โทรศัพท์มือถือ ระบบโทรศัพท์มือถือ โทรศัพท์เคลื่อนที่ระบบ 3 G มาตรฐานโทรศัพท์เคลื่อนที่ของเทคโนโลยี 4G

ในโลกที่ความต้องการเทคโนโลยีการสื่อสารแบบไร้สายการใช้โทรศัพท์เคลื่อน ที่มีปริมาณการใช้เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ รวมทั้งความต้องการ การใช้งานที่ต้องการส่งข้อมูลได้ในปริมาณมาก ๆ เนื่องมาจากการใช้งานที่สามารถใช้ได้กับทั้งเสียง ภาพ และข้อมูล ระบบโทรศัพท์ที่สามารถ รองรับการใช้งานการส่งอีเมล์ผ่านโทรศัพท์มือถือ การส่งภาพ การท่องอินเทอร์เน็ต การชมทีวี การจ่ายค่าบริการ หรือสั่งซื้อของผ่านมือถือที่เรียกว่า M-Commerce และใช้เพื่อความบันเทิง เช่น การชมภาพยนต์ที่เป็นแบบ streaming video และเล่นเกมส์ รวมไปถึงความสามารถในการระบุพิกัดตำแหน่งโดยใช้ระบบ GPS และการใช้งานแบบไร้สายอีกหลาย ๆ แบบ แต่กว่าที่จะมาเป็นระบบอย่างที่เห็นอยู่ในทุกวันนี้นั้น เราลองมาดูว่ามาตรฐาน และวิธีการใช้งานมีอะไรบ้าง และจะเปลี่ยนแปลงไปในลักษณะใด ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่หรือระบบวิทยุแบบเซลลูล่าร์เป็น ระบบการสื่อสารที่เพิ่งจะเริ่มขยายตัว และมีผู้ใช้อย่างกว้างขวาง และสามารถใช้แทนระบบโทรศัพท์แบบมีสายแบบเดิมเมื่อไม่นานมานี้เอง โดยลักษณะการสื่อสาร จะเป็นแบบการสื่อสารแบบสองทางที่ใช้ความถี่คลื่นวิทยุโดยชื่อของระบบ เรียกตามลักษณะของเซลที่กินบริเวณ หรือมีรัศมีราว ๆ 1.5 ถึง 2.4 กิโลเมตร ในปี 2001 ประเทศอังกฤษมีผู้ใช้โทรศัพท์มือถือกว่า 40 ล้านคน โดยมีผู้ให้บริการทางด้านเครือข่าย หรือ operator อยู่ 4 บริษัทที่ให้บริการ ได้แก่ Cellnet, One2One, Orange, และ Vodaphone. ประเทศอังกฤษเป็นประเทศแรก ที่มีการให้บริการที่เรียกว่า Personal Communications Networkหรือ PCN ที่ให้บริการที่ความถี่ราว 1.8 GHz สำหรับ PCN และระบบโทรศัพท์มือถือแบบอื่นจะมีการทำงานที่ช่วงความถี่ 900 MHz โดยใช้มาตรฐานของโทรศัพท์เคลื่อนที่แบบ GSM หรือ Global System for Mobile Communications ซึ่งทำให้ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่สามารถใช้งานข้ามประเทศได้ ถ้ามีระบบเครือข่ายที่เข้ากันได้รองรับที่เรียกว่าบริการ Roaming การเติบโตของอินเทอร์เน็ตทำให้มีการพัฒนาระบบการเข้าถึงข้อมูล โดยผ่านทางระบบโทรศัพท์มือถือมาตรฐานในระบบ GSM ได้ขยายออกเพื่อให้สามารถส่งข้อมูลแบบดิจิตอลผ่านระบบเครือข่ายแบบ GSM ได้ โดยวิธีการที่เรียกว่า General Packet Radio Service หรือ GPRS ซึ่งจะทำให้โทรศัพท์มือถือ สามารถรับส่งข้อมูล ได้เช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์ที่ใช้โมเด็มผ่านสายโทรศัพท์ โดยอัตราการส่งข้อมูลในระบบ GPRS ได้ปรับปรุงเพิ่มขึ้น ในช่วงหลายปีมานี้ ในช่วงที่เริ่มมีการใช้งานเครือข่ายโทรศัพท์สำหรับส่ง ข้อมูลมีการกำหนดมาตรฐาน การใช้งานอินเทอร์เน็ต โดยผ่านโทรศัพท์มือถือ หรือโปรโตคอลที่เรียกว่า Wireless Access Protocol หรือ WAP ซึ่งทำให้การใช้งานโทรศัพท์มือถือ สามารถใช้งานอินเทอร์เน็ต ได้เหมือนกับการใช้งานคอมพิวเตอร์ แต่เนื่องจากข้อจำกัดในการแสดงผลของโทรศัพท์ที่มีขนาดเล็ก และการส่งข้อมูลที่มีขนาดจำกัด จึงมีการพัฒนามาตรฐาน และแนวทางอื่นสำหรับการใช้งานขึ้นมาแทน

ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่แบบที่ใช้ในบ้านเราที่ใช้สำหรับส่ง SMS ไปออกในรายการทีวีนั้นเป็นระบบแบบ GSM หรือ Global System for Mobile Communications เป็นระบบที่แพร่หลายทั่วโลกเพราะว่ามีผู้ใช้มากกว่า 2 พันล้านคนในกว่า 212 ประเทศ และสะดวก สำหรับผู้ที่เดินทางไปต่างประเทศที่ยังสามารถใช้เบอร์โทรศัพท์เดิมในการเรียกเข้าได้ผ่านบริการข้ามแดนหรือ Roaming ระบบ GSM จะแตกต่างอย่างมากจากระบบที่พัฒนามาก่อนหน้านั้น ทั้งในเรื่องของสัญญาณและเสียง ที่คุณภาพเป็นแบบ ดิจิตอลโดย GSM นั้นจะถูกพิจารณาว่าเป็นระบบโทรศัพท์คลื่นที่ในยุคที่สองหรือ 2G ข้อได้เปรียบของระบบ GSM สำหรับผู้บริโภคก็คือ คุณภาพ ของเสียงที่ชัดและค่าบริการที่ไม่สูงมาก และยังมีบริการที่สามารถ ส่งข้อความสั้น ๆ ได้ง่ายและสะดวกที่เรียกว่า SMS หรือ Short message service มาตรฐานแบบ GSM นั้นมีการออกมาใหม่แต่ก็ยังคงใช้งานกับระบบเก่าได้ ตัวอย่างเช่น GSM ที่ออกมาในปี 1997 หรือ Release 97 จะสามารถส่งข้อมูล ที่เป็นแบบ packet ได้ซึ่งทำให้สามารถใช้งานอินเทอร์เน็ต ผ่านระบบโทรศัพท์เคลื่นที่ได้โดยบริการ General Packet Radio Service หรือ GPRS และสำหรับระบบ GSM ที่ออกมาในปี 1999 หรือ Release 99 ก็พัฒนา ให้สามารถส่งข้อมูล ด้วยความเร็วที่สูงขึ้นเป็นบริการ Enhanced Data Rates for GSM Evolution หรือที่เรียกว่า EDGE ระบบแบบ GSM นี้ในบ้านเราคุ้ยเคยกันดี สำหรับคำย่อสองคำที่เกี่ยวข้องในเรื่องของโทรศัพท์มือถือที่อาจทำให้สับสนได้คือคำว่า GPRS หรือ General Packet Radio Service นั้นเป็นวิธีการที่ทำให้โทรศัพท์มือถือ สามารถใช้งานส่งข้อมูลดิจิตอล ในรูปแพคเก็ต ทำให้การใช้โทรศัพท์ เคลื่อนที่สามารถใช้งานอินเทอร์เน็ตได้ ส่วนอีกคำหนึ่งคือคำว่า GPS หมายถึง Global Positioning System หมายถึงระบบที่สามารถบอกพิกัดหรือตำแหน่งบนโลกโดยแสดงในรูปแผนที่ โทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์พกพาแบบ PDA บางรุ่นจะมีความสามารถนี้

มาตรฐานของระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ที่จัดว่าเป็นเป็นเทคโนโลยีของโทรศัพท์ในยุคที่ 2 ครึ่งหรือ 2.5 G นั้น จะเป็นแบบ CDMA หรือ Code Division Multiple Access Communication มาตรฐานนี้ถูกพัฒนาขึ้นโดยหลายบริษัทเป็นเวลาหลายปี แต่การพัฒนาเครือข่ายระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่แบบ CDMA นั้นบริษัทผู้นำทางด้านนี้คือบริษัท Qualcomm และเป็นบริษัทแรกที่ประสบความสำเร็จในการพัฒนาการนำระบบ CDMA สำหรับผู้ใช้งานโทรศัพท์เคลื่อนที่ มาตรฐานแบบดิจิตอล ของระบบ CDMA รุ่นแรกที่ผลิตโดยบริษัท Qualcomm โดยมีชื่อทางการค้าว่า cdmaOne บางครั้งก็จะเป็นที่รู้จักกันในชื่อ TIA-EIA-95 หรือ Interim Standard 95 (IS-95) ระบบที่ใช้งานในโทรศัพท์มือถือ ที่สำหรับใช้ส่งทั้งเสียงและข้อมูลแบบ CDMA นั้นมีข้อได้เปรียบกว่าระบบ GSM อยู่หลายอย่าง ในการส่งข้อมูลเสียงพูดก็จะมีการแปลงให้เป็นดิจิตอลแล้ว ส่งโดยใช้คลื่นวิทยุแต่จะไม่มีการเจาะจงว่า ความถี่ใดเป็นของผู้ใช้คนไหนแต่จะใช้ช่วงความถี่ทั้งหมดในการส่ง โดยสัญญาณจะมีการเข้ารหัสด้วยโค้ดที่แตกต่างกันจึงทำให้ระบบ CDMA นั้นสามารถใช้งานได้กับผู้ใช้โทรศัพท์มือถือได้จำนวนมากโดยที่ใช้ความถี่คลื่นวิทยุเดียวกันพร้อม ๆ กันโดยไม่มีการรบกวนกัน

เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายยุคที่ 3 หรือ 3G (Third Generation) เป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาต่อเนื่องจากยุคที่ 2 และ 2.5 ซึ่งเป็นยุคที่มีการให้บริการ ระบบเสียง และการส่งข้อมูลในขั้นต้น ทั้งยังมีข้อจำกัดอยู่มาก การพัฒนาของ 3G เป็นการพัฒนาการสื่อสารไร้สายที่มุ่งเน้นการบริการแบบผสมผสาน ผู้ใช้บริการสามารถใช้บริการด้านเสียงและข้อมูลได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ พูดง่ายๆ ก็คือ ผู้ใช้บริการสามารถคุยโทรศัพท์ด้วยเสียงที่คมชัด ทั้งยังใช้บริการด้านมัลติมีเดีย และอินเทอร์เน็ตได้อย่างสมบูรณ์แบบด้วยความเร็วที่สูงขึ้น เพื่อให้มีความสามารถในการใช้โครงข่ายทั่วโลก (Global Roaming)

มาตรฐานของระบบ 3G ถูกกำหนดขึ้นโดยสหพันธ์ ITU (International Telecommunication Union) หรือเรียกกันว่า IMT-2000 โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อทำมาตรฐานของระบบ 3G ให้เป็นโครงข่ายทั่วโลก ซึ่งมาตรฐานในการเชื่อมต่อทางคลื่นวิทยุของโทรศัพท์เคลื่อนที่ 3G มีมาตรฐานสำคัญอยู่ 2 ประเภท คือ

