธีการนี้มีขอจํากัดในเร่ืองจํานวนชองสัญญาณ และการใชไมเต็มประสิทธิภาพ จึงติดขัดเรื่องการขยายจํานวนเลขหมาย และการขยายแถบความถี่ ประจวบกับระบบเครื่องรับสงสัญญาณวิทยุกําหนดขนาดของเซล และความแรงของสัญญาณเพื่อใหเขาถึงสถานีเบสได ตัวเครื่องโทรศัพทเซลลูลารยังมีขนาดใหญ ใชกําลังงานไฟฟามาก ในภายหลังจึงเปลี่ยนมาเปนระบบดิจิตอล และการเขาชองสัญญาณแบบแบงเวลา โทรศัพทเคลื่อนที่แบบ 1G จึงใชเฉพาะในยุคแรกเทานั้น

Technology: Analog โดยการใช FDMA (Frequency Division Multiple Access) Supports: Voice Only Systems:

NMT(Nordic Mobile Telephone) ใชในกลุมประเทศนอรดิก ยุโรปตะวันออก และ รัสเซีย

AMPS (Advanced Mobile Phone System) ใชในประเทศสหรัฐอเมริกา TACS (Total Access Communications System) ใชในประเทศสหราชอาณาจักร C-Netz ใชในประเทศเยอรมันตะวันตก Radiocom 2000 ใชในประเทศฝรั่งเศส RTMI ใชในประเทศอิตาลี

ยุค 2G- Second generation mobile technology

เปนยุคที่พัฒนาตอมาโดยการเขารหัสสัญญาณเสียง โดยบีบอัดสัญญาณเสียงในรูปแบบดิจิตอล ใหมีขนาดจํานวนขอมูลนอยลงเหลือเพียงประมาณ 9 กิโลบิตตอวินาที ตอชองสัญญาณ การติดตอจากสถานีลูก หรือตัวโทรศัพทเคลื่อนที่กับสถานีเบส ใชวิธีการสองแบบคือ TDMA คือการแบงชองเวลาออกเปนชองเล็ก ๆ และแบงกันใช ทําใหใชชองสัญญาณความถี่วิทยุไดเพิ่มขึ้นจากเดิมอีกมาก กับอีกแบบหนึ่งเปนการแบงการเขาถึงตามการเขารหัส และการถอดรหัสโดยใสแอดเดรสหมือน IP เราเรียกวิธีการนี้วา CDMA - Code Division Multiple Access ในยุค 2G จึงเปนการรับสงสัญญาณโทรศัพทแบบดิจิตอลหมดแลว

4

Technology: Digital Multiplexing TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access)

Supports: Voice, SMS, Circuit Switched Data(9.6 Kbps) Systems:

GSM-Global System for Mobile Communications ใชเทคโนโลยี TDMA มีใชทั่วโลก IDEN-Integrated Digital Enhanced Network ใชเทคโนโลยี TDMA มีใชในสหรัฐอเมริกา และ แคนาดา

IS-136 ใชเทคโนโลยี TDMA มีใชในทวีปอเมริกา มีช่ือเรียกทั่วไปวา TDMA IS-95 ใชเทคโนโลยี CDMA มีใชในทวีปอเมริกา และ บางสวนของ ทวีปเอเชีย มีช่ือเรียกวา CDMA หรือ CdmaOne

PDC-Personal Digital Cellular มีใชในประเทศญี่ปุน

ยุค 2.5G- Second and half generation mobile technology

การสื่อสารไรสายยุค 2.5G ไดรับการพัฒนาตอยอดมาจากเทคโนโลยีในระดับ 2G แตมีประสิทธิภาพดอยกวามาตรฐานการสื่อสารไรสายยุค 3G โดยเทคโนโลยียุค 2.5G สามารถใหบริการรับสงขอมูลแบบแพคเก็ตที่ความเร็วระดับ 20 – 40 Kbps ในทางปฏิบัติ เทคโนโลยี GPRS นับเปนเทคโนโลยีการสื่อสารไรสายในระดับ 2.5G

Data Transfer Rate by Theory: 64 – 144 Kbps Systems:

GPRS (General Packet Radio Service) เปนบริการการรับ-สงขอมูลที่อยูบนพื้นฐานโครงสรางของโทรศัพทเคลื่อนที่ GSM ซ่ึงเปนระบบโทรศัพทที่ใชระบบการมัลติเพล็กสสัญญาณแบบ TDMA มีความเร็วในการรับ-สงขอมูลสูงสุด 160 Kbps แตโดยไปประมาณ 30 ถึง 70 Kbps

