Cellular Radio ระบบต่างๆ

Cellular Radio ระบบต่างๆ

วิทยุเซลลูลาร์ (Cellular radio)

   เป็นระบบโทรศัพท์ที่รับ-ส่งเสียงสนทนาหรือข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์โดยอาศัยสื่อประเภทคลื่นสัญญาณวิทยุระยะการรับ-ส่งสัญญาณที่จํากัดอยู่ภายในพื้นที่หนึ่งเรียกว่า เซลล์ (Cell) แต่ละเซลล์จะมีเสาอากาศสําหรับรับและส่งสัญญาณ เป็นของตนเอง แต่ละเซลล์มีอาณาเขตติดต่อกันทุกด้านจึงจําเป็นต้องใช้คลื่นสัญญาณที่มีพลังงานตํ่าเพื่อหลีกเลี่ยงการชนกัน เมื่อผู้ใช้โทรศัพท์เคลื่อนที่ข้ามเขตเซลล์จะมีการโอนการติดต่อ (Roaming) ไปให้เซลล์ถัดไป
   ปัจจุบันนี้ มีผู้ใช้งานโทรศัพท์มือถือหรือโทรศัพท์เคลื่อนที่เซลลูล่าร์เป็นจำนวนมากผู้ใช้ บริการมีอยู่ทุกหนแห่งครอบคลุมพื้นที่บริการมากขึ้น การขยายบริการอาจยังไม่ครอบคลุม พื้นที่ที่มีการใช้โทรศัพท์เคลื่อนที่อย่างหนาแน่น ดังนั้นบางพื้นที่ระดับความแรงของ สัญญาณพาหะต่อสัญญาณรบกวนหรือสัญญาณพาหะต่อสัญญาณสอดแทรก (C/N หรือ C/I) ยังอยู่ในเกณฑ์ต่ำซึ่งอาจเกิดจากระดับของสัญญาณรบกวนมีค่าสูง เช่น สัญญาณรบ กวนจากช่องสัญญาณความถี่เดียวกันแต่อยู่ต่างเซล (Cochannel Interference) และจากช่อง สัญญาณข้างเคียง (Adjacent Interference) หรือเกิดจากพื้นที่รับสัญญาณอยู่ห่างไกลจาก สถานีเครือข่ายหรือมีสิ่งกีดขวางทางเดินของคลื่นทำให้พื้นที่ให้บริการครอบคลุมไปไม่ถึง1. ทฤษฎีระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่เซลลูล่าร์ ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่เซลลูล่าร์ ของการสื่อสารแห่งประเทศไทยเป็นระบบที่ผลิตโดย บริษัทโมโตโรล่าประเทศสหรัฐอเมริกา ความถี่ 800 MHz AMPS (Avance Mobile Phone Systems) ส่วนประกอบของโทรศัพท์เคลื่อนที่มี 3 ส่วนคือ
1. ชุมสายโทรศัพท์เคลื่อนที่ (Electronic Mobile Exchange) หรือ EMX
2. สถานีเครือข่าย (Cell Site)
3. เครื่องโทรศัพท์เคลื่อนที่ (Mobile Telephone)

ระบบต่างๆของ Cellular Radio

1.ระบบ Cellular Call Processing

แบ่งเป็น 4 กระบวนการใหญ่ๆ
   Pilot and Sync channel processing
สถานีฐานจะส่ง Pilot channel และ Sync channel ไปที่โทรศัพท์เคลื่อนที่ เพื่อที่จะทำให้โทรศัพท์เคลื่อนที่สามารถ synchronize กับระบบCDMA ได้ โดยถือว่าขณะนี้ตัวโทรศัพท์อยู่ในสถานะ Mobile station initialization state

   Paging channel processing

 สถานีฐานจะส่ง Paging channel ซึ่งโทรศัพท์เคลื่อนที่กำลังรอรับข้อมูลอยู่ กระบวนการนี้เกิดขึ้นขณะที่โทรศัพท์เคลื่อนที่อยู่ใน Mobile station idle state และ Mobile station access state

   Access channel processing
สถานีฐานตรวจหา access channel เพื่อจะรับข้อมูล (message) จากโทรศัพท์เคลื่อนที่ ขณะที่โทรศัพท์เคลื่อนที่อยู่ในสถานะ system access state

   Traffic channel processing
สถานีฐานจะใช้ forward และ reverse traffic channel เพื่อติดต่อรับส่งข้อมูล (communicate) กับโทรศัพท์เคลื่อนที่ ขณะที่โทรศัพท์เคลื่อนที่ อยู่ในสถานะ Mobile station control on traffic channel state นี่ก็เป็นแผนที่แสดงบริเวณที่มีการใช้ระบบ CDMA ทั้งทั่วโลกและ Asia-Pacific และยังมีกราฟแสดงส่วนแบ่งการตลาดเมื่อเทียบกับระบบอื่นด้วย ข้อมูลนี้ได้มาตอนต้นปี2000 Mobile Wireless Market: Technology Forcasts

2. ระบบ Digital Cellular Protocal

    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

3.ระบบวิทยุเพจจิ้ง ( radio paging system )

   ระบบวิทยุเพจจิ้ง เป็นระบบที่สื่อสารแบบทางเดียว ใช้ในการเรียกตัวบุคคลหรือกลุ่มคนได้ไม่ว่าเวลาใด สมาชิก (subscriber)ที่ถือเครื่องรับเพจจิ้งจะมีรหัสเฉพาะตัวฉะนั้นสมาชิกจะไปไหนมาไหนได้ตามใจชอบ เมื่อต้องการเรียกตัวก็เพียงให้ศูนย์เพจจิ้งส่งรหัสออกอากาศไป เครื่องรับที่มีรหัสนั้น ๆ ก็จะเตือนสมาชิกว่ามีผู้ต้องการติดต่อด้วย

วิธีการใช้งานจะเป็นดังนี้ 

   สมมุติมีผู้ต้องการติดต่อสมาชิกหมายเลข 8244 ผู้เรียก(caller) จะโทรศัพท์เข้าศูนย์ แจ้งแก่ศูนย์ว่าต้องการเรียกสมาชิกหมายเลข 8244 พนักงาน ( โอเปอเรเตอร์ )
ที่ศูนย์เพจจิ้งจะส่งรหัสออกอากาศไป เครื่องรับเพจจิ้งที่ถูกเรียกก็จะส่งเสียงเตือนสมาชิกผู้นั้น ฉะนั้นสมาชิกผู้นั้นและทุก ๆ คนจะต้องพกเครื่องรับเพจจิ้งติดตัว ( หรือใกล้ตัว ) เสมอ
ระบบวิทยุเพจจิ้งแบ่งออกเป็น 2 ระบบ คือ

1.ระบบอัตโนมัติ ( automatic ) ในระบบอัตโนมัติ เราจะต่อเครื่องควบคุมเพจจิ้ง (paging terminal) เข้ากับชุมสายโทรศัพท์ เมื่อต้องการจะติดต่อสมาชิกหมายเลขใดผู้เรียกจะต้องหมุนโทรศัพท์หมายเลขของศูนย์เพจจิ้ง และจะหมุนหมายเลขของสมาชิก ( ที่ต้องการจะติดต่อด้วย) ตัวเลขของสมาชิกจะถูกส่งไปแปลเป็นรหัสในเครื่องส่งออกอากาศไปเตือนสมาชิกผู้นั้น ระบบอัตโนมัตินี้เหมาะกับ
ระบบที่มีจำนวนสมาชิกมาก ๆ เพราะเวลาที่ใช้ในการเรียกตัวสมาชิกสั้นมาก บางระบบสามารถส่งข่าวสารเป็นตัวเลขหรืออักขระไปยังสมาชิกที่ต้องการเรียกตัวได้ด้วย

2. ระบบใช้พนักงานเรียก (manual) เมื่อพนักงานได้ทราบว่า ผู้เรียกต้องการติดต่อสมาชิกหมายเลขใด ก็จะส่งรหัสนั้น ให้เครื่องส่งออกอากาศไปเตือนเครื่องรับเพจจิ้งที่มีรหัสหมายเลขที่ต้องการเรียกตัว วิธีการเรียก หรือ เตือนสมาชิกผู้ถูกเรียกมีหลายวิธี เช่น
     2.1 ใช้เสียงโทนอย่างเดียว ( tone only ) ผู้ถูกเรียกจะได้รับสัญญาณเตือน ( alert tone ) ที่เครื่องรับเพจจิ้ง
     2.2ใช้เสียงโทนสองชนิด ( dual call ) ศูนย์เพจจิ้งสามารถส่งเสียงโทนสองชนิดแตกต่างกันไป เตือนผู้ถูกเรียกตัว เช่น “เสียงโทน A” (A เป็นจังหวะ) หมายความว่าให้ผู้ถูกเรียกติดต่อกลับไปที่ทำงาน “ เสียงโทน B” (B ต่อเนื่อง) หมายความว่าให้ผู้ถูกเรียกติดต่อกลับไปที่บ้าน
2ใช้เสียงโทนและเสียงพูด ( tone and voice ) การเรียกตัวซึ่งมีเสียงโทนเตือนล่วงหน้า ปละพนักงานที่ศูนย์เพจจิ้งสามารถพูดส่งออกอากาศไปให้ผู้ที่ถูกเรียกทราบข่าวสารได้ด้วย ระบบนี้ใช้เวลาการเรียกตัวยาวนาน เพราะต้องส่งข่าวสาร(เสียงพูด) อีกด้วย จึงเหมาะกับระบบที่มีสมาชิกน้อย