เทคโนโลยี 4G คืออะไร?

ในขณะที่ในบ้านเรากาลังตื่นเต้นกับเทคโนโลยี 3G อยู่นั้น ตอนนี้ Mobile Internet Technology ได้กาลังพัฒนาเข้าสู่ยุค 4G กันแล้ว ดังนั้นเราลองมาทาความรู้จักเทคโนโลยี 4G คร่าวๆกันดีกว่าว่ามันคืออะไรและมีสิ่งที่น่าสนใจอะไรบ้าง 4G คืออะไร มีโครงสร้างอย่างไร ถ้าอธิบายง่ายๆ 4G คือ ยุคที่ 4 (generation 4) ของ Mobile Internet Technology ตามทฤษฏีแล้ว 4G จะมี 2 ลักษณะหลักๆที่แตกต่างจาก 3G ซึ่งก็คือ

1. ความสามารถในการ Roaming ระหว่าง Cellular, Wireless LAN และ Satellites อย่างอัตโนมัติ
2. Bit rate ที่มีความเร็วพอๆกับ High Speed Internet (ประมาณ 50 Mbps) เพื่อรองรับระบบ Multimedia อย่างเต็มรูปแบบ

เทคโนโลยีที่ 4G ใช้เพื่อลองรับความสามารถ ทั้ง 2 เทคโนโลยีที่ใช้รองรับระบบ 4G มีอยู่ 2 เทคโนโลยีด้วยกัน ซึ่งก็คือ

1. WiMAX:ไวแมกซ์ (WiMAX เป็นชื่อย่อของ Worldwide Interoperability for Microwave Access) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีบรอดแบนด์ไร้สายความเร็วสูงที่ถูกพัฒนาขึ้นมาบนมาตรฐาน IEEE 802.16 และได้พัฒนามาตรฐาน IEEE 802.16d ให้รองรับการทางานแบบจุดต่อจุด ขึ้นโดยได้เผยแพร่เอกสารมาตรฐานฉบับสมบูรณ์เมื่อเดือนมกราคม ปี ค.ศ. 2004 โดยสถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers) ในช่วงแรกมาตรฐาน IEEE802.16 ได้ออกแบบให้ส่งข้อมูลแบบจุดต่อจุด(Point-to-Point) จึงทาให้ส่งข้อมูลได้ระยะไกลส่งข้อมูลได้ระยะห่าง 30 ไมล์ (ประมาณ 50 กิโลเมตร) ด้วยอัตราความเร็วในการส่งผ่านข้อมูลสูงสุดถึง 75 เมกะบิตต่อวินาที (Mbps) จากความต้องการใช้งานบอร์ดแบนด์ไร้สายในขณะเคลื่อนที่ทาให้สถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ผู้กาหนดมาตรฐาน IEEE802.16 ทาการศึกษาและพัฒนามาตรฐาน IEEE802.16 ให้รองรับการใช้งานแบบเคลื่อนที่โดยตั้งชื่อกลุ่มว่า IEEE 802.16e มาตรฐานใหม่นี้มีความสามารถในการส่งกระจายสัญญาณในลักษณะจากจุดเดียวไปยังหลายจุด (Point-to-multipoint) ได้พร้อมๆ กัน โดยมีความสามารถรองรับการทางานในแบบ Non-Line-of-Sight ได้ สามารถทางานได้ แม้กระทั่งมีสิ่งกีดขวาง (ต้นไม้ อาคาร) ได้เป็นอย่างดี มาตรฐาน IEEE 802.16e นี้ใช้งานอยู่บนคลื่นไมโครเวฟที่ความถี่ระหว่าง 2-11 กิกะเฮิรตซ์(GHz) และยังสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์มาตรฐาน IEEE802 ชนิดอื่นๆ ที่ออกมาก่อนหน้านี้ได้เป็นอย่างดี จากจุดเด่นข้างต้น ทาให้เทคโนโลยีตัวนี้สามารถสนองความต้องการของการเชื่อมต่อเครือข่ายอินเทอร์เน็ตให้กับพื้นที่ที่ห่างไกลที่สายเคเบิลไม่สามารถลากไปไม่ถึงได้เป็นอย่างดี ตลอดจนเพิ่มความสะดวกสบายและประหยัดสาหรับการขยายเครือข่ายในเมืองที่มีอยู่แล้ว เนื่องจากไม่ต้องลงทุนขุดถนนเพื่อวางสายเคเบิลใยแก้วใหม่ นอกจากนั้น ไวแมกซ์ ยังได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพของคุณภาพในการให้บริการ (QoS) ซึ่งสามารถรองรับการใช้งานภาพ (video) งานเสียง (voice) และข้อมูล (data) ภายใต้เทคโนโลยีการบริหารจัดการทรัพยากรเครือข่ายไร้สายชื่อว่า OFDMA อีกทั้งในเรื่องของความปลอดภัยยังได้รับอนุญาต (authentication) ก่อนที่จะเข้าออกเครือข่ายและข้อมูลต่างๆ ที่รับส่งก็จะได้รับการเข้ารหัส (encryption) อีกด้วย ทาให้การรับส่งข้อมูลบนมาตรฐานตัวนี้มีความปลอดภัยมากขึ้น ปัจจุบันเทคโนโลยี 4G ที่กาลังใช้กันอยู่ก็คือ WiMAX ซึ่งWiMAX ได้ใช้คลื่นไมโครเวฟที่มีความถี่สูง (10-66GHz) เป็นตัวส่งข้อมูลและจากคลื่นความถึ่นี้ข้อมูลที่ส่งจะเป็นไปได้ในจานวนมากและรวดเร็วเพราะสามารถส่งได้ด้วย High Bit Rate ซึ่งเป็นข้อเด่นของเทคโนโลยี WiMAX อย่างไรก็ตาม WiMAX ก็ยังคงมีจุดอ่อนในเรื่องความสามารถในการเคลื่อนย้าย (Mobility) ของตัวเครื่องรับสันญาณหรือก็คือตัวโทรศัพท์หรือคอมพิวเตอร์นั่นเอง ดังนั้นระบบ 4G แบบ WiMAX จะมีข้อจากัดในเรื่องของพื้นที่ ที่่ครอบคลุมบริการ ยกตัวอย่างเช่นสันญาณ 4G แบบ WiMAX จะครอบคลุมได้แค่บางพื้นที่ เช่น ภายในกรุงเทพ หรือ แค่ เกาะภูเก็ตเป็นต้น ระบบWiMAX ไม่สามารถครอบคลุมได้ทั้งประเทศไทย
2. แอลทีอี (LTE – Long Term Evolution) หรือ 3.9G เป็นชื่อโครงการของระบบสื่อสารโทรศัพท์มือถือ ซึ่งถือเป็นก้าวสุดท้ายก่อนจะพัฒนาเป็น 4G โดยมีเป้าหมายในการออกแบบให้สามารถส่งผ่านข้อมูลได้มากขึ้นและเร็วขึ้น แอลทีอีได้มีการเปิดตัวในชื่อโทรศัพท์มือถือ 4G โดยเทเลียโซเนรา ในสตอกโฮล์ม และ ออสโล[1] ในวันที่ 14 ธันวาคม 2552 โดยพัฒนาเพิ่มเติมจากระบบยูเอ็มทีเอส ของระบบ 3G LTE ตามทฤษฎีแล้วมีความสามารถดาวโหลดได้สูงถึง 100Mbps ความเร็วอับโหลด 50Mbps และปิงต่ากว่า 10 มิลลิวินาที โดยมีแบนด์วิทธ์อยู่ในช่วงระหว่างช่วง 1.4 เมกกะเฮิร์ตถึง 20 เมกกระเฮิร์ต ในวันที่ 18 สิงหาคม 2552 ทาง European Commission ได้ประกาศลงทุนเป็นจานวนเงิน 18 ล้านยูโรในงานวิจัยและพัฒนา LTE Advanced.[2] สาหรับในประเทศไทย กทช ได้ประกาศเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขในการออกใบอณุญาต 3G เป็น 3.9G เพื่อให้ทัดเทียมต่างประเทศ ตามกาหนดการคาดว่าจะสิ้นสุดการประมูล และสามารถออกใบอณุญาตได้ในปลายเดือนกันยายน โดยจะเริ่มใช้ได้ปลายปี 2553 ซึ่งหลังจากสิ้นสุดการประมูล และออกใบอณุญาติได้สาเร็จ ประเทศไทยจะเป็นประเทศแรกๆในเอเซียที่ใช้เทคโนโลยี LTE พร้อมๆกับประเทศญี่ปุ่น