EDGE- Enhanced Data Rates for GSM Evolution) เปนบริการการรับ-สงขอมูลที่อยูบนพื้นฐานโครงสรางของรับโทรศัพทเคลื่อนที่จีเอสเอ็ม (GSM) เชนเดียวกับจีพีอารเอส (GPRS) แตมีการมัลติเพล็คสที่เปลี่ยนจากจีเอ็มเอสเค (GMSK) ของ GPRS เปน 8PSK โดยมีความเร็วในการรับ-สงขอมูลสูงสุด 473 kbps

5

รูปท่ี 1 เปรียบเทียบอัตราการรับ-สงขอมูลระหวาง GPRS และ EDGE

CDMA2000 1x เปนระบบที่พัฒนามาจาก CDMA One หรือ IS-95 เพื่อรองรับการรับ-สงขอมูลที่เปนแพ็กเก็ทที่มีความเร็วถึง 144 kbps โดยเทคโนโลยีแลว CDMA2000 1x คือเทคโนโลยีเดียวกับโทรศัพทเคลื่อนที่ยุคที่ 3 แตบางแหลงขอมูลใหความเห็นวาเปนโทรศัพทเคลื่อนที่ยุคที่ 2.5 หรือ 2.75 เนื่องจากความเร็วในการรับสงขอมูลไมถึง 384 kbps

ยุค 3G - Third generation mobile technology

เปนยุคแหงอนาคตอันใกล โดยสรางระบบใหมใหรองรับระบบเกาได และเรียกวา Universal Mobile Telecommunication Systems (UMTS) โดยมุงหวังวา การเขาถึงเครือขายแบบไรสาย สามารถกระทําไดดวยอุปกรณหลากหลาย เชน จากคอมพิวเตอร จากเครื่องใชไฟฟาอื่น ระบบยังคงใชการเขาชองสัญญาณเปนแบบ CDMA ซ่ึงสามารถบรรจุชองสัญญาณเสียงไดมากกวา แตใชแบบแถบกวาง (wideband) ในระบบนี้จึงเรียกอีกอยางหนึ่งวา WCDMA

3G เปนเทคโนโลยีการสื่อสารซึ่งถาจะจํากัดความโดยแปลตรงๆจากชื่อเลย ก็คือเปนเทคโนโลยียุคที่ 3 (Third Generation) ซ่ึงยุคที่ 3 ที่วานี้จะเปนยุคที่มุงไปในทางการรวมเอาเทคโนโลยีหลายๆดานมาไวดวยกัน อยางเชน โทรศัพทมือถือ 3G ก็จะเปนในแงการรวมเอา เทคโนโลยีเสียงมาใชรวมกับเทคโนโลยีดานการสงและนําเสนอขอมูล แลวนําไปใชอยางมีประสิทธิภาพ สวนในดานระบบนั้นเนนการใชระบบ CDMA - Code Division Multiple Access และระบบอื่นๆที่กําลังปรับเปลี่ยนเขาสูระบบ IMT2000

6

กอนที่จะเปน 3G นั้น เทคโนโลยีไดพัฒนามาจาก 1G ซ่ึงเปนใชสัญญาณวิทยุในการสงคลื่นเสียง เรียกอีกอยางวา ระบบ Analog ซ่ึงไมรองรับการสงผานขอมูลใดๆทั้งสิ้นซึ่งนั่นก็หมายความวาสามารถโทรเขา-ออกไดเพียงอยางเดียวไมรองรับแมกระทั่งการบริการสงขอความสั้น SMS (Short Message Service) ตอมาก็ไดพัฒนาเปนยุค 2G ซ่ึงเปลี่ยนจากการสงคลื่นทางคลื่นวิทยุมาเปนการเขารหัสดิจิตอลสงทางคลื่นไมโครเวฟซึ่งทําใหเราเริ่มที่จะสามารถสงผานขอมูลตางๆและติดตอเชื่อมโยงไดอยางมีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อยๆ จนเกิดการกําหนดเสนทางการเชื่อมกับสถานีฐาน (cell site) ตอมาจึงเกิดการโรมมิ่ง (Roaming) ซ่ึงทําใหเราสามารถนําเอาโทรศัพทมือถือไปใชกับเครื่องขายอ่ืนซึ่งมีประโยชนในการนําเอาโทรศัพทมือถือไปใชยังตางประเทศจึงกอใหเกิดระบบ GSM (Global System for Mobilization) ซ่ึงทําใหเราสามารถถือโทรศัพทเครื่องเดียวไปใชไดเกือบทั่วโลก

จุดเดนของ 3G จุดเดนที่สุดของคําวา 3G คือความเร็วในการเชื่อมตอ การติดตอ และการสงขอมูล เนนการ

