1.14 รูปแบบการใช้งานในส่วนต่างๆ

1.14.1 ระบบบรอดแบนด์ตามความต้องการ (Broadband on-demand)
สำหรับระบบเครือข่ายไร้สายมาตรฐาน WiMax นั้นจะช่วยให้เหล่าโอเปอเรเตอร์ต่างๆ สามารถจัดสรรงานบริการที่มีความเร็วสูงเทียบเท่าระบบเครือข่ายแบบใช้สายได้ โดยใช้เวลาการติดตั้งที่น้อยกว่า มีราคาที่ถูกกว่ามาก นอกจากนั้น WiMax ก็ยังช่วยให้มีการจัดเตรียมการใช้งานระบบสื่อสารความเร็วสูงในรูปแบบตามความต้องการได้ในทันทีทันใด โดยรูปแบบนี้เหมาะสำหรับการทำงานในแบบชั่วคราวอาทิเช่น การจัดนิทรรศการ การจัดงานประชุม การจัดงานแสดงสินค้า เป็นต้น
1.14.2 ระบบการสื่อสารบรอดแบนด์สำหรับที่พักอาศัย
ขณะที่เทคโนโลยีการใช้งานสายเคเบิลและเทคโนโลยี DSL ที่ถูกใช้งานในปัจจุบันนั้นมีช่องว่างในการใช้งานมาก ด้วยข้อจำกัดของการวางโครงข่ายที่มีอยู่และต้นทุนของการวางระบบ ทำให้ไม่สามารถให้บริการกับผู้ที่ต้องการใช้งานจำนวนมากซึ่งต้องการระบบการสื่อสารระดับบรอดแบนด์ได้ แต่ข้อจำกัดเหล่านี้จะถูกทลายลง เมื่อมีการเปิดตัวระบบที่อ้างอิงกับมาตรฐาน WiMax ออกมาโดยแอพพลิเคชันสำหรับการสื่อสารบรอดแบนด์ไร้สาย WiMax จะช่วยให้สามารถพัฒนางานต่างๆ ที่สนองตอบความต้องการการใช้งานในรูปแบบต่างๆ ได้
1.14.3 พื้นที่ซึ่งบริการเข้าไม่ถึง
นับว่าเทคโนโลยีระบบการสื่อสารอินเทอร์เน็ตไร้สายความเร็วสูงที่ได้อ้างอิง กับมาตรฐาน WiMax นี้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมเป็นอย่างยิ่ง สำหรับการใช้งานในพื้นที่ห่างไกลในเขตที่มีข้อจำกัดของการเดินสายนำสัญญาณในระบบ DSL
1.14.4 บริการการสื่อสารแบบไร้สายคุณภาพสูง
มาตรฐาน IEEE 802.16e ซึ่งเป็นส่วนต่อเติมของ IEEE 802.16a นั้นเป็นคุณสมบัติแบบพิเศษที่พัฒนาขึ้นมาให้รองรับการใช้งานในแบบที่ต้องเคลื่อนที่ตลอดเวลา เหมาะสำหรับอุปกรณ์ในแบบพกพาสำหรับการเดินทาง ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้งานยังสามารถสื่อสารได้ โดยให้คุณภาพในการสื่อสารที่ดี และมีเสถียรภาพขณะใช้งาน แม้ว่ามีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาก็ตาม
1.14.5 การส่งสัญญาณแบบ Cellular Backhaul
ด้วยแบนด์วิดท์การใช้งานของ WiMax ที่มีอยู่อย่างเหลือเฟือ จึงทำให้มีความเหมาะสมเป็นอย่างยิ่งกับการที่จะนำมาใช้งานให้รองรับการส่งสัญญาณ ในแบบย้อนกลับไปยังสถานีฐานระบบเซลลูลาร์ ซึ่งมีการติดต่อสื่อสารกันในแบบจุดต่อจุดได้ [Available online at : http://www.quickpc.co.th]

