ตัวอย่างการทดลองจำลองการวางแผนเครือข่าย 5G ด้วย Small Cell และ Pico Cell

การมาของ 5G นั้น มีความแตกต่างจาก 4G-LTE ซึ่งวันนี้เรามาดูเรื่องของการออกแบบเครือข่าย ในการวางโครงข่าย 5G Small Cell และ Pico Cell ในแง่ของ 5G นั้น มุ่งเน้นให้เห็นถึงการออกแบบเครือข่ายจาก ผู้วางแผนเครือข่าย RF ที่มีความเชี่ยวชาญเรื่อง 4G, 3G และ 2G

อย่างที่เราทราบกันว่าการใช้งาน 5G นั้นเป็นเครือข่ายความเร็วสูงบนเครือข่ายเซลลูล่าร์ ที่ต้องการความหนาแน่นในการติดตั้งเสาส่งสัญญาณถี่ๆ แน่นๆ จำนวนมากๆ จำเป็นต้องใช้เสาจำนวนมาก ต่างจากเสา 4G

ซึ่ง 5G จะต้องวางเสาในอาคาร บ้านเรือน เราจึงจำเป็นต้องใช้เซลล์ขนาดเล็ก หรือ Small Cell เพื่อใช้งานในอาคารสูงในชั้นต่างๆ และด้วยความที่จะต้องติดตั้งเสาเป็นจำนวนมากนี้เอง จึงควรจะรู้วิธีปรับแต่งค่าพารามิเตอร์ของ Smart Cell ให้เหมาะกับคลื่น RF ในการติดตั้ง

ทำไมถึงต้องใช้เทคโนโลยี Small Cell กับเครือข่าย 5G 

เรามีการจำลองอย่างละเอียด และการใช้เสาที่ออกแบบบนเทคโนโลยี MIMO และ Massive MIMO สำหรับการับส่งข้อมูลในความเร็วที่สูงขึ้น และเราจะได้เห็นหลักการของการจำลอง Small Cell ด้วย

ความจำเป็นของการให้บริการ 5G ก็คือต้องมีการติดตั้งเสาจำนวนมากกว่าเสา 4G หลายเท่า นั่นก็เพราะเหตุผลด้านเทคนิคที่จะต้องใช้เสาถี่ๆ มากๆ ในการวางแผนให้เครือข่ายให้บริการได้ครอบคลุม

นักวางแผนเครือข่าย RF จะต้องรู้พารามิเตอร์ในการจำลองและศึกษาพารามิเตอร์เพิ่มเติมเพื่อออกแบบเครือข่ายด้วย Matlab หรือการจำลองอื่นๆ

รู้จัก Small Cell

คลื่นที่ใช้กับ Small Cell เป็นคลื่นวิทยุความถี่ต่ำ หรือ Low Radio Frequency (RF) ซึ่งใช้ให้บริการในโหนด ทั้งในร่มและกลางแจ้ง (indoor และ outdoor) โดยพื้นฐานเน้นเรื่องของความครอบคลุม ใน 1 เสา ให้ครอบคลุมและรองรับการใช้งานได้ดี

โหนดบน Small cell สามารถทำงานได้ทั้งบนคลื่น licensed และ unlicensed ครอบคลุมระยะ 10 เมตร ถึง 2 กิโลเมตร โดยความสำคัญของ Small Cell นั้นคือการครอบคลุมสัญญาณและรองรับปริมาณการใช้งานหนาแน่นในพื้นที่เมืองที่มีประชากรหนาแน่น ซึ่ง Macro Cells รองรับไม่เพียงพอ ดังนั้น Small Cell จึงเข้ามาช่วยเพิ่มความคล่องตัวในการรับส่งข้อมูลให้ดีขึ้น