เชื่อมตอแบบ wireless (ไรสาย) ดวยความเร็วสูง นอกจากนี้ยังเพิ่มประสิทธิภาพในสงของการรับสงขอมูลจากเดิมใหเร็วขึ้น เนนการติดตออยางสมบูรณแบบ อยางการ call conference, ประชุมทางไกล, การดาวนโหลดภาพ เสียง clip Video เพลง ภาพยนตร หรือ Application ตางๆ รวมถึงการติดตอธนาคารทางโทรศัพท การโอนเงิน เช็คยอดเงิน ซ้ือขายของ หาพิกัด ตรวจสอบเสนทาง ซ่ึงจะทําใหชีวิตสะดวกสบายยิ่งขึ้น

3G ทําใหเราสามารถติดตอกันไดอยางรวดเร็วฉับไว ยอโลกในแคบลง เพิ่มความสะดวกสบายใหกับการดําเนินชีวิต ซ่ึงถือวาเปนหัวใจหลักของเทคโนโลยี อีกจุดเดนของ 3G คือความสมจริง เปรียบเหมือนเปนการใสความรูสึกขาไป ไมใชเปนเพียงเครื่องมืออิเล็กทรอนิคส เชน ไฟลเสียงสมจริง (True tone) การแสดงภาพแบบ 3D หรือการติดตอเชื่อมโยงตางๆแบบ interactive และหัวใจหลักอยางการเปนระบบ Always on ซ่ึงเปนการเชื่อมตอกับระบบอยูตลอดเวลา ทําใหเราไมพลาดการติดตออีกตอไป ปจจุบันในเมืองไทยเองก็กาวใกลความเปน 3G อยูพอสมควร หากมองถึงตัวเครื่องโทรศัพท โทรศัพทที่รองรับในสวนนี้ก็จะรองรับในการทําอะไรไดหลายๆในเครื่องเดียว อยางเชน โทรศัพทมือถือหลายๆรุนที่สามารถ ถายภาพ ฟงเพลง Mp3 ดู TV ผานเครือขาย GPRS หรือ EDGE การจัดการขอมูล (Organizer) การสงผานขอมูลในดานตางๆไมวาจะเปน IrDa Bluetooth Wi-Fi สวนในดานของระบบในเมืองไทย ที่เห็นวาใกลเคียงมาตรฐาน 3G ก็คงจะเปน การเชื่อมตอผาน EDGE ซ่ึง ดวยความเร็ว 118 K

7

มาตรฐาน 3G

แบงไดเปน 3 มาตรฐาน ไดแก Wideband CDMA (WCDMA), CDMA2000 และ TD-SCDMA ใชการแบงเวลา

1. WCDMA พัฒนามาจาก GSM และ CDMA (Code Division Multiple Access) ซ่ึงทําใหขยายแถบชองสัญญาณได มากและกวางขึ้น ปจจุบันแพรหลายในอเมริกาซึ่งพัฒนาระบบ 2G ไปเปน EDGE-Enhance Data Rate for GSM ซ่ึงเปนอีกกาวที่นําไปสู 3G คาดวาระบบ WCDMA นี้จะถูกใชงานมากที่สุดซึ่งตั้งเปาหมายไวแลวถึง 60 ประเทศเปนอยางนอย

2. CDMA 2000 ปจจุบันพัฒนาไปถึงระบบ 1x EV-DO เปนเทคโนโลยีที่มีจุดเดนทางดานการสงขอมูลความเร็วสูงครอบคลุมพื้นที่กวาง 1xEV-DO เปนระบบเดียวกับ CDMA ที่ไดรับการยอมรับจาก สมาพันธโทรคมนาคมระหวางประเทศ (ITU) ใหเปนเทคโนโลยีที่ไดมาตรฐานการสื่อสารไรสายยุค 3G ขอดีของระบบนี้คือการใชงานที่สะดวก งายตอการติดตอและสามารถเชื่อมตอไดหลายรูปแบบทั้ง โทรศัพทมือถือ PDA Laptop PC โดยสามารถตอแบบ ไรสายได

3. TD-SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access) เปนเครือขาย CDMA อีกอยางที่ถูกนํามาใชเปนระบบ 3G ที่ไดรับการรับรองโดย ITU ปจจุบัน TD-SCDMA ถูกพัฒนาและเริ่มทดลองใชงานแลวในประเทศจีน

ปจจุบันเทคโนโลยี 3G ครอบคลุมไปถึงอุปกรณส่ือสารลิเลกทรอนิกสตางๆ ทุกรูปแบบไมวาจะเปน PDA (Personal Digital Assistant), Laptop หรือ PC ซ่ึงอุปกรณเหลานี้ในปจจุบันพยายามทีจ่ะเอามารวมเขาเปนตัวเดียวกัน อุปกรณช้ินหนึ่งสามารถใชงานไดครอบคลุมเกือบทุกสวน ตอบสนองความตองการในยุคที่คอมพิวเตอรและวิทยาการกําลังพัฒนาไปอยางรวดเร็วไมหยุดยั้ง

