มาตรฐาน IMT

ซึ่งองค์กรแบ่งออกเป็น 3 ส่วน โดยส่วนที่ออกแบบมาตรฐานสำหรับการสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่จะในส่วนของกลุ่มงานสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุ ITU-R หรือ ITU Radiocommunication Sector ซึ่งเป็นผู้กำหนดมาตรฐานต่าง ๆ ทั้ง IMT-2000 (3G) IMT-advanced (4G) และล่าสุด IMT-2020 (5G) นั้นเอง

IMT-2000

IMT-2000 คือมาตรฐานสำหรับการใช้งานโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 3G โดยทาง ITU-R ได้กำหนดกรอบนโยบายคร่าว ๆ ของ IMT-2000 ไว้ว่าเป็นระบบโทรคมนาคมที่สามารถให้บริการที่หลอมรวมกันได้อย่างหลากหลาย เช่น กิจการประจำที่ (Fixed service) หรืออินเตอร์เน็ตบ้าน กิจการเคลื่อนที่ (Mobile service) หรืออินเตอร์เน็ตมือถือ บริการสื่อสารเสียง ข้อมูล อินเทอร์เน็ต และมัลติมีเดีย โดยสรุปข้อกำหนดของมาตรฐานได้ดังนี้

1. บริการหลายหลากรูปแบบ เช่น เสียง ข้อมูล มัลติมีเดีย และอินเตอร์เน็ต
2. ความเร็วการรับ-ส่งข้อมูล (Transmission rate)
   – ทุกสภาพการใช้งาน อย่างน้อย 14.4 Mbps
   – ขณะประจำที่หรือขณะเดิน อย่างน้อย 2 Mbps
   – ขณะเคลื่อนที่ด้วยยานหาหนะ อย่างน้อย 384 kbps
3. รองรับการสื่อสารทั้งโครงข่ายแบบ Circuit switching (CS) และ Packet switched (PS)
4. สามารถทำงานร่วมกับ 2G ได้อย่างลงตัว และสามารถใช้งานโครงข่ายทั่วโลกได้ (Global roaming)
5. สามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องแม้จะเคลื่อนที่ไปยังพื้นที่ใหม่ (เกิดการเปลี่ยนของสถานีรับ-ส่งสัญญาณ) โดยไม่มีการรอเชื่อมต่อใหม่

ITU-R ได้กําหนดมาตรฐานทางเทคนิคทั้งในส่วนของวิทยุและส่วนของโปรโตคอลโครงข่าย เป็นจํานวนมาก อย่างไรก็ตาม ในบทนี้จะขอกล่าวถึงเฉพาะมาตรฐานเชิงเทคนิคการสำหรับการเชื่อมต่อวิทยุภาคพื้นดิน (Terrestrial Radio Interface) เท่านั้น โดยที่ ITU-R ได้กําหนดมาตรฐานทางเทคนิคในส่วนของวิทยุโดยละเอียดในเอกสาร Recommendation ITU-R M.1457 “Detailed specifications of the radio interfaces of International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000)” ซึ่งระบุมาตรฐานการเชื่อมต่อวิทยุที่ถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของ IMT-2000 อยู่ 5 แบบ ดังนี้

1. WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) เป็นมาตรฐานที่จัดทำโดย 3GPP โดยพัฒนาจากพื้นฐานของโทรศัพท์ที่ใช้เทคโนโลยี GSM เป็นหลัก โดยมีข้อกำหนดที่สำคัญคือการใช้ความถี่ 2 กิกะเฮิรตซ์ โดยจะใช้ 5 เมกกะเฮิรตซ์ ต่อช่องสัญญาณ มารตฐานนี้ถูกใช้ในสหภาพยุโรป
2. CDMA2000 1xEV-DO (First Evolution Data Optimized) เป็นมาตรฐาน ที่ถูกนำเสนอโดยบริษัท Qualcomm โดยพัฒนาจากพื้นฐานของโทรศัพท์ที่ใช้เทคโนโลยี CDMA ข้อดีที่ใช้ความถี่กว้างเพียง 1.25 เมกกะเฮิรตซ์ ต่อช่องสัญญาณ และสามารถนำไปใช้ได้ในคลื่นความถี่ต่าง ๆ กัน เช่น 800, 1800 และ 1900 เมกกะเฮิรตซ์ โดยเป็นระบบแรกของ IMT-2000 ที่ใช้งานได้จริงในปี 2000 ที่เกาหลีใต้
3. TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) เป็นมาตรฐานที่ถูกนำเสนอโดย China Wireless Telecommunication Standard Group โดยพัฒนาจากพื้นฐานของโทรศัพท์ที่ใช้เทคโนโลยี CDMA และการเข้าถึงแบบ TDMA มารตฐานนี้ถูกใช้ในจีน
4. UWC136/EDGE เป็นมาตรฐานที่จัดทําร่วมกันระหว่าง Telecommunication Industry Association ของสหรัฐอเมริกา และ Universal Wireless Communications Consortium โดยพัฒนาต่อยอดมาจากโทรศัพท์เคลื่อนที่ที่ใช้เทคโนโลยี TDMA ตามมาตรฐาน TIA/EIA-136  โดยได้นําเทคโนโลยี GPRS และ EDGE มาร่วมใช้งานด้วย
5. DECT เป็นมาตรฐานที่จัดทําและเสนอโดย European Telecommunications Standards Institute (ETSI) โดยพัฒนา จากระบบโทรศัพท์ไร้สายแบบดิจิตอลทที่ใช้เทคโนโลยี DECT