1.13 การประยุกต์ใช้งานของ WiMAX

1.13.1 การเชื่อมอินเทอร์เน็ตไร้สายความเร็วสูงสำหรับบ้านและธุรกิจขนาดเล็ก – การกระจายการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตความเร็วสูงแบบไร้สายไปสู่ บ้านและธุรกิจขนาดเล็กที่เรียกว่า Last mile connection ซึ่งการเชื่อมต่อแบบนี้จะเป็นบริการเสริมหรือแทนที่การเชื่อมต่อ อินเทอร์เน็ตความเร็วสูงแบบมีสาย เช่น DSL, Cable modem ในบางพื้นที่ที่เป็นถิ่นทุรกันดารห่างไกลความเจริญ การติดตั้งเครือข่ายแบบมีสายต้องใช้เงินลงทุนที่สูงมาก WiMAX สามารถสร้างการเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตแบบไร้สายได้อย่างรวดเร็วและด้วยเงินลงทุนที่ต่ำกว่า
1.13.2 WiMAX สำหรับธุรกิจขนาดกลางและใหญ่ – ในธุรกิจขนาดกลางและใหญ่ การเชื่อมต่อเครือข่ายระหว่างสำนักงานใหญ่ กับสาขาย่อยมักเชื่อมต่อกันผ่านทางเครือข่ายแบบมีสาย เช่น Lease line หรือ T1 ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงในการติดตั้งและใช้งาน WiMAX สามารถให้บริการเชื่อมต่อแบบไร้สาย จึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่จะสามารถใช้ทดแทนการเชื่อมต่อแบบมีสายข้างต้น
1.13.3 การเชื่อมต่อแบบส่งต่อให้กับเครือข่าย Wi-Fi สาธารณะ หรือ Wi-Fi Hotspot Backhaul – WiMAX สามารถถูกนำไปใช้เป็นลิงค์เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตให้กับเครือข่าย Wi-Fi Hotspot
1.13.4 การเชื่อมต่อแบบส่งต่อให้กับเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ หรือ Cellular Backhaul - ในเครือข่าย Cellular นั้นจะประกอบไปด้วยสถานีส่ง หรือ base station ที่กระจายอยู่ทั่วไปการเชื่อมต่อระหว่าง cellular base station นั้นมักจะพึ่งพาบริการ lease line จาก wired operator WiMAX สามารถให้บริการที่เป็น point-to-point connection คือสามารถเชื่อมต่อโดยตรง ระหว่าง base station ด้วยเทคโนโลยี WiMAX ซึ่งเป็นการช่วยให้ cellular operator สามารถนำมาตั้งและลดการพึ่งพาจากwired operator ซึ่งมีความเสี่ยงเพราะถือว่าเป็นคู่แข่งทางธุรกิจ ในบางกรณี cellular base station สามารถเชื่อมต่อผ่านทาง microwave link ซึ่งมีค่าใช้จ่ายที่สูง WiMAX ก็สามารถใช้เป็นอีกทางเลือกหนึ่งหรือถูกใช้เป็นการเชื่อมต่อเสริม (Overlay connection) เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการรับส่งข้อมูลหรือ link capacity โดยมีค่าใช้จ่ายที่ ต่ำกว่า
1.13.5 เครือข่ายสำหรับกิจการสาธารณะ (Public safety service) - WiMAX มีความ ยืดหยุ่นสูงในการใช้งานแบบพกพา (Portable Access) ซึ่งถูกนำไปประยุกต์ใช้ในกิจการสาธารณะเช่น
1.13.5.1 การสื่อสารของตำรวจ อุปกรณ์ WiMAX ถูกติดประจำที่รถตำรวจ ตำรวจสามารถเรียกข้อมูลจากศูนย์บัญชาการได้อย่างรวดเร็วผ่านเครือข่าย WiMAX
1.13.5.2 หน่วยบรรเทาสาธารณภัย เมื่อมีภัยพิบัติเกิดขึ้น โครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารอื่นๆเช่นโทรศัพท์มือถือ ถูกทำลายไป WiMAX สามารถถูกนำไปติดตั้งและสร้างเครือข่ายในที่เกิดเหตุได้อย่างรวดเร็วเพื่อช่วยในการสื่อสารข้อมูลจากที่เกิดเหตุไปสู่ส่วนกลางเพื่อช่วยในการประสานงานสาธารณภัย
1.13.5.3 หน่วยแพทย์เคลื่อนที่ WiMAX สามารถถูกติดตั้งไปกับรถพยายาลแพทย์เคลื่อนที่ หน่วยพยาบาลเคลื่อนที่สามารถส่งข้อมูลภาพเคลื่อนไหวของคนไข้ในที่เกิดเหตุกลับไปสู่โรงพยาบาลเพื่อทำการวินิจฉัยได้ทันท่วงที
1.13.6 การใช้งานอินเทอร์เน็ตนอกสถานที่ – ในอนาคตอันใกล้ อุปกรณ์ WiMAX จะรวม เป็นส่วนประกอบหนึ่งใน Notebook ซึ่งผู้ใช้สามารถติดต่ออินเทอร์เน็ตได้ทุกเวลาสถานท