การพัฒนาของ 3G ในปจจุบันนี้ บริษัท Qualcomm CDMA ซ่ึงเปนบริษัทที่พัฒนาชิปเซ็ตและ software ของระบบ 3G รายแรกของโลกไดพัฒนาระบบ CDMA 2000 1X และ CDMA 1X EV-DO ซ่ึงมีประสิทธิภาพในการสงผานขอมูลดวยความเร็วถึง 2.4 เมกกะบิต หากพูดกันจริงๆแลว การพัฒนาเปน 3G ระบบ CDMA ถือวาลํ้าหนาไปกวา GSM มาก ทั้งยังมีการพัฒนาอยางตอเนื่อง เหตุผลหนึ่งอาจเปนเพราะวาเปนระบบที่แพรหลายในประเทศที่พัฒนาในเรื่องนี้ อยางเชน ญ่ีปุน เกาหลี จึงทําให ประสิทธิภาพความสามารถในการกาวไปเปน 3G นั้น ระบบ CDMA จึงไปไดเร็วกวา แตในขณะเดียวกันก็มีการพยายามที่จะสาน 2 ระบบนี้เขาดวยกัน เปน WCDMA เพื่อความสะดวกสบาย ยอโลกมาไวในมือคุณ

8

ในยุค 3G นี ้ เนนการรับสงแบบแพก็เก็ต และตองขยายความเรว็ของการรับสงใหสูงขึ้น โดยสามารถสงรับดวยความเรว็ขอมูล 384 กิโลบิตตอวินาที เมื่อผูใชกําลังเคลื่อนที่ และหากอยูกับที่จะสงรับไดดวยอัตราความเร็วถึง 2 เมกะบิตตอวินาที ตารางที่ 1 แสดงการพัฒนาของระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ ระบบ ปท่ีเร่ิม โปรโตคอลเขา

ชองสัญญาณ ความถี่ (MHz)

การบริการ

AMPS 1983 FDMA 824-894 เสียง, ขอมูลผานโมเด็ม GSM 1990 TDMA/FDMA 890-960 เสียง, ขอมูล, เพ็จจิ้ง IS54 1991 TDMA/FDMA 824-894 เสียง, ขอมูล, เพ็จจิ้ง IS95 1993 CDMA 824-894

1850-1980 เสียง, ขอมูล, เพ็จจิ้ง

DCS1900 1994 TDMA/FDMA 1840-1990 เสียง, ขอมูล, เพ็จจิ้ง WCMA, CDMA2000, IMT2000

หลังป 2000

WCDMA 1885-2025 2100-2200

มัลติมีเดีย, วิดโีอ, เสียง, ขอมูล

ปญหาสําคัญของระบบไรสาย

การที่พัฒนาการของการสื่อสารไรสายและระบบติดตามตัวยังไปไดไมทันใจ ทั้งนี้เพราะมีอุปสรรคและปญหาที่สําคัญ ซ่ึงเปนปญหาหลักสี่ประการคือ

1. ระบบไรสายใชอัตราการรับสงขอมูลไดต่ํา 2. คาบริการคอนขางแพง 3. โมเด็มรับสงแบบคลื่นวิทยุ ใชกําลังงานไฟฟาสูง 4. ระบบยูสเซอรอินเตอรเฟสที่ใชกับระบบติดตามตัวยังไมดี ไมเหมาะกับการใชงานขณะ

เคลื่อนที่ ปญหาเหลานี้เปนปญหาที่ระบบไรสายในยุค 3G ตองแกไขใหไดใหหมด โดยเฉพาะระบบ

โทรศัพทเคลื่อนที่ที่ตองเพิ่มอัตราการรับสงขอมูลใหไดมาก เพื่อจะสงรูปภาพหรือภาพเคลื่อนไหวได ตองมีอัตราคาใชบริการที่ถูกลง และเครื่องที่ใชตองใชกําลังงานต่ําเพื่อจะใชไดนาน สวนระบบการเชื่อมตอในปจจุบันก็กาวมาในรูปแบบ WAP - Wireless Application Protocol หรือที่เรียก ยอ ๆ วา WAP