1. มาตรฐาน UMTS (Universal Mobile Telecommunications) หมายถึง ระบบการสื่อสารโทรคมนาคมเคลื่อนที่ เป็นมาตรฐานที่ออกแบบมาสำหรับผู้ให้บริการเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ได้นำไปพัฒนาจากยุค 2G ไปสู่ ยุค 3G อย่างเต็มตัว คือ มีพัฒนาการมาจากเครือข่าย GSM, GPRS และ EDGE มีเทคโนโลยีหลักที่มีการยอมรับใช้งานทั่วโลกคือมาตรฐาน Wideband Code Division Multiple Access (W-CDMA) โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อตอบสนองความต้องการใช้งานด้านการรับ-ส่งข้อมูลที่มากขึ้นของลูกค้า การเข้าถึงเครือข่ายแบบไร้สาย สามารทำได้ด้วยอุปกรณ์หลากหลาย เช่น จากคอมพิวเตอร์ จากเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่น ระบบยังคงให้การเข้าช่องสัญญาณเป็นแบบ CDMA ซึ่งสามารถบรรจุช่องสัญญาณเสียงได้มากกว่า แต่ใช้แบบแถบกว้าง (wideband) ในระบบนี้จึงเรียบอีกอย่างหนึ่งว่า W-CDMA มีความสามารถในการนำเนอข้อมูล ใช้งานด้านมัลติมีเดีย ส่งผ่านข้อมูลทั้งภาพและเสียงในระบบไร้สายด้วยความเร็วที่สูง เครือข่าย UMTS จะมีความเร็วในการรับส่งข้อมูลสูงถึง 2 Mbit/sec

- W-CDMA เป็นมาตรฐานที่มีการรับประกันคุณภาพในการสื่อสารทั้งรูปแบบเสียง (Voice) และ ข้อมูล (Non-Voice) เนื่องจากการปรับเปลี่ยนเทคโนโลยีเครือข่าย และใช้ย่านความถี่ที่สูงขึ้น

- W-CDMA เป็นมาตรฐานเปิด ทำให้ผู้บริการ 3G สามารถเชื่อมต่อข้ามเครือข่าย (Roaming) เช่นเดียวกับที่เป็นอยู่ในเครือข่ายยุค 2G นอกจากนั้นยังสามารถเขื่อมต่อเพื่อการใช้งานข้ามมาตรฐาน 2G/2.5G/2.75G ได้ในทันที โดยผู้ใช้บริการเพียงมีอุปกรณ์สื่อสารแบบ Dual Mode เท่านั้น

- W-CDMA เป็นมาตรฐานสื่อสารไร้สายชนิดเดียวที่มีรูปแบบการทำงานแบบแถบความถี่กว้าง (Wideband) อันนำมาซึ่งประสิทธิภาพในการสร้างพื้นที่ให้บริการที่กว้างใหญ่ ไปพร้อม ๆ กับความสะดวกในการเพิ่มขยายขีดความสามารถในการรองรับข้อมูลข่าวสาร

2. มาตรฐาน CDMA2000 (Code Division Multimedia Access 2000) เป็นการพัฒนาเครือข่าย CDMA ให้รองรับการสื่อสารในยุค 3G รับผิดชอบการพัฒนาเทคโนโลยีหลักคือ CDMA2000-3xRTT ที่มีศักยภาพเทียบเท่า CDMA2000 ใช้เทคโนโลยีที่มีแนวคิดคล้ายกับ W-CDMA แต่จะมีวิธีการเลือกใช้การเข้ารหัสที่แตกต่างกัน มาตรฐาน CDMA2000 ที่ใช้งานในปัจจุบันเรียกว่า CDMA2000 1X หรือ 1XRTT (1 เท่าของ Radio Transmission Technology = 1.25MHz) มีอัตราเร็วในการรับส่งข้อมูลสูงสุที่ 153.6 kbps ข้อดีของระบบ CDMA2000 คือ ใช้ความถี่กว้างเพียง 1.25 MHz และสามารถนำไปใช้ได้ในคลื่นความถี่ต่างๆ กัน เช่น 800 MHz, 1800 MHz และ 1900 MHz โดยไม่จำกัดความถี่ ลดความยุ่งยากในการปรับสมดุลการกระจายการทำงาน (load-Balancing) รวมการสื่อสารด้วยข้อมูลและเสียงให้สามารถทำงานได้อย่างราบรื่นบนระนาบเดียวกัน และทำให้อุปกรณ์สามารถรองรับการใช้งานได้ทั้งเสียงและข้อมูล

