คือเทคโนโลยีใหม่ด้านความถี่คลื่นวิทยุที่นำเข้ามาใช้กับเทคโนโลยีการสื่อสารสมัยใหม่ต่าง ๆ เช่น WiMAX และ LTE ซึ่งทั้งสองเทคโนโลยีนี้เป็นเทคโนโลยีที่น่าจับตามองกันมากในโลกของการสื่อสารไร้สายในขณะนี้ เทคโนโลยีโมบายล์บรอดแบนด์หลักต่อไปก็จะมีทั้งสองตัวนี้เป็นตัวหลัก ซึ่งสำหรับเทคโนโลยี WiMAX ใช้งาน OFDMA ทั้งในส่วนของดาวน์ลิงก์และอัพลิงก์ แต่ LTE ได้เลือกใช้เทคโนโลยี OFDMA สำหรับด้านดาวน์ลิงก์เท่านั้น
OFDMA มาจากเทคโนโลยี OFDM ที่มีพื้นฐานของ FDM ซึ่งแบ่งสัญญาณความถี่ออกจากกันเพื่อให้แต่ละช่องสัญญาณไม่มีการรบกวนกัน และทำการรับส่งข้อมูลกันได้อย่างราบรื่น แต่การที่จะทำให้มันไม่รบกวนกันนั้นไม่ได้ใช้วิธีการใช้ Guard Band เพื่อแยกแต่ละความถี่ออกจากกัน ซึ่งเป็นการสิ้นเปลืองความถี่โดยใช่เหตุ แต่จะใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าการทำให้มันเป็นอิสระต่อกันหรือ Orthogonal ที่เป็นคำ ๆ หนึ่งในชื่อของมันนั่นเองครับ
สัญญาณที่ Orthogonal กันนั้นเมื่อผ่านการโมดูเลชั่นที่ทำให้เกิดสัญญาณ Sideband รอบข้างขึ้นนั้นจะไม่มีผลต่อช่องสัญญาณข้าง ๆ ซึ่งจะสังเกตได้จากความถี่กลางของช่องสัญญาณนั้นจะไม่มีสัญญาณรบกวนใด ๆ (สังเกตจากตรงกลางของ f2 ไม่มีสัญญาณอะไรเป็นค่าศูนย์) เนื่องจากช่องสัญญาณนั้นเป็น Orthogonal กันดังรูปที่ 2 ซึ่งทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ Guard Band มาช่วยป้องและทำให้สูญเสียสเปกตรัมความถี่ไปบางส่วนไปอย่างเปล่าประโยชน์ ทำให้การรับส่งสัญญาณความถี่นี้เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ได้อัตรา Throughput ที่สูงกว่านั่นเอง
รูปที่ 2 การผสมสัญญาณที่ Orthogonal ต่อกัน
และเมื่อได้ช่องสัญญาณ Orthogonal เช่น ที่ความถี่ X, 2X, 3X kHz ดังรูปที่ 3 เราก็สามารถที่จะย้ายความถี่ไปด้วยวิธีการต่าง ๆ เช่น การโมดูเลชั่นให้ไปยังความถี่อื่นที่ใช้รับส่งออกอากาศ เช่น ที่ Y MHz สัญญาณ Y MHz + X kHz, Y MHz + 2X kHz เป็นต้น ก็ยังคงเป็น Orthogonal ต่อกันอยู่ และยังคงช่วยให้การใช้งานความถี่มีประสิทธิภาพสูงเช่นเคย
รูปที่ 3 สัญญาณฮาร์โมนิกที่มีการเปลี่ยนแปลงความถี่
และเมื่อได้หลักการสร้างสัญญาณ OFDM มาแล้ว เราก็สามารถที่จะทำการสร้างสัญญาณที่แต่ละช่องสัญญาณเป็นอิสระต่อกันขึ้นได้ และโดยทั่วไปแล้วการใช้งาน OFDM ที่เกิดขึ้นจะเป็นลักษณะของ Multi-carrier Communication ซึ่งจะช่วยในเรื่องของสัญญาณรบกวนต่าง ๆ ได้ดีกว่า โดยจะทำการกระจายสัญญาณออกเป็นหลาย ๆ สายและส่งเข้าไปในแต่ละช่องสัญญาณเพื่อส่งออกอากาศอีกทีหนึ่ง ทำให้สัญญาณที่ออกไปมีคุณภาพดี และยังประหยัดความถี่จากประสิทธิภาพของ OFDM อีกด้วย