9

รูปท่ี 2 แนวทางการปรับเปล่ียนจาก 2G ไปสู 3G

การเปล่ียนกรอบความคิด

การที่จะเอาชนะสิ่งที่เปนปญหาของระบบไรสายในขณะนี้เปนเรื่องที่ตองสรางแนวคิดใหม ทั้งนี้เพราะความคิดเดิมอาจจะถึงจุดทางตันที่ไมสามารถเอาชนะอุปสรรคตาง ๆ ได ตลอดระยะเวลากวายี่สิบปของการพัฒนาระบบไรสายที่ใชกับระบบเซลลูลาร กําลังเดินเขาจุดอับบางอยาง โดยเฉพาะทรัพยากรทางความถี่มีแถบกวางจํากัด เมื่อมีจํานวนผูใชโทรศัพทเคลื่อนที่มากยอมใหบริการไดไมดี ขณะเดียวกันความตองการของผูใชกําลังตองการไดแถบกวาง หรืออัตราเร็วในการรับสงขอมูลสูงขึ้น กรอบความคิดเดิมของระบบไรสายที่ใชกันอยูเปนอยางไร และขอจํากัดเหลานั้นคืออะไร

1. การใชแถบความถี่ที่อนุญาตจากคณะกรรมการจัดสรรคลื่นความถี่ หรือเรียกวา Licensed Spectrum เชน ระบบ GSM ใชแถบความถี่ 890-960 เมกะเฮิรทซ ซ่ึงแถบความถี่นี้จํากัด และทําใหจํานวนผูใชที่ใชงานไดพรอมกันมีจํานวนจํากัด หากใหผูใชรายหนึ่งใชแถบกวาง 10 กิโลเฮิรทซ แบบอานาล็อก ซึ่งสามารถคํานวณอยางงาย ๆ วา ในแตละเซลจะมีผูเรียกเขาถึงไดประมาณ 700 คนทุกขณะ

2. สัญญาณวิทยุเปนแบบมาตรฐาน ทุกระบบมีการกําหนดมาตรฐานกันไวอยางชัดเจน ตั้งแตรูปแบบของการเขารหัส การมอดูเลตสัญญาณ การรับสง เพื่อวาการผลิตอุปกรณตองเปนไปตามมาตรฐาน

10

3. โครงสรางเครือขาย มีการวางเครือขายแบกโบน ของชุมสาย การวางสถานีฐาน การเชื่อมตอระหวางสถานี และการสรางเปนเครือขายโดยมีโครงสรางพื้นฐานอยางชัดเจน เชน ในประเทศไทย ถาจะใหเชื่อมโยงเขาใชได สถานีฐานหรือแตละเซล จะครอบคลุมพื้นที่และมีการเชื่อมโยงเครือขายเขาดวยกัน

4. การรับสงเปนแบบสมมาตร หมายถึง ขอมูลเสนทางขาเขากับขาออกจากผูใชมีความเร็วและอัตราเทากัน การบริการมีรูปแบบที่ไมคํานึงถึงวาผูใชจะใชขอมูลอยางไร ชองสัญญาณที่ออกแบบเนนแบบสมมาตรเปนหลัก

5. ตองครอบคลุมทุกหนแหง ความคิดของผูออกแบบระบบเซลลูลาร เนนใหครอบคลุมพื้นทีใหไดหมด ทําใหสามารถเขาถึงไดจากทุกหนทุกแหง

รูปท่ี 3 CDMA Technology: เทคโนโลยี CDMA ผูใชทุกคนใชความถี่เดียวกันในเวลาเดียวกัน แยกความแตกตางกันดวยรหัส (Code)

การแยกสัญญาณทําไดอยางไร

CDMA มีวิธีการแบงแตละสัญญาณดวยรหัส (Code Division) ผูใชโทรศัพท CDMA จะไดรับ Code ที่แตกตางกัน โดย Code ที่ผูใชแตละคนไดรับจะไมซํ้ากัน เพราะ วิศวกรออกแบบใหมีถึง 4.4 ลานลาน (Trillion Code) ซ่ึงเปนขอกําหนดของ CDMA (PN Long Code) ขณะเดียวกันสถานีฐานก็มี Code แยกตางหาก เพื่อแยกวารับสัญญาณจากสถานีฐานไหน (PN Short Code) หลังจากที่เครื่อง CDMA ทําการเขารหัสระบบจึงจะสงสัญญาณออกอากาศ

11

รูปท่ี 4 การแยกสัญญาณ CDMA

ระบบ CDMA ใชความถี่ 1.25 MHz (1,250 Hz) ซ่ึงเมื่อเทียบกับ 30 KHz (Amps) และ 200 KHz (GSM) CDMA ใชชองความถี่กวางกวาระบบที่กลาวมามาก CDMA ใหความถี่เดียวกับผูใชทุกคน และสามารถนําความถี่เดิมไปใชอีก (Universal Frequency Reuse) ซ่ึงชวยลดปญหาการวางแผนความถี่ (Frequency Planning)