1.12 เส้นทางการพัฒนาของมาตรฐาน WiMAX

WiMAX เป็นผลต่อเนื่องมาจากการพัฒนามาตรฐานสื่อสาร IEEE802.16 ให้สามารถรองรับการสื่อสารอัตราเร็วสูง จำเป็นต้องแบ่งย่อยขั้นตอนของการพัฒนาการมาตรฐาน WiMAX ออกเป็นมาตรฐานย่อยๆ เริ่มจากมาตรฐาน IEEE802.16a ที่ถือเป็นต้นแบบของการสื่อสารไร้สายในลักษณะของเครือข่ายแบบเซลลูลาร์ เป้าหมายของกลุ่มความร่วมมือ WiMAX อยู่ที่มาตรฐานแบบ IEEE802.16d ซึ่งเป็นมาตรฐาน WiMAX ที่เป็นสากลรุ่นแรก มีทั้งเป็นย่าน 2.5 กิกะเฮิตรซ์ และ 5 กิกะเฮิตรซ์ ทั้งนี้มีการกำหนดย่านความถี่สำหรับให้ใช้งานในภูมิต่างๆ ดังภาพที่ 1-18 ดังนี้
1.12.1 ทวีปอเมริการเหนือ กำหนดให้ใช้ย่าน 2.5 และ 5 กิกะเฮิตรซ์
1.12.2 ทวีปอเมริการใต้ กำหนดให้ใช้ย่าน 2.5, 3.5 และ 5 กิกะเฮิตรซ์
1.12.3 ยุโรป อเมริการใต้ และเอเชีย กำหนดให้ใช้ย่าน 3.5 และ 5 กิกะเฮิตรซ์
ข้อจำกัดประการสำคัญของมาตรฐาน IEEE802.16d คือไม่สามารถรอบรับเครื่องลูกข่ายแบบพกพา ทำให้ผู้ประกอบการเครือข่ายไม่อาจวางแผนธุรกิจในลักษณะเดียวกับเครือข่าย โทรศัพท์เคลื่อนที่ได้ มาตรฐาน IEEE802.16d จึงเหมาะสำหรับการเปิดให้บริการในลักษณะของ DSL ไร้สาย (Wireless DLS) ดังตารางที่ 1-7 [Available online at : http://www.pairoj.com/]