ทำไมต้องเป็น 4G ท่ามกลางความตื่นเต้นของสาวกเทคโนโลยี “anytime” และ “anywhere” ชาวไทย ทั้งหลายที่ระบบ 3G จะเปิดให้บริการในคลื่นความถี่ของ 3G(จริงๆ) ซึ่งจะทำให้สาวกทั้งหลาย สามารถที่จะคุย, แช็ต หรือเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ตความเร็วสูงผ่านเครือข่ายโทรศัพท์มือถือที่ไร้ ขีดจำกัดของเวลาและสถานที่ ท่ามกลางความวุ่นวายของการประมูลคลื่นความถี่ 3G ที่ยังไม่ ชัดเจน ท่ามกลางสงครามการแข่งขันกันอย่างดุเด็ดเผ็ดมันของค่ายมือถือยักษ์ใหญ่ที่โหม โฆษณาสินค้า, การให้บริการ, เครือข่ายและความเร็วของการให้บริการ ท่ามกลางความกระหาย ของบริษัทยักษ์ใหญ่ทางด้านโทรคมนาคม (ปัจจุบันถูกแปรรูปแล้ว) ที่ผูกขาดการตลาดมาตั้งแต่ อดีต (แต่มาแผ่วเอาช่วงหลังๆ) ที่ต้องการจะลงทุนเครือข่าย 3G เพื่อร่วมแบ่งเค็กชิ้นโตอันหอม หวานนี้ (หมายถึงรายได้จากการให้บริการ) ในบทความแบบสั้นนี้ผู้เขียนจะชี้ให้เห็นถึงข้อจำกัดของระบบ 3G ต่อความต้องการของ ระบบสื่อสารในอนาคต แบ่งเป็นข้อย่อยๆ ได้ดังนี้

1. สมรรถนะของระบบ 3G ไม่เพียงพอกับความต้องการของการสื่อสารในอนาคต เช่น Multi-media, VDO ที่ภาพมีการเคลื่อนไหวที่สมจริง หรือ Wireless Teleconference เนื่องจากความเร็วของ 3G ถูกจำกัดไว้ที่ 2Mb/s และแบนด์วิดท์ถูกจำกัดไว้ที่ 20MHz
2. เนื่องจากระบบ 3G มีมาตรฐานที่แตกต่างกันในแต่ละภูมมิภาค ดังนั้นจึงเป็นการยากที่ จะเชื่อมต่อแต่ละมาตรฐานเข้าด้วยกัน หรือยากที่จะนำอุปกรณ์สื่อสาร 3G ที่มีอยู่ไปใช้ งานที่ไหนก็ได้ทั่วโลก
3. ระบบเครือข่ายของ 3G ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับรองรับกับการเชื่อมต่อกับเครือข่ายที่ ให้บริการทางด้านสื่อสารระบบต่างๆ อาทิเช่น IEEE802.11 Wi-Fi, IEEE802.16 WiMAX, IEEE802.15 ZigBee และเครือข่ายอื่นๆ
4. เนื่องจาก 3G ส่วนมากใช้ระบบการเข้าถึงแบบ Wideband-CDMA ซึ่งเป็นการยากที่จะ นำเทคนิคของมอดูเลตอร์ใหม่ๆ มาพัฒนาให้ประสิทธภาพของการใช้สเปกตรัมสูงขึ้น
5. ระบบในอนาคตต้องการเครือข่ายดิจิตอลแพ็คเก็ตที่รองรับกับ IP-Based ของการ ให้บริการทั้งภาพและเสียงได้อย่างสมบูรณ์แบบ นั่นหมายถึงการให้บริการต่างๆ ใน อนาคต จะเปลี่ยนรูปแบบมาให้บริการผ่านทางอินเตอร์เน็ตเป็นส่วนใหญ่