CDMA ใชวิธี Spreading signal คือการแปลงสัญญาณเสียงเปน Digital และ ขยาย (Spread) ดวย Code แบบ 0 และ 1 ขอมูล (Voice หรือ Data) จะถูกขยายดวย Code จํานวน Bit จะเพิ่มขึ้นกอนสงออกอากาศ จึงตองใชชองสัญญาณที่กวาง ขอดีของการ Spreading คือ สัญญาณจะขยายมากขึ้นถึง 21 dB จึงไมจําเปนตองใชกําลังสงสูง CDMA มีการควบคุมกําลังสง ที่ชวยใหการสงสัญญาณเปนไปอยางเหมาะสม เชน หาก MS อยูใกลกับ BTS จะใชกําลังสงนอย ผูใชจึงสนทนาไดนานขึ้นโดยใชพลังงานจากแบตเตอรี่นอยลง ทั้งยังเปนการชวยยืดอายุการใชงานของโทรศัพท

ในระบบ 3G นั้นได ดึงเอามาตรฐาน ตางๆ มารวมกันในชื่อวา WCDMA และ CDMA2000 สําหรับคุณสมบัติที่สําคัญๆ ของโทรศัพทเคลื่อนที่ในยุค 3G จะอยูที่ อัตราการรับสงขอมูล (Data Rate): อัตราการสงขอมูลของ 3G ถูกแบงออกเปน 3 categories ตามอัตราความเร็วขณะเคลื่อนที่ของผูใช

1) High Mobility อัตราการรับสงขอมูลจะอยูที่ 144 kbps (ประมาณ 18 Kbytes ตอวินาที) อัตรานี้ จะใชสําหรับผูใชที่กําลังเดินทางดวยอัตราความเร็วสูงกวา 120 กิโลเมตรตอช่ัวโมง ในภาวะแวดลอมกลางแจง

2) Full Mobility อัตราการรับสงขอมูลจะอยูที่ 384 kbps (ประมาณ 48 Kbytes ตอวินาที) อัตรานี้จะใชสําหรับผูใชเดินเทาทั่วไป หรือผูที่เดินทางดวยอัตรา ความเร็วนอยกวา 120 กิโลเมตรตอช่ัวโมง

3) Limited Mobility อัตราการรับสงขอมูลจะอยูที่ 2 Mbps (ประมาณ 250 Kbytes ตอวินาที) สําหรับผูใชที่เดินทางดวยอัตราความเร็วนอยกวา 10 กิโลเมตรตอช่ัวโมง หรือ อยูภายในอาคาร

12

ตารางที่ 2 เปรียบเทียบระบบ GSM กับ CDMA

GSM CDMA การใชงาน เสียงและขอมลูในปริมาณจํากัด เสียงและขอมลูขนาดใหญ รวมทั้ง

ขอมูลประเภทภาพวดีิโอ อัตราการรับสงขอมูลสูงสุด (Peak data rates)

9.6 kbps (ระบบจีเอสเอ็ม) 171.2 kbps (ระบบจีพีอารเอส)

153.6 kbps (CDMA2000 1X) 2.4 Mbps (CDMA 2000 1xEV-DO) 384 kbps (W-CDMA)

ชองสัญญาณ อนุญาตใหใชไดเพยีงหนึ่งชองสัญญาณดังนั้นเมื่อมีปริมาณการรับสงขอมูลเพิ่มขึ้น จะสงผลตอคุณภาพของสัญญาณเสียงและการใหบริการทันท ี

มีการแบงชองสัญญาณเสียงและขอมูลอยางชัดเจนบนแบนดวิทธเดียวกัน จึงทําใหการสงสัญญาณ เสียงและขอมลูทําไดพรอมกัน

จํานวนผูใชบริการ

1,024.3 ลานคน (กุมภาพันธ 2547) ที่มา: www.gsmworld.com)

212.5 ลานคน (มีนาคม 2547) ที่มา: www.cdg.org)

วายแบนดซีดีเอ็มเอ (Wideband Code-Division Multiple Accesses: WCDMA)

เปนเทคโนโลยีซีดีเอ็มเอที่มีมาตรฐานตามขอกําหนดของไอทียู และเปนที่รูจักอยางเปนทางการในชื่อวา IMT-2000 WCDMA เปนเทคโนโลยีการสื่อสารระบบไรสายในยุคที่ 3 และมีประสิทธิภาพในการรับสงขอมูลแบบไรสายผานโทรศัพทมือถือและอุปกรณไรสายความเร็วสูง โดยมีประสิทธิภาพการทํางานเหนือกวาเทคโนโลยีทั่วไปที่ใชในตลาดในปจจุบัน

