ในการพัฒนา 5g มีการใช้ความรู้จากศาสตร์ต่างๆ

เทคโนโลยี 5G หลายๆคนคงเคยได้ยินกันมาบ้างแล้ว ไม่ว่าจากข่าวต่างประเทศที่มีการแบนเทคโนโลยีของหัวเหว่ยโดยสหรัฐอเมริกา และในไทย กสทช. นำเงื่อนไขบางสิ่งบางอย่างไปแลกกับการให้เอกชน 3 รายมาประมูลความถี่เพื่อทำระบบ 5G แต่ก็ไม่มีใครสนใจเท่าไร เอาแต่ของแจก แต่เทคโนโลยีนี้อย่างไรเราก็ต้องเริ่มต้นพัฒนา

ในอดีตเทคโนโลยีของโทรศัพท์ไร้สายเริ่มด้วยระบบอะนาล็อค ซึ่งถือว่าเป็นรุ่นที่ 1 first Generation หรือ 1G สามารถสื่อสารได้เฉพาะเสียง ตัวเครื่องมีขนาดใหญ่และราคาแพง ใช้ครั้งแรกในญี่ปุ่นและยุโรปทางตอนเหนือ ระหว่างช่วง ค.ศ. 1950-1980

เทคโนโลยี 2G หรือโทรศัพท์ไร้สายรุ่นที่ 2 ปี ค.ศ. 1982 องค์กรบริหารงานไปรษณีย์และโทรคมนาคมของสหภาพยุโรป ได้กำหนดหลักเกณฑ์มาตรฐานด้วยเทคโนโลยี GSM (Global System for Mobile communications) และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในปี ค.ศ. 1991 ระบบนี้เป็นการส่งสัญญานระบบดิจิทัล มีเสียงคมชัด มีการรบกวนน้อย และสามารถส่ง SMS ได้แล้ว ใช้งานอินเตอร์เนตเบื้องต้นได้

เทคโนโลยี 3G หรือเครือข่ายโทรศัพท์ไร้สายรุ่นที่ 3 เป็นยุคเริ่มแรกของการสื่อสารด้วยความเร็วสูง Mobile Broadband เริ่มขึ้นในช่วงปี ค.ศ. 2000 เป็นยุคเริ่มของการให้บริการทางด้านข้อมูลแบบไร้สายโดยใช้มาตรฐาน IMT-2000 โทรศัพท์ไม่ได้มีไว้โทรอย่างเดียว มันยังสามารถสื่อสารผ่านอินเตอร์เนตหรือเรียกว่า Voice over IP Call และวีดิโอคอล สามารถเล่นเกมส์ ดูทีวีผ่านอินเตอร์เนตได้ การใช้โทรศัพท์มือถือมีความซับซ้อนมากขึ้นและมือถือก็เรียกว่าสมาร์ทโฟน

เทคโนโลยี 4G เป็นการพัฒนามาจาก เทคโนโลยี 3G จนกลายเป็นระบบ LTE หรือ Long Term Evolution ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของ โทรศัพท์ยุค 4G โดยมาตรฐานที่สาคัญของระบบ 4G คือมาตรฐาน IMT-Advanced ของ International Telecommunication Union Radiocommunication Sector (ITU-R) และมาตรฐาน LTE Release 10 ของ 3GPP ซึ่งมาตรฐานทั้งสองนี้กำหนดให้สามารถส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงขึ้น มีการใช้คลื่นความถี่ให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและกำหนดให้มีความหน่วงของระบบลดลง (Latency) มีการใช้เทคนิค Carrier Aggregation หรือการรวมช่องความถี่จำนวนมากเพื่อให้ได้ความจุที่มากขึ้นและสามารถส่งข้อมูลได้เร็วขึ้น และการใช้เทคนิค Multiple Input Multiple Output (MIMO) หรือการใช้สายอากาศจำนวนมากสาหรับการส่งและรับสัญญาณเพื่อให้ได้อัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้น

5G เทคโนโลยี ข้อกำหนดและเงื่อนไข

การพัฒนามาตรฐาน เทคโนโลยี 5G มีวัตถุประสงค์ที่มากกว่าการสื่อสารและส่งผ่านข้อมูลในระดับบุคคล โดยทำขึ้นมาเพื่อการสื่อสารเชื่อมโยงกันทั้งบุคคลและสิ่งอื่นๆ ในหลายๆภาคส่วน ทั้งด้านเศรษฐกิจ ธุรกิจ สังคม มากมายเรียกว่าให้มันสามารถเชื่อมโยงทุกสรรพสิ่งได้

เทคโนโลยี 5G จะทำให้อัตรา ความเร็วในการส่งข้อมูลแบบไร้สายนั้น เทียบเท่ากับการเชื่อ มต่อแบบไฟเบอร์เทคโนโลยี 5G จึงจะมีบทบาทสาคัญในด้านต่างๆ มากมาย ไม่ว่าจะเป็น เกษตรกรรม ยานยนต์ การขนส่ง สิ่งก่อสร้าง พลังงาน การเงิน สุขภาพ อุตสาหกรรมการผลิต การบันเทิงความมั่นคงปลอดภัย และพฤติกรรมผู้บริโภค

ITU-R ได้กำหนดมาตรฐาน IMT for 2020 and beyond ซึ่งมีขีดความสามารถในด้านต่างๆเพิ่มขึ้นจากมาตรฐาน IMT-Advanced ของระบบ 4G โดยมีรายละเอียดที่สำคัญดังนี้

• อัตราการส่งข้อมูลสูงสุด (Peak data rate) เพิ่มขึ้น 20 เท่า
• อัตราการส่งข้อมูลที่ผู้ใช้ได้รับ (User experienced data rate) เพิ่มขึ้น 10 เท่า
• ความหน่วงของระบบ (Latency) ลดลง 10 เท่า
• ความสามารถในการรับข้อมูลในขณะเคลื่อนที่ (Mobility) โดยสามารถรองรับการเคลื่อนที่มีความเร็วเพิ่มขึ้น 1.5 เท่า
• ความหนาแน่นในการเชื่อมต่อ (Connection density) เพิ่มขึ้น 10 เท่า
• ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของโครงข่าย (Energy efficiency) เพิ่มขึ้น 100 เท่า
• ประสิทธิภาพการใช้คลื่นความถี่ (Spectrum efficiency) เพิ่มขึ้น 3 เท่า
• อัตราการส่งข้อมูลสูงสุดต่อพื้นที่ (Area traffic capacity) เพิ่มขึ้น 100 เท่า

มาตรฐานสำหรับเทคโนโลยี 5G เพื่อการรองรับงาน 3 ด้านหลักๆคือ

• การใช้งานในลักษณะที่ต้องการการส่งข้อมูลความเร็วสูงในระดับกิกะบิตต่อวินาที (Gbps) eMBB หรือ enhanced Mobile Broadband ซึ่งความต้องการด้านนี้นับวันจะมีเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ การส่งข้อมูลความเร็วระดับนี้จำเป็นที่จะต้องใช้เทคนิค และวิธีการดังต่อไปนี้
  • ใช้คลื่นความถี่ที่สูงขึ้น โดยเฉพาะย่านที่มีความถี่สูงกว่า 6 กะเฮิรตซ์ ซึ่งเราสามารถใช้ความกว้างแถบความถี่ bandwidth ที่สูงขึ้นได้ จึงเป็นคลื่นความถี่ที่ได้รับความสนใจสาหรับการนามาใช้ในระบบ 5G เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า คลื่นความถี่ Millimeter Wave (mmWave) หรือคลื่นความถี่ที่มีความยาวคลื่นในระดับมิลลิเมตร
  • เทคนิค Multiple Input Multiple Output หรือ MIMO คือการใช้สายอากาศ มากกว่าหนึ่งสายอากาศในการส่งข้อมูล รวมทั้งใช้สายอากาศมากกว่าหนึ่งสายอากาศในการรับข้อมูล ซึ่งการใช้สายอากาศมากกว่าหนึ่งสาหรับการส่งและรับข้อมูลนี้ทาให้เราสามารถรองรับการใช้งานของโทรศัพท์เคลื่อนที่ หรือ อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับจุดส่งสัญญาณดังกล่าวในปริมาณมากขึ้นได้ ในระบบ 4G และระบบ Wifi จะใช้สายอากาศ 4 ถึง 8 สาย แต่ระบบ 5G ต้องรับส่งข้อมูลมากกว่าถึง 100 เท่าดังนั้นสายอากาศรับส่งจึงต้องมากในระดับ 100 หรือ 1000 สาย ซึ่งจะเรียกว่า Massive MIMO
  • เทคนิค Non-orthogonal Multiple Access เป็นเทคนิคสำหรับการเข้าใช้งานโครงข่ายพร้อมกัน ซึ่งโดยทั่วไปเราเรียกเทคนิคดังกล่าวว่า Multiple Access Technique สาหรับระบบ 5G เทคนิคการเข้าใช้ที่ได้รับความสนใจ คือเทคนิค Non-orthogonal Multiple Access หรือ NOMA ซึ่งสามารถรองรับการเข้าใช้ได้มากยิ่งกว่าเทคนิค OFDMA ของระบบ 4G อย่างไรก็ตาม เทคนิค NOMA ยังคงมีข้อจากัดในหลายๆ ด้าน ที่ต้องทำการวิจัยเพิ่มเติม
  • เทคนิคการ Shared Spectrum เป็นการใช้คลื่นหลายย่านคลื่นร่วมกัน ช่วยให้ระบบสามารถกระจายการส่งข้อมูลออกไปจากคลื่นหลักในช่วงเวลาที่มีการรับส่งข้อมูลปริมาณมาก (Peak traffic) ทำให้การส่งข้อมูลเป็นไปได้รวดเร็วขึ้น รวมทั้งการใช้งานคลื่นความถี่อื่นช่วยให้สามารถส่งข้อมูลได้ปริมารสูงขึ้นในเวลาที่เท่ากัน
• การใช้งานที่มีการเชื่อมต่อของอุปกรณ์จำนวนมากในพื้นที่เดียวกัน mMTC หรือ massive Machine Type Communications ซึ่งสามารถเชื่อมต่อได้ในระดับล้านอุปกรณ์ต่อตารางกิโลเมตร ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้ไม่ต้องการการส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูง และส่งด้วยปริมาณข้อมูลไม่มาก และไม่ต้องการความหน่วงที่ต่ำ อุปกรณ์พวกนี้มักมีราคาต่ำ มีความอึดของแบตเตอรี่มากกว่าอุปกรณ์อื่นๆ ซึ่งคุณสมบัตินี้เหมาะสำหรับอุปกรณ์พวก IoT ซึ่งการเชื่อมต่อหลายๆอุปกรณ์ในพื้นที่เดียวกันจำเป็นต้องมีเทคนิคในการจัดการข้อมูล ซึ่งเทคนิคนั้นก็คือ
  • Cloud Computing อุปกรณ์พวก IoT บางประเภทมีความต้องการในการประมวลผล แต่ตัวของมันไม่สามารถประมวลผลได้เอง การส่งข้อมูลเพื่อไปประมวลผลบนอินเตอร์เน็ต ซึ่งเรียกว่า Cloud Computing จึงจะสามารถช่วยประมวลผลข้อมูลจำนวนมากที่เกิดจากอุปกรณ์ IoT เหล่านี้ได้
• การใช้งานที่ต้องการ ความสามารถในการส่งข้อมูลที่มีความเสถียรมาก URLLC หรือ Ultra-reliable and Low Latency Communications การส่งข้อมูลระดับนี้ต้องมีความหน่วงของการส่งข้อมูลในระดับ 1 มิลลิวินาที ในปัจจุบันระบบ 4G ทำได้เพียง 10 มิลลิวินาที ซึ่งความสามารถนี้ทำให้ระบบ 5G เหมาะกับการใช้งานระบบที่ต้องการความแม่นยำสูง (critical application) เช่น การผ่าตัดทางไกล การควบคุมเครื่องจักรในโรงงาน หรือการควบคุมรถยนต์ไร้คนขับ เป็นต้น ดังนั้นเมื่อต้องการความหน่วงของการส่งข้อมูลในระดับต่ำจึงไม่สามารถใช้การประมวลผลแบบ cloud computing ได้ จึงต้องใช้เทคนิคอื่นมาช่วยซึ่งก็คือ
  • เทคนิค Fog Computing หรือเรียกอีกชื่อว่า Mobile Edge Computing เป็นการย้ายหน่วยประมวลผลจากเดิมที่มีการประมวลผลที่อยู่กับ Cloud Service Provider มาเป็นการใส่หน่วยประมวลผลไว้กับอุปกรณ์เสริมที่มีทั้งหน่วยประมวลผลและหน่วยเก็บข้อมูล ซึ่งอุปกรณ์เสริมเหล่านี้สามารถนำไปใช้งานในบริเวณใกล้เคียงกับอุปกรณ์ IoT ต่างๆ ทำให้ไม่ต้องส่งข้อมูลที่ได้จากอุปกรณ์ IoT เหล่านี้เป็นระยะทางไกลๆ ซึ่งจะช่วยให้ความหน่วงของการประมวลผลต่ำลง

เทคโนโลยี 5G ใช้ทำอะไรได้บ้าง

ในยุคสมัยของเทคโนโลยีไร้สายในปัจจุบันนี้ ได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลาย ธุรกิจอุตสาหกรรม เช่น การใช้หุ่นยนต์ในโรงงาน การใช้เซ็นเซอร์ในอุตสาหกรรมการเกษตร การใช้ยานยนต์ไร้คนขับ และอุปกรณ์ IoT อีกมากมาย แต่ด้วยความจำกัดของเทคโนโลยี 4G จึงไม่สามารถตอบสนองได้อย่างเต็มที่ ดังนั้นเทคโนโลยี 5G จึงถูกออกแบบมาทะลวงขีดจำกัดนั้นให้สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น

ธุรกิจสื่อและบันเทิง

ด้วยความที่เทคโนโลยี 5G สามารถรองรับการส่งข้อมูลได้มหาศาลในเวลาอันรวดเร็ว ทำให้เราสามารถดาวน์โหลดและอัพโหลด ภาพยนต์และสื่อวิดีโอระดับความคมชัด 4K ด้วยเวลาไม่กี่วินาที และพร้อมๆกันด้วยปริมาณที่หลายๆอุปกรณ์ และสามารถเลือกชม วิดีโอ ออนดีมานด์ได้หลากหลายอุปกรณ์ไม่จำกัดเฉพาะบนมือถือ

เมื่อ เทคโนโลยี Virtual Reality (VR) และ Augmented Reality (AR) ได้ถูกนำมาพัฒนาเป็นเกมที่ให้ภาพเสมือนจริง 360 virtual tour ที่ใช้ในการนาเที่ยวสถานที่ท่องเที่ยวต่างๆ สื่อโฆษณาที่ใช้เทคโนโลยี AR ในการประชาสัมพันธ์ได้น่าตื่นตาตื่นใจมากยิ่งขึ้น รวมไปถึงการถ่ายทอดสดกีฬาและมหรสพที่จะทำให้ผู้ที่รับชมผ่าน VR เทคโนโลยีเหล่านี้ล้วนอาศัย 5G

อุตสาหกรรมการผลิต

ภายใต้เทคโนโลยี 5G การสื่อสารแบบไร้สายที่มีประสิทธิภาพสูง อุปกรณ์เครื่องจักรใดที่ไม่สามารถเชื่อมต่อด้วยสายได้ก็จะถูกเชื่อมต่อเข้าสู่ระบบด้วยเทคโนโลยีแบบไร้สาย เช่น อุปกรณ์เซ็นเซอร์ในตู้คอนเทนเนอร์ หรือเซ็นเซอร์ที่อยู่ในแปลงเกษตร หรือติดอยู่บนเครื่องจักรในอุตสากรรมเหมืองแร่ อุตสาหกรรมการขนส่ง โลจิสติกส์ ซึ่งอุปกรณ์เซ็นเซอร์เหล่านี้จะช่วยในการตรวจสอบและควบคุม รวมถึงรวบรวมข้อมูลเพื่อใช้ในการจัดการการผลิตได้อย่างอัตโนมัติ ระบบนี้เอื้อให้สามารถสั่งการได้จากระยะไกลโดยเฉพาะในการผลิตที่เสี่ยงอันตราย สามารถนำไปใช้บริหารจัดการโรงงานผลิตสินค้า หรือสินค้า ที่ตั้งกระจายอยู่ในพื้นที่ต่างๆ รวมถึงผู้ประกอบการอื่นๆ ในห่วงโซ่คุณค่า (Value chain) เช่น supplier และ distributor ให้ทันต่อเหตุการณ์ และมีประสิทธิภาพ

