ระบบ CELLULAR
ปัจจุบันความต้องการของตลาดในด้านอุปกรณ์สื่อสารส่วนบุคคล โดยใช้คลื่น Radio Frequency (RF) จะเป็นตัวส่งเสริมการทำ อุตสาหกรรมใน ด้าน RF โดยที่การพัฒนาต่างๆ จะขึ้นอยู่กับปัจจัยในด้านกฎหมาย การจัดสรรความถี่ มาตรฐานในการซ่อมบำรุง รวมทั้งการยอมรับในผลิตภัณฑ์ จากลูกค้า บทความนี้จะเน้นในด้านการ พัฒนาทางวิศวกรรมและอุปกรณ์ สำหรับ RF เพื่อให้วิศวกรใช้ออกแบบอุปกรณ์สื่อสาร ส่วนบุคคลได้อย่าง มีประสิทธิภาพมากที่สุด
ในระบบ Digital Cellular
นับตั้งแต่บริษัท PAN-European GSM System ได้นำผลิตภัณฑ์ Digital Cellular ออกสู่ตลาด ทำให้เกิดความต้องการในด้านการใช้ Digital Modulation มากกว่าการใช้ Analog Frequency Modulation ในระบบ Cellular System เช่น การใช้วงจรขยายโดยมีลักษณะที่ Linear สำหรับสัญญาณ Low - Level และ Power Amplifier ซึ่งจะต้องเป็นแบบ Class A หรือ Class AB เพื่อที่จะทำการส่งสัญญาณที่ผ่านการทำ Digital Modulation ซึ่งใช้ในระบบ GSM ทั้งของยุโรป,อเมริกา และญี่ปุ่น ในทำนองเดียวกันที่ผู้ผลิตทรานซิสเตอร์หรือวงจร Power Amplifier จะต้องผลิตอุปกรณ์ที่มีลักษณะแบบ Linear และจะต้องลดการสิ้นเปลืองพลังงานอีกด้วย
การเปลี่ยนแปลงระบบสื่อสารจาก Analog Transmission ไปเป็น Digital Cellular มีส่วนให้มีการปรับปรุงในด้านวงจร Filter โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณลักษณะของ การ Delay จะมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง ดังนั้น การออกแบบวงจร Filter จะต้องคำนึงถึงข้อจำกัดในด้าน Uniform Group Cellular Delay (Linear Phase) โดยที่วงจร SAW Filter ที่ใช้ในภาค IF Filter ของ Digital Cellular จะต้องมีขนาด เล็กเปลี่ยนแปลงแก้ไขง่าย และใช้กับความถี่สูงได้
การพัฒนาใน ด้านการ Modulator เป็นอีกส่วนหนึ่งที่ได้รับการเปลี่ยนแปลง โดยเฉพาะการใช้ Modulator/Demodulator แบบ Matched-Monolithic จะเป็นหนทางเลือกที่ดีที่สุดเพื่อที่จะให้การทำงานในด้าน I AND Q Channel Processing มีประสิทธิภาพสูงสุด ดังนั้นการรวมวงจรในด้าน Pre-amplifier, Buffers และ Base-band Filter อยู่ใน IC ตัวเดียวกัน จะทำให้มีการควบคุมที่ดีขึ้นMobile Voice and Dataการส่งข้อมูลในช่องสื่อสารใช้สำหรับ Voice นั้น จะแบ่งการใช้งานเป็น 2 ระยะ คือระยะสั้น และระยะยาว ระบบ Digital Cellular จะเป็นระบบที่ใช้สัญญาณ Digital อย่างแท้จริง และการทำ Multiplex จะได้ทั้งสัญญาณข้อมูลและสัญญาณเสียง
ส่วนในระยะสั้นนั้น ถ้ามีการส่งข้อมูลทั้งในระบบ Analog Cellular System จะมีปัญหาเกิดขึ้นตามมาด้วย ซึ่งปัญหาเหล่านี้ก็จะเกิดกับการสื่อสารสำหรับ Voice เช่นกัน แต่จะไม่สำคัญนัก และสามารถตัดทิ้งได้ ดังนั้นสิ่งที่ควรคำนึงถึงเมื่อใช้ในการสื่อสารข้อมูล คือ Data Rate ที่ใช้ ซึ่งจะมีข้อจำกัดในด้าน Modulation Bandwidth และ IF Performance โดยทั้งสองปัจจัยนี้จะเป็นสิ่งที่กำหนดขอบเขตความสามารถของช่องสัญญาณที่ใชในการรับ - ส่ง สิ่งที่จะเป็นปัญหาอีกอย่างหนึ่งก็คือ การสะท้อนของสัญญาณ (Multi path Propagation) ซึ่งในระบบ Digital System จะมีการแก้ปัญหานี้อยู่ในตัวแล้ว ซึ่งในขณะเดียวกัน ระบบที่เป็น Digital - on - Analog (ในระยะสั้น) จะต้องมีวงจรเสริมเข้าไปในอุปกรณ์วิทยุที่ใช้อยู่เดิมจากปัญหาที่กล่าวมาแล้ว รวมทั้งการใช้ Protocols สำหรับการใช้ Voice และ Data ร่วมกัน และการตรวจสอบข้อผิดพลาด ได้มีการแก้ไขและการใช้แล้วในหลายๆ ระบบ เช่น Mobiter อย่างไรก็ตาม การแก้ปัญหาเหล่านี้จะมีการดำเนินการไปเรื่อยๆ จนกว่าจะมีการใช้ Digital Cellular อย่างสมบูรณ์แบบระบบโทรศัพท์ DECT/CT - 2/PCS/PHPได้มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วเกิดขึ้น กับระบบต่างๆ ทั้งในระบบยุโรป (Digital European Cordless-Telephone System - DECT) ในระบบอังกฤษ (CT - 2) ในระบบอเมริกา (Personal Communications Service - PCS) และในระบบญี่ปุ่น (Japanese Personal Handy Phone - PHP) และมีผู้เชื่อว่าระบบต่างๆ เหล่านี้จะเป็นที่ต้องการของตลาด ในอนาคต เนื่องจากมีความเหมาะสมในด้านราคา และความสามารถเมื่อ นำมาใช้กับโทรศัพท์ Cellular และโทรศัพท์ระบบไร้สาย
ปัญหาในระบบเหล่านี้จะเหมือนกับปัญหาในระบบ Digital Cellular ที่กล่าวมาแล้ว แต่วิศวกรจะมุ่งในการแก้ปัญหาเฉพาะด้านการสิ้น เปลืองพลังงานและราคาต้นทุน สำหรับในการใช้โทรศัพท์แบบ Cellular ซึ่งแต่เดิมจะมีราคาสูง เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เฉพาะผู้ที่ดำเนินธุรกิจเท่านั้น แต่ในอนาคตอันใกล้นี้ โทรศัพท์ Cellular จะเป็นอุปกรณ์พื้นฐานสำหรับบุคคลโดยทั่วไป ซึ่งควรจะมีราคาที่ถูกลง และมีการทำงานที่นานขึ้น โดยใช้ความถี่ของระบบในย่าน 1.7 - 1.9 GHz ซึ่งจะมากกว่าความถี่ที่ใช้กับระบบCellular ในปัจจุบันประมาณ 2 เท่า ดังนั้น บริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์โทรศัพท์จะต้องแข่งขันในด้านการใช้เทคโนโลยี High Level Integration การนำอุปกรณ์ที่ใช้แรงเคลื่อน 3 Volts มาใช้ และการออกแบบอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กรวมทั้งจะต้องมีสายการผลิตแบบอัตโนมัติ โดยที่อุปกรณ์โทรศัพท์เหล่านี้จะใช้ความถี่ในการทำงานประมาณ 2 GHz ในขณะที่ระบบ Cellular ในปัจจุบันจะใช้ความถี่ประมาณ 900 MHz ด้วยเหตุนี้จึงต้องมีการพัฒนาการปรับปรุงระบบ หรือวิธีการในระบบอีกครั้งหนึ่ง เพื่อให้สามารถรองรับอุปกรณ์ที่จะใช้ในอนาคตได้
โทรศัพท์เซลลูลาร์
โทรศัพท์เซลลูลาร์เป็นระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ระบบใหม่นะครับที่ได้ถูกพัฒนาขึ้นมาให้เหมาะสมกับการใช้งาน ในระบบสื่อสารวิทยุโทรศัพท์เคลื่อนที่ในปัจจุบันครับ และยังสามารถ ครอบคลุม พื้นที่ให้บริการได้กว้างมากขึ้นด้วยนะครับ ขยายขอบเขต การให้บริการแก่ผู ้ใช้บริการได้ต่อเนื่องไม่มีขีดจำกัดอีกด้วย กล่าวคือในเขตพื้น ที่ที่มีประชากรหนาแน่นเช่น กรุงเทพฯมีความต้องการใช้โทรศัพท์เคลื่อน ที่จำนวนมาก ก็ออกแบบให้มีจำนวนเซลล์มากขึ้นเพื่อรองรับอัตราใช้บริการให้มากขึ้น ส่วนในเขตพื้นที่ที่มีประชากรเบาบาง เช่น ในเขตต่างจังหวัด มีความต้องการใช้ โทรศัพท์เคลื่อนที่เป็นจำนวนน้อยก็ออกแบบให้เซลล์มีขนาดใหญ่ขึ้นครับ เพื่อความเหมาะสม แต่ละเซลล์ที่ติดกันจะใช้ย่านความถี่ที่แตกต่างกันด้วยนะครับ เพื่อป้องกันการรบกวนซึ่งกันและกันไงล่ะครับ ส่วนเซลล์ที่อยู่ห่างออก ไปจะนำความถี่เดิมมาใช้อีกด้วย เรียกว่า การนำความถี่กลับมาใช้อีก แหม่ดีจริงๆ นะครับ และยังไม่เกิดการสอดแทรกและสูญหายของสัญญาณด้วย เมื่อต้องการใช้โทรศัพท์เคลื่อนที่เพิ่มขึ้นก็แบ่งจำนวนเซลล์ออกเป็นเซลล์ย่อย ให้มากขึ้นได้ตามต้องการ ทำให้การทำงานของระบบ โทรศัพท์เซลลูลาร์สามมารถ นำความถี่มาใช้งานอย่างคุ้มค่า
การจัดระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์
ระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์นี้นะครับ ต้องนำความถี่ที่ใช้แล้วกลับมาใช้อีก จำนวนช่องสัญญาณจะมากน้อยก็ขึ้นอยู่กับจำนวน แถบคลื่นความถี่ ที่จัดสรรให้โดย องค์กรที่รับผิดชอบนี่แหละครับ และช่วงห่างของช่องสัญญาณที่เป็นมาตรฐาน ใช้กันอยู่เป็น เครือข่ายช่องสัญญาณในกลุ่มเซลล์ที่ติดกันจะต้องใช้ ความถี่ที่แตกต่างกันด้วยครับ ระบบการทำงานของโทรศัพท์เซลลูลาร์ต้องระมัดระวัง การสอดแทรกของช่องสัญญาณที่ใช้ความถี่เดียวกัน ในบริเวณที่ใกล้เคียงกันครับ ต้องให้อยู่ในขีดจำกัดที่ยอมรับได้ตามมาตรฐานการสื่อสาร ในระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์ ด้วยครับส่วนในการนำความถี่เดิมมา ใช้ใหม่นั้น นะครับ จำเป็นต้องเลือกจำนวนช่องเซลล์สัญญาณที่แตกต่างกัน( K) ควรให้มีมากที่สุด ที่จะจัดได้เท่าที่จำเป็นครับ จะต้องไม่ให้เกิดการทับกันหรือเกิดช่อง ว่างระหว่าง เซลล์ด้วย จำนวนช่องเซลล์สัญญาณที่แตกต่าง ( K) ที่ยอมรับได้และนิยมใช้งานคือ K=4,7,12 และ 19 เซลล์ เป็นต้น
การทำงานของระบบโทรศัพท์เซลลูลาร์
1.เมื่อเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์เริ่มเปิดเครื่องนะครับ เครื่องโทรศัพท์นี้ก็จะตรวจ สอบหาสัญญาณจาก ช่องสัญญาณที่มีอยู่ในอากาศบริเวณนั้นเอง อย่างอัตโนมัติ ทันทีครับ
2.ปรับความถี่เข้าหาช่องสัญญาณที่มีความแรงมากที่สุดของสถานีฐานที่อยู่ใกล้ที่สุดครับ และก็คงไว้อย่างนั้นจนกว่าตัวเครื่องของโทรศัพท์จะเคลื่อนที่ ไปที่เซลล์อื่นก็ คือมีคนนำไปที่อื่นนั้นแหละครับ ในบริเวณที่มีความแรงของสัญญาณแรงกว่าเดิม
3.เมื่อผู้ใช้ต้องการติดต่อโดยการกดหมายเลขแล้วกดปุ่มโทรออกนะครับ เครื่องโทรศัพท์นี้ก็จะทำการค้นหาสถานีฐานให้เองโดยอัตโนมัติ ข้อมูลของสัญญาณควบคุมและสัญญาณเรียกจะถูกส่งไปยังสถานีฐานที่มีตำแหน่งที่ใกล้ที่สุดครับ
4. สถานีฐานจะเชื่อมต่ออยู่กับชุมสายโทรศัพท์เซลลูลาร์ ที่เป็นตัวควบคุมและสลับ สายช่องสัญญาณสนทนาครับ ซึ่งก็จะต่อกันเป็นระบบเครือข่ายจองโทรศัพท์ครับ สัญญาณเรียกจะถูกส่งต่อไปยังชุมสายโทรศัพท์ขององค์การโทรศัพท์ครับ
5 . หากผู้รับปลายทางเป็นโทรศัพท์บ้าน หรือต่อไปยังชุมสายโทรศัพท์ เซลลูลาร์ระบบอื่นหรือระบบเดียวกัน เมื่อผู้รับปลายทางเป็นโทรศัพท์เซลลูลาร์ สัญญาณเรียกนี้ต้องส่งผ่านช่องปรับแต่งของระบบ ต่อช่องสัญญาณของผู้เรียก กับผู้รับเข้าหากัน
6. กรณีใช้โทรศัพท์บ้านเรียกเข้าหาเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ ชุมสายโทรศัพท์ ธรรมดาสามารถแยกได้ว่าเป็นการเรียกไปยังปลายทางชนิดใด จากกลุ่มรหัส เลขหมายนำหน้า
7. ชุมสายโทรศัพท์ธรรมดาก็จะเชื่อมสัญญาณเข้าหาชุมสายโทรศัพท์เซลลูลาร์ ชุมสายโทรศัพท์เซลลูลาร์ต้องส่งข้อมูลสั้นๆ เจ้าหาเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ ตามข้อมูลของเลขหมายนั้นในการค้นหาเครื่องลูกข่ายด้วยครับ
