9 มี.ค. 2564 4,308 79

Millimeter Wave : เล่าสู่กันฟังทางเทคนิคเรื่อง 5G ตอนที่ 4

Millimeter Wave : เล่าสู่กันฟังทางเทคนิคเรื่อง 5G ตอนที่ 4

อย่างที่ทราบกันว่า คลื่นที่ใช้สำหรับ 5G แบ่งเป็นสามย่าน Low band, Mid band และ High Band ตามความถี่ที่ใช้งาน คลื่น Low Band จะอยู่ในย่านต่ำกว่า 1 GHz คลื่น Mid band อยู่ระหว่าง 1-6 GHz ส่วนคลื่น High Band อยู่ที่สูงกว่า 6 GHz คลื่น millimeter wave (mmWave) สำหรับ 5G ถูกกำหนดไว้ในช่วงตั้งแต่ 24-100GHz แสดงดังรูปที่ 1


รูปที่ ความถี่ mmWave สำหรับ 5G (https://www.researchgate.net/post/What_is_the_real_role_of_mmWave_in_5G)

คำว่า ‘millimeter’ บ่งบอกถึงความยาวคลื่นที่อยู่ในระดับมิลลิเมตร อันที่จริงคลื่นในช่วงประมาณ 24GHz มีความยาวคลื่นอยู่ในระดับเซนติเมตร ดังคำนวณได้จาก l=c/f = 3x108(m/s)/24x109(Hz)=1.25cm แต่สำหรับ 5G ก็เรียกรวมๆว่าเป็นคลื่น mmWave

คลื่น mmWave มีคุณสมบัติเด่นได้แก่มี Bandwidth กว้างมาก ตามข้อกำหนดของ 3GPP Bandwidth ต่อหนึ่ง carrier สูงสุดอยู่ที่ 400MHz และยังสามารถทำ Carrier Aggregation (CA) ระหว่างกันเอง รวมถึง CA กับย่านMid band หรือ Low band ได้อีกด้วย การมี Bandwidth กว้างทำให้สามารถส่งข้อมูลได้ด้วยความเร็วสูงมาก

คลื่น mmWave เป็นคลื่นแบบ TDD (Time Division Duplexing) ใช้กับ 5G ได้ทั้งแบบ NSA และ SA แต่ทำนองเดียวกันย่าน Mid band อุปกรณ์ที่ออกมาขายในช่วงแรกๆจะเป็นแบบ NSA ดังนั้นจึงต้องพึ่ง Anchor band ที่เป็น 4G 

เนื่องจาก mmWave  มีความถี่สูงมาก โดยธรรมชาติของคลื่นจะลดทอนอย่างรวดเร็วตามระยะทาง ทำให้ Coverage ของ mmWave สั้นมาก ดังนั้น mmWave จำเป็นต้องอาศัยเทคโนโลยี Massive MIMO เพื่อใช้Beamforming ให้รับสัญญาณได้แรงขึ้น ในการเพิ่มโฟกัสของ Beam  ให้มากชึ้น จำนวนของ Antenna element ก็ต้องมากขึ้นตาม ดังรูปที่ 2

การเพิ่มจำนวน Antenna element ทำให้ขนาดของ Antenna โดยรวมใหญ่ขึ้น แต่ด้วย Antenna spacing (ระยะห่างระหว่าง element) ของ mmWave มีค่าเล็กมากจึงทำให้ โดยรวมขนาดของ mmWave Antenna เล็กว่า Antenna ของ Mid/Low band ด้วยซ้ำทั้งๆที่มี element น้อยกว่า (ในทั่วไป Antenna spacing ควรจะมากกว่า l/2 เพื่อให้ channel ของแต่ละ antenna ไม่มีความสัมพันธ์กัน (uncorrelated) ซึ่งจะมีประโยชน์เวลาที่ channel หนึ่งคุณภาพไม่ดี ก็สามารถรับสัญญาณจากอีก channel หนึ่งได้ l ของ mmWave มีค่าน้อยกว่า Mid/low band มาก )


รูปที่ โฟกัสของ Beamforming ขึ้นกับจำนวน Antenna element (https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_MassiveMIMO_Motivation.html)

นอกจากนี้คลื่น mmWave ยังถูกบังได้ง่ายโดยสิ่งกีดขวางหรือแม้แต่ร่างกายคน ไม่สามารถทะลุกระจกหนาๆได้ อีกทั้งยังลดทอนมากในกรณีฝนตก ยิ่งความถี่สูงขึ้นการลดทอนเนื่องจากฝนก็จะมีมากขึ้น (mmWave ในช่วงความถี่ไม่เกิน 100GHz) ดังรูปที่ 


รูปที่ การลดทอนเนื่องจากฝนต่อคลื่น mmWave (https://www.microwave-link.com/page/7/)

ในปัจจุบัน คลื่น mmWave สำหรับ 5G มีใช้กันแพร่หลายอยู่สองย่าน ได้แก่ ย่าน 28GHz ซึ่งใช้ในประเทศสหรัฐอเมริกา เกาหลี ญี่ปุ่น และย่าน 26GHz ซึ่งใช้ในประเทศยุโรป จีน ออสเตรเลีย รวมถึงประเทศไทย ส่วนการใช้งานของคลื่นย่านนี้จะเริ่มที่ FWA (Fixed Wireless Access) ซึ่งเป็นการให้บริการ Internet ผ่านโครงข่าย 5G ซึ่งจะเหมาะกับบริเวณที่ไฟเบอร์เดินไปไม่ถึง หรือไม่สามารถขยายความเร็ว Internet ได้ด้วยข้อจำกัดบางอย่าง เช่น หอพักหรือคอนโดเก่าๆที่ไม่มีสายไฟเบอร์ในอาคารหรือไม่สามารถเดินสายเพิ่มเติมการใช้งาน FWA อาศัยอุปกรณ์ที่เรียกว่า CPE (Customer Premises Equipment) ซึ่งจะเป็นตัวรับสัญญาณ 5Gจากเสาสัญญาณและแปลงเป็น LAN หรือ WiFi กระจายในบ้านหรืออาคาร เพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่ต้องการใช้ Internet ดังรูปที่ 


รูปที่ 4 Fixed Wireless Access และเทคโนโลยีการเชื่อมต่อ Internet แบบต่างๆ (From: “Samsung 5G Fixed Wireless Access” whitepaper)

นอกจากนี้ คลื่น mmWave ยังถูกคาดหวังว่าจะนำมาใช้ในวงการอุตสาหกรรม โรงงานในอนาคต IoT รวมถึงธุรกิจที่ต้องการมี Network เป็นของตัวเอง (Private Network) 

บทความโดย ดร.ปอม

5G
COMMENTS