เทคโนโลยี 4จี เป็นเครือข่ายไร้สายความเร็วสูงชนิดพิเศษ หรือเป็นเส้นทางด่วนสำหรับข้อมูลที่ไม่ต้องอาศัยการลากสายเคเบิล โดยระบบเครือข่ายใหม่นี้ จะสามารถใช้งานได้แบบไร้สาย รวมถึงคุณสมบัติการเชื่อมต่อเสมือนจริงในรูปแบบสามมิติ (three-dimensional) ระหว่างผู้ใช้โทรศัพท์ด้วยกันเอง นอกจากนั้น สถานีฐาน ซึ่งทำหน้าที่ในการส่งผ่านสัญญาณโทรศัพท์เคลื่อนที่จากเครื่องหนึ่งไปยังอีกเครื่องหนึ่ง และมีต้นทุนการติดตั้งที่แพงลิ่วในขณะนี้ จะมีให้เห็นกันอย่างแพร่หลายเช่นเดียวกับหลอดไฟฟ้าตามบ้านเลยทีเดียว สำหรับ 4จี จะสามารถส่งผ่านข้อมูลแบบไร้สายด้วยระดับความเร็วสูงที่เพิ่มขึ้นถึง 100 เมกะไบต์ต่อวินาที ซึ่งห่างจากความเร็วของชุดอุปกรณ์ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ที่ระดับ 10 กิโลบิตต่อวินาที ลักษณะเด่นของ 4G 4G คือ Forth Generation ซึ่งในบ้านเรายังไม่มีให้เห็นกัน เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีสื่อสารในยุค 4G เรื่องความเร็วนั้นเหนือกว่า 3G มาก คือทำความเร็วในการสื่อสารได้ถึงระดับ 20-40 Mbps เมื่อเทียบกับความเร็วที่ได้จาก 3G นั้นคนละเรื่องกันเลย ที่ญี่ปุ่นนั้นเครือข่ายโทรศัพท์ที่ใช้เทคโนโลยี 4G สามารถให้บริการรับชมรายการโทรทัศน์ผ่านมือถือได้แล้ว หรือจะโหลดตัวอย่างภาพยนตร์มาชมบนโทรศัพท์มือถือก็มีให้เห็นเช่นกัน ทำไมญี่ปุ่นถึงรีบกระโดดไปสู่ยุค 4G กันเร็วเหลือเกิน คำตอบง่าย ๆ ก็คือ ดิจิตอลคอนเทนต์ เป็นตัวผลักดันให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้นนั่นเอง เมื่อผู้ให้บริการหลายหลายรูปแบบที่จะเกิดขึ้นในอนาคต โดยจำเป็นต้องอาศัยเครือข่ายที่มีความเร็วสูง สามารถรับส่งข้อมูลได้ในปริมาณมาก ๆ ดังนั้น การผลักดันตัวเองให้เข้าสู่ยุค 4G ที่ใช้เทคโนโลยีที่เหนือกว่า 3G ก่อนคู่แข่ง? น่าจะเป็นการตัดสินใจที่ถูกต้องที่สุด ความโดดเด่นของ 4G คือ ถูกออกแบบมาเพื่อการใช้งานบนเครือข่ายที่กินพื้นที่กว้างก็ได้หรือจะทำเป็นเครือข่ายขนาดย่อม ๆ แบบ WLAN ได้อีกด้วย นั่นจึงทำให้หลายคนมองว่า 4G จะมาเบียดเทคโนโลยีของ Wi-Fi หรือไม่? เพราะสามารถใช้งานได้ทั้งสองแบบ? อย่างไรก็ตามในประเทศไทยยังคงอิงกับมาตรฐานของ 3G อยู่ ซึ่งยังไม่มีทีท่าว่าจะขยับขยายไปสู่ยุค 4G เลย เพราะว่า Wimax กำลังเข้ามานั่นเอง ระบบสื่อสารแห่งอนาคตที่ให้ความยืดหยุ่นสูง สามารถครอบคลุมพื้นที่ได้กว้างไกล ความเร็วในการสื่อสารสูงสุดในขณะนี้ ในเมื่อเป็นเช่นนี้แล้ว ทำไมไม่รวมเทคโนโลยี 3G กับ WiMAX เข้าด้วยกัน และพัฒนาให้เป็น interim 4G หรือ 4G เฉพาะกิจ เพื่อไปเร่งพัฒนา 4G ตัวจริง (Real 4G) กันออกมาไม่ดีกว่าหรือ จึงเป็นเสียงที่คิดดังๆจากหลายกลุ่มในปัจจุบัน แน่นอนที่ว่า คงจะไม่ใช่แนวคิดของ 4G ที่หลายฝ่ายตั้งความหวังไว้ เพราะอย่างน้อยที่เห็นได้ชัดเจนอย่างหนึ่งคือ เทคโนโลยีทั้งสองยังไม่สามารถรองรับความเร็วในการสื่อสารข้อมูลที่ดาวน์ลิงค์/อัพลิงค์ (downlink/uplink) ขณะกำลังเคลื่อนที่ในกรณีของ GSM ที่ 100 mbps/50 mbps และกรณี CDMA ที่ต้องการให้เหนือกว่า GSM โดยจะให้มีความเร็วเป็น 129 mbps/75.6 mbps