8. แต่ละสถานีฐานนั้นก็ทำการส่งข้อความเรียกผ่านทางช่องปรับแต่งครับ และเมื่อเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์รับทราบว่ามีผู้เรียกเข้าหาตัวเอง แล้วก็จะทำการ ติดต่อกลับผ่านทางช่องปรับแต่ง
9. สถานีฐานก็จะจัดการหาช่องสัญญาณที่ว่างให้สามารถเชื่อมต่อ การสนทนาได้ เครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ทำการ จูนเข้าหาความถี่ของช่องสัญญาณ ตามคำสั่ง ของสถานีฐาน
10. การเคลื่อนที่เปลี่ยนเซลล์ของเครื่องโทรศัพท์เซลลูลาร์ ระบบโทรศัพท์ เซลลูลาร์ สามารถทราบได้ว่าสัญญาณการติดต่อ ของเครื่องโทรศัพท์ที่กำลัง ใช้งานไปยังเซลล์ถัดไป โดยอัตโนมัติในทิศทางที่เครื่องโทรศัพท์เดินทางไป เรียกว่า แฮนด์ออฟ หรือแฮนด์โอเวอร์
11. การสิ้นสุดการสนทนา เมื่อผู้ใช้โทรศัพท์กดปุ่มวางสาย ก็มีสัญญาณสิ้นสุด การสนทนา ส่งไปยังสถานีฐาน สัญญาณจะถูกส่งต่อไปยังชุมสาย โทรศัพท์ชุมสายก็ทำการยกเลิกการใช้ช่องสถานีนั้น และก็ยกเลิกการใช้
หลักการของระบบเซลลูลาร์ คือ ความพยายามในการใช้ความถี่ซ้ำๆ กันในพื้นที่ให้บริการบริเวณต่างกันให้มากที่สุดโดยจะมีการแบ่งพื้นที่ให้บริการเล็กๆเรียกว่า เซลล์ (Cell) โดยในเซลล์จะมีสายอากาศ สำหรับส่งสัญญาณ ควบคุมโดยสถานีฐาน (base station) ส่วนสถานีฐานจะถูกควบคุมด้วย MSC (Mobile switching center)
รูปที่ 1 การเชื่อมต่อระหว่างผู้ใช้โทรศัพท์และ MSC ของระบบเซลลูลาร์
การเชื่อมระหว่างโทรศัพท์ ขณะที่เปิดเครื่องโทรศัพท์ก็จะสแกนช่องสัญญาณและเลือกช่องที่มีความแรงสูงสุดแล้วก็ใช้ช่องสัญญาณนั้นเป็นระยะเวลาหนึ่ง เนื่องจากแต่ละพื้นที่มีช่องสัญญาณที่ แตกต่างกัน
การโทรออกและรับสายเข้า เมื่อต้องการให้โทรศัพท์มือถือทำการโทรออกทำได้โดยกดเบอร์ปลายทางแล้วกดส่งจะส่งเลขหมายปลายทางไปยังสถานีฐานซึ่งสถานีฐานจะส่งต่อไปยังMSCจากนั้นจะส่งไปยังศูนย์กลางการควบคุมแล้วเมื่อศูนย์กลางการควบคุมได้รับหมายเลขปลายทางแล้วก็จะส่งข้อมูลไปยัง MSC จากนั้น MSC จะทำการค้นหาตำแหน่งของ ของปลายทางโดยส่งสัญญาณไปถามแต่ละเซลล์ถ้าเจอโทรศัพท์มือถืออยู่ในพื้นที่ใดก็จะส่งไปยังโทรศัพท์นั้นเพื่อให้มีเสียงเรียกเข้าถ้าผู้รับกดรับก็แสดงว่าพร้อมสำหรับการสื่อสารโดยใช้สัญญาณเสียงแล้ว
รูปที่ 2 ลำดับชั้นควบคุมการทำงานของระบบเซลลูลาร์
ระบบเซลล์ลุล่ายุคแรก (1G)
เทคโนโลยีโทรศัพท์เคลื่อนที่ถือเป็นเทคโนโลยีสื่อสารไร้สายเชิงพาณิชย์ที่มีการใช้งานมากที่สุด(First Generation Mobile) ซึ่งใช้การส่งสัญญาณแบบ อนาล็อก ที่มีพื้นฐานมาจากAMPS(Advanced Mobile Phone Service) โดยใช้คลื่นความถี่ ระหว่าง 800 ถึง 900MHz ซึ่งระบบโทรศัพท์แบบ 800 และ 900 MHz ยังไม่แพร่หลายเพราะเทคโนโลยีเพิ่งจะเข้ามาทำให้ค่าบริการรวมทั้งตัวเครื่อง โทรศัพท์มีราคาที่แพงมาก หลังจากนั้นจึงได้มีการพัฒนา ต่อยอดเทคโนโลยีที่ใช้กับ 1G ให้มีสมรรถนะสูงขึ้น โดยมีการเพิ่มเทคโนโลยี FDMA (frequency division multipleaccess)เข้าไปซึ่งก็จะทำให้สามารถเปลี่ยนการส่ง สัญญาณแบบอนาล็อกเดิม ไปเป็นดิจิตอลได้ และยังได้แบ่งคลื่นความถี่ออกเป็น 30 ช่องทาง เพื่อให้สามารถส่ง ข้อมูลอื่น ๆ ที่ไม่ใช่เสียงออกไปได้
ระบบเซลล์ลูล่ายุคที่2 (2G)
