จุดเด่น และจุดด้อย ของเทคโนโลยี 4G LTE

หลังจากที่ได้เปิดตัวการทดสอบเทคโนโลยี 4G LTE ในสภาพแวดล้อมจริงเป็นครั้งแรกในประเทศไทยเมื่อวันที่ 31 มกราคม 2554 ที่ผ่านมา เจ้าหน้าที่ของ AIS และ TOT ก็ได้ร่วมกันทดสอบเทคโนโลยี TD-LTE ในย่านความถี่ 2300 MHz และได้แจกจ่าย LTE dongle ให้กับกลุ่มตัวอย่างเพื่อร่วมกันทดสอบเทคโนโลยีนี้ ในขณะที่เจ้าหน้าที่ของ DPC และ CAT ก็ได้ร่วมกันทดสอบเทคโนโลยี LTE ในย่านความถี่ 1800 MHz และได้แจกจ่าย LTE dongle ให้อาจารย์และนักศึกษามหาวิทยาลัยมหาสารคาม และราชภัฏมหาสารคาม ร่วมทดสอบด้วยเช่นกัน

สิ่งแรกที่เราได้เรียนรู้จากการทดสอบนี้คือ LTE เป็นของใหม่สำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์ด้วย เจ้าหน้าที่ของ Huawei และ Nokia Siemens Network ประสบปัญหาค่อนข้างมากในการปรับจูนระบบเพื่อให้ได้ throughput ตามสเปคของอุปกรณ์  แต่ก็ยังโชคดีที่สามารถทำ download speed ได้ถึง 87.6 Mbps ในวันแถลงข่าว

เทคโนโลยี LTE สามารถทำความเร็ว download ได้สูงสุด 300 Mbps หากใ้ช้ MIMO 4×4 (ต้องมีสายอากาศที่สถานีฐาน 4 ต้น และสายอากาศที่ dongle 4 ต้น) และมีคลื่นความถี่ 2 x 20 MHz (ความถี่รับ 20 MHz และความถี่ส่ง 20 MHz) แต่ในการทดสอบครั้งนี้อุปกรณ์ที่ทดสอบรองรับเพียง MIMO 2×2 (มีสายอากาศที่สถานีฐาน 2 ต้น และสายอากาศฝังอยู่ใน dongle 2 ต้น) และมีความถี่ให้ทดสอบเพียง 2 x 10 MHz สำหรับ LTE และ 20 MHz สำหรับ TD-LTE จึงทำให้ความเร็ว download สูงสุดที่ทำได้ตามสเปคลดลงเหลือเพียง 75 Mbps แต่ในวันแถลงข่าว AIS ได้ใช้ feature ของ TD-LTE ปรับ ratio ของ DL : UL เป็น 9 : 1 เพื่อทำให้ความเร็ว download สูงขึ้นในขณะที่ลดความเร็ว upload ลง เพื่อทำ download speed ให้ใกล้เคียง 100 Mbps ที่สุด จึงทำให้ test speed ได้ถึง 87.6 Mbps ครับ แต่ในการใช้งานจริง เราจะใช้ ratio ของ DL : UL ประมาณ 4 : 1 หรือ 3 : 2 เพื่อให้ upload ดีขึ้น

การทดสอบโดยมีผู้ใช้งานเพียงคนเดียว LTE และ TD-LTE สามารถทำความเร็วสูงสุดในการ download และ upload ได้ตามตารางข้างล่างนี้ครับ สาเหตุที่ความเร็วสูงสุดทำได้ไม่ถึงสเปคเนื่องจากในการรับ-ส่งข้อมูลจริงจะมี overhead ของ protocol layer ต่างๆ และการกระจายคลื่นในสภาพแวดล้อมจริงที่ยากต่อการควบคุม

Technology
Theoritical
Throughput
(Single User)
Actual(1)
Throughput
(Single User)
Latency
(Ping Time)
 
3G 900 MHz
DC-HSPA
2 x 10 MHz
DL = 42 Mbps
UL = 5.76 Mbps
DL = 35 Mbps
UL = 4 Mbps
50 – 70 ms
LTE 1800 MHz
2 x 10 MHz
DL = 75 Mbps
UL = 35 Mbps
DL = 60 Mbps
UL = 30 Mbps
20 – 30 ms
TD-LTE 2300 MHz
20 MHz
9 : 1
DL = 120 Mbps(2)
UL = 8 Mbps
DL = 93 Mbps
UL = 4 Mbps
20 – 30 ms
TD-LTE 2300 MHz
20 MHz
3 : 2
DL = 60 Mbps(2)
UL = 30 Mbps
DL = 45 Mbps
UL = 13 Mbps
20 – 30 ms

หมายเหตุ (1) ทดสอบโดยใช้ ftp (2) อ้างอิง 3gpp release 8 code rate 3/4 exclude special sub frame

แน่นอนครับ เมื่อมีการใช้งานพร้อมกันหลายๆคน ความเร็ว download และ upload ก็จะถูกเฉลี่ยไปยัง user แต่ละคน และถ้าใช้งานไกลเสา หรือในบริเวณที่สัญญาณอ่อน ความเร็วก็จะต่ำลง ซึ่งเราจะเรียนรู้จากกลุ่มตัวอย่างที่ได้รับการแจกจ่าย LTE dongle ไปร่วมทดสอบครับ

จากตารางข้างบน เมื่อเราเปรียบเทียบขีดความสามารถของ LTE กับ 3G (DC-HSPA 42 Mbps) ซึ่งใช้ปริมาณคลื่นความถี่เท่าๆกันแล้วจะเห็นว่า LTE มีจุดเด่น 3 เรื่องคือ download speed, upload speed และ latency โดยเฉพาะในเรื่อง upload speed นั้น LTE ค่อนข้างจะโดดเด่นทีเดียว

LTE ทำความเร็ว download และ upload ได้สูงเนื่องจาก 1) ใช้การ modulation แบบ OFDMA ในด้าน download และ SC-FDMA ในด้าน upload ซึ่งมีประสิทธิภาพดีกว่า CDMA ที่ใช้ใน 3G  2) ใช้เทคโนโลยีสายอากาศหลายต้น หรือ MIMO (Multiple-Input and Multiple Output)

ในยุค 2G นั้น เครือข่ายโทรศัพท์มือถือถูกออกแบบมาให้รองรับ voice เป็นหลัก โดยมี data เป็น add-on feature ที่เพิ่มเข้ามาในภายหลัง (ซึ่งก็คือ GPRS และ EDGE) ในยุค 3G เครือข่ายโทรศัพท์มือถือได้ถูกออกแบบให้รองรับทั้ง voice และ data แต่ในยุค 4G เครือข่ายได้ถูกออกแบบให้รองรับ data โดยเฉพาะ โดยมี voice เป็น add-on feature ที่พัฒนาตามมาในภายหลัง

โครงสร้างของเครือข่าย 4G มีการส่งข้อมูลโดยผ่านอุปกรณ์น้อยชิ้น ทำให้มี latency หรือการดีเลย์ของข้อมูลน้อยมาก ทำให้มี ping time ใกล้เคียงกับ fixed broadband เช่น ADSL

การทีี่มี latency ต่ำ ทำให้รับส่งข้อมูลสั้นๆได้ดี ซึ่งเป็นประโยชน์กับการรองรับการรับส่งข้อมูลของ smart phone และแอพประเภท chat, notification, M2M รวมทั้ง on line game

สำหรับจุดด้อยของ LTE ในขณะนี้ เท่าที่เห็นมี 3 เรื่องคือ

1) Coverage ของ LTE มีขนาดเล็ก เนื่องจากย่านความถี่ที่สามารถให้บริการ LTE ได้ส่วนใหญ่เป็นย่านความถี่สูง ไม่ว่าจะเป็นย่าน 1800 MHz ที่ dtac DPC และ Truemove ถือครองอยู่, 2300 MHz ที่ TOT ถือครองอยู่ และ 2500 – 2600 MHz ที่อสมท.ถือครองอยู่  นอกจากนี้ LTE ยังอาจมีปัญหา cell breathingเช่นเดียวกับ 3G ทำให้ cell มีขนาดเล็กลงเมื่อมีการใช้งานสูง (ถึงแม้การเข้ารหัสแบบ OFDMA จะเคลมว่าไม่มีปัญหา cell breathing แต่วิศวกร AIS เชื่อว่า LTE จะมีปัญหา cell breathing เหมือนกัน แต่รุนแรงน้อยกว่า 3G)

ในบางประเทศ มีการนำ LTE มาใช้งานในย่าน 700 MHz ซึ่งทำให้ coverage มีขนาดใหญ่ แต่ย่าน 700 MHz ในประเทศไทยยังถูกใช้งานเพื่อออกอากาศ free TV อยู่  ต้องรอให้มีการปรับปรุงระบบจาก analog TV เป็น digital TV ก่อน เราจึงจะสามารถนำความถี่ย่านนี้มาใช้ประโยชน์ได้ครับ

2) อุปกรณ์ที่รองรับ LTE ในช่วงแรกจะมีเพียง dongle และ smart phone / tablet ที่เป็นรุ่น high end เท่านั้น ซึ่งเป็นธรรมดาของอุตสาหกรรมที่จะจับตลาด high end ก่อน ส่วนรุ่นที่ราคาย่อมเยาลงมาก็จะทยอยเข้าสู่ตลาดเมื่อมีผู้ใช้บริการมากขึ้นจนมีความคุ้มค่าในการผลิต

3) การใช้ voice บน LTE (VoLTE) ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา จึงทำให้มีอุปกรณ์รองรับไม่มาก อุปกรณ์ส่วนใหญ่ยังต้องอาศัย Circuit Switch Fall Back คือการเปลี่ยนจากระบบ LTE ไปใช้งาน 3G ในการโทรเข้า-ออก

จากจุดเด่น และจุดด้อยดังกล่าว เราจึงเชื่อว่า LTE จะถูกนำมาใช้งานในตัวเมืองเป็นหลัก เพื่อช่วยเพิ่ม capacity ให้กับ 3G เพราะการเติบโตอย่างรวดเร็วของ data จะทำให้ 3G มี capacity ไม่เพียงพอต่อการใช้งานในตัวเมืองภายใน 2-3 ปีข้างหน้า  นอกจากนี้ LTE ยังอาจถูกนำไปใช้เป็น Broadband Wireless Access (BWA) แทนเทคโนโลยีไมโครเวฟและ WiMAX ในต่างจังหวัด และใช้อุปกรณ์แปลง LTE เป็น WiFi เพื่อช่วยให้ผู้ที่ไม่มีอุปกรณ์ LTE สามารถใช้งานเครือข่ายได้โดยผ่าน WiFi

อย่างไรก็ตาม จากข้อจำกัดต่างๆของ LTE ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว เชื่อว่า LTE จะไม่ได้มาทดแทน 3G แต่จะเป็นการสร้างเครือข่ายเพื่อใช้งานร่วมกันระหว่าง LTE, 3G, 2G และ WiFi โดยมี WiFi และ LTE ช่วยรับ data traffic ในตัวเมืองที่มีการใช้งานหนาแน่น และมี 3G / 2G ช่วยในบริเวณชานเมืองและชนบททีี่่ห่างไกล โดยยังมี 3G ย่านความถี่หลักคือ 2100 MHz ที่โทรศัพท์ทุกรุ่นรองรับเป็น backbone ของระบบสื่อสารโทรคมนาคมไร้สายในช่วงทศวรรษนี้ครับ

Posted on February 25, 2012, in สาระความรู้. Bookmark the permalink. Leave a comment.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: