ArunLaK-Ja: Long team evolution ( LTE ) Assingnment3

Long team evolution ( LTE )

LTE ( Long Term Evolution ) เป็นหนึ่งมาตรฐานจากกลุ่ม The Third Generation Partnership Project (3GPP) เพื่อกำหนดการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตความ เร็วสูงบนระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ ซึ่งถูกกำหนดให้เป็น ยุค 3.9 G ซึ่งถือว่าเป็นพื้นฐานที่จะก้าวนำไปสู่ระบบเทคโนโลยีเคลื่อนที่ ยุค 4G ทางเทคนิค LTE ถูกสร้างอยู่บนพื้นฐานของ GSM, GPRS , EDGE และ WCDMA รวมถึง HSPA

อีกด้วยจึงเป็นการวิวัฒนาการที่ต่อเนื่องเพื่อรองรับการสื่อสารข้อมูลความเร็วสูงและ Latency ที่ต่ำลง (เพื่อให้บริการที่มีลักษณะ delay sensitive services) นอกจากในมุมของผู้ให้บริการที่จะได้ใช้บริการที่หลากหลายมีสีสันมากขึ้น แล้วยังเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ช่องความถี่ที่มีอยู่จำกัดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นอีกด้วย ซึ่งทำให้สามารถให้บริการหลากหลายมากขึ้นอาทิเช่นเกมส์แบบ real-time , VoIP , VDO conference ด้วยภาพคุณภาพ สูงรวมถึงบริการ real-time อื่นๆ

LTE จะเริ่มใช้งานและสามารถติดตั้งบนความถี่ขนาดใดก็ได้ตั้งแต่ 2.1GHz, AWS, 700MHz, 2.6GHz, 900 และ 1800MHz ทั้งนี้ LTE มีความหยืดหยุ่นสูงเนื่องจากสามารถติดตั้งในย่านความถี่ตั้งแต่ 1.25 MHz จนถึง 20MHz

LTE performance requirements

Metric	Requirement
ความเร็วในการรับส่งข้อมูล	DL: 100Mbps UL: 50Mbps (สำหรับย่านความถี่ 20MHz)
Mobility support	Up to 500kmph but optimized for low speeds from 0 to 15kmph
Control plane latency (Transition time to active state)	< 100 ms (for idle to active)
User plane latency	<>ms
Control plane Capacity	> 200 users per cell (for 5 MHz spectrum)
ย่านความถี่	1.25, 2.5, 5, 10, 15, and 20MHz
Coverage (Cell sizes)	5 – 100km with slight degradation after 30km

เทคโนโลยี LTE

MIMO Multiple Input, Multiple Output ซึ่งเป็นอุปกรณ์สื่อสารไร้สาย ( Wi-Fi ) เทคโนโลยีนี้จะประยุกต์ใช้สัญญาณวิทยุและเสาอากาศอัจฉริยะ (Smart antennas) หลายๆ ตัวเพื่อรับและส่งสัญญาณอย่างต่อเนื่องด้วยเทคโนโลยี MIMO ซึ่งจะรับสัญญาณด้วยเสาอากาศหลายๆ ตัว และนำส่งสัญญาณเหล่านั้นสู่ขั้นตอนวิธีประมวลผลสัญญาณ)Signal processing algorithms) เพื่อรวมสัญญาณหลายๆ สัญญาณให้เป็นสัญญาณเดียว ยิ่งไปกว่านั้นอุปกรณ์ที่อิงเทคโนโลยี MIMO สามารถจัดการกับการไหลของข้อมูลได้มากกว่าเทคโนโลยีไร้สายแบบที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน จึงทำให้ไม่เพียงแต่ช่วยให้การส่งข้อมูลทำได้รวดเร็วยิ่งขึ้น แต่ยังช่วยเพิ่มความเสถียรของเครือข่าย ( network reliability) และระยะรับสัญญาณด้วย ในทางทฤษฎีแล้ว ถึงแม้การใช้เสาอากาศจำนวนมากในอุปกรณ์เลือกเส้นทาง ) router) ทำให้สามารถโอนถ่ายข้อมูลได้รวดเร็วขึ้น โดยจะสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้ในอัตราความเร็ว 600 เมกะบิตต่อวินาที แต่ในการปฏิบัติจริงแล้วการโอนถ่ายข้อมูลเกิดในอัตราที่น้อยกว่านี้มาก เนื่องจากการส่งข้อมูลนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์รับสัญญาณเพียงอย่างเดี่ยวแต่ก็ขึ้นอยู่กับทรัพยากรอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องในการรับส่งสัญญาณข้อมูลด้วย

OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplex) ที่มีพื้นฐานของ FDM ซึ่งเป็นเพียง การแบ่งสัญญาณความถี่ออกจากกัน แต่ไม่ได้ใช้วิธีการใช้ Guard Band เพื่อแยกแต่ละความถี่ออกจากกันหากแต่ใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า การทำให้มันเป็นอิสระต่อกัน หรือ Orthogonalทำให้ไม่ต้องใช้ Guard band และช่วยให้มีประสิทธิภาพความถี่มากขึ้น จากนั้น เมื่อได้สัญญาณ OFDM ก็จะทำการแบ่งออกเป็นกลุ่มความถี่ย่อยๆหรือ Sub-carrier ที่มีขนาดกลุ่มละ 180 kHz เวลา 1 ms ซึ่งจะมีการเปลี่ยนแปลงความถี่ภายในเพื่อกระจายความผิดพลาดที่มักจะเกิดแบบ Narrow band ออกไปเพื่อให้สามารถที่จะแก้ไขข้อมูลได้ง่ายขึ้น ข้อดีของการใช้งาน OFDMA ก็คือ ประสิทธิภาพที่ดี ทั้งในเรื่องของการใช้งานความถี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และแก้ไขปัญหาสัญญาณรบกวนได้ดี อีกทั้งยังสามารถที่จะเลือกใช้ความถี่ต่างๆได้อย่างยืดหยุ่นมากกว่า แต่ก็จะมีข้อเสียก็คือ ค่า PAPR (Peak to Average Power Ratio) ที่สูง มีประสิทธิภาพด้านพลังงานที่ลดลง จึงเหมาะกับการใช้งานด้านดาวน์ลิงก์มากกว่า

SC-FDMA หรือ Single Carrier FDMA ซึ่งก็เป็นการปรับขึ้นมากจาก OFDMA อีกทอดหนึ่งซึ่งวิธีการนั้นก็จะยุ่งยากกว่า OFDMA ขึ้นมานิดหนึ่ง แต่ก็ช่วยให้มีการเปลี่ยนแปลงด้านพลังงานที่มีค่า PAPR ต่ำลง ประหยัดพลังงานมากขึ้น จึงเหมาะกับที่ LTE จะนำมาใช้งานกับทางด้านอัพลิงก์ที่จะต้องคำนึงถึงต้นกำเนิดพลังงานที่มาจากแบตเตอรี่เป็นหลัก

LTE มีการปรับปรุงในส่วนของโครงข่ายการสื่อสารลูกผสมระหว่าง Packet Switched กับ Circuit Switched ให้เป็น All-IP ลดต้นทุนของ Operator สำหรับการให้บริการ Voice, Video Streaming

Packet Switching ในรูปแบบของตัวนี้ ข้อมูลที่จะถูกส่งจะถูกแบ่งเป็น Segment ย่อยๆ เรียกว่า Packet ซึ่ง Packet ของข้อมูลนี้จะถูกส่งจากต้นทางไปสู่ปลายทาง โดยผ่านทาง packet switching network ซึ่งเราอาจจะรู้จักในชื่อของ public data network ( PDN ) ในรูปของก้อนเมฆ(cloud) สิ่งที่อยู่ภายใต้ก้อนเมฆก็คือ packet switching จำนวนมากที่ทำหน้าที่ส่งข้อมูลระหว่างกันซึ่งดูเหมือนกับว่า packet เดินทางจากต้นทางสู่ ปลายทาง โดยที่ข้อมูลที่ถูกส่งเข้าไปใน PDN นั้นเส้นทางของข้อมูลที่ใช้ส่งอาจจะเหมือนกันหรือ แตกต่างกันก็ได้ โดยที่ก่อนการส่ง packet ของข้อมูล ข้อมูลจะถูกทำการใส่ข้อมูลส่วนการควบคุมและข้อมูล ของที่อยู่เพิ่มเข้าไป เราเรียกว่าการทำ Assembled (Control and Address information Added to data) และก็ต้องมีการถอดเอาส่วนนี้ออกก่อนที่จะส่งให้ปลายทางหรือที่เราเรียกว่า Disassembled ข้อมูลจะถูกทำ Aassembled และ disassembled ด้วยอุปกรณ์ที่เราเรียกว่า PAD (packet assembler /disassemble )PADนี้อาจจะเป็นอุปกรณ์เดี่ยวๆ หรืออาจจะรวมอยู่ใน Modems หรือ Multiplexers ก็ได้

Circuit Switching เป็นเทคนิคที่ใช้ในการส่งข้อมูลของระบบโทรศัพท์ ซึ่งเมื่อมีการเรียกการติดต่อระหว่างต้นทางกับปลายทางอุปกรณ์ switching ในระบบโทรศัพท์จะหาช่องสัญญาณทางกายภาพ ( Physical channel ) หรือ เส้นทางผ่านจริงของสัญญาณ (physical path) เพื่อเชื่อมส่งข้อมูลระหว่างต้นทางกับปลายทาง ดังนั้นจะเห็นได้ว่าก่อนการจะส่งข้อมูลได้จะต้องมีการสร้างการติดต่อระหว่าง ต้นทางกับปลายทางเสียก่อน ซึ่งจะทำ ให้เสียเวลา แต่เมื่อติดต่อได้แล้วจะมีการส่งข้อมูลไปตามทางที่ได้กำหนดไว้ได้โดย ไม่ติด ขัดซึ่งเหมาะกับการส่งข้อมูล เป็นจำนวนมากใเครือข่าย Packet Switching เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่มีประสิทธิภาพเหนือกว่า Circuit Switching และเหมาะสมกับการสื่อสารของคอมพิวเตอร์มากกว่า ในเครือข่าย Packet Switching ยังแยกออกได้เป็นชนิด Connection-Oriented และ Connectionless ผู้ให้บริการหรือ Operator หลากหลายองค์กรที่กำลังจะเริ่มให้บริการ 3G ในมาตรฐานของ WCDMA หรือ HSPA จะมีช่องทางสร้างโอกาสสำหรับธุรกิจการให้บริการ จำพวกบริการเสริมใหม่ แต่จากการวิเคราะห์แล้วไม่มีผู้ให้บริการรายไหนที่จะทิ้งบริการพื้นฐานของ เดิมที่ยังสร้างรายได้ ให้กับองค์กรอยู่ ซึ่ง LTE นั้นสามารถ Integrate หรือ เสริมต่อระบบเดิมทำงานร่วมระบบเก่าได้ด้วย ระบบ Circuit Switched Network

LTE Advance

เป็นเทคโนโลยี 4G ซึ่งสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศให้ชื่อเรียกว่า “ IMT Advanced ” พัฒนาโดยคณะทำงาน 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) ซึ่งเป็นความร่วมมือของกลุ่มสมาคมหรือหน่วยงานด้านโทรคมนาคมที่มีเป้าหมายในการกำหนดรายละเอียด (specification) ของระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุคที่ 3 (หรือ 3G) ให้สามารถใช้งานร่วมกันได้ทั่วโลกตามกรอบของโครงการ IMT-2000

(International Mobile Telecommunications – 2000) ของสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ

(ITU) หลังจากพัฒนาเทคโนโลยี 3G จนเสร็จสมบูรณ์แล้ว จะเห็นได้ว่าการพัฒนาเทคโนโลยีเซลลูลาร์ (cellular) ไม่ได้มีความช้า แต่การพัฒนาไปสู่ระบบ 4G ได้เริ่มขึ้นโดยต่อเนื่องเกือบทันที กรอบแนวคิดในการพัฒนาเทคโนโลยี LTE Advanced ใหม่ที่เป็นการพัฒนาต่อ ยอดจากเทคโนโลยี LTE นั้น ได้ตั้งเป้าหมายบางอย่างไว้ค่อนข้างสูง จึงได้รับการทดสอบ ประเมินผล และพัฒนาเพิ่มเติม

จุดเด่นของเทคโนโลยี LTE Advanced

1. อัตราความเร็วในการสื่อสารข้อมูลสูงสุด (peak data rate) 1 กิกะบิตต่อวินาที (Gbps) กรณีดาวน์ลิงก์ และ 500 เมกะบิตต่อวินาที (Mbps) กรณีอัพลิงก์

2. spectrum efficiency สูงกว่า LTE ประมาณ 3 เท่า

3. spectrum efficiency สูงสุด 30 bps/Hz กรณีดาวน์ลิงก์ และ 15 bps/Hz กรณีอัพลิงก์

4. การใช้สเป็คตรัมเป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

5. Latency ในช่วงจาก idle ถึงต่อเชื่อมสำเร็จ น้อยกว่า 50 ms และน้อยกว่า 5 ms ในช่วงการส่งแพ็คเกทแต่ละชุดทางเดียว

6. Cell edge user throughput เป็น 2 เท่าของ LTE

7. Average user throughput สูงกว่าของ LTE ประมาณ 3 เท่า

8. Mobility เช่นเดียวกับกรณีของ LTE

9.Compatability เทคโนโลยี LTE Advanced สามารถใช้งานร่วมกับ LTE และระบบดั้งเดิมของ 3GPP

ได้โดยไม่มีปัญหา

ปัจจุบัน ได้มีการเปิดตัวการใช้เทคโนโลยี LTE ไปแล้วในหลายประเทศ ไม่ว่าจะเป็น ญีปุ่น จีน สิงค์โปร์ ประเทศในแถบยุโรป เช่น อิตาลี นอร์เวย์ สวีเดน ฟินแลนด์ และ ออสแตรเลีย นิวซีแลนด์ ซึ่ง LTE นั้นเป็นเทคโนโลยี ที่อยู่บนพื้นฐานที่ใช้งานการอยู่แล้ว และเป็นเทคโนโลยีที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งแน่นอนว่า ไม่มีบริษัทสื่อสารใด ยอมทิ้งเทคโนโลยีที่ บริษัท มีอยู่ ไปใช้เทคโนโลยีใหม่อาจจะต้องมีความเสี่ยงสูงในเรื่องของการลงทุนที่ต้องเพิ่มมากกว่า จึงไม่แปลกเลยที่บริษัทสื่อสาร หลายๆบริษัท เลือกที่จะใช้เทคโนโลยี LTE มากกว่า WiMax เพราะการลงทุนที่น้อยกว่าในการปรับเปลี่ยนอุปกรณ์บางตัว

เมื่อวันที่ 9 กุมภาพันธ์ 2550 บริษัท NTT DoCoMo ประเทศญี่ปุ่น ได้ออกมาเปิดเผยถึงการทดสอบเทคโนโลยีว่า ระบบของบริษัทสามารถส่งข้อมูลได้ด้วยความเร็วสูงถึงประมาณ 5 กิกะบิตต่อวินาที ) Gbps) กรณีดาวน์ลิงก์ด้วยแถบคลื่นความถี่หรือแบนด์วิท 100 เมกะเฮิร์ตซ ) MHz) ไปยังสถานีฐานขณะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 10 กิโลเมตรต่อชั่วโมง โดยการทดสอบได้ใช้เทคโนโลยีหลายอย่าง เช่น OFDM และ MIMO

เมื่อ มีนาคม 2553 บริษัท หัวเว่ย ผู้นำโทรคมนาคมรายใหญ่ในประเทศจีน ได้เซ็นสัญญาเพื่อติดตั้งเครือข่าย LTE แล้วทั้งสิ้นกว่า 60 สัญญาโดย 9 สัญญาเป็นงานติดตั้งเครือข่าย LTE เพื่อให้บริการเชิงพาณิชย์ หัวเว่ยได้ทุ่มเทค้นคว้าวิจัยเพื่อพัฒนาเทคโนโลยี LTE และจัดหาอุปกรณ์และโซลูชันเพื่อรองรับเทคโนโลยีดังกล่าวแบบครบวงจร โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างความร่วมมือเพื่อพัฒนาเทคโนโลยี LTE ในปัจจุบัน หัวเว่ยเป็นผู้ครองสถิติเครือข่าย LTE ที่เร็วที่สุดในโลก โดยมีความเร็วในการดาวน์โหลดถึง 1.2 Mbps หัวเว่ยได้ร่วมมือกับผู้ให้บริการโทรคมนาคมทั่วโลกเพื่อทดลองประสิทธิภาพการใช้งานเทคโนโลยี LTE ล่าสุด ได้ร่วมมือกับ TMN ผู้ให้บริการโทรศัพท์มือถือจากประเทศโปรตุเกส เพื่อสาธิตการใช้งานเทคโนโลยี LTE ภายใต้การจำลองสถานการณ์ในชีวิตประจำวัน เพื่อแสดงให้เห็นถึงโอกาสทางธุรกิจที่ผู้ให้บริการโทรคมนาคมจะได้รับจากการให้บริการเทคโนโลยีการส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงผ่านอุปกรณ์ไร้สายนี้ในอนาคต นอกจากนี้ หัวเว่ยยังได้ร่วมมือกับ Telstra ผู้ให้บริการเครือข่ายโทรศัพท์ในประเทศออสเตรเลีย สาธิตการใช้งานเทคโนโลยี LTE บนคลื่นความถี่ 1800 เมกะเฮิรตซ์ ที่ใช้สำหรับให้บริการ 2G GSM ในปัจจุบัน การทดสอบนี้แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี LTE สามารถทำงานบนหลายคลื่นความถี่ รวมไปถึงความถี่ที่ใช้งานอยู่แล้วในปัจจุบันอีกด้วย แสดงให้เห็นความก้าวหน้าของการโทรคมนาคมที่สามารถนำทรัพยากรกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างคุ้มค่า