ในขณะที่ยุคแรกใช้สัญญาณAnalogยังมีปัญหาเรื่องสัญญาณรบกวนจึงมีการ พัฒนา ใช้สัญญาณดิจิตอลในการส่งแทน ซึ่งระบบโทรศัพท์ในยุคดิจิตอลจะ ให้เสียงที่คมชัดกว่าเดิมมากแทบจะไม่มีสัญญาณรบกวนด้วยซ้ำ
ในยุค 2G นี้ ... เราสามารถ รับ-ส่งข้อมูลต่างๆและติดต่อเชื่อมโยง จนเกิดการกำหนดเส้นทางการเชื่อมกับสถานีฐานหรือที่เรียกว่า cell site ในยุคนี้จะ มีอยู่ 3ระบบได้แก่
1. D-AMPS(The Digital Advanced Mobile Phone System) เป็นระบบที่ ได้ออกแบบมาเพื่อให้สามารถใช้งานร่วมกับ APMS ได้ ทำให้สามารถให้บริการ พร้อมกันท ั้ง 2 ระบบในเขตพื้นที่เซลล์เดียวกัน ซึ่งระบบนี้มีการเปลี่ยนแปลง เป็นสัญญาณดิจิตอลและบีบอัดข้อมูลที่ตัวเครื่องโทรศัพท์ซึ่งมีส่วนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเป็นอย่างมาก ทำให้ผู้โทรศัพท์ 3 เครื่องสามารถใช้ความถี่เดียวกันได้
2. ระบบGSM (Global System for Mobile communication) ซึ่งยุคนี้ก่อกำ เนิดระบบนี้ขึ้นมา ระบบนี้มีความคล้ายคลึงกับ D-AMPS แต่ในระบบ GSM มีช่องสัญญาณที่กว้างกว่า (D-AMPS มีความกว้าง 30 kHz ส่วน GSM มีความกว้าง 200 kHz) มีจำนวนผู้ใช้ต่อคู่ความถี่ต่างกัน(D-AMPS มีจำนวน 3 คน ส่วน GSM มีจำนวน 8 คน) ซึ่งทำให้ระบบ GSM มีความสามารถในการสื่อสารที่เร็วสูงกว่ามาก
3. ระบบ CDMA คือ แทนที่จะทำการแบ่งคลื่นสัญญาณ ที่ได้รับออกเป็นช่อง สัญญาณแคบๆ CDMA อนุญาตให้แต่ละสถานีสามารถใช้คลื่นสัญญาณ ทั้งหมดได้ ในเวลาเดียวกัน เพื่อเป็นการเปรียบเทียบให้เห็นการทำงาน ลองนึกถึงห้องโถง ขนาดใหญ่ที่มีผู้คนอยู่ จำนวนมาก ต่างกำลังสนทนากันอยู่เป็นคู่ๆ วิธีการแบบ TDM คือการแบ่งช่วงเวลาให้แต่ละคู่ในการพูดคุยซึ่งจะต้องผลัดเปลี่ยนกันแต่ละคู่ FDM คือการแบ่งคลื่นความถี่ออกเป็นช่องและกำหนดให้คู่สนทนาแต่ละคู่ใช้ช่องสัญญาณที่แต่ต่างกันทำให้สามารถพูดคุยพร้อมกันได้
ยุค 2G นี้ ถือเป็นยุคเริ่มต้นแห่งการเฟื่องฟูของโทรศัพท์มือถือ ราคาของ โทรศัพท์มือถือเริ่มต่ำลง (กว่ายุค 1G) ทำให้ปริมาณผู้ใช้โทรศัพท์มือถือมีมากขึ้น ซึ่งการส่งข้อมูลของยุค 2G นี้ เป็นยุคที่มีการเริ่มฮิต Download Ringtone , Wallpaper , Graphic ต่างๆ แต่ก็จะจำกัดอยู่ที่การ Download Ring tone แบบ Monotone และ ภาพ Graphic ต่างๆก็เป็นเพียงแค่ภาพขาว-ดำที่มีความละเอียดต่ำเท่านั้น
ระบบเซลล์ลูล่ายุคที่2.5 (2.5G)
เป็นการนำเทคโนโลยีเชื่อมต่อวงจรแบบแพ็กเกตสวิทช์ (Packet Switched) ซึ่งอนุญาตให้ผู้ใช้งานหลายรายสามารถรับส่งข้อมูลได้บนวงจรเดียวกัน ใน ลักษณะ คล้ายกับเครือข่ายอินเทอร์เน็ต มาใช้งาน มีการพัฒนาเทคโนโลยี GPRS (Generic Packet Radio Service) ซึ่งต่อมาได้มีการพัฒนาไปเป็นเทคโนโลยี EDGE (Enhanced Data rate for GPRS Evolution) สำหรับใช้เพิ่มขีดความสามารถ ของเครือข่าย GSMให้สามารถรองรับการสื่อสารข้อมูลได้ดีขึ้น แต่ก็ยังนับว่าเครือข่าย GPRS หรือ EDGE ไม่สามารถตอบสนองความต้องการใช้งานแบบ BWA ได้ เนื่องจากอัตราเร็วสูงสุดในการรับส่งข้อมูลทั้ง 171.2 และ 384 กิโลบิตต่อวินาที ของ GPRS และ EDGE นั้น เป็นอัตราเร็วรวมของความถี่ใช้งานแต่ละช่อง ในทางปฏิบัติย่อมไม่สามารถเปิดใช้งานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ
ระบบเซลล์ลูล่ายุคที่3 (3G)
เป็นระบบสื่อสารที่ได้รับความนิยมทั่วโลก คุณสมบัติและความสามารถของ 3G มีดังนี้ ใช้คลื่นความถี่ 2 กิกะเฮิรตซ์ สามารถเชื่อมต่อเข้าสู่เครือข่าย ได้ตลอดเวลา สามารถส่งข้อมูลที่เป็นมัลติมีเดียได้ รองรับการใช้งานประเภท ดิจิตอลคอนเทนต์ มีความเร็วในการสื่อสารสูงสุด 2Mbps (ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม) สามารถทำโรมมิง (roaming) ได้ทั่วโลก ฯลฯ
ปัจจุบันเครือข่าย 3G ถูกบ่งออกเป็น3มาตรฐานหลักด้วยกันคือ
1. CDMA2000
2. TD-SCDMA
3. UMTS (W-CDMA)
Always On คุณสมบัติหลักของ 3G คือ มีการเชื่อมต่อกับระบบเครือข่ายของ 3G ตลอดเวลาที่เปิดเครื่องโทรศัพท์ (always on) คือไม่จำเป็นต้องต่อโทรศัพท์เข้า เครือข่าย และ log-in ทุกครั้งเพื่อใช้บริการรับส่งข้อมูล ซึ่งการเสียค่าบริการแบบนี ้จะเกิดขึ้นเมื่อมีการเรียกใช้ข้อมูลผ่านเครือข่ายเท่านั้น โดยจะต่างจากระบบทั่วไป ที่จะเสียค่าบริการตั้งแต่ล็อกอินเข้าในระบบเครือข่าย
อุปกรณ์สื่อสารไร้สายระบบ 3G สำหรับ 3G อุปกรณ์สื่อสารไม่ได้จำกัดอยู่เพียง แค่โทรศัพท์เท่านั้น แต่ยังปรากฏในรูปแบบของอุปกรณ์ สื่อสารอื่น เช่น Palmtop, Personal Digital Assistant (PDA), Laptop และ PC
ระบบเซลล์ลูล่ายุคที่4 (4G)
มาถึงมาตรฐานสุดท้าย คือ Forth Generation (4G) เทคโนโลยีสื่อสารในยุค 4G คือทำความเร็วในการสื่อสารได้ถึงระดับ 20-40 Mbps เมื่อเทียบกับความเร็วที่ ได้จาก 3Gจากความสําเร็จในการพัฒนาระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ยุคที่สามหรือที่ เรียกว่าระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ยุค3Gซึ่งมีอยูดวยกันหลายระบบตาม คุณสมบัติทาง เทคนิคที่แตกตางกันไปภายใตกลุม IMT-2000 (International Mobile Telecommunications for the year 2000)ทําใหบริษัทผูใหบริการระบบโทรศัพทเคลื่อน ที่มีรูปแบบบริการใหม ๆเสนอตอผูใชไดหลากหลาย ดังที่เราจะเห็นบริการใหม ๆ ที่มีในโฆษณาตาง ๆ ทั้งนี้ขึ้นอยูกับวาบริษัทผูใหบริการไดทําการพัฒนาหรืออัพเกรด โครงขายโทรศัพทเคลื่อนที่หรือไมขณะเดียวกันเครื่องโทรศัพท เคลื่อนที่ของผูใช้ ก็ตองมีคุณสมบัติรองรับการใชบริการตางๆถึงจะสามารถใชบริการนั้น ๆ ไดและในชวง หลายปที่ผานมานี้บริษัทชั้นนําตางๆที่ทําธุรกิจดานระบบสื่อสารทั่วโลก มีทั้งบริษัท ที่เปนผูผลิตอุปกรณตางๆและบริษัทที่เปนผูใหบริการ ไดมีการพัฒนาระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ตอจากยุค3Gอยางตอเนื่อง จนเขาสูระบบ โทรศัพทเคลื่อนที่ยุคที่สี่หรือระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ยุค 4Gเพื่อใหโครงขายโทรศัพทเคลื่อนที่มีสมรรถนะเพิ่มมากขึ้นในปจจุบันระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ยุค 3G กําลังมีการพัฒนาใหมีสมรรถนะที่สูงมากขึ้น ยกตัวอยาง มีการพัฒนาใหโครงขายทั้งหมดเปนแบบ IP (All-IP Networks) หมายความ
วาขอมูลทั้งหมดอยูในระบบโครงขายจะมีการรับสงกันผานสวิตซแบบแพ็กเกต การเชื่อมตอแบบไรสายนั้นไดมีการพัฒนาใหสามารถรับสงขอมูลที่อัตราเร็วที่ 10 Mbpsขึ้นไป และกําลังพยายามที่จะพัฒนาใหขึ้นไปถึง 30 Mbpsพัฒนาการรับสงขอมูลสามารถอธิบายไดดังนี้ ระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ยุค 2G นั้น ไดถูกออกแบบใหมีการรับสงขอมูลที่เปนสัญญาณเสียงเปนหลัก สวนระบบ โทรศัพทเคลื่อนที่ยุค 2.5G ไดมีการออกแบบใหสามารถรับสงขอมูลแบบแพ็กเกตได สําหรับระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ยุค 3G ไดพัฒนาระบบใหสามารถรองรับ การสงขอมูลแบบมัลติมีเดียและรองรับการใหบริการตาง ๆ ทั้งหมดของระบบ โทรศัพทเคลื่อนที่ยุคกอน ๆ ซึ่งการพัฒนาระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ยุค3G นี้ การรับสงขอมูลผานตัวกลาง โครงขายตองมีความฉลาดมากขึ้น บริการตาง ๆ ที่เปดใหผูใชมีมากขึ้น รวมไปถึงสมรรถนะและคุณภาพของการบริการ มีมากขึ้นภายใตสภาวะแวดลอมที่เหมาะสม เชน ในขณะที่เครื่องโทรศัพท์ เคลื่อนที่ของผูใชมีการเคลื่อนที่ดวยความเร็วต่ำ หรือ ไมไดอยูในรถยนต์ ที่มีการเคลื่อนที่ในขณะที่กําลังใชบริการรับสงขอมูลมัลติมีเดียอยูในระบบโทรศัพท์ เคลื่อนที่ยุค 4G โทรศัพทเคลื่อนที่จะสามารถรับส่งขอมูลที่มีอัตราการส่ง
ข้อมูลที่หลากหลาย ขึ้นอยูกับความตองการใชบริการในสภาวะแวดลอมตาง ๆ ซึ่งผูใชสามารถใชบริการรับสงขอมูลตาง ๆ ได แมอยูในรถยนตที่กําลังเคลื่อนที่ และมีอัตราการรับสงขอมูลขึ้นไปถึง 50-100 Mbps ขึ้นไป นอกจากนี้ ในระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ยุค 4G จะสนับสนุนการบริการตาง ๆ ที่มีลักษณะการบริการทั้งแบบสมมาตรและแบบไมสมมาตร(Symmetrical / Asymmetrical Services) การบริการแบบสมมาตร คือ ขอ
มูลมีการรับสงกันทั้งสองฝายในปริมาณที่เทา ๆ กัน การบริการแบบไมสมมาตร คือ ปริมาณการสงขอมูลของฝายหนึ่งมีมากกวาอีกฝายหนึ่ง เชน การใชบริการ อินเตอรเน็ต ซึ่งสวนมากเราจะรับขอมูลมากกวาสง
ขอมูล ในเรื่องคุณภาพของการบริการที่มีลักษณะแบบเวลาจริง(Real time)ก็จะดีขึ้น อีกทั้งยังสนับสนุนการบริการที่มีลักษณะแบบแพรกระจายขอมูลใหมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นดวยโครงขายโทรศัพทเคลื่อนที่ในอนาคตจะมีคุณลักษณะการติดตอสื่อสารเปนแบบแนวนอน หมายความวาระบบการเชื่อมตอตาง ๆ ระหวางโครงขายและเครื่อง โทรศัพทเคลื่อนที่ของผูใชที่แตกตางกันทางเทคนิค เชน ระบบโทรศัพทเคลื่อน ที่เซลลูลาร ระบบการเชื่อมตอแบบบรอดแบนด (Broadband) ไรสาย ระบบแลนไรสาย ระบบการเชื่อมตอระยะสั้น (Short-Range Connectivity) และระบบที่ใชสายตาง ๆ จะถูกนํามาเชื่อมโยงใหอยูในแพลตฟอรม
เดียวกัน เพื่อใหการเชื่อมตอของระบบตาง ๆ สามารถเขาดวยกัน ไดอยางมีประสิทธิ ภาพ เปนวิธีที่ทําใหมีบริการตางๆ ที่เปนไปตามความตองการของผูใช และสภาวะ แวดลอมทางดานคลื่นความถี่ที่ใชงานกุญแจที่สําคัญที่จะทําใหการพัฒนาระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ยุค 4G มีความเปนไปได จะตองมีการระบุแนวโนมของเทคโนโลยีตาง ๆ ที่เกี่ยวของ ดังนี้ระบบ เทคโนโลยีที่เกี่ยวของและตองคํานึงถึง ไดแก Voice Over IP ซอฟตแวรการจัดการดานคลื่นความถี่ เครื่องรับสงบรอดแบนดไรสาย, แพลตฟอรมของระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ สถาปตยกรรมโครงขาย ระบบไรสายที่เปนแบบ IP ทั้งหมด (All-IP Wireless), การรักษาความปลอดภัย การเขารหัส การตรวจสอบผูใชบริการ การเรียกเก็บคาใชบริการ การพาณิชย์ อิเล็กทรอนิก สบนระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ และเทคโนโลยีโครง