ความเร็วของเครือข่ายไร้สาย

เทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายยุคที่ 5 หรือ 5G กำลังถูกพูดถึงในวงกว้าง เพื่อขับเคลื่อน Digital Transformation ทั้งในกลุ่มผู้ใช้โทรศัพท์มือถือ ผู้ให้บริการเครือข่าย และภาคอุตสาหกรรม ด้วยความสามารถของเทคโนโลยีที่ทลายข้อจำกัดเดิม อาทิ ความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่ 50Mbit/s ถึง 2Gbit/s ซึ่งสูงกว่าเทคโนโลยีเครือข่าย 4G ในปัจจุบันถึง 4 เท่า และคุณสมบัติอื่น ๆ อีก หลายท่านอาจจะยังไม่คุ้นเคยว่าก่อนจะถึง 5G การเปลี่ยนแปลงของเครือข่ายไร้สาย 1G-5G มีวิวัฒนาการอย่างไร ซึ่งสามารถอ่านได้ในบทความนี้

0G

หรือ Pre-Cellular ยุคของวิทยุโทรศัพท์เคลื่อนที่ (Mobile Radio Telephone) ซึ่งเป็นครั้งแรกที่โทรศัพท์ ถูกเชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายโทรศัพท์สาธารณชน (Public-Switched Telephone Network: PTSN) แทนที่เครือข่ายปิดอย่างที่ถูกใช้งานโดยทหาร ตำรวจ และรถแท็กซี่ โดยในยุคนี้ โทรศัพท์ส่วนมากมีขนาดใหญ่ และถูกติดตั้งไว้ในรถยนต์ หรือรถบรรทุกเป็นหลัก และถูกนำมาใช้ทางพาณิชย์ครั้งแรกโดย Bell System ประเทศสหรัฐอเมริกา เมื่อปี 1946

สารบัญ Show

1G

1G เทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายยุคแรก ถูกใช้งานเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรกในวันที่ 1 ธันวาคม 1979 โดย Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) ประเทศญี่ปุ่น และใช้สัญญาณวิทยุ ซึ่งเป็นระบบอนาล็อก (Analog) ก่อนจะแพร่หลายมากขึ้นในช่วงปี 1980 เป็นต้นมา โดยในยุค 1G เครือข่ายไร้สายสามารถรับส่งข้อมูลเสียงเท่านั้น

2G

เทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายยุคที่ 2 ซึ่งเปิดให้บริการครั้งแรกในปี 1991 ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อแทนที่ 1G โดยยังคงใช้คลื่นวิทยุในการรับส่งสัญญาณ แต่มีการเปลี่ยนมาใช้การเข้ารหัสแบบดิจิทัล พัฒนาให้สามารถรับส่งข้อความ และรูปภาพ ซึ่งมีแต่ผู้รับเท่านั้นที่สามารถเข้าถึงได้ ทำให้มีความปลอดภัยสูงกว่า 1G มาก อีกทั้งยังรองรับผู้ใช้งานต่อคลื่นความถี่เพิ่มขึ้นอีกด้วย โดย 2G เป็นยุคแรกที่เครือข่ายไร้สายทำงานภายใต้มาตรฐาน GSM (Global System for Mobile Communications)

จากนั้น เครือข่าย 2G ได้ถูกพัฒนาต่อ โดยเพิ่มบริการ General Packet Radio Services ระบบบริการเสริมที่ส่งข้อมูลด้วยการแบ่งข้อมูลเป็นชุด (Packet) แทนที่การส่งทีเดียว ทำให้เครือข่าย 2G ในยุคนี้ ถูกเรียกว่า 2.5G และในท้ายสุด ได้มีการนำ Enhanced Data rates for Global Evolution (EDGE) เทคโนโลยีมาตรฐานการรับส่งข้อมูลด้วยเครือข่ายไร้สาย และถูกเรียกว่า 2.75G

3G

เทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายยุคที่ 3 ซึ่งการันตีความเร็วขั้นต่ำอยู่ที่ 144 kbit/s เป็นยุคแรกที่โทรศัพท์มือถือ สมาร์ทโฟน และคอมพิวเตอร์แล็บท็อปสามารถเชื่อมต่อเข้ากับระบบอินเทอร์เน็ตไร้สายได้ โดยเครือข่าย 3G เปิดให้บริการครั้งแรกโดย NTT DoCoMo เมื่อวันที่ 1 ตุลาคม 2001 ซึ่งด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น ทำให้อุปกรณ์พกพาสามารถรับส่งไฟล์มัลติมีเดีย เช่น วีดิโอ โดยเทคโนโลยีเครือข่ายจะเป็น 3G ได้นั้น จะต้องมีคุณสมบัติตามมาตรฐาน IMT-2000 ซึ่งประกอบด้วยความน่าเชื่อถือ ความเร็วในการรับส่งข้อมูล และองค์ประกอบทางเทคนิคอื่น ๆ ซึ่งในช่วงหลังของยุค 3G เทคโนโลยีเครือข่ายที่ก้าวหน้าขึ้น เช่น High Speed Packet Access (HSPA) ทำให้เครือข่ายถูกพัฒนาต่อ และเรียกว่า 3.5G และ 3.75G ตามลำดับ

4G

เทคโนโลยีเครือข่ายยุคที่ 4 ซึ่งมีขีดความสามารถในการรับส่งข้อมูลที่เพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดดจากการนำมาตรฐาน Long-Term Evolution (LTE) เข้ามาใช้งาน โดยมีความเร็วสูงสุดถึง 100 Mbit/s สำหรับอุปกรณ์เคลื่อนที่ และ Gbit/s สำหรับอุปกรณ์ติดตั้งอยู่กับที่ มีจุดแตกต่างที่เห็นชัดคือการเปลี่ยนจากการสื่อสารแบบ circuit-switched มาเป็นใช้ Internet Protocol โดย 4G ถูกใช้งานครั้งแรกที่นอร์เวย์ และสวีเดน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากในช่วงแรก สเปคของเครือข่ายยังไม่เป็นไปตามมาตรฐาน ทำให้มีข้อถกเถียงว่าควรใช้ชื่อ 4G แน่หรือไม่ และการใช้งานที่โดดเด่นคือการเข้าถึงเว็บไซต์ การโทรศัพท์ผ่านอินเทอร์เน็ต การประชุมแบบ VDO Call และการเล่นเกมผ่านสมาร์ทโฟน

5G

และแล้วก็ถึงคราวของเทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายยุคที่ 5 ซึ่งเป็นคลื่นลูกใหม่มาแรงทั้งในกลุ่มผู้บริโภค และภาคอุตสาหกรรม ด้วยความเร็ว 50Mbit/s ถึง 2Gbit/s และอาจเพิ่มขึ้นสูงกว่า 100Gbit/s ในอนาคต ซึ่งเร็วกว่ายุค 4G ถึง 100 เท่า มีคุณสมบัติสำคัญ 3 ข้อ คือ

enhanced Mobile Broadband รองรับการรับส่งข้อมูลความเร็วสูง
massive Machine Type Communications รองรับการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์จำนวนมากขึ้น
Ultra-reliable and Low Latency Communications ความหน่วงต่ำ

โดยในช่วงแรก เครือข่าย 5G จะมีความเร็วอยู่ที่ 1-5 Gbps Latency ต่ำกว่า 20 ms และเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วง 3 ปีนับจากนี้ไป

ซึ่งทั้งหมดนี้ ทำให้ไม่เพียงผู้ใช้โทรศัพท์มือถือเท่านั้นที่ให้ความสนใจ แต่อุตสาหกรรมการผลิต ซึ่งปัจจุบันอยู่ในยุคอุตสาหกรรม 4.0 เองก็เช่นกัน เนื่องจากคุณสมบัติทั้งหมดของ 5G นั้น ตอบสนองต่อความต้องการเชื่อมต่อเครื่องจักรสู่เครื่องจักร หรือเครื่องจักรสู่อุปกรณ์อื่น ๆ เพื่อการทำงานอัตโนมัติ มีการรับส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ Big Data และแนวทางการใช้งานอื่น ๆ อีกมาก ตามแนวทาง Industrial Internet of Things (IIoT) ซึ่งจะช่วยยกระดับอุตสาหกรรมให้ก้าวหน้าไปจากที่ผ่านมาเป็นอย่างมากอีกด้วย ซึ่ง IHS Markit สำนักวิเคราะห์ตลาดจากอังกฤษ คาดการณ์ว่า ในปี 2035 เครือข่าย 5G จะนำมาซึ่งการเติบโตของเศรษฐกิจทั่วโลกเป็นเม็ดเงินสูงถึง 13.2 ล้านล้านดอลลาร์สหรัฐ โดยเป็นมูลค่าจากภาคอุตสาหกรรมการผลิตถึง 4.7 ล้านล้านดอลลาร์สหรัฐ หรือราว 1 ใน 3 จากทั้งตลาดโลก

3G นั้นถูกนำมาใช้ช่วง พ.ศ. 2543 – 2553 โดยยังอยู่บนพื้นฐานของระบบ GSM ใน 2G แต่เพิ่มความเร็วได้ถึง 14 Mbps หรือมากกว่าโดยใช้เทคนิคแพ็กเก็ตสวิตซ์ชิง นอกจากนี้สิ่งที่เทคโนโลยี 3G ต่างกับ 2G ก็คือ คุณสมบัติการเชื่อมต่อตลอดเวลา (always on) กล่าวคือโทรศัพท์มือถือ 3G จะเชื่อมต่อกับระบบเครือข่ายของ 3G ตลอดเวลาที่เปิดใช้งานโทรศัพท์ โดยไม่จำเป็นต้องล็อกอิน (log in) เข้าเครือข่ายอินเทอร์เน็ตเหมือน 2G โดยค่าบริการอินเทอร์เน็ตจะถูกเรียกเก็บ ก็ต่อเมื่อมีการเรียกใช้ข้อมูลผ่านเครือข่ายเท่านั้น ซึ่งแตกต่างกับระบบ 2G ที่จะเสียค่าบริการตั้งแต่ล็อกอินเข้าในระบบเครือข่าย

เทคโนโลยี 3G ใช้เครือข่ายไร้สายแถบกว้าง (wideband) ซึ่งเพิ่มความเร็วในการรับส่งข้อมูล เพื่อรองรับการให้บริการโทรทัศน์และวิดีโอ รวมทั้งบริการ Global Roaming ในทางปฏิบัติเทคโนโลยี 3G ทำงานในช่วง 2100 MHz และมีแบนด์วิดท์ 15 – 20 MHz ที่ใช้สำหรับบริการอินเทอร์เน็ตความเร็วสูง และการคุยผ่านวิดีโอ

คุณสมบัติพื้นฐานและลักษณะทั่วไปของเทคโนโลยีในยุค 3G
1) ความเร็วในการรับส่งข้อมูล 14 Mbps
2) เข้าสู่ยุคของสมาร์ทโฟน
3) รองรับบริการ แอปพลิเคชันบนเว็บ เสียง วิดีโอ และไฟล์ขนาดใหญ่
4) เนื่องจากใช้งานเทคโนโลยีบรอดแบนด์ จึงสามารถรองรับการใช้งานและความจุได้เพิ่มขึ้น
5) อินเทอร์เน็ตความเร็วสูง / การรักษาความปลอดภัยที่ดีขึ้น / การประชุมทางวิดีโอ / เกม 3D / สตรีมทีวี / โทรทัศน์บนมือถือ (mobile TV) / โทรศัพท์

ในทางปฎิบัติ เทคโนโลยีที่ใช้ในการสื่อสารยุค 3G มีหลายแบบ

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ใช้ในยุโรป เป็นเทคโนโลยีการรับส่งข้อมูลในมาตรฐาน 3G ที่ส่งผ่านสัญญาณเครือข่ายแบบ WCDMA มีความเร็วสูงสุดอยู่เพียง 384 kbps

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) เป็นระบบเครือข่าย 3G มาตรฐานใหม่ที่ใช้วิธีการเข้าถึงแบบ DS-CDMA (direct-sequence code division multiple access) และใช้วิธีการ รวมแบบแบ่งความถี่ (frequency-division duplexing : FDD) เพื่อรองรับบริการที่ต้องการความเร็วสูงและความจุสูง

HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) คือเทคโนโลยีการรับส่งข้อมูลที่พัฒนามาจากระบบ UMTS โดยสามารถรับส่งข้อมูลได้ความเร็วสูงถึง 14.4 Mbps (downlink) ซึ่งขึ้นอยู่กับโทรศัพท์มือถือและผู้ให้บริการเครือข่าย 3G

HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) คือเทคโนโลยีการรับส่งข้อมูลที่พัฒนามาจาก UMTS เช่นกัน ซึ่งตอนนี้ความเร็วสูงสุดในในการส่งข้อมูลคือ 5.76 Mbps (Uplink) (Internet ตามบ้านส่วนใหญ่ความเร็วในการส่งข้อมูลจะอยู่ที่ 512 kbps) ไม่ว่าการรับข้อมูลจะเร็วแค่ไหนก็ตาม

HSPA (High-Speed Packet Access) คือการรวม HSDPA และ HSUPA เข้าด้วยกันเรียกรวม ๆ กันว่าเป็น HSPA ทำให้ได้ประสิทธิภาพทั้งรับ-ส่งที่ดีกว่า