ทำไมเราต้องคำนึงถึงระบบ 4G ? เนื่องจากปัจจุบัน 4G ได้รับความสนใจจากนักวิจัยทั่วโลกรวมทั้งบริษัทยักษ์ใหญ่ ทางด้านสื่อสารทั้งหลายได้เร่งพัฒนาเครือข่ายรวมทั้งอุปกรณ์ที่ใช้งานร่วมกับระบบ ซึ่งมี แนวโน้มว่า อีกไม่กี่ปีข้างหน้าระบบ 4G จะเป็นรูปเป็นร่างพร้อมที่จะนำมาให้บริการได้จริง จาก คำถามข้างต้นที่ว่าทำไมต้องเป็น 4G เนื่องจากเครือข่ายของระบบ 4G สามารถทะลุข้อจำกัด ต่างๆ ของระบบ 3G (ดังที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้น) และคลื่นความถี่ 4G ยอมให้ใช้แบนด์วิดท์ กว้างถึง 100MHz ซึ่งส่งผลทำให้สามารถส่งผ่านข้อมูลด้วยความเร็วสูงถึง 100Mb/s ได้ รวมทั้ง ระบบ 4G ใช้เทคนิคของการมอดูเลตแบบ MC-CDMA และ OFDM ซึ่งเทคนิคดังกล่าวช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการใช้สเปกตรัม ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจว่าทำไมนักวิจัยและบริษัทยักษ์ใหญ่ ทางด้านสื่อสารทั้งหลายจึงให้ความสนใจกับระบบ 4G 3G สามารถที่จะ upgrade ให้มีความเร็วใกล้เคียงกับ 4G ได้ไม่ใช่หรือ? คำตอบก็คือใช่ ตามแผนงาน ระบบ 3G+ สามารถที่จะปรับปรุงให้มีความเร็วใกล้เคียง กับระบบ 4G ได้ แต่ถ้าพิจารณาให้ดี เราจะพบว่าคลื่นความถี่ 3G แบนด์วิดท์ได้ถูกกำหนดใว้ สำหรับรองรับกับอัตราการส่งข้อมูลสูงสุดที่ 2Mb/s แต่ถ้านำไปใช้ในการส่งข้อมูลด้วยอัตรา ส่งผ่านข้อมูลที่เท่ากับหรือใกล้เคียงกับระบบ 4G จะส่งผลทำให้แบนด์วิดท์ของ 3G ส่วนใหญ่จะ ถูกครอบครองโดยผู้ใช้งานที่ใช้อัตราข้อมูลที่ความเร็วสูง (อัตราข้อมูลแปรผันตรงกับแบนด์วิดท์) ส่งผลทำให้จำนวนของผู้ใช้งานที่จะสามารถใช้บริการของระบบ 3G ในขณะนั้นลดลง (เกิด ปัญหาเหมือนกับการที่ผู้ให้บริการนำคลื่น 2G ไปให้บริการด้วยความเร็วของ 3G) ส่วนระบบ 4G นั้น ทำงานอยู่ในคลื่นความถี่ที่ถูกจัดสรรให้กับระบบ 4G อยู่แล้ว โดยแบนด์วิดท์ถูก กำหนดให้กว้างพอสำหรับรองรับกับอัตราส่งข้อมูลสูงถึง 100Mb/s ดังนั้นระบบ 4G จึงไม่ได้รับ ผลกระทบในกรณีที่ส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูง และในอนาคตมีแนวโน้มว่าความต้องการอัตราการ ส่งผ่านข้อมูลจะสูงขึ้นไปเรื่อยๆ ดังนั้นคลื่นความถี่ของระบบ 4G จึงเหมาะสมที่จะรองรับกับ ความต้องการในอนาคตได้มากกว่าคลื่นความถี่ของระบบ 3G จากข้อมูลดังกล่าวผู้เขียนมีความคิดเห็นส่วนตัวว่า ผู้ที่จะลงทุนให้บริการในระบบ 3G ควรจะพิจารณาให้รอบคอบก่อนตัดสินใจลงทุน เนื่องจากการลงทุนในระบบ 3G มีค่าใช้จ่ายสูง ซึ่งจะส่งผลทำให้อัตราค่าบริการที่เรียกเก็บจากผู้ใช้บริการสูงตามไปด้วย ซึ่งอัตราที่เรียกเก็บนี้ ผู้ใช้บริกการยอมรับได้หรือไม่หรือยอมรับได้เฉพาะแค่บางกลุ่มเท่านั้น และถ้าเมืองไทยเปิดให้ ใช้คลื่นความถี่ในงานบริการอย่างเสรีจริงๆ (ไม่ได้ถูกผูกขาดหรือคลอบงำจากผู้ใด, หน่วยงานใด , บริษัทใดหรือรอให้ผู้ที่ลงทุนในระบบ 3G คุ้มทุนก่อน) และยอมเปิดให้มีการลงทุนในการ ให้บริการของระบบต่างๆ เช่น WiMAX และ 4G ฯลฯ อย่างเสรี ผู้เขียนมีคำถามว่า ในเวลา อันใกล้นี้ผู้ให้บริการที่ลงทุนในคลื่นความถี่ 3G จะคุ้มทุนได้หรือไม่ เมื่อต้องเจอกับคู่แข่งที่ ให้บริการที่มีศักยภาพเท่าเทียมกันหรือเหนือกว่าและให้บริการที่รองรับกับ IP-Based เป็นหลัก และที่สำคัญก็คือมีอัตราค่าบริการที่ต่ำกว่า