ขายMobile Ad hoc (MANETS)แอพพลิเคชัน เทคโนโลยีที่เกี่ยวของ ไดแก การบีบอัดสัญญาณ เทคนิคการเขารหัสที่มีอัตราการเขารหัสแบบพลวัตร (Dynamic Variable-rate Codecs), การอินเตอรเฟซระหวางผูใชกับโทรศัพทเคลื่อนที่อัจฉริยะ เทคโนโลยีการ ติดตอสื่อสารขอมูลที่มีลักษณะต่อเนื่องกัน ภาษาที่ใชเขียนโปรแกรมสําหรับ บริการตาง ๆ และเทคนิคในการพัฒนาแอพพลิเคชันการเชื่อมตอไรสาย เทคโนโลยีที่เกี่ยวของ ไดแก การควบคุมคุณภาพของการบริการแบบพลวัตร, การควบคุมความผิดพลาด,เทคนิคการคนหาเซลลที่ความเร็วอัตราสูง,การควบคุมการ เคลื่อนที่บนพื้นฐาน IP ระบบสงแพ็กเกต IP, การปรับตัวของขายเชื่อมโยงและ การสงคลื่นแสงการใชคลื่นความถี่อยางมีประสิทธิภาพ เกี่ยวของกับการขยายการใชคลื่นความถี่ยานไมโครเวฟ, การใชแถบความถี่รวมกัน และแบงปนการใชความถี่, การกําหนดชองสัญญาณแบบพลวัตร, เทคนิคลดการเกิดสัญญาณรบกวน โครงสรางของเซลลสามมิติที่มีความหนาแนนสูง (High-Density 3D Cell Structure), สายอากาศแบบ อัลเรยแบบปรับตัวได, เทคนิค MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) และเทคนิค OFDM (Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing )
เครื่องโทรศัพทเคลื่อนที่ เทคโนโลยีที่เกี่ยวของ ไดแก เทคนิคการจัดการดานการใชพลังงาน, เทคโนโลยีดานอุปกรณหนาจอแสดงฟงกชันการทํางานตางๆ, การจดจําเสียง (Voice Recognition), เทคโนโลยีดานการผลิตอุปกรณเซมิคอนดัคเตอร, แพลตฟอรมของระบบเครื่องโทรศัพทเคลื่อนที่ และการรักษาความปลอดภัยจะเห็นไดวาการพัฒนาระบบโทรศัพทเคลื่อนที่ยุค 4G ที่จะเกิดขึ้นในอนาคตนั้น จะตองมีการพัฒนาเทคโนโลยีตาง ๆ ที่เกี่ยวของเปนจํานวนมาก เพื่อใหระบบมีสมรรถนะที่สูงขึ้น และทําใหเกิดการรวมระบบระหวางระบบการเชื่อมตอแบบบรอดแบนดไรสาย และระบบโทรศัพทเคลื่อนที่
ความโดดเด่นของ 4G คือ
- ถูกออกแบบมาเพื่อการใช้งานบนเครือข่ายที่กินพื้นที่กว้างก็ได้หรือจะทำ เป็น เครือข่ายขนา ดย่อม ๆ แบบ WLAN ได้
- มีช่องสื่อสารความกว้างสูงสามารถสื่อสารได้ทุกสถานที่ มีการเชื่อมต่อกับระบบสื่อสารแบบใช้สายเช่น ระบบอินเตอร์เน็ตได้อย่างราบรื่น มีทรัพยากรทีสามารถปรับตัวต่อสภาพการใช้งานได้หลายแบบ และสามารถให้บริการมัลติมิเดียคุณภาพสูงได้
- อัตราการรับ-ส่งข้อมูลควรทำได้ 100 Mbps สำหรับการใช้งานลักษณะเคลื่อนที่ และในปี ค.ศ. 2010 ควรทำได้อย่างน้อย 1 Gbps สำหรับการใช้งานทั่วไป
- เป็นมาตรฐานสากล แบบเปิด ที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้กับสเปคตรัมที่ใช้กันแพร่หลายทั่วโลก
- ความสามารถในการทำงานของ 3G อาจจะไม่เพียงพอที่จะสนองตอบความต้องการของแอพพลิเคชั่นสูง ๆ อย่างเช่น มัลติมีเดีย, วิดีโอแบบภาพเคลื่อนไหวที่เต็มรูปแบบ (Full-motion video) หรือการประชุมทางโทรศัพท์แบบไร้สาย (Wireless teleconferencing) ทำให้เกิดความต้องการเทคโนโลยีเครือข่ายที่จะมาช่วยเพิ่มขีดความสามารถของ 3G โดยจะต้องเป็นเครือข่ายที่มีขนาดใหญ่มากด้วยระบบ 4G เป็นระบบเครือข่ายแบบ IP digital packet ทำให้สามารถส่ง Voice และ Data ผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ตด้วยราคาการให้บริการที่ถูกมาก และมีรูปแบบที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น
