No.429

พรชัย ลีลาพรชัย

 

 

ระบบสื่อสารไร้สายคุณภาพระดับ LTE ด้วยความง่ายแบบ WiFi

 

     ทุกวันนี้เราพึ่งพาการเชื่อมต่อด้วยระบบไร้สายในการส่งข้อมูลไปยังอุปกรณ์ต่างๆเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดข้อจำกัดในด้านทรัพยากรที่ใช้ส่งข้อมูลโดยเฉพาะอย่างยิ่งความจุของเครือข่าย ทางภาคอุตสาหกรรมได้มีการเตรียมรับมือกับปริมาณทราฟิกของข้อมูลแบบ mobile data ที่จะเพิ่มขึ้น 1000x เทคโนโลยี MulteFire เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่จะมีบทบาทสำคัญในการรับมือปริมาณทราฟิกที่เพิ่มขึ้น 1000 เท่าดังกล่าว

 

          การแก้ปัญหาดังกล่าวมีวิธีต่างๆมากมาย เช่น การสร้างเครือข่ายที่หนาแน่น โดยวางเซลล์ขนาดเล็กจำนวนมากในย่านความถี่แบบ licensed spectrum ที่มีประสิทธิภาพที่คาดการณ์ได้จากการที่สเปกตรัมย่านดังกล่าวเป็นความถี่ที่มีการจองไว้ให้ใช้ผ่านใบอนุญาต อีกวิธีหนึ่งคือการฉวยโอกาส (opportunistic) ใช้สเปกตรัมในย่านที่ไม่ต้องใช้ใบอนุญาต (unlicensed spectrum) เช่น ย่าน 5GHz แต่วิธีดังกล่าวก็มีข้อท้าทายเช่นกัน กล่าวคือจะมีเทคโนโลยีต่างๆ หลายระบบใช้สเปกตรัมย่านดังกล่าวร่วมกัน ส่งผลต่อความสามารถที่จะให้บริการที่จะสร้างประสบการณ์ผู้ใช้ในลักษณะแบบไร้รอยต่อตลอดเวลา โดยปัญหาดังกล่าวเกิดขึ้นกับกรณีที่มีความหนาแน่นของผู้ใช้ที่เพิ่มขึ้น เช่นในสถานที่ใหญ่ๆ ตัวอย่างเช่นในสนามกีฬา สถานศึกษาหรือที่ทำงานใหญ่ๆ ที่มีผู้ใช้มากๆ มาอยู่ด้วยกัน

รูปที่ 1 การรับมือกับปริมาณทราฟิก ที่เพิ่มขึ้น 1000 เท่าด้วยการใช้สเปกตรัมในย่าน licensed และ unlicensed ในหลายรูปแบบทั้งการทำงานอยู่ร่วมกันของหลายระบบ (coexistence) และการทำ aggregation

 

          สภาพดังกล่าวเป็นสภาพที่ระบบ LTE มีการออกแบบมาโดยเฉพาะ กล่าวคือเพื่อให้บริการ mobile broadband ที่มีประสิทธิภาพสูงในเครือข่ายที่มีการวางระบบอย่างหนาแน่น คำถามก็คือเราสามารถใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี LTE ในย่านความถี่ unlicensed ดังกล่าวได้อย่างไร

 

          การใช้งานระบบ LTE ในย่าน unlicensed spectrum มีหลายรูปแบบ เช่น LTE-U (ตามมาตรฐาน 3GPP Rel. 10/11/12 ที่นิยามโดย LTE-U Forum) และ LAA (Licensed-Assisted Access ตามมาตรฐาน 3GPP release 13) จากการออกแบบ radio link ที่มีทนทานต่อการรบกวน และการใช้โนดต่างๆ ที่มีการซิงโครไนซ์และมีการทำงานสอดประสานกันรวมถึงการใช้ carrier aggregation ที่มีการใช้ anchor ยึดโยงกับย่านความถี่ licensed spectrum  

รูปที่ 2 การขยายการใช้งาน LTE ในย่าน unlicensed

 

          สำหรับลิ้งค์แบบไร้สายแล้ว ข้อมูลควบคุมและ signaling มีความสำคัญยิ่งยวดในการคงความแข็งแรงของลิ้งค์และยังช่วยให้การจัดสรรทรัพยากรเป็นไปอย่างเหมาะสม ซึ่งสำหรับการใช้งานที่มีความหนาแน่นที่มีสัญญาณรบกวนสูงและโนดต่างๆ ในเครือข่ายจะแย่งทรัพยากรจากกันและกันแล้ว ข้อมูลทั้งสอง ยิ่งทวีความสำคัญขึ้น ในกรณีเหล่านี้ การจัดสรรทรัพยากรอย่างเหมาะสมเป็นความต้องการพื้นฐาน และต้องทำการสื่อสารด้านการจัดสรรทรัพยากรและข้อมูลควบคุมและ signaling ระหว่าง AP ต่างๆและอุปกรณ์ ซึ่งการสื่อสารดังกล่าวเหมาะกับการใช้ลิ้งค์ที่มีความแข็งแรงบน licensed spectrum และนี่เป็นเหตุผลที่ว่าการที่จะได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในย่านความถี่ unlicensed spectrum จำเป็นต้องอาศัยการ aggregation เข้ากับ LTE anchor ในย่าน licensed spectrum

 

          การ aggregation ดังกล่าวมีอยู่ 2 รูปแบบคือ LTE-U/LAA และ LWA ดังแสดงในรูปที่ 3 

รูปที่ 3 แสดงรูปแบบทั้งสองของการทำ aggregation ของ spectrum ย่าน licensed และ unlicensed

 

          LTE-U/LAA เป็นการทำ Carrier Aggregation ของ LTE ในย่าน licensed และ unlicensed spectrum จะให้ประสิทธิภาพเครือข่ายที่สูงกว่า โดยผู้ใช้จะมีประสบการณ์การใช้งานที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้สัญญาณแบบ WiFi จากผู้ให้บริการ (carrier WiFi) เพราะข้อมูลควบคุมและ signaling ที่สำคัญจะได้รับการส่งผ่าน licensed anchor ที่มีความเชื่อถือได้สุง (เครือข่าย LTE) และจะใช้ unlicensed link สำหรับส่งข้อมูลเท่านั้น ช่วยให้ผู้ประกอบการโทรศัพท์มือถือสามารถใช้ประโยชน์จากย่านความถี่ unlicensed spectrum ได้ดีกว่า   

         

          ส่วนระบบ LWA (LTE - Wi-Fi link aggregation) ที่นิยามในมาตรฐาน 3GPP Rel. 13 จะเป็น Dual Connectivity ระหว่าง LTE ในย่านความถี่ Licensed Spectrum และ WiFi ในย่าน unlicensed spectrum โดยที่อาศัยการยึดโยงเข้ากับ licensed spectrum ในระบบแบบ LWA สถานีฐาน LTE (eNodeB) จะทำการควบคุมปริมาณทราฟิกที่จะส่งบนระบบ Wi-Fi และทำให้เกิดสมดุลของโหลดระหว่าง LTE และ WiFi link 

รูปที่ 4 การใช้เทคโนโลยีต่างๆในการตอบสนองการใช้งานในสถานการณ์ต่างๆ

 

          ทั้งนี้เมื่อดูด้านการนำไปใช้ LTE-U มีเป้าหมายที่จะใช้กับผู้ประกอบการเครือข่ายโทรศัพท์มือถือในสหรัฐอเมริกา เกาหลีและอินเดีย ส่วน LAA  มีเป้าหมายที่จะใช้ในยุโรป และญี่ปุ่น ส่วน  LWA จะมุ่งเป้าไปที่ผู้ประกอบการที่มีการให้บริการ carrier WiFi อยู่แล้ว

รูปที่ 5 การ aggregation ในระดับ link ของ LWA และในระดับ carrier ของ lte-U/LAA

 

          เมื่อเราถามต่อไปถึงว่าเราจะขยายการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี LTE เพิ่มเติมได้อีกหรือไม่

 

          MulteFire เป็นคำตอบของคำถามข้างต้น  MulteFire เป็นเทคโนโลยีที่มีพื้นฐานจาก LTE แต่จะทำงานในย่าน unlicensed spectrum เท่านั้นโดยไม่ต้องใช้การยึดโยงเข้ากับ licensed spectrum เทคโนลียีใหม่นี้ได้ขยายระบบนิเวศน์ (ecosystem) ของ LTE ไปสู่ผู้เล่นส่วนอื่นๆ ที่ไม่ได้มีสิทธิในการใช้ licensed spectrum เช่น ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต (internet service provider) หรือผู้ที่เป็นเจ้าของสถานที่ MulteFire ยังเป็นประโยชน์ต่อผู้ประกอบการเครือข่ายโทรศัพท์ใดถือหลักที่เป็นผู้ถือสิทธิ์ในการใช้ licensed spectrum โดยให้โอกาสในการให้บริการแบบใหม่เพื่อทำการ offload และเสริมเครือข่ายมือถือที่มีอยู่ จุดมุ่งหมายหลักของ MulteFire คือประสบการณ์ของผู้ใช้ที่ดีที่สุดในการเข้าใช้อินเตอร์เนตหรือการใช้โทรศัพท์เสียงหรือวีดีโอผ่านระบบไร้สาย โดยเฉพะอย่างยิ่งในสภาพที่มีการใช้งานหนาแน่นดังที่กล่าวไว้ข้างต้น

 

          MulteFire จะทำการรวมเอาข้อดีด้านประสิทธิภาพต่างๆ ของ LTE (ไม่ว่าจะเป็นด้านความจุ, ระยะทาง, การรองรับการเคลื่อนที่ และคุณภาพของประสบการณ์การใช้) โดยมีความง่ายในการใช้ระบบดังเช่นระบบ WiFi  MulteFire จะใช้ระบบสัญญาณและการแบ่งช่องสัญญาณจาก LTE radio link รวมถึงการใช้เทคนิค self-organizing small cell ที่เหมาะกับเครือข่ายที่มีความหนาแน่นสูง แต่มีความง่ายของระบบเหมือน WiFi โดยมีสถาปัตยกรรมเครือข่าที่ทำงานได้โดยตัวเองและซับซ้อนน้อย เหมาะกับการใช้งานที่เป็นกลางที่สามารถให้บริการกับอุปกรณ์ใดๆ ก็ได้ 

รูปที่ 6 ข้อดีของ MulteFire

 

          ก่อนที่จะกล่าวถึง MulteFire กันในรายละเอียดเราลองมาดูเทคโนโลยีอื่นในย่าน unlicensed กันคร่าวๆ ดังนี้

 

LTE-U

 

          ทาง LTE-U forum ได้ออกข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการทำงานของสถานีฐานและอุปกรณ์ผู้ใช้ของระบบ LTE-U ในย่านความถี่  5GHz รวมถึงข้อกำหนดในการใช้งานร่วมกับระบบอื่น ข้อกำหนดรองรับการทำงานของ LTE ในย่านความถี่ 5GHz UNII-1 และ UNII-3 ในรูปของSupplemental Downlink (SDL) carrier โดยผนวกเข้ากับการใช้งาน LTE ในย่านความถี่ licensed โดยมีรากฐานบนมาตรฐาน 3GPP Rel. 10 และ Release ถัดๆมา

 

          LTE Unlicensed นั้นเหมาะกับการใช้งานในรูป small cell โดยมีเป้าที่จะใช้ความถี่ย่าน 5 GHz ที่เป็น unlicensed spectrum ที่มีแบนด์วิทถึง  500 MHz ในหลายๆพื้นที่ทั่วโลก  ทั้ง LTE-U และ LAA สามารถใช้งานในรูป configuration แบบ Supplemental Down Link (SDL) ที่มีการใช้ unlicensed spectrum สำหรับเป็น  downlink เท่านั้น หรือจะเป็น TDD configuration ที่มีการใช้ unlicensed spectrum สำหรับทั้ง uplink และ downlink   การใช้งานในระยะเริ่มแรกจะใช้ SDL เนื่องด้วยความง่าย  LTE-U จะได้รับการนิยามเป็น SDL และ  release เริ่มต้นของ LAA ใน Release 13 ก็จะรองรับ SDL เช่นกันโดยจะมีวิวัฒนาการใน  Release 14 ที่คาดว่าจะกำหนดรูปแบบการรวม aggregation เพิ่มเติม

         

          LTE Unlicensed solution ทุกแบบจะใช้เทคโนโลยี LTE เดียวกับที่ออกแบบมาสำหรับใช้กับโทรศัพท์เคลื่อนที่ LTE จะรองรับการจัดข้อกำหนดของทรัพยากรที่มีการซิงโครไนซ์และสอดประสานกัน (แทนที่จะเป็นแบบแย่งกันเหมือนใน WiFi) และมี radio link ที่มีประสิทธิภาพ โดยมีฟีเจอร์ เช่น การ scaling ให้มีอัตราส่งข้อมูลน้อยลง การจัดการ delay spread ที่มีค่าสูงกว่า การทำ Hybrid ARQ (HARQ) เป็นต้น จากฟีเจอร์เหล่านี้ประกอบกับกับการส่งข้อมูลด้านการควบคุมและ signaling บน licensed anchor ที่มีความเชื่อถือได้สูง ทำให้ได้ความจุเพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่า ภายใต้การใช้งานที่หนาแน่น  เราสามารถเลือกที่จะแลกความจุที่น้อยลงกับพื้นที่ครอบคลุมที่เพิ่มขึ้นได้ตามต้องการ

         

         เป็นที่น่าสนใจว่า LTE Unlicensed สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเครือข่าย  Wi-Fi ในพื้นที่นั้นๆด้วย ทั้งนี้เพราะ LTE เป็นระบบที่ทำงานแบบประสานกัน อุปกรณ์ทุกๆ ตัวจึงทำตัวรวมๆ เหมือนอุปกณ์ตัวเดียว (จากมุมมองของการแย่งกันใช้ทรัพยากร) จึงทำให้ระดับสัญญาณรบกวนแทรกสอดโดยรวมลดลง  ดังนั้น ในหลายๆกรณี LTE Unlicensed จะถือว่าเป็นระบบเพื่อนบ้านของ WiFi ที่ดีกว่าระบบ WiFi ด้วยกัน

 

          การออกแบบ LTE Unlicensed ได้คำนึงถึงการใช้งานร่วมกับระบบ WiFi อย่างเที่ยงธรรมตั้งแต่ต้น โดยมีฟีเจอร์ต่างๆ เพื่อให้ทั้งสองระบบใช้งานอยู่ด้วยกันได้อย่างราบรื่น

  

          LTE-U เป็นเวอร์ชั่นหนึ่งของ LTE Unlicensed ที่ได้รับการนิยามโดย LTE-U forum และสามารถใช้งานในเชิงพาณิชย์ได้ในหลายประเทศ เช่น สหรัฐอเมริกา เกาหลีใต้และอินเดียโดยอาศัยมาตรฐาน 3GPP Rel 10/11/12 ที่มีอยู่ประกอบกับฟีเจอร์ต่างๆ ที่ช่วยให้ระบบทำงานอยู่ด้วยกันได้ดี สำหรับประเทศแถบยุโรป ญี่ปุ่นและอื่นๆมีข้อกำหนดด้านการครอบครองใช้ช่องสัญญาณที่เฉพาะที่เรียกว่า  “Listen Before Talk” (LBT) จึงจำเป็นต้องมีการเปลี่ยน LTE waveform จึงต้องมีการกำหนดมาตรฐานใหม่ขึ้น ลูกคลื่น waveform ใหม่และการเปลี่ยนแปลงอืนๆที่เกี่ยวข้องเป็นส่วนหนึ่งใน  Rel .13 ที่เรียกว่า Licensed Assisted Access (LAA)

         

          ทั้ง LTE-U และ LAA ใช้ unlicensed spectrum เมื่อมีความต้องการในการส่งข้อมูลปริมาณมาก ในกรณีอื่นจะใช้เพียง  licensed spectrum เมื่อทีการใช้งาน unlicensed spectrum ระบบจะเลือกช่องสัญญาณที่ไม่ได้ถูกครอบครองโดย WiFi (หรือผู้ใช้ LTE Unlicensed รายอื่น) จากการที่สเปกตรัมในย่าน 5GHz มีอยู่ถึง 500MHz จึงมีความเป็นไปได้อย่างมากที่จะมีช่องสัญญาณว่าง หากไม่สามารถหาช่องสัญญาณว่างได้ ระบบก็ต้องแบ่งกันใช้ช่องสัญญาณร่วมกับ WiFi (หรือที่เรียกกันว่า co-channel) และจะต้องมีการใช้กลไกการใช้งานอยู่ด้วยกันแบบเป็นธรรม (fair coexistence mechanism)  กลไกดังกล่าวทำงานใน 2 ลักษณะขึ้นกับภูมิภาคที่ใช้ เช่น ใน สหรัฐอเมริกา เกาหลีและอินเดีย ซึ่งมีการใช้iระบบ LTE โดยอาศัยมาตรฐาน Rel 10/11/12 การใช้งานร่วมกันจะทำงานผ่านวิธีที่เรียกว่า  CSAT (Carrier Sensitive Adaptive Transmission)  ส่วนในภูมิภาคยุโรปและญี่ปุ่น จะอาศัยมาตรฐาน  Rel-13 LAA ซึ่งจะรองรับข้อกำหนดการครองใช้ช่องสัญญาณด้วยวิธี LBT

         

          แนวคิดพื้นฐานของการใช้ช่องสัญญาณร่วมกันหรือ co-channel coexistence คือการแบ่งกันใช้ตามเวลา (time sharing) โดยอาศัยการตรวจจับช่องสัญญาณ channel sensing ช่วงระยะเวลาหรือ time scale ในวิธี CSAT จะยาวกว่า แต่สำหรับวิธี LBT ในระบบ LAA จะค่อนข้างสั้น รูปข้างล่างแสดงการทำงานของวิธี CSAT 

รูปที่ 7 Fair Coexistence ระหว่างระบบ LTE และ WiFi โดยใช้หลัก CSAT

 

           เมื่อ LTE-U อยู่ในสถานะ off ระบบจะทำการตรวจจับการใช้ช่องสัญญาณโดยประมาณจำนวน Wi-Fi Aps และจะปิดตัวเองเพื่อเปิดช่วงเวลาตามสัดส่วนให้กับระบบ WiFi  ในตัวอย่างข้างต้น LTE-U s จะตรวจจับช่องสัญญาณและเข้าใจว่ามี WiFi AP อยู่ 4 ตัวที่แอกตีฟอยู่ในบริเวณดังกล่าว  และแน่นอนว่ามันก็ต้องรู้ด้วยว่ามี LTE-U AP อยู่สองตัวด้วย ระบบจึงคงสถานะของ LTE-U ให้ ON อยู่ 2/6 ของเวลาและ OFF อยู่ 4/6 ของช่วงเวลา ช่วยให้ WiFi AP สามารถใช้ช่องสัญญาณได้เหมือนปกติ สเกลทางเวลาวิธี CSAT นั้นสามารถตั้งค่าได้ และอาจจะตั้งให้สั้นในระดับ 20 มิลลิวินาทีไปจนยาวถึงเป็นร้อยๆ มิลลิวินาที  นอกจากนี้  LTE-U ยังทำการ OFF หลายๆ ครั้งในช่วงเวลาสั้นๆ ระหว่างช่วงที่กำหนดให้เป็นสถานะ ON เพื่อช่วยให้การประยุกต์ใช้งานประเภทที่มีความไวต่อความล่าช้าสูง เช่น VoIP over Wi-Fi สามารถทำการรับ/ส่งแพกเกจ ข้อมูลได้  วิธี CSAT ดังกล่าวเป็นไปตามข้อกำหนดที่กำหนดโดย LTE-U Forum

 

LAA (Licensed Assist Access)

 

          ได้มีการแนะนำ LAA ในมาตรฐาน 3GPP Rel. 13 เป็นส่วนหนึ่งของ LTE Advanced Pro โดยจะมีการใช้ carrier aggregation ในส่วนของดาวน์ลิ้งค์เพื่อรวม LTE ในย่าน unlicensed เข้ากับ LTE ในย่าน licensed การกำหนดนี้ทำให้ได้ขนาดท่อของข้อมูลที่ใหญ่ขึ้นสำหรับอัตราการส่งข้อมูลที่เร็วขึ้นและได้ประสบการณ์ผุ้ใช้ที่ดีขึ้น การใช้ LAA ช่วยให้ผู้ประกอบการสมารถให้บริการ LTE ระดับ Gigabit Class โดยใช้สเปกตรัมในย่าน licensed เพียง 20MHz ด้วยการยึดโยงเข้ากับสเปกตรัมย่าน licensed ที่ใช้ส่งข้อมูลควบคุมและ signaling จะทำให้ผู้ใช้ได้รับประสบการณ์แบบไร้รอยต่อ

 

          LAA จะเลือกใช้ช่องสัญญาณที่ว่างโดยใช้หลัก LBT (listen-before-talk) ช่วยหลีกเลี่ยงการรบกวนกับระบบ WiFi และจะปล่อยช่องสัญญาณนั้นเมื่อ traffic อยู่ในระดับต่ำ  LBT จะช่วยให้การใช้สเปกตรัมร่วมกันเป็นไปอย่างเป็นธรรม (fair sharing)โดยจะทำงานตามที่แสดงในรูป  จะมีการใช้หลักการ LBT กับเทคโนโลยีอื่นๆที่ใช้ในย่าน unlicensed

 

          ในมาตรฐาน Rel 13 LAA ถึงแม้ว่าแนวคิดในการใช้ช่องสัญญาณร่วมกันจะคล้ายๆกับ CSAT ของ LTE-U แต่ก็มีความแตกต่างอันเนื่องจากความต้องการที่เฉพาะของ LBT (ตามที่นิยามใน ETSI EN 301 893 V1.7.1) LAA จะตรวจจับช่องสัญญาณทุกๆ 20 ไมโครวินาที และหากพบว่าว่างก็จะเข้าครอบครองช่องสัญญาณเป็นเวลา 1-10 มิลลิวินาที  เราสามารถตั้งค่าเวลาดังกล่าวได้ตามการใช้งานในลักษณะเดียวกับ  CSAT ดังแสดงในรูป หากช่องสัญญาณไม่ว่าง ก็จะทำการรออยู่ช่วงเวลาหนึ่ง ทั้งนี้ขึ้นกับตัวนับ randomized counter (ตามข้อกำหนดของ LBT) แล้วทำการตรวจจับสถานะช่องสัญญาณอีกครั้งหนึ่ง ในลักษณะนี้ ทั้งระบบ LTE และ WiFi จะสามารถใช้ช่องสัญญาณร่วมกันได้อย่างเป็นธรรม 

รูปที่ 12 การร่วมกันใช้ช่องสัญญาณอย่างเป็นธรรมตามมาตรฐาน Rel. 13 LAA โดยใช้วิธี LBT

 

          ข้อดีของ LAA ในแง่ผู้ใช้ คือ LAA จะให้แบนด์วิดธ์ที่สูงกว่าผ่านการทำ carrier aggregation โดยมี reliability ในระดับเดียวกับ licensed spectrum และมีประสบการณ์แบบไร้รอยต่อเมื่อเคลื่อนที่เข้าสู่และออกจากพื้นที่ครอบคลุมของ small cell ทำให้เกิดประสบการณ์ของผู้ใช้ที่ดีกว่า 

รูปที่ 13 แสดง LAA มี anchor กับความถี่ย่าน licensed spectrum

 

          สำหรับผู้ประกอบการแล้ว LAA จะให้ความจุและพื้นที่ครอบคลุมที่ดีกว่า WiFi ในช่วงที่มีทราฟิก น้อย LTE-U/LAA จะปิดการส่งในย่าน unlicensed spectrum และอาศัยการทำงานของการยึดโยง ในย่านความถี่ licensed spectrum เท่านั้น LAA มีเครือข่ายลักษณะเดียวกับ LTE ทำให้ง่ายต่อการจัดการ นอกจากนี้ยังมีพัฒนาการในอนาคตในลักษณะเดียวกับวิวัฒนาการของ LTE ซึ่งจะนำไปสู่เครือข่ายแบบ self organizing network ที่มีความหนาแน่นมาก

         

          พัฒนาการของ LAA เป็นไปในทางเดียวกับ LTE-U โดยใน Rel. 14 จะมีการพัฒนาเป็น enhanced LAA โดยจะมีการรวบรวมในส่วน uplink และมี dual connectivity ของโนดที่ไม่ได้อยู่ด้วยกัน

รูปที่ 14 เส้นทางวิวัฒนาการของ LAA และ LTE-U

 

          ข้อกำหนดของ LTE-U ได้เอื้อต่อการเปลี่ยนผ่าน (migrate) ระบบจาก LTE-U ไปสู่ LAA ได้ด้วย

 

LWA (LTE – Wi-Fi link aggregation)

 

          LWA จะใช้ประโยขน์จากเครือข่าน WiFi ที่มีอยู่เดิมในย่านความถี่  2.4 GHz และ 5GHz  LWA ต้องการการรองรับจากทั้งฝั่งอุปกรณ์และเครือข่าย ในฝั่งของอุปกรณ์ การ aggregation จะเกิดขึ้นที่ระดับ modem แต่ในฝั่งเครือข่าย การ aggregation อาจเกิดระหว่าง WiFi and LTE WiFi access point ที่อยู่ด้วยกัน หรือแยกกันแต่ทำงานแบบประสานกัน LTE – Wi-Fi link aggregation เป็นส่วนหนึ่งของการ convergence ระหว่าง LTE และ Wi-Fi ซึ่งได้เริ่มเกิดขึ้นแล้ว และได้รับการนิยามในมาตรฐาน 3GPP Rel. 13

 

          เมื่อกล่าวถึงการทำงานแบบ interwork ระหว่าง LTE และ WiFi แล้ว แม้ว่าผู้ประกอบการเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่มากมายได้วางเครือข่าย WiFi ของตัวเองหรืออาศัยผู้ให้บริการที่เป็นบุคคลที่ 3 ในการให้บริการ WiFi หรืออาจจะเป็นทั้ง 2 แบบ แต่ข้อท้าทายคือการทำงานด้วยกันหรือ interwork แบบไร้รอยต่อ เนื่องจากในหลายๆกรณีเครือข่าย WiFi เหล่านี้ไม่ได้ถูก integrate รวมอยู่ในเครือข่าย 3G/4G ทำให้เป็นการยากต่ออุปกรณ์ในการค้นหาระบบ (discover) แล้วทำการเชื่อมต่อแบบไร้รอยต่อ โดยไม่ต้องรบกวนผู้ใช้ (user intervention) ยิ่งไปกว่านี้ ผู้ประกอบการเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ก็ยังไม่สามารถควบคุมคุณภาพของบริการ หน่วยงานทาง 3GPP และ Wi-Fi ( เช่น WFA) ได้มีการประสานงานกันเพื่อให้การทำงานร่วมกันระหว่าง LTE – Wi-Fi (LTE-WiFi interworking) อย่างใกล้ชิดขึ้น ส่งผลให้เกิดการ convergence ดังรูป 

รูปที่ 15 การ interwork อย่างใกล้ชิดระหว่าง LTE และ WiFi

 

          การ interwork ที่ใกล้ชิดมีตั้งแต่การค้นหาระบบแบบไร้รอยต่อ (seamless Wi-Fi discovery) ความต่อเนื่องของบริการ (service continuity) ไปจนถึงการทำ link aggregation  ตัวอย่างเช่น Hotspot 2.0 ได้ช่วยให้ผู้ประกอบการขยายการทำ authentication แบบที่ใช้ SIM card ไปยังระบบ WiFi และมีใช้ในเครือข่ายเชิงพาณิชย์แล้ว Hotspot 2.0 ประกอบกับกลไกการค้นหาระบบดังที่ได้นิยามในมาตรฐาน 3GPP และทำให้กระบวนการในการค้นหาระบบและเชื่อมต่อระบบ LTE (และ 3G) เข้ากับ WiFi แบบไร้รอยต่อ ต่อเนื่องจากกระบวนการ discovery คือความต่อเนื่องของบริการจากเครือข่าย LTE ไปยัง WiFi โดยเฉพาะอย่างยิ่ง VoLTE และ VoWiFi ความต่อเนื่องของบริการ (Service continuity) กำลังมีใช้ในเครือข่ายพาณิชย์

          WiFi ได้วิวัฒนาการอย่างรวดเร็วในทศวรรษที่ผ่านมาทำให้ได้อัตราส่งข้อมูล ความจุ และประสบการณ์ของผู้ใช้ที่ดีขึ้น WiFi เวอร์ชั่นล่าสุด 802.11ac มีอัตราส่งสูงเกิน 1 Gbps และมีฟีเจอร์  MU-MIMO ทำให้ความจุระบบเพิ่มขึ้น เวอร์ชั่นถัดไปคือ 802.11ax ซึ่งอยู่ในขั้นพัฒนาก็จะยิ่งเพิ่มประสิทธิภาพขึ้นไปอีก การปรับปรุงระบบที่เกิดขึ้นจะเป็นประโยชน์ต่อทั้งการวางระบบของหน่วยงานเอกชนและของผู้ประกอบการ ได้มีแนวคิดริเริ่มใหม่เรียกว่า Optimized Connectivity Experience (โดยมีรากฐานบนมาตรฐาน 802.11ai, 11k และ 11v) โดยที่จะมุ่งไปที่การแก้ปัญหาการใช้งานระบบที่หนาแน่น ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อเครือข่าย WiFi ที่ให้บริการโดยผู้ประกอบการโทรศัพท์เคลื่อนที่หรือที่เรียกว่า carrier WiFi ตัวอย่างของฟีเจอร์เด่นๆ เช่น 1) Faster roaming ระหว่าง Access Point หรือเครือข่ายต่างๆ ซึ่งจะทำให้เกิดบริการ realtime แบบไร้รอยต่อ 2) การลด overhead ในส่วนที่ทำหน้าที่จัดการ และ 3) การบาลานซ์โหลดอย่างชาญฉลาด โดยผู้ที่จะมีการนำผู้ใช้ไปยัง AP ที่สามารถให้การเชื่อมต่อที่ดีที่สุดเมื่อพิจารณาจากปริมาณโหลด แทนที่จะดูจากความเข้มของสัญญาณเท่านั้น 

รูปที่ 16 แสดงการ Convergence ของ LTE และ WiFi

 

          การปรับปรุงประสิทธิภาพขั้นต่อไปจาก LTE – Wi-Fi interworking คือการไปสู่ LTE – Wi-Fi convergence ดังแสดงในรูป convergence จะมีลักษณะเด่นๆ เช่น การเลือกลิ้งค์ที่ดีที่สุด (optimized link selection), บริการแบบไร้รอยต่อ (seamless service), การแก้ปัญหาสัญญาณรบกวน (interference mitigation), รวมถึงการทำ link aggregation ระหว่าง LTE (และ 3G) และ Wi-Fi links และอื่นๆ       

 

          กลับมากล่าวกันถึง LWA ซึ่งจะเป็นการรวม link จาก WiFi เข้ากับการยึดโยงจาก LTE บนย่านความถี่ licensed spectrum ดังแสดงในรูป การที่จะทำการ aggregation นั้น LTE และ WiFi AP ไม่จำเป็นต้องอยู่ที่เดียวกัน 

รูปที่ 17 LWA สำหรับเครือข่าย carrier WiFi

 

          ผู้ใช้จะเชื่อมต่อกับลิ้งค์ทั้งคู่พร้อมๆ กัน ทำให้ได้อัตราส่งข้อมูลที่สูงขึ้น และสามารถใช้งานที่มี mobility แบบไร้รอยต่อเมื่อเปรียบเทียบกับกรณีของเครือข่าย LTE และ WiFi ที่เป็นแบบแยกกันต่างหาก  ดังที่กล่าวแล้วว่า ผู้ประกอบการเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่หลายรายได้มีการวางเครือข่าย WiFi ของตนเอง และ LWA เป็นโซลูชั่นที่ช่วยให้สามารถทำการรวม (integrate) เครือข่าย WiFi เข้ากับเครือข่าย LTE ได้ดีกว่ารวมถึงปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม ในแง่ของเครือข่ายแล้ว WiFi AP จะเชื่อมต่อกับเครือข่าย LTE ในลักษณะเดียวกับเซลล์ขนาดเล็กและจะใช้งานฟังก์ชั่นต่างๆ ของ Core Network ของ LTE กล่าวคือ การเข้ารหัส encryption การควบคุม การทำ authentication และอื่นๆ ผลก็คือสถานีฐาน LTE จะทำหน้าที่จัดสรรทรัพยากรของ Wi-Fi AP ยิ่งไปกว่านั้น จากการที่  LTE และ Wi-Fi AP ไม่จำเป็นต้องอยู่ด้วยกัน ทำให้สามารถใช้ LTE ระดับมาโครได้ด้วย นั่นหมายความว่าเมื่อมีการใช้อุปกรณ์ที่รองรับฟีเจอร์เหล่านี้ เราจะได้ประโยชน์จาก LWA ได้อย่างง่ายดาย เนื่องจากต้องใช้การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐานของ LTE และ WiFi เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

 

          LWA จะรองรับทั้งความถี่ย่าน 2.4 GHz และ 5 GHz การ aggregation จะเกิดที่ตัวอุปกรณ์ ในระดับ radio link (PDCP layer) ในโมเด็ม ดังแสดงในรูปที่ 18

รูปที่ 18 การ aggregation ในระดับ modem

 

          การรวบรวมในระดับโมเด็ม ทำให้เกิดสมดุลของโหลดที่ดีกว่า (เมื่อเทียบกับทางเลือกอื่น) เนื่องจากเครือข่าย LTE จะรู้ถึงสถานะของโหลดและสัญญาณของ link ทั้งสองและสามารถจัดสมดุลของ traffic บน link ดังกล่าวได้ นอกจากนี้ยังสามารถปรับให้เข้ากับสถานะของ linkที่เปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็ว เมื่อเทียบกับวิธีอื่น เช่น การรวม link ที่ระดับ HTTP  หรือที่ระดับระบบปฏิบัติการชั้นสูง  high level operating system (HLOS) ที่จะปรับเปลี่ยนได้ช้า

         

          ในแง่ของผู้ใช้ ผู้ใช้จะเชื่อมต่อกับทั้งสองเครือข่ายเมื่อใดก็ตามที่สามารถเชื่อมต่อได้ และข้อมูลจะถูกกระจายอย่างชาญฉลาดระหว่างลิ้งค์ทั้งสองเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด การรวบรวมของ WiFi link จะเป็นแบบไร้รอยต่อโดยผู้ใช้ไม่ต้องทำอะไรเพิ่มเติม โดยจะทำการรวบรวมเมื่อจำเป็นและมีเครือข่ายให้เชื่อมต่อ

 

แนะนำให้รู้จัก MulteFire

 

          ความต้องการหลักของ MulteFire คือการใช้ความถี่ย่าน unlicensed spectrum ร่วมกับเทคโนโลยีอื่น เช่น WiFi ได้อย่างเป็นธรรม ทาง Qualcomm ได้ทำการทดสอบและศึกษาการใช้งานระบบ LTE-U/LAA ในพื้นที่ที่ติดกับ WiFi ได้อย่างราบรื่น เพื่อให้มั่นใจได้ว่าจะไม่กระทบต่อประสิทธิภาพของ WiFi  ในทางตรงกันข้าม ในหลายๆ กรณีพบว่า ประสิทธิภาพของระบบ WiFi จะได้รับการปรับปรุงด้วยระบบ LTE-U/LAA 

รูปที่ 19 การใช้สเปกตรัมร่วมกับ WiFi อย่างเป็นธรรมเป็นหลักสำคัญในการออกแบบระบบ LTE ในย่าน unlicensed ในหลายๆกรณี จะเห็นว่าการที่มีระบบข้างเคียงเป็นเทคโนโลยี LTE มีผลดีกว่าการมีระบบข้างเคียงเป็นระบบ WiFi ด้วยกัน

 

          หลักการใช้ความถี่ unlicensed spectrum ร่วมกันระหว่างระบบ WiFi และ LTE ต้องเป็นไปตามความต้องการขั้นต่ำ เช่นในแง่การกำกับดูแลสเปกตรัมทั้งในแง่ระดับของกำลังส่ง แบนด์วิดธ์ และการแพร่กระจายคลื่น รวมถึงกระบวนการพิเศษเฉพาะในการเข้าใช้ระบบที่ประเทศแถบยุโรปและต้องการ (เช่น ฟีเจอร์ “Listen Before Talk”) การกำหนดมาตรฐานของระบบ เช่น LTE-U หรือ LAA และควรมีการทดสอบ conformance test ในการทดสอบการใช้งานร่วมกัน (coexistence) และความเท่าเทียม (fairness) และคาดว่าจะช้มงวดกว่าการทดสอบระบบ WiFi ที่มีอยู่ เช่นดังที่กำหนดในข้อกำหนดของ LTE-U

 

          สำหรับ MulteFire ก็จะมีฟีเจอร์ในการใช้ระบบร่วมกับ WiFi เช่นกันและคาดว่าจะไม่มีผลกระทบเช่นเดียวกับเทคโนโลยีอื่น MulteFire จะขยายโอกาสสำหรับการวางระบบแบบเซลล์ขนาดเล็ก โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีการใช้งานหนาแน่นหรือพื้นที่ภายในอาคาร ผู้ที่วางระบบและได้รับประโยขน์อาจจะเป็น เจ้าของธุรกิจ หรือเจ้าของอาคารสถานที่ ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต หรือบริษัทเคเบิ้ล รวมถึงผู้ประกอบการเครือข่ายโทรศัพท์มือถือในรูปแบบการวางระบบต่างๆ ซึ่งรวมถึง node แบบ single access, พื้นที่ครอบคลุมแบบเป็นเกาะ (coverage island) หรือคลัสเตอร์ขนาดใหญ่ 

รูปที่ 20 รูปแบบการใช้ Neutral Host เทียบกับระบบแบบเก่า

 

          MultFire เหมาะกับการใช้เป็นเซลล์ขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพสูง การใช้เพียงสเปกตรัมย่าน unlicensed ซึ่งมีความเป็นกลาง (neutral) ทำให้เราสามารถดำเนินการจัดการ MulteFire ให้เป็นบริการแบบ neutral host¹ ที่สามารถให้บริการกับอุปกรณ์หรือผู้ใช้ใดๆ ก็ได้รวมถึงผู้ใช้จากเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ที่เป็นพาร์ทเนอร์และสามารถให้บริการโดยผู้ให้บริการหรือแม้กระทั่งผู้ใช้โดยตรง  ทำให้หน่วยงานต่างๆ เช่น ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต และเจ้าของกิจการหรืออาคารสถานที่ สามารถใช้ประโยชน์จากสินทรัพย์ที่มีอยู่ (link แบบ fixed broadband, ตำแหน่ง และความสัมพันธ์กับลูกค้า) และให้บริการ wireless access แบบ nomadic กับผู้ใช้ปลายทางโดยไม่ต้องใช้ SIM) นอกจากนี้ MulteFire ยังสามารถอินเตอร์เฟสเข้ากับเครือข่ายโทรศัพท์มือถือเพื่อให้บริการด้าน data offload ให้กับผู้ประกอบการโทรศัพท์มือถือ (ต้องใช้ SIM) รวมถึงขยายโอกาสในการวางระบบแบบเซลล์ขนาดเล็ก ด้วยการใช้ MulteFire เพื่อให้บริการผู้ใช้ใดๆ รวมถึงลูกค้าจากเครือข่ายที่เป็นพาร์ทเนอร์

         

          MulteFire ยังมีความยืดหยุ่นในการทำ authentication โดยรองรับทั้งการ authentication แบบใช้ SIM สำหรับ authenticate กับเครือข่ายยโทรศัพท์มือถือที่เป็นพาร์ทเนอร์และแบบไม่ใช้ SIM ซึ่งเป็นลักษณะของ neutral host รวมถึงสามารถให้บริการแบบ enterprise service เป็นการสร้างโอกาสใหม่ที่จะใช้ LTE ที่มีประสิทธิภาพสูงในย่านความถี่ unlicensed spectrum อย่างแท้จริง

รูปที่ 21 คุณลักษณะและรูปแบบการใช้งาน MulteFire

MulteFire กับการเป็นเทคโนโลยีสื่อสารไร้สายสำหรับผู้ให้บริการทุกระดับ ไม่ว่าจะใหญ่หรือเล็ก

 

          ได้มีการรวมกลุ่มจัดตั้ง MulteFire alliance โดยบริษัทต่างๆ เช่น Qualcomm, Nokia, Ericsson, Intel และ SpiderCloud   MulteFire ช่วยขยายข้อดีของ LTE ไปสู่ความถี่ย่าน unlicensed spectrum ด้วยสถาปัตยกรรมที่ง่าย ไร้รอยต่อและมีความปลอดภัย เหมาะกับผู้ให้บริการทุกระดับไม่ว่าใหญ่หรือเล็ก ผู้ให้บริการในที่นี่อาจเป็นใครก็ได้ที่ต้องการให้บริการการเชื่อมต่อแบบไร้สายแก่ผู้ใช้ ไม่ใช่เพียงเฉพาะผู้ประกอบการเครือข่ายมือถือ แต่รวมถึงสถานที่ต่างๆ เช่น ห้างสรรพสินค้าที่จะให้บริการแบบไร้สายแก่บรรดานักช้อป หรือสนามกีฬาที่จะให้บริการไร้สายแก่แฟนกีฬา หรือจะเป็น โรงพยาบาล หรือองค์กรใหญ่ๆ ซึ่งต่างก็พบปัญหาเดียวกับผู้ประกอบการใหญ่ๆ กล่าวคือการจะให้บริการการเชื่อมต่อแบบไร้สายความเร็วสูงที่มีความทนทานในการทำงาน การทำให้เครือข่ายมีความปลอดภัย การประกันคุณภาพของบริการ และการบริการต้นทุนของของการให้บริการแก่ผู้ใช้แต่ละราย เป็นต้น

 

ทำไม MulteFire จึงดีต่อผู้ประกอบการโครงข่ายโทรศัพท์มือถือ

 

          ผู้ใช้บริการจะตัดสินผู้ประกอบการจากคุณภาพของเครือข่าย ผลจากการศึกษาจำนวนมากได้แสดงให้เห็นว่ากว่า 70-80% ของการใช้ข้อมูลแบบ mobile เป็นการใช้ภายในอาคาร และกรณีศึกษาต่างๆได้แสดงให้เห็นว่า การสร้างเครือข่ายภายในอาคารช่วยปรับปรุงคุณภาพของประสบการณ์การใช้งานกลางแจ้ง

 

          เราเชื่อว่าการใช้เซลล์ขนาดเล็กแบบ LTE ที่ทำงานในย่าน licensed spectrum หากได้รับการเสริมด้วยระบบ LTE-U/LAA จะช่วยให้ผู้ประกอบการโทรศัพท์มือถือในการให้บริการที่มีประสบการณ์การใช้งานภายในอาคารในระดับที่ดีที่สุด ผู้ประกอบการส่วนใหญ่จะมีปริมาณสเปกตรัมในระดับ 40-100 MHz (หรือบางครั้งก็มากกว่านั้น) การวางระบบด้วย small cell ในย่าน licensed spectrum จะเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการประกันคุณภาพของบริการ

 

          อย่างไรก็ดีการใช้เซลล์ขนาดเล็กในย่านความถี่ licensed spectrum อาจจะเป็นไปไม่ได้เสมอไป มีอาคารอยู่นับพันหมื่นอาคารที่เหมาะกับการที่ผุ้ประกอบการรายต่างๆจะร่วมกันใช้โครงสร้างพื้นฐานแบบ เซลล์ขนาดเล็กยิ่งไปกว่านั้น สถานที่หลายๆ แห่งยังต้องการให้มีการใช้ระบบสื่อสารไร้สายร่วมกันเพื่อความสวยงามและเหตุผลด้านข้อจำกัดของพื้นที่ ซึ่งสถานการณ์เหล่านี้เหมาะกับการใช้ MulteFire ที่ช่วยให้ผู้ประกอบการใช้เซลล์ขนาดเล็ฏร่วมกัน และอาจจะใช้ประโยชน์จากผู้ให้บริการ neutral host

 

          MulteFire ช่วยให้ผู้ประกอบการโทรศัพท์มือถือร่วมมือเป็นหุ้นส่วนกับหน่วยงานเอกชนในการให้บริการเชื่อมต่อแบบ mobile ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ทาง SpiderCloud ได้พบหน่วยงานภาคเอกชนมากมายที่เต็มใจจะซื้อระบบเซลล์ขนาดเล็กขนาดเล็กที่มีราคาถูกเพื่อที่จะใช้ประโยขน์จากระบบ LAN ที่มีอยู่ อย่างไรก็ตาม ทางฝ่ายผู้ประกอบการโทรศัพท์เคลื่อที่เองก็ไม่ค่อยอยากจะให้แผนก IT ของหนวยงานเอกชนทำการครอบครองและดเนินการจัดการเซลล์ขนาดเล็ก ซึ่งหากใช้งานอย่างไม่เหมาะสมแล้ว อาจทำให้คุณภาพของเครือข่ายระดับมาโครตกลง ด้วยการใช้ความถี่ในย่าน unlicensed spectrum ทำให้ความกังวลดังกล่าวหมดไป และทำให้เป็นการง่ายต่อการที่หน่วยงานภาคเอกชนที่มีความสามารถมีความเต็มใจที่จะลงทุนในระบบ LTE small cell 

รูปที่ 22 ความถี่ unlicensed spectrum เหมาะกับการใช้งาน small cell โดยการใช้หลายๆระบบด้วยกัน LTE-U, LAA, MulteFire, WiFi (802.11ac/ad/ax)

 

การสร้างโอกาสใหม่ๆ ให้กับผู้ประกอบการโทรศัพท์เคลื่อนที่
ผู้ประกอบการระบบแบบใช้สาย หน่วยงานเอกชนขนาดใหญ่ บริษัทค้าปลีก และเจ้าของสนามกีฬา

 

          MulteFire ได้ให้โอกาสแก่ผู้ที่ต้องการให้บริการสื่อสารไร้สาย แต่ไม่มี licensed spectrum ที่มีต้นทุนสูงในมือ ทุกวันนี้ การให้บริการลักษณะดังกล่าวมีอยู่ทางเลือกเดียวคือระบบ WiFi แต่โชคไม่ดีที่ WiFi มีข้อจำกัดมากมาย การส่งผ่านของ WiFi จะตกลงอย่างมากหากจำนวนผู้ใช้ที่แอกตีฟต่อแอคเซสพ๊อยต์เกิน 20 คน ซึ่งเป็นปัญหาใหญ่ในพื้นที่ที่มีการใช้งานหนาแน่น

 

          วิธีการทำ authorization ของเครือข่าย WiFi มีวิธีต่างๆ หลายแบบ ตัวอย่างเช่นการใช้ Captive Portal (หน้าเว็บพิเศษที่จะต้องผ่านก่นการเข้าใช้อินเทอร์เน็ต) ซึ่งเป็นวิธีที่นิยมที่สุดในการทำ authentication

 

          WiFi ไม่ได้มีสถาปัตยกรรมจากปลายถึงปลายที่เป็นมาตรฐาน ผู้มให้บริการมักจะต้องซื้อระบบแบบปลายถึงปลายที่เป็น proprietary จากผู้ผลิตอุปกรณ์ WiFi นอกจากนี้ WiFi ถูกมองว่าเป็นบริการแบบให้เปล่า ดังนั้น ผู้ให้บริการจึงมีทางเลือกไม่มาก และมักจะทำการเก็บและขายข้อมูลของผู้ใช้บริการเพื่อหารายได้

 

          MulteFire ได้ตอบโจทย์ข้อเสียของ WiFi เกือบทั้งหมด MulteFire Access Point สามารถรองรับจำนวนการเชื่อมต่อที่ active พร้อมๆกันได้ถึง 64-128 การเชื่อมต่อ (ในระดับเดียวกับที่ LTE small cell ในปัจจุบันใช้อยู่) การทำ authentication ก็เป็นไปในลักษณะไร้รอยต่อ สามารถรองรับบริการเสียงคุณภาพสูง และมี QoS จากปลายถึงปลาย

 

          เนื่องจาก MulteFire จะไม่ถูกมองว่าเป็นบริการแบบ WiFi ผู้ให้บริการจึงสามารถที่จะทดลองโมเดลทางธุรกิจแบบใหม่ๆได้ ตัวอย่างเช่น การที่การควบรวมเครือข่าย MulteFire เข้ากับเครือข่ายแบบ LTE หลักของผู้ประกอบการโทรศัพท์เคลื่อนที่เป็นไปได้โดยง่าย หน่วยงานที่เป็นบุคคลที่ 3 ที่เป็นผู้สร้างเครือข่าย MulteFire อาจทำตัวเป็นเสมือน “neutral host” แล้วทำการขายความจุให้กับผู้ประกอบการโทรศัพท์เคลื่อนที่

 

          สำหรับผู้ประกอบการเครือข่ายโทรซศัพท์เคลื่อนที่แล้ว ข้อดีของ MuteFire มีหลากหลาย กล่าวคือการให้บริการแบบ neutral host การเข้าถึงตลาดในที่ที่ตนไม่มี licensed spectrum การใช้ระบบร่วมกับระบบ LTE ในย่าน licensed spectrum ที่มีอยู่ การวางระบบแบบเซลล์ขนาดเล็กที่ง่ายและรวดเร็วโดยไม่ต้องใช้ความถี่ย่าน licensed spectrum ที่มีราคาแพง และความปลอดภัยระดับ Carrier Grade

 

          สำหรับผู้ประกอบการแบบเก่า MulteFire จะสร้างโอกาสทางธุรกิจใหม่ๆ เพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขัน สามารถนำไปให้บริการหน่วยงานเอกชนระดับกลางได้ง่ายย หรืออาจจะใช้เป็นวิธีในการให้เช่าความจุแก่ ISP หน่วยงานเอกชน และผู้ประกอบการเครือข่ายแบบ private network อื่นๆ ข้อดีที่สำคัญในส่วนนี้โดยสรุป คือความสามารถในการสร้างเครือข่ายที่คาดการณ์ประสิทธิภาพได้โดยที่มีต้นทุนต่ำ และสามารถหารายได้จากการใช้งาน LTE ในย่าน unlicensed  สามารถให้บริการ 4G ให้ความจุเพิ่มเติม

 

          การใช้ประโยชน์จากความถี่ย่าน unlicensed spectrum เป็นการรับมือกับปริมาณทราฟิกที่คาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็น 1000x และเปิดโอกาสใหม่ๆ ในการให้บริการ โดยมีทั้งแบบที่ต้องยึดโยงเข้ากับระบบที่ใช้ความถี่ licensed spectrum เช่น LTE-U/LAA หรือ LWA หรือจะเป็นการใช้ประโยชน์จาก unlicensed spectrum เพียงลำพังดังเช่น MulteFire เป็นที่เชื่อกันว่า เทคโนโลยีเซลล์ขนาดเล็กแบบกระจาย (distributed) ที่แตกต่างจากการใช้เบสแบนด์ยูนิตที่รวมศูนย์แล้วต่อเข้ากับส่วน RRH (Remote Radio Head) จะเป็นรูปแบบที่จะทำให้ใช้งานเทคโนโลยี LTE ร่วมกับ WiFi ได้ ไม่ว่าจะเป็น LTE-U/LAA หรือ MulteFire small cell แต่ละตัวควรจะสามารถเลือกช่องสัญญาณในย่าน unlicensed ได้อย่างเป็นอิสระ อย่างเดียวกับที่ WiFi ทำอยู่ ยิ่งไปกว่านั้น ระบบที่ทำงานในย่าน unlicensed spectrum ต้องทำการตัดสินใจภายในระดับไมโครวินาทีได้ว่าช่องสัญาณนั้นๆว่างหรือไม่ แล้วทำการแจ้งแก่ผู้ใช้อื่นๆถึงเจตนาของตนที่จะทำการส่งสัญญาณและใช้ช่องสัญญาณดังกล่าว  เพื่อที่จะสามารถใช้ช่องสัญญาณร่วมกับระบบอื่น โดยเฉพาะ WiFi ได้อย่างราบรื่น

 

          แน่นอนว่าข้อท้าทายหลักของการใช้เซลล์ขนาดเล็กแบบกระจายดังกล่าวในสถานที่ขนาดใหญ่ที่มีการใช้งานหนาแน่น (ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่เราจะได้ประโยชน์จาก MulteFire สูงที่สุด) คือการประสานงานกันของเซลล์ขนาดเล็ก ซึ่งสถาปัตยกรรม E-RAN (Enterprise RAN) (เช่น จาก SpiderCloud) จะช่วยแก้ปัญหาดังกล่าวได้

 

          บทความนี้ ได้กล่าวถึงเทคโนโลยีต่างๆ ในการขยายประโยชน์ของ LTE ไปยังความถี่ unlicensed spectrum โดยแนะนำให้รู้จัก MultFire ซึ่งจะรวมเอาข้อดีด้านประสิทธิภาพต่างๆของ LTE (ไม่ว่าจะเป็นด้านความจุ ระยะทาง การรองรับการเคลื่อนที่ และคุณภาพของประสบการณ์การใช้) โดยมีความง่ายในการใช้ระบบดังเช่นระบบ WiFi MulteFire จะใช้ระบบสัญญาณและการแบ่งช่องสัญญาณจาก LTE radio link รวมถึงการใช้เทคนิค self-organizing small cell ที่เหมาะกับเครือข่ายที่มีความหนาแน่นสูง แต่มีความง่ายของระบบเหมือน WiFi โดยมีสถาปัตยกรรมเครือข่ายที่ทำงานได้โดยตัวเองและซับซ้อนน้อย เหมาะกับการใช้งานที่เป็นกลางที่สามารถให้บริการกับอุปกรณ์ใดๆก็ได้ หวังว่า บทความนี้ท่านผู้อ่านจะได้รู้จักเทคโนโลยีต่างๆ เช่น LTE-U/LAA, LWA และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง MulteFire มากขึ้น

 

บทแทรก

Neutral Hosting

          แนวคิด Neutral Hosting ได้เกิดขึ้นระยะหนึ่งแล้ว กล่าวคือผู้ประกอบการเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่จะทำการเช่าอุปกรณ์ที่ run เครือข่าย RAN จากบุคคลที่ 3 ที่เป็น neutral ที่จะทำการ host ซอฟต์แวร์/อัลกอริธึมแทนผู้ประกอบการ ส่วนที่เป็น radio access จะทำการเชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายของหลายๆ ผู้ประกอบการเพื่อให้ผู้ประกอบการเหล่านั้นประกอบเป็นเครือข่ายของตนให้สมบูรณ์