แม้แต่ในช่องทางการขาย ยังสามารถให้ลูกค้าทดลองใช้ และเลือกสินค้าแบบเสมือนจริงโดยไม่ต้องมาที่ร้านค้าเลย

บริการทางสาธารณสุข

เทคโนโลยี 5G สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ติดตามตัวผู้ป่วยเป็นจำนวนมากพร้อมกันได้ อีกทั้งต้องรองรับการส่งข้อมูลสุขภาพอย่างละเอียดได้รวดเร็วเพื่อใช้ในการประมวลผลโดยทันที

หุ่นยนต์ที่ใช้ในการผ่าตัดต้องอาศัยโครงข่ายการสื่อสารไร้สายที่มีความหน่วงต่ำมาก (Low latency) เพื่อให้หุ่นยนต์สามารถตอบสนองคำสั่งในการการรักษาได้ทันที

การให้บริการทางการแพทย์แม้ผู้ป่วยจะอยู่ในพื้นที่ห่างไกลจากแพทย์ผู้เชี่ยวชาญ โดยสามารถขอรับคำปรึกษาผ่านเทคโนโลยี AR ในระบบแพทย์ทางไกล (Telemedicine) ซึ่งเทคโนโลยีนี้ยังสามารถประยุกต์ใช้กับการเรียนการสอนของนักศึกษาแพทย์ได้ด้วย เช่น การฝึกผ่าตัดจาลองโดยใส่ถุงมือที่มีเซ็นเซอร์จับการเคลื่อนไหวของมือ (Haptic gloves) และทำการจำลองการผ่าตัดเสมือนจริงได้โดยทันที

บริการสาธาณูปโภค การขนส่ง การจัดการผังเมือง

การบริหารเครือข่ายระบบไฟฟ้า น้ำปะปา การขนส่ง ยานพาหนะแบบไร้คนขับ การควบคุมการจราจร การสร้างเมืองอัจฉริยะ การเรียนรู้ด้วย AI การวิเคราะห์ด้วย Big Data สิ่งเหล่านี้จะเกิดขึ้นได้ต้องมีอุปกรณ์ IoT เป็นหลายล้านชิ้น มีเซนเซอร์หลายล้านตัว มีการส่งและรับข้อมูลปริมาณมาก บนความรวดเร็วและแม่นยำสูง มีการประมวลผลที่รวดเร็ว ซึ่งทั้งหมดทั้งมวลจะเกิดขึ้นได้ด้วยเทคโนโลยี 5G

ผลการประมูลคลื่นความถี่สำหรับการพัฒนา 5 G ของประเทศไทย

กสทช. จัดให้ประมูลคลื่นความถี่สำหรับพัฒนาเครือข่าย 5G ของประเทศไทยโดยมีย่านความถี่ 700 MHz, 2600 MHz และ 26 GHz ผลการประมูลมีดังนี้

AIS ประมูลได้ครบทั้ง 3 ย่านความถี่ คือ 700 MHz 1 ใบอนุญาต 2600 MHz 10 ใบอนุญาต และ 26 GHz 12 ใบอนุญาต รวมจำนวน 23 ใบอนุญาต

TRUE ประมูลได้ย่านความถี่ 2600 MHz 9 ใบอนุญาต และ 26 GHz 8 ใบอนุญาต รวม 17 ใบอนุญาต

DTAC เข้าประมูลย่านความถี่เดียวคือ 26 GHz ได้ 2 ใบอนุญาต

CAT ประมูลได้ย่านความถี่เดียวคือ 700 MHz ได้ 2 ใบอนุญาต

TOT ประมูลได้ย่านความถี่เดียวคือ 26 GHz ได้ 4 ใบอนุญาต

ประมูลวันที่ 16 กุมภาพันธ์ 2563

Designed by rawpixel.com / Freepik