แต่ในทางปฎิบัตินั้น หากเราพิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการสร้างสัญญาณ OFDM นั้น จำเป็นที่จะต้องใช้ความถี่หลาย ๆ ชุดด้วยกัน ซึ่งจำเป็นจะต้องใช้ Oscillator หลายชุด วิธีนี้เรียกว่า Discrete Technology เป็นวิธีที่ค่อนข้างสิ้นเปลืองและมีขนาดใหญ่ ยากที่จะนำมาใช้งานในอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น โทรศัพท์เคลื่อนที่หรือการ์ด PCMCIA ได้ หากใช้วิธีนี้โอกาสที่จะเห็นอุปกรณ์การสื่อสารขนาดเล็ก เช่น LTE หรือ WiMAX 802.16e ที่สามารถจะพกพาไปไหนได้สะดวกก็ยากที่จะเกิดขึ้น
รูปที่ 4 การสร้าง OFDM ด้วยวิธีแบบดั้งเดิม
ดังนั้นจึงได้ค้นหาวิธีที่จะทำให้การใช้ OFDM เป็นจริงขึ้นมาได้ และวิธีที่ว่านั้นก็คือการใช้งาน IFFT หรือ Inverse Fast Fourier Transform ซึ่งเป็นการใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ กระทั่งได้ Sampling สัญญาณที่ความถี่ต่าง ๆ ที่ Orthogonal กันออกมา จากนั้นจึงค่อยส่งออกอากาศไปนั่นเอง ซึ่งวิธีนี้จะประหยัดทั้งพลังงาน ขนาดเล็ก และง่ายต่อการออกแบบมากกว่า ทำให้อุปกรณ์ที่ใช้งานมีขนาดเล็กและประหยัดพลังงานมากกว่า จึงเป็นวิธีที่นิยมใช้งานกันในปัจจุบัน
รูปที่ 5 การสร้างสัญญาณ OFDM ด้วย IFFT
คราวนี้เมื่อเราต้องการที่จะใช้งาน OFDM สำหรับการรับส่งคลื่นวิทยุสำหรับหลาย ๆ ยูสเซอร์เช่นเดียวกับที่ FDM เคยเป็นมาแล้ว นั่นคือ FDM ก็กลายเป็น FDMA
ฉะนั้น OFDM ก็กลายเป็น OFDMA ลักษณะของ OFDMA จะเป็นการแบ่งช่องสัญญาณย่อยหรือ Subcarrier ให้กับแต่ละยูสเซอร์ หากแต่การแบ่งนั้นจะเป็นลักษณะเปลี่ยนแปลงช่องสัญญาณความถี่ย่อยตามเวลาที่เปลี่ยนไป โดยจำนวนของช่องสัญญาณแต่ละยูสเซอร์นั้นจะขึ้นกับคุณภาพการให้บริการหรือ QoS ที่ให้บริการนั้น
รูปที่ 6 ตัวอย่างการแบ่งช่องสัญญาณของ OFDMA
ข้อดีของการทำเช่นนี้ก็คือมันจะช่วยกระจายความเสี่ยงที่เกิดขึ้นจากสัญญาณรบกวน โดยเฉพาะสัญญาณรบกวนแบบ Narrow Band Interference ได้ดี หากเกิดการรบกวนขึ้นสัญญาณที่หายไปก็จะเป็นเพียงแค่ส่วนย่อยและชั่วคราวเท่านั้น สามารถที่จะแก้ไขได้ด้วยวิธีการอื่น เช่น การใช้ Error Coding เป็นต้น ทำให้คุณภาพสัญญาณที่มีนั้นดีขึ้น อีกทั้งทำให้สามารถที่จะใช้ทรัพยากรความถี่ร่วมกันหลาย ๆ ยูสเซอร์ได้
รูปที่ 7 ผลกระทบที่เกิดจาก Narrow Band Interference
ข้อดีของเทคโนโลยี OFDMA ก็คือประสิทธิภาพที่ดีทั้งเรื่องการใช้ความถี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ การแก้ไขปัญหาสัญญาณรบกวนได้ดี อีกทั้งยังสามารถที่จะเลือกใช้ความถี่ต่าง ๆ ได้อย่างยืดหยุ่นมากกว่า แต่ก็จะมีข้อเสียก็คือค่า PAPR (Peak to Average Power Ratio) ที่สูง ซึ่งส่งผลต่อการกินไฟที่มากกว่าปกติ มีประสิทธิภาพด้านพลังงานที่ลดลง และนั่นทำใหั้นเหมาะกับการใช้งานด้านดาวน์ลิงก์มากกว่า ซึ่งเป็นสิ่งที่ LTE ได้เลือกใช้นั่นเอง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น