          แรงจูงใจของการทำ neutral hosting มาจากทางด้านภาคเอกชน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สถานที่ใหญ่ๆ เช่น โรงแรม สนามกีฬา ห้างสรรพสินค้า ธุรกิจเหล่านี้มีลูกค้าที่ต้องการใช้บริการไร้สายคุณภาพเยี่ยม ซึ่งการใช้งานระบบไร้สายถือเป็นส่วนหนึ่งของประสบการณ์ในการใช้สถานที่นั้นๆ ตัวอย่างเช่น ในสนามฟุตบอลยอดนิยม จะมีการใช้ข้อมูลปริมาณมากในทุกแมทช์ และสนามกีฬาระดับนี้มักจะมีการให้บริการ wireless access เป็นส่วนหนึ่งของประสบการณ์ความบันเทิง ปัญหาของเจ้าของสนามกีฬาก็คือการได้รับบริการอันดีเยี่ยมจากผู้ประกอบการเครื่อข่ายรายใดรายหนึ่งไม่ใช่ทางออก หากผู้ประกอบการรายอื่นไม่สามารถให้บริการในระดับเดียวกันได้ ดังน้น หากเจ้าของสนามต้องใช้ความพยายาม่วมมือกับผู้ประกอบการในการวางระบบของเครือข่ายหนึ่งๆ ความพยายามดังกล่าวจะต้องคูณด้วยจำนวนเครือข่ายของผู้ประกอบการทุกรายที่คาดว่าผู้ชมในสนามจะใช้บริการ (เช่น ต้องเตรียมไว้สำหรับลูกค้า DAC, AIS และ Truemove ) ด้วย ดังนั้นทางออกที่ดีจึงเป็นระบบอะไรที่เป็นกลาง (neutral system) โดยมีการวางระบบ ทำการอัพเกรด และบำรุงรักษาเพียงเครือข่ายเดียว แต่สามารถรองรับผู้ประกอบการทุกราย

          เจ้าของสถานที่ควรเรียนรู้จากความสำเร็จของบริษัท OTT (Over The Top) ว่าการเป็นเจ้าของข้อมูลและ metadata สามารถทำเงินได้ดี ดังนั้นความสำเร็จของสถานที่นั้นๆก็ขึ้นอยู่กับความเข้าใจลูกค้าในสถานทีและการทำ mining ของข้อมูล metadata ตัวอย่างเช่น ผู้ขายอาจจะสนใจรูปแบบการเคลื่อนที่ของลูกค้าในห้างสรรพสินค้า ความสัมพันธ์ระหว่างการเคลื่อนที่ของลูกค้ากับปฏิสัมพันธ์ด้านโซเชียลมีเดีย การใช้คูปองออนไลน์ เป็นต้น ทางสนามกีฬาอาจจะใช้การพุช (push) ผลิตภัณฑ์ต่างๆ หรือโฆษณาที่เกี่ยวข้องกับเกมส์กีฬานั้นๆ โดยจะจัดทำให้เหมาะกับพฤติกรรมของลูกค้าแบบออนไลน์และเป็นแบบทันท่วงที (realtime)

          Neutral Host จะเปลี่ยนแรงกดดันในการแข่งขันสำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์และผู้ประกอบการเครือข่าย ส่วนของระบบที่ไม่สามารถทำการ virtualize ได้ เช่นสายอากาศและวงจร ต้องถูกใช้งานร่วมกันระหว่างบรรดาผู้ประกอบการ ผู้ประกอบการยังสามารถสร้างความแตกต่างให้ตัวเอง เช่น ระบบ MIMO และ antenna diversity ด้วยการเช่าสายอากาศจนวนมากขึ้นจากโฮสต์ อย่างไรก็ตาม ผู้ประกอบการไม่อาจสร้างความแตกต่างด้วยการใช้อัลกอริธึมพิเศษต่างๆ เช่น การทำ pre-distortion ของสัญญาณ ได้มีการสร้างอัลกอริธึมในการจัดการสายอากาศที่มีความยืดหยุ่นในเชิงพาณิชย์แล้ว ไม่ใช่เฉพาะกับการทำ neutral hosting เท่านั้น แต่เพื่อการปรับปรุงความจุของระบบในหน่วยงานเอกชน ตัวอย่างช่น onecell จากบริษัท Airvana เป็นต้น

          ในอีกแง่หนึ่ง แนวคิดในการเช่าอุปกรณ์แบบที่มีความยืดหยุ่นดังกล่าว ก็สามารถช่วยให้ผู้ประกอบการเครือข่ายสามารถ run ระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยทำการเช่าสายอากาศจำนวนต่างๆ ขึ้นกับช่วงเวลาต่างๆของวันที่ใช้งาน เป็นการปรับแต่งความจุของระบบให้เหมาะกับความหนาแน่นของผู้ใช้งาน มีปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “wave effect” ที่เป็นเหมือนกรณี dual กับ tidal effect ในกรณีของ CRAN และ Hoteling กล่าวคือปริมาณของการประมวลผลที่ผู้ประกอบการเฉพาะรายต้องการในพื้นที่เฉพาะหนึ่ๆจะมีปฏิสัมพันธ์ในเชิงกลับกับการประมวลผลของผู้ประกอบการรายอื่น ตัวอย่างเช่น เมื่อผู้ใช้ทุกคนที่เข้าคิวในร้านกาแฟเป็นลูกค้าของผู้ประกอบการ A ก็จะไม่มีที่ให้กับผู้ใช้ที่เป็นลูกค้าของผู้ประกอบการ B และในทางกลับกันก็เช่นกัน ผู้ประกอบการต่างๆ สามารถซื้อและขายความจุในการคำนวณบนเครือข่าย RAN ในรูปแบบที่คล้ายๆกับ cloud และเป็นไปในช่วงเวลาที่ละเอียด (short timescale) ขึ้นกับการคาดการณ์ความต้องการของลูกค้า การทำ RAN trading ในลักษณะนี้ยังเป็นอะไรที่เป็นอนาคตมากๆ แต่ก็ได้สะท้อนแนวคิดในการทำ spectrum trading หากเราขยายการทำ neutral hosting ไปในด้านสเปกตรัม

          หากจะถามว่า Neutral Hosting ในปัจจุบันอยูในขั้นใดนั้น บริษัทหลายๆ แห่งได้พยายามขายบริหาร neutral hosting รูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง จะเห็นได้จากหน่วยงานที่กำหนดมาตรฐานได้มีความพยายามในการทำ RAN sharing ในรูปของ MOCN (Multi Operator Core Network) และ MORAN (Multi-Operator RAN) ขึ้น แต่ก็ไม่ได้รับการตอบรับมากนักในตลาดใหญ่ๆ เช่น ในสหรัฐอเมริกา 5G อาจจะเป็นตัวผลักดันให้เกิด neutral hosting เพราะ 5G อาจจะอาศัย 4G ในการครอบคลุมพื้นที่กลางแจ้งและจะโฟกัสกับพื้นที่ภายในอาคารและเครือข่ายในพื้นที่หนาแน่น ในการพัฒนามาตรฐานใหม่ จะมีการพิจารณาถึงการใช้ Neutral Hosting สำหรับระบบ 4G แล้วรายได้หลักยังคงเกิดจากเครือข่ายระดับมาโครและพื้นที่กลางแจ้ง ทำให้เป็นการยากที่จะโฟกัสกับตลาดรูปแบบใหม่ๆ แต่ 5G จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้น

          อย่างน้อยควรจะมีมาตรฐานอินเตอร์เฟสที่จะช่วยให้สามารถแบ่งแยกผู้ประกอบการรายต่างๆบน hardware ที่ใช้ร่วมกันได้ ฮาร์ดแวร์ในปัจจุบันยังไม่รองรับการเข้าใช้ร่วมกันแบบ shared access ดังนันการทำ isolation เพื่อแบ่งแยกจึงมีต้นทุน แต่ 5G ก็จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเช่นกัน เพราะจะมีการโฟกัสกับการใช้ multiuse modem (xMBB : extreme Mobile Broadband, uMTC : ultra-reliable Machine Type Communication, mMTC : massive-Machine Type Communication) ทางภาคอุตสาหกรรมกำลังพูดถึงการใช้ Service Oriented Radio (SOR) ใน 5G สรุปแล้ว neutral hosting เป็นสิ่งที่เราควรจับตามอง แม้ว่าได้เริ่มมีความพยายามแล้วแต่หนทางยังคงอีกยาวไกล และก็ยังต้องก้าวข้ามอุปสรรคทางธุรกิจและเทคนิคอีกมากก่อนที่จะมีความคืบหน้าในการทำ neutral hosting จะเข้าใกล้ความเป็นจริง