ในทศษวรรษที่ผานมาระบบการสื่อสารแบบไรสายมีการเจริญเติบโตเปนอยางมาก ซ่ึงมีการเพิ่มขึ้นของผูใชบริการ และปริมาณการสื่อสาร ความตองการ Bandwidth ที่สูง เชน gaming music downloads video streaming จากความตองการนี้ทําใหตองมีการพัฒนาเทคโนโลยีใหมๆ คือ Wideband CDMA (WCDMA) WCDMA คือ การพัฒนาเพื่อสรางมาตรฐานใหม เพื่อ real time multimedia รวมไปถึงการใช International roaming ซ่ึงรับรองจาก ITU (International Telecommunication Union) โดยกําหนดใหใชความถี่ 2 GHz สําหรับการสื่อสารในยุค 3G

วายแบนดซีดีเอ็มเอมีประสิทธิภาพในการสื่อสารรับสงสัญญาณเสียงภาพขอมูลและภาพวิดีโอดวย ความเร็วสูงถึง 2 เมกกะบิตตอวินาที แตสําหรับการใหบริการในปจจุบันความเร็วสูงสุดอยูที่ 384 กิโลบิตตอวินาที (แนวกวาง wide area access) โดยสัญญาณขาเขาจะถูกแปรเปนสัญญาณดิจิตอลและสงไปเปนรหัสผานแถบคลื่นสัญญาณกระจายไปสูคล่ืนความถี่ตางๆ ผูใหบริการเทคโนโลยีนี้จะใชแถบคล่ืนสัญญาณที่ 5 MHz ซ่ึงตางจากผูใหบริการที่ใหบริการเทคโนโลยี CDMAในยานความถี่แคบที่ใชชองสัญญาณที่ 1.25 MHz

WCDMA พัฒนามาจาก GSM (Global System for Mobile Communications) และ CDMA (Code-Division Multiple Access) จึงมีความเหมือนกับระบบ GSM อยูบาง แตจากการพัฒนาทําให WCDMA มีความแตกตางจาก GSM ในสวนของการใชงาน และการใหบริการที่รวดเร็วกวา

รูปท่ี 5 เปรียบเทียบการเชื่อมตอของระบบ GSM BSS และ ระบบ WCDMA RAN จากรูปที่ 5 GSM Base Station Subsystem (BSS) และ WCDMA Radio Access Network (RAN) จะเปนตัวกลางในการเชื่อมตอระหวาง Core Network กับโทรศัพทมือถือ จะเห็นไดวาเทคโนโลยีนี้สามารถจะใชชองทางในการสื่อสารรวมกันในสวนของ Core Network นอกจากนั้นแลวระบบ GSM BSS และ WCDMA RAN อยูภายใตโครงสรางพื้นฐานของ Cellular radio system จะเห็นไดวา GSM Base station Controller (BSC) จะเหมือนกับ Radio Network Controller (RNC) และ GSM Base Transceiver Station (BTS) จะเหมือนกับ WCDMA Radio Base Station (RBS) ดังรูปขางตน ในการเชื่อมตอของ WCDMA มีการพัฒนามาจากระบบ GSM ซ่ึงจะมีความแตกตางในรูปแบบของการบริการ โดยจะเห็นไดวาระบบ GSM BSS จะมีการเชื่อมระหวาง Handset กับ BTS ไดจุดเดียว และเชื่อมผาน BSC ไปยัง Core Network ในขณะที่ระบบ WCDMA RAN จะมีการเชื่อมระหวาง Handset กับ RBS ไดหลายจุด (Base station) และระหวาง RNC ก็สามารถเชื่อมตอกันไดเพื่อเปนการ share traffic ในการรับ-สงขอมูล โดยในแตละเสนทางของการเชื่อมตอก็จะมีความเร็วที่สูงกวา ทําใหการรับ-สงขอมูลทําไดรวดเร็วกวาระบบ GSM เปนอยางมาก

รูปท่ี 6 การเชือ่มตอของระบบ WCDMA RAN ความแตกตางอยางเห็นไดชัดของระบบ GSM และ WCDMA ก็คือ ระบบ GSM จะมีการจัดการผูใชหลายคนโดยใชเทคโนโลยี TDMA (Time Division Multiple Access) ซ่ึงจะมีการแบง timeslots ในแตละชวงความถี่ออกไปเพื่อใหผูใชโทรศัพทสามารถใชงานไดพรอมกัน แต WCDMA นั้นเปนการใชเทคโนโลยี CDMA (Code Division Multiple Access) ซ่ึงจะถูกจัดการโดย Hardware และสวนควบคุมโดยผูใชแตละคนจะมีการแบงแยกกันโดยรหัส CDMA คือ เทคโนโลยีเพื่อการเขาถึงจากผูใชหลายๆ คน โดยจะแบงแยกกันดวยรหัส นั่นคือ ผูใชทุกคนสามารถใชความถี่เดียวกันในการสงขอมูลภายใตเวลาเดียวกันเปนการพัฒนาที่รวดเร็วในการจัดการสัญญาณ ซ่ึงเทคโนโลยีที่รองรับการใชงานแบบนี้ ก็คือ WCDMA และ CDMA2000 WCDMA มีพื้นฐานมาจากเทคโนโลยี CDMA ซ่ึงเปน wide band radio signal ที่มีความถี่ 5 MHz โดยมีความเร็วในการรับ-สงขอมูล 3.84 Mbps จะเห็นไดวาเร็วกวา CDMA2000 (1.22 Mbps) ถึง 3 เทา

รูปท่ี 7 การสงขอมูลใน WCDMA โดยการใช Spread Spectrum

15

หลักการพื้นฐานของ Spread Spectrum communication คือ การใช bandwidth ที่สูง เนื่องจากการมี bandwidth ที่ใหญจะทําใหความหนาแนนของคลื่นต่ําไปดวย โดยจะทําการแบงแยกคลื่นและขอมูลตางๆ ของผูใชแตละคนดวยรหัส (code division multiple access)

รูปท่ี 8 Difference between regular CDMA and W-CDMA

จากรูปจะเห็นไดวา WCDMA ซ่ึงมี bandwidth ที่กวาง ทําใหสามารถสงขอมูล เชน voice, data, video ไปพรอมๆ กันได ในขณะที่ CDMA ไมสามารถทําไดเนื่องจากมี bandwidth ที่แคบกวา Spectrum for IMT2000

WRC’92 ไดมีการจัดความถี่ในอนาคตของ มาตรฐาน IMT2000 ไว ซ่ึงอยูในชวง 1980-2010 MHz สําหรับการสื่อสารของโทรศัพทมือถือ และความถี่ 2170-2200 MHz สําหรับสวนของการติดตอผานดาวเทียมกับระบบในอนาคต ประโยชนของการสงขอมูลแบบ Wideband ดวยความเร็วสูง

1. สามารถรองรับ bit rate ที่สูงกวา 2. การสงขอมูลสามารถทําไดดีกวา เร็วกวา และยืดหยุนกวา 3. สมรรถภาพของระยะคลื่น (spectrum)ในการใชสายโทรศัพทดีขึ้น 4. คุณภาพของการบริการดีขึ้น (Higher QoS [Quality of Service]) 5. การออกแบบของเทคโนโลยีนี้สามารถใหบริการไดพรอมกันและในเวลาเดียวกัน ซ่ึงทําให

การบริการมีคุณภาพมากขึ้น 6. เปนเทคโนโลยีที่สามารถใชกันไดทั่วโลก

16

แนวโนมของผูใชบริการระบบ WCDMA

เนื่องจากระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ในยุคที่ 3 ถูกพัฒนามาใหรองรับการสื่อสารขอมูลที่เปนแพ็กเก็ทที่มีความเร็วสูงดังนั้นแอพพลิช่ันระบบโทรศัพทเล่ือนที่ในยุคที่ 3 ทําใหทิศทางการใหบริการของระบบเปลี่ยนไปจากแคใหบริการเสียงอยางเดียว ไปเปนการใหบริการขอมูลที่เพิ่มขึ้น ขอมูลตอไปนี้เปนตัวอยางหลังจากการเปดใหบริการโทรศัพทเคลื่อนที่ยุคที่ 3 ซ่ึงประเทศญี่ปุนใหบริการเปนประเทศแรกของโลก

บริษัท NTT DoCoMo เปนผูใหบริการรายแรกที่เปดใหบริการ WCDMA ในเชิงพาณิชย ในป 2001 จนในปจจุบนัมีผูใหบริการถึง 65 รายทั่วโลก

รูปท่ี 9 แนวโนมประเทศที่มีผูใชบริการ WCDMA ในทั่วโลก

17

สําหรับผูใชบริการโทรศัพทเคลื่อนที่ WCDMA เมื่อตนป 2005 มีทั้งสิ้น 16 ลานคน จาก 60 เน็ทเวิรคทั่วโลก

รูปท่ี 10 จํานวนผูใชบริการโทรศัพทเคล่ือนท่ีระบบ WCDMA

พัฒนาการกาวตอไปของเทคโนโลยี WCDMA จะนําไปสูความสามารถในการสงขอมูลที่ความเร็วสูงขึ้น ซ่ึงเรียกวา HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) ซ่ึงสามารถสงขอมูลดวยความเร็วสูงถึง 1.8 - 14.4 Mbps ซ่ึงคาดการณวาจะสามารถเริ่มเปดใหบริการในปลายป 2006 นี้

18

ตัวอยางโทรศัพทเคล่ือนท่ีรองรับเทคโนโลยี WCDMA

รูปท่ี 11 NOKIA 6280

รูปท่ี 12 Samsung SGH-Z500