Small Cells นั้นแบ่งออกเป็น Femtocell, Microcells และ Picocells โดย Femtocells มีความครอบคลุมสั้นที่สุดในบรรดา Small Cell มักจะใช้ในบ้านหรือสำนักงานขนาดเล็ก ซึ่ง Femtocells มีรัศมีครอบคลุมน้อยกว่า 10 เมตร ส่วน Picocells มักจะใช้ตามห้าง สถานที่ปิดที่มีขนาดใหญ่ ที่มีคนเยอะๆตลอดทั้งวัน และสนามบิน หรือสถานที่ที่รองรับผู้ใช้ได้สูงสุด 100 คนในเวลาเดียวกัน ในรัศมีครอบคลุม 200 เมตร ในขณะที่ Microcells ครอบคลุมพื้นที่กว้างที่สุดและครอบคลุมมากที่สุดในบรรดา Small Cell ทั้งหมด เน้นใช้งานกลางแจ้ง พื้นที่สาธารณะ หรืองานกิจกรรมอีเว้นท์ต่างๆ ที่จัดไม่กี่วัน โดย Microcells ครอบคลุมระยะรัศมีไกลถึง 2 กิโลเมตร 

Microcells และ picocells มักถูกติดตั้งโดยโอเปอเรเตอร์ผู้ให้บริการโทรศัพท์ ซึ่ง Small Cell จำเป็นต้องติดตั้งเสาบนอาคารที่แข็งแรง ทนต่อสภาพอากาศ ความท้าทายในการพัฒนาเครือข่ายบน Small Cell คือการลดต้นทุน การนำนวัตกรรมมาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ และการปรับแต่งเรื่องการครอบคลุมสัญญาณ รวมไปถึงการป้องกันสัญญาณรบกวน

ค่าพารามิเตอร์พื้นฐานสำหรับการติดตั้ง Small Cell และการรองรับการใช้งานให้ดีที่สุด

Small Cells เป็นองค์ประกอบที่สำคัญมากในการใช้งานเครือข่าย 5G โดยเฉพาะการเพิ่มการรองรับเครือข่ายที่หนาแน่น และเพิ่มความครอบคลุม 

การออกแบบเครือข่าย 5G จะใช้ Small Cell ในการเพิ่มความครอบคลุม โดยติดตั้งเสาจำนวนมาก ภายใต้เงื่อนไขดังนี้

  • ปริมาณ Capacity หรือความจุที่รองรับการใช้งาน
  • ความครอบคลุมของสัญญาณ (Coverage)
  • คลื่นความถี่ที่สูงขึ้น
  • แบนด์วิธที่มีคลื่นความถี่ต่ำ และใช้พลังงานต่ำ

Small Cell เป็นเพียงตัวเลือกในการใช้ปรับการให้บริการ 5G โดยส่วนประกอบของ Small Cell มีดังนี้

  • คลื่น 6GHz ที่ถูกจำกัดด้วยขนาดของ Cell
  • ใช้งานได้ทั้งบนคลื่น Licensed และ Unlicensed
  • พื้นที่ที่มีการใช้งานหนาแน่น เช่น ในเมือง สถานีขนส่งต่างๆ มีคนพลุกพล่าน
  • ปรับขนาดได้ โดยใช้ต้นทุนต่ำ
  • ธุรกิจขนาดเล็ก / ขนาดกลาง โดยสามารถใช้ขยายการครอบคลุมในอาคาร
  • ขยายรัศมีความครอบคลุมในพื้นที่ห่างไกล และรีโมทเพื่อใช้งานได้ดีขึ้น
  • ขยายสัญญาณที่ดีขึ้นสำหรับลูกค้า

การใช้ Small Cell นั้น จะต้องมีการออกแบบที่เหมาะสมและมีการวางแผนอย่างละเอียด ซึ่งอาจมีข้อจำกัดของอุปกรณ์ และมีการเพิ่มความครอบคลุมโดยใช้ Macrocell นั่นคือใช้หลายเทคนิคผสมกัน รวมไปถึงใยแก้วนำแสง หรือ Fiber และคลื่นไร้สาย (คลื่นไมโครเวฟ) ที่มีขอบเขตจำกัด

ไฟเบอร์ออฟติกมีราคาสูงกว่ารูปแบบอื่นๆ และจำกัดปริมาณรับส่งข้อมูล รวมทั้งจำเป็นจะต้องมีการติดตั้งเครือข่ายไว้ล่วงหน้า ในทางกลับกัน ระบบต้องการการวางแผนเพื่อการใช้งานให้เหมาะสมในแต่ละสภาพแวดล้อม

การติดตั้งจะใช้พื้นที่น้อยกว่า และรับประกันเรื่องการเชื่อมต่อ โอเปอเรเตอร์สามารถสลับ cell site ขนาดใหญ่ในพื้นที่ที่มีการใช้งานหนาแน่น โดยใช้ Small Cell หลายจุดช่วยกัน หรือแม้แต่นำ Cell Site มาช่วยในการให้บริการให้ดีขึ้น กว้างขึ้น ส่งผลให้การสายหลุดน้อยลงและการรับส่งข้อมูลเสถียรขึ้นในพื้นที่มีการใช้งานหนาแน่น

แม้จะมีข้อดี แต่การใช้งาน Small Cell ก็มีข้อจำกัดอยู่เหมือนกัน

  • อย่างแรกคือต้นทุนในการตั้งเสา เพราะมีองค์ประกอบด้านสภาพแวดล้อมเยอะ อาจจะปรับไปใช้ Small Cell เพื่อให้ต้นทุนต่ำลง แต่ก็ยังมีความท้าทาย
  • การทำงานร่วมกับโอเปอเรเตอร์ โดยเฉพาะ 3rd party ที่มีการออกแบบเครือข่าย Small Cell ที่เหมาะสม
  • มองหาทางเลือกใหม่ๆ ในการอนุมัติการขยายเสาสัญญาณ รวมไปถึงมองข้อจำกัดด้านกฎหมายด้วย เพราะการติดตั้งเสานั้นก็มีเงื่อนไข มีรายละเอียดที่ต้องพิจารณา
  • เรื่องของอาคาร ที่ต้องขออนุญาตในการติดตั้งเป็นเรื่องสำคัญมากๆ แถมมีเรื่องไฟฟ้าที่จะต้องประสานกับการไฟฟ้า และหน่วยงานอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องภายใต้กฎหมายที่ควบคุมอาคาร
  • อาจต้องขอการส่งข้อมูล Fiber / Copper หรือสัญญาณไร้สายจาก Marco BS ใกล้เคียง ซึ่งในการทดลองและปรับแต่งค่า มีการทดสอบซ้ำๆ เพื่อการออกแบบที่ได้ผลดีที่สุด

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือ ความพร้อมในการขยายสัญญาณให้รองรับความต้องการ ถ้าหากมีการวิเคราะห์ วางแผนเป็นอย่างดีแล้ว เพื่อนำไปสู่การให้บริการคลื่นสั้น แต่มีการรองรับปริมาณการใช้งานสูงได้

พารามิเตอร์ที่ใช้จำลองในปัจจุบัน

  • อุปกรณ์ที่มีการลงทะเบียนไว้ / สถานการณ์จำลอง
  • จองอุปกรณ์ที่ใช้งานได้ / ล้มเหลว
  • ACK / NACK สำหรับการออกอากาศ / มัลติคาสต์
  • สถานการณ์ที่ควบคุมได้ / ไม่ได้ (WLAN เป็น LTE และสลับกัน)
  • ปริมาณการรองรับของเครือข่ายต่อโหนด
  • ปริมาณคลื่นต่อโหนดและต่อย่านความถี่
  • การปรับ Modulation schemes
  • ขนาดของคลื่น Radio Frame sizes

ค่าพารามิเตอร์ที่นักวิจัยควรให้ความสนใจในการจำลองนี้ 

  • ค่า Call capacity ต่อวัตต์
  • ความสามารถสูงสุดในการรองรับ call capacity ต่อเซลล์ภายใต้การรับส่งข้อมูลที่แตกต่างกันของผู้ที่เชื่อมต่อทั้งหมด
  • การลดทอนของคลื่นจากการสะท้อนคลื่นในอาคาร และการคำนวณการใช้พลังงานจากองศาของการสะท้อนคลื่น
  • ใช้ MIMO สำหรับ Small Cell เพื่อเพิ่มขีดความสามารถ (capacity) และการเชื่อมต่อ
  • พยายามใช้การ Offload จาก 1 cell traffic ไปยัง cell traffic อื่น
  • ตรวจสอบอัตราสายหลุดและบันทึกข้อมูล

แนะนำตัวเลือกสำหรับการพัฒนาเครื่องจำลองเครือข่าย 

จำลองเซลล์ขนาดเล็ก ด้วยภาษาโปรแกรมมิงบน

Java

OMNET ++ 4.6

INET 2.4

SimuLTE

OpenFlow

อีกทางเลือกสำหรับผู้เชี่ยวชาญ

iBwave

ที่มา 4G5Gworld rfpage qorvo

Share this Article:

ADVERTISMENT