4G คือ Forth Generation ซึ่งในบ้านเรายังไม่มีให้เห็นกัน เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีสื่อสารในยุค 4G เรื่องความเร็วนั้นเหนือกว่า 3G มาก คือทำความเร็วในการสื่อสารได้ถึงระดับ 20-40 Mbps เมื่อเทียบกับความเร็วที่ได้จาก 3G นั้นคนละเรื่องกันเลย ที่ญี่ปุ่นนั้นเครือข่ายโทรศัพท์ที่ใช้เทคโนโลยี 4G สามารถให้บริการรับชมรายการโทรทัศน์ผ่านมือถือได้แล้ว หรือจะโหลดตัวอย่างภาพยนตร์มาชมบนโทรศัพท์มือถือก็มีให้เห็นเช่นกัน ทำไมญี่ปุ่นถึงรีบกระโดดไปสู่ยุค 4G กันเร็วเหลือเกิน คำตอบง่าย ๆ ก็คือ “ดิจิตอลคอนเทนต์” เป็นตัวผลักดันให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้นนั่นเอง เมื่อผู้ให้บริการหลายหลายรูปแบบที่จะเกิดขึ้นในอนาคต โดยจำเป็นต้องอาศัยเครือข่ายที่มีความเร็วสูง สามารถรับส่งข้อมูลได้ในปริมาณมาก ๆ ดังนั้น การผลักดันตัวเองให้เข้าสู่ยุค 4G ที่ใช้เทคโนโลยีที่เหนือกว่า 3G ก่อนคู่แข่ง น่าจะเป็นการตัดสินใจที่ถูกต้องที่สุด

ความโดดเด่นของ 4G คือ ถูกออกแบบมาเพื่อการใช้งานบนเครือข่ายที่กินพื้นที่กว้างก็ได้หรือจะทำเป็นเครือข่ายขนาดย่อม ๆ แบบ WLAN ได้อีกด้วย นั่นจึงทำให้หลายคนมองว่า 4G จะมาเบียดเทคโนโลยีของ Wi-Fi หรือไม่ เพราะสามารถใช้งานได้ทั้งสองแบบ อย่างไรก็ตามในประเทศไทยยังคงอิงกับมาตรฐานของ 3G อยู่ ซึ่งยังไม่มีทีท่าว่าจะขยับขยายไปสู่ยุค 4G เลย เพราะว่า Wimax กำลังเข้ามานั่นเอง ระบบสื่อสารแห่งอนาคตที่ให้ความยืดหยุ่นสูง สามารถครอบคลุมพื้นที่ได้กว้างไกล ความเร็วในการสื่อสารสูงสุดในขณะนี้ในเมื่อเป็นเช่นนี้แล้ว ทำไมไม่รวมเทคโนโลยี 3G กับ WiMAX เข้าด้วยกัน และพัฒนาให้เป็น “interim 4G” หรือ “4G เฉพาะกิจ” เพื่อไปเร่งพัฒนา “4G ตัวจริง” (Real 4G) กันออกมาไม่ดีกว่าหรือ จึงเป็นเสียงที่คิดดังๆจากหลายกลุ่มในปัจจุบัน