พัฒนาการขั้นต่อไปของเทคโนโลยี WiMAX ก็คือมาตรฐาน IEEE802.16e ซึ่งถือเป็น การเปิดศักราชของการให้บริการสื่อสารไร้สายอัตราเร็วสูงที่ผู้ใช้บริการสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้ แต่ก็ยังมีข้อจำกัดว่าการเคลื่อนที่นั้นต้องไม่รวดเร็วหรือมีการเปลี่ยนตำแหน่งบ่อยนัก (Nomadic Service) เหมาะสำหรับการใช้งานในลักษณะที่ผู้ใช้บริการพกพาเครื่องลูกข่าย WiMAX ไปใช้งานในสวนสาธารณะ อาจมีการเปลี่ยนอิริยาบถหรือเดินไปยังบริเวณอื่นๆ ได้บ้างถือเป็น พฤติกรรมการใช้งานที่คล้ายคลึงกับการใช้บริการ Wi-Fi ตามสถานที่ต่างๆ ในปัจจุบันข้อ แตกต่างทางเทคนิคของมาตรฐาน IEEE802.16d และ IEEE802.16e โดยส่วนใหญ่จะเป็นการเพิ่มขีด ความสามารถในการสื่อสารข้อมูลขณะเคลื่อนที่ (Mobility Management) แต่จะไม่มีการแก้ไขมาตรฐานการสื่อสารผ่านคลื่นวิทยุ ดังนั้นเครือข่าย WiMAX ในอนาคตก็จะยังคงสามารถติดต่อสื่อสารกับเครื่องลูกข่ายยุคแรก ๆ ตามมาตรฐาน IEEE802.16e ได้
สำหรับพัฒนาการในอนาคตของเครือข่าย WiMAX มีชื่อเรียกว่ามาตรฐาน IEEE802.16e+ ถือเป็นการผลักดันเทคโนโลยีสื่อสารไร้สายชนิดนี้ให้เป็นหนึ่งในมาตรฐานการสื่อสารไร้สายของมาตรฐานเครือข่ายไร้สายยุคที่ (4th Generation Mobile หรือ 4G) ซึ่งเท่ากับ ว่าเป็นการปรับปรุงและพัฒนาเทคโนโลยี WiMAX ให้รองรับการสื่อสารแบบเคลื่อนที่ได้อย่างเต็มรูปแบบ อีกทั้งยังรองรับการนำเครื่องลูกข่ายไปใช้งานต่างพื้นที่ หรือแม้กระทั่งข้ามไปใช้งาน
27
เครือข่ายอื่นๆ ไม่ว่าจะเป็นเครือข่าย WiMAX ด้วยกันหรือเป็นเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ เรียกว่ามีความสามารถในลักษณะของ Global Roaming รายละเอียดการเปรียบเทียบทางเทคนิคของมาตรฐาน WiMAX ชนิดต่างๆ มีอยู่ในตารางที่ 1-7 จะเห็นว่าหากมีความจำเป็น ผู้ประกอบการเครือข่าย WiMAX ก็มีสิทธิ์ที่จะขอใช้ย่านความถี่พิเศษที่ไม่จำเป็น ต้องอยู่ในช่วง 2.5, 3.5 หรือ 5 กิกะเฮิตรซ์ได้ แต่ทั้งนี้ต้องพิจารณาถึงศักยภาพของตลาดในประเทศนั้นๆ อันจะนำมาซึ่งอำนาจต่อรองกับผู้ผลิตอุปกรณ์เครือข่ายและเครื่องลูกข่าย WiMAX [Available online at : http://www.thaiwirelesslan.com/]

1.11 พื้นที่ให้บริการของ WiMAX

เทคโนโลยี WiMAX คือศักยภาพในการให้บริการสื่อสารข้อมูล พื้นที่ให้บริการ และอัตราเร็วในการรับส่งข้อมูล ในทางปฏิบัติผู้ผลิตอุปกรณ์เครือข่าย WiMAX อาจจะเพิ่มขีดความสามารถพิเศษทางเทคนิคเพื่อเสริมศักยภาพในการให้บริการให้สูงขึ้นจากมาตรฐาน เพื่อเป็นตัวอย่างง่ายๆ สำหรับการคำนวณขีดความสามารถในการให้บริการ ซึ่งเปรียบเทียบมาตรฐาน WiMAX ชนิดเต็มรูปแบบ ซึ่งมีการนำขีดความสามารถพิเศษต่างๆ มาเพิ่มเสริมไม่ว่าจะเป็นการเพิ่มกำลังส่งของสถานีฐาน และคุณลักษณะพิเศษเฉพาะอื่นๆ โดยเทียบกับสถานีฐาน WiMAX ตามข้อกำหนดมาตรฐาน ดังแสดงในตารางที่ 1-6 โดยกำหนดให้เป็นการเปรียบเทียบที่ย่านความถี่ 3.5 กิกะเฮิตรซ์ และแถบความถี่ในการใช้งานกว้าง 3.5 เมกะเฮิตรซ์ [Available online at : http://www.pairoj.com/]