สรุปได้ว่าจากการที่ ITU-R มีการกำหนดให้ความเร็วของการสื่อสารยุค 3G มากขึ้นเป็นทวิคุณจากยุค 2G ทำให้การติดต่อสื่อสารเป็นไปได้อย่างรวดเร็ว โดยรองรับการสื่อสารที่หลากหลายรูปแบบมากขึ้น ประกอบกับยุค 3G มีการถือกำเนิดขึ้นของสมาร์ทโฟนซึ่งสามารถให้บริการแอพพลิเคชั่นรูปแบบใหม่ เช่น จอแสดงภาพสี กล่องถ่ายรูปคุณภาพสูง เครื่องเล่นเพลง เครื่องเล่นวีดีโอ เกมส์ และการแสดงแผนที่ต่าง ๆ 3G จึงช่วยให้ชีวิตประจำวันสะดวกสบายและคล่องตัวขึ้น

IMT-advanced

IMT-advanced ถูกพัฒนาเพื่อต่อยอดจากมาตรฐาน IMT-2000 เดิมเพื่อเป็นมาตรฐานสำหรับการใช้งานโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 4G โดยเป้าหมายคือเพื่อทำให้ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่มีความเร็วมากขึ้น เพื่อหวังให้เกิดบริการใหม่ ๆ ขึ้นมา โดยมีข้อกำหนดของมาตรฐานดังนี้

1. รองรับผู้ใช้บริการได้มากขึ้นต่อหนึ่งเซลล์
2. ความเร็วการรับ-ส่งข้อมูล (Transmission rate)
   – ขณะประจำที่หรือขณะเดิน อย่างน้อย 1 Gbps
   – ขณะเคลื่อนที่ด้วยยานหาหนะ อย่างน้อย 100 Mbps
3. ใช้งานระหว่างโครงข่าย 4G 3G และ 2G ได้อย่างราบรื่น
4. รองรับการสื่อสารโครงข่าย IP-based และสามารถสื่อสารร่วมกับโครงข่ายอื่น เช่น
   – โครงข่ายโทรศัพท์สวิตซ์สาธารณะ (Public Switched Telephone Networks: PSTN)
   – โครงข่ายท้องถิ่น (Local Area Network: LAN)
   – โครงข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่บน IP (IP-based mobile network)
   – การเชื่อมต่อแบบกลุ่มส่วนตัว (Ad-hoc)
   – การเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ตแบบไร้สาย (Wireless / Wi-Fi)
   – โครงข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย (Wireless sensor network)
5. รองรับการใช้งานมัลติมีเดียคุณภาพสูง เช่น วิดีโอคอลความคมชัด HD สตรีมมิงวิดีโอความละเอียด Full-HD หรือดาวน์โหลดไฟล์ขนาดใหญ่ในเวลาไม่นาน

จากการพิจารณาเทคโนโลยี 4G ที่ถูกนำเสนออย่างหลากหลาย ทาง ITU-R ได้พิจารณาและตัดลงเหลือเพียง 2 เทคโนโลยี คือ

1. LTE Advance1 คือมาตรฐานที่ออกแบบมาสำหรับโทรศัพท์เคลื่อนที่ระบบ GSM
2. WirelessMan Advance2 (Wimax) คือมาตรฐานที่พัฒนามาจากมาตรฐาน IEEE 802.16 ซึ่งเป็นมาตรฐานเดียวกันกับ Wi-Fi แต่มาตรฐาน Wimax สามารถส่งสัญญาณได้ไกลถึง 40 ไมล์ ด้วยความเร็ว 70 Mbps และมีความเร็วสูงสุด 100 Mbps

อย่างไรก็ตามเกือบทุกประเทศทั่วโลกใช้เทคโนโลยี 4G LTE แต่มีเพียงบางประเทศเท่านั้นที่ใช้เทคโนโลยี 4G Wimax เช่น ประเทศญี่ปุ่น ไต้หวัน บังคลาเทศ เป็นต้น

จะเห็นได้ว่าเทคโนโลยี 4G สามารถขยายขีดจำกัดของสมาร์ทโฟนออกไปได้อีก เนื่องจากเทคโนโลยีสามารถทำให้ส่งข้อมูลที่เร็วขึ้น มากขึ้น จึงเกิดบริการใหม่ ๆ

IMT-2020

IMT-advanced ถูกพัฒนาเพื่อเป็นมาตรฐานสำหรับการใช้งานโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุค 5G โดยมาตรฐาน IMT-2020 มีการเพิ่มขีดความสามารถในด้านต่าง ๆ จากมาตรฐาน IMT-Advanced โดยในเบื้องต้น ITU-R ได้สำรวจว่าผู้ใช้งาน 5G จะมีความต้องการใช้งาน 3 ด้านหลัก ๆ

1. eMBB หรือ enhanced Mobile Broadband คือรูปแบบการใช้งานที่ต้องการการส่งข้อมูลความเร็วสูง โดยผู้ใช้มีความเร็วสูงในระดับ Gbps
2. mMTC หรือ massive Machine Type Communications คือรูปแบบการใช้งานที่ต้องการการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์จำนวนมาก แต่ส่งข้อมูลปริมาณน้อย และมีอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่มาก
3. URLLC หรือ Ultra reliable and Low Latency Communications คือรูปแบบการใช้งานที่ต้องการความเสถียรและความน่าเชื่อถือสูง โดยจะมีความหน่วงต่ำกว่าระดับ millisecond

ข้อกำหนดต่าง ๆ ของมาตรฐาน ได้มาจากข้อสรุปการประชุมที่งาน Mobile World Congress จัดในช่วงวันที่ 26 กุมภาพันธ์ – 1 มีนาคม พ.ศ. 2561 ที่เมืองบาเซลโลนา ประเทศสเปน และได้มีข้อสรุปว่าผู้ประกอบการใดที่สามารถให้บริการตามความต้องการทั้ง 3 ด้าน และสามารถให้บริการตามข้อกำหนดดังกล่าวนี้ได้จึงจะเรียกว่าเป็นผู้ให้บริการเครือข่าย 5G ที่แท้จริง โดยข้อกำหนดต่าง ๆ มีดังนี้

1. ความเร็วดาวน์โหลดสูงสุดที่ 20 Gbps และอัปโหลดสูงสุดที่ 10 Gbps
2. ความเร็วดาวน์โหลดต่ำสุดที่ 100 Mbps และอัปโหลดต่ำสุดที่ 50 Mbps สำหรับการใช้งานจริง ณ สภาพแวดล้อมต่าง ๆ
3. ความเร็วดาวน์โหลดต่ำสุดที่ 30 Mbps/Hz และอัปโหลดต่ำสุดที่ 15 Mbps/Hz สำหรับการส่งข้อมูลที่ไม่มีความผิดพลาดใด ๆ
4. สามารถใช้งานขณะเคลื่อนได้ความเร็วสูงสุด 500 km/hr เช่น บนรถไฟความเร็วสูง ไฮเปอร์ลูป
5. ความหน่วงในระดับต่ำกว่า 1 ms (เทียบกับระบบ 4G ที่ประมาณ 50 ms)
6. สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์จำนวนมากได้ไม่น้อยกว่า 1 ล้านเครื่องภายในรัศมี 1 sq. km
7. สามารส่งข้อมูลได้มากกว่าระบบ 4G กว่า 100 เท่าต่อการใช้พลังงานที่เท่ากัน (สายอากาศ/อุปกรณ์มือถือ/อุปกรณ์ IoT)
8. อัตราการส่งข้อมูลสูงสุดต่อพื้นที่เท่ากับ 10 Mbps/sq. m