สำหรับการติดตั้งเครือข่าย WiMAX ในทางปฏิบัติ อุปกรณ์เครือข่ายที่พร้อมให้ติดตั้งโดยส่วนใหญ่จะเป็นชนิดเต็มรูปแบบ ต่างกันเพียงว่าผู้ผลิตรายใดจะเพิ่มศักยภาพและขีดความสามารถของเครือข่ายได้มากน้อยกว่ากัน จึงกล่าวได้ว่าสถานีฐาน WiMAX แต่ละแห่ง สามารถให้บริการแบบ NLOS ได้ในรัศมีทำการตั้งแต่ 4-9 กิโลเมตร รองรับการสื่อสารด้วยอัตราเร็วสูงสุดในช่วง 8 – 11.3 เมกะบิตต่อวินาที ทั้งช่วงขาขึ้น (จากเครื่องลูกข่ายไปยังสถานีฐาน) และขาลง (จากสถานีฐานไปสูเครื่องลูกข่าย) ซึ่งถือว่าเป็นมาตรฐานการสื่อสารไร้สาย แบบ MAN ที่ยังไม่อาจหาคู่แข่งได้ แม้เครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่มาตรฐาน W-CDMA ใน ปัจจุบันก็ยังคงรองรับการสื่อสารข้อมูลได้ด้วยอัตราเร็วสูงสุดเพียง 384 กิโลบิตต่อวินาทีเท่านั้น ยิ่งหากนำเทคโนโลยี WiMAX ไปใช้งานสื่อสารระยะทางไกลโดยใช้การรับส่งแบบ LOS ด้วย แล้วก็จะทำให้เพิ่มระยะทางในการส่งได้ไกลถึง 30-50 กิโลเมตรทีเดียว ดังภาพแสดงการเปรียบเทียบในภาพที่ 1-17

1.10 ลักษณะเด่นของเครือข่าย WiMAX

ในการกำหนดเครือข่าย WiMAX รับสัญญาณแบบ LOS สามารถเปิดใช้งานได้ทันที ข้อควรระวังคือการตรวจสอบเส้นทางการส่งสัญญาณมิให้มีสิ่งกีดขวางเท่านั้น แต่เนื่องจากการกำหนดยุทธศาสตร์ให้กับเทคโนโลยี WiMAX เพื่อรองรับการสื่อสารแบบ Wide Area Network ในลักษณะของเครือข่ายแบบเซลลูลาร์นั้น จำเป็นต้องใช้การรับส่งสัญญาณแบบ NLOS เพื่อป้องกันและแก้ไขปัญหาที่เกิดจากปรากฏการณ์ Multipath Fading (คือสัญญาณผิดเพี้ยนไปเนื่องจากการแทรกสอดของสัญญาณที่มาจากหลายๆ ทิศทาง) จึงจำเป็นต้องนำมาตรฐานการสื่อสารแบบ IEEE802.16 ที่ได้รับการกำหนดขึ้นโดย IEEE มาปรับปรุงและเพิ่มเติมขีดความสามารถพิเศษอื่นๆ เพื่อทำให้ WiMAX กลายเป็นมาตรฐานสื่อสารข้อมูลอัตราเร็วสูงแบบไร้สายที่สมบูรณ์แบบ เทคโนโลยีสำคัญที่จำเป็นฐานรากให้กับการสื่อสารแบบ WiMAX คือเทคโนโลยี OFDM [Available online at : http://www.pairoj.com/]


1.10.1 เทคโนโลยี OFDM
OFDM หรือ Orthogonal Frequency Division Multiplexing ถือเป็นหัวใจสำคัญของมาตรฐาน WiMAX โดยเป็นขอ้กำหนดที่ตรงกับมาตรฐาน IEEE802.16 OFDM เป็นเทคโนโลยีหนึ่งเดียวที่ช่วยให้การรับส่งข้อมูลด้วยอัตราเร็วสูงผ่านคลื่นความถี่วิทยุ ภายใต้เงื่อนไขการแพร่กระจายสัญญาณแบบ NLOS แม้เทคโนโลยี WiMAX จะกำหนดให้ใช้แถบความถี่คลื่นวิทยุ (Bandwidth) ที่กว้างมากๆ เทคโนโลยี OFDM แม้จะเป็นส่วนหนึ่งในมาตรฐาน Spread Spectrum ก็ถือว่ามีการรับส่งข้อมูลแบบ Multiple Carrier Mode ซึ่งหมายถึงการแบ่งย่อยแถบความถี่ออกเป็นแถบย่อยๆ สำหรับแยกส่งข้อมูลหลายๆ ช่อง แตกต่างจากมาตรฐาน Spread Spectrum ทั่วไปที่ใช้แถบความถี่เดียวสำหรับรับส่งข้อมูลช่องเดียว

สำหรับการรับส่งข้อมูลด้วยเทคโนโลยี OFDM จะมีข้อแตกต่างออกไป โดยก่อนจะทำการส่งแบบแยกแถบความถี่ออกเป็นแถบความถี่ย่อยๆ จากนั้นจึงนำข้อมูลที่ต้องการจะส่งมาทำการเรียงลำดับเป็นกลุ่มรหัสข้อมูล (Symbol) โดยเนื้อหาข้อมูลที่อยู่ภายในแต่ละกลุ่มรหัสข้อมูลนั้นไม่จำเป็นว่าจะต้องเป็นข้อมูลของผู้ใช้บริการรายเดียวกัน เป็นการเพิ่มเงื่อนไขในการทำงานขึ้นจากมาตรฐาน Spread Spectrum แทนที่จะส่งข้อมูลออกไปในแถบความถี่กว้าง ก็ให้นำข้อมูลมาจัดเป็นกลุ่มรหัสข้อมูลเสียก่อน กลุ่มรหัสข้อมูลแต่ละกลุ่มจะถูกนำส่งออกอากาศโดยมีการกำหนดแบ่งแยกแถบความถี่ออกเป็นแถบย่อยๆ มีจำนวนแถบเท่ากับกลุ่มรหัสข้อมูล ส่วนที่จะกำหนดให้มีกี่กลุ่มรหัสข้อมูลหรือแถบความถี่ย่อยนั้นแล้วแต่ข้อกำหนดของเทคโนโลยีนั้นๆ

จึงคล้ายกับการตัดตอนข้อมูลออกเป็นกลุ่มย่อยๆ แล้วให้แต่ละกลุ่มส่งขนานกันไปในเวลาเดียวกัน เพียงแต่อยู่ในแถบความถี่ย่อยๆ ผิดกับมาตรฐาน Spread Spectrum ที่หากคิดแบบเดียวกับ OFDM ว่ามีการจัดกลุ่มรหัสข้อมูลขึ้นเหมือนกัน ก็จะเห็นการส่งกลุ่มรหัสข้อมูลเรียงต่อกันไปตามเวลา จึงคล้ายกับมาตรฐาน Spread Spectrum โดยมีการส่งข้อมูลในแนวขนานแทนที่จะเป็นการส่งต่อเป็นทอดๆ หรือที่เรียกกันว่าเป็นแบบอนุกรม

ข้อดีของการรับส่งข้อมูลแบบ OFDM นั้นสามารถอธิบายให้เห็นได้ชัดเจนด้วยภาพที่ 1-16 ในกรณีที่เกิดการรบกวนทางความถี่ อันอาจสืบเนื่องมาจากปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เช่น ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า หรือถูกรบกวนด้วยคลื่นความถี่วิทยุอื่น ๆ อันมีผลทำให้คุณสมบัติของช่องสื่อสารเกิดเปลี่ยนแปลงไปดังแสดงในด้านซ้ายของภาพที่ 1-16 การรับส่งข้อมูลแบบ Spread Spectrum Single Carrier Mode ก็จะเริ่มประสบปัญหาทันที สมมติว่าเกิดการรบกวนในแถบความถี่ดังแสดงในรูปซ้าย ในช่วงเวลาเดียวกับที่มีการส่งกลุ่มรหัสข้อมูล S3 ก็จะมีผลทำให้ ข้อมูลเกิดความผิดพลาด อุปกรณ์สื่อสารต้นทางและปลายทางจำเป็นต้องเริ่มทำกระบวนการกู้และแก้ไขข้อมูล (Error Collection) กว่าจะย้อนส่งข้อมูลในกลุ่มรหัส S3 ได้ทั้งหมด ก็ต้องทำให้เกิดความล่าช้าและเกิดภาวะคอขวดต่อรหัสข้อมูลในกลุ่มอื่น ๆ ที่ติดตามมามองในแง่ของการใช้บริการก็คือ มีปัญหาช่องสื่อสารขัดข้องรับส่งข้อมูลได้ล่าช้าโดยไม่ทราบสาเหตุ
ในกรณีเดียวกัน หากเป็นการรับส่งข้อมูลแบบ OFDM ปัญหาการลดทอนของสัญญาณที่ปรากฏขึ้นจะกลายเป็นเพียงผลกระทบที่มีต่อรหัสข้อมูลเฉพาะกลุ่มเท่านั้น มิได้มีผลกระทบต่อ ช่องสัญญาณโดยรวม ซึ่งหากเป็นเพียงการทำให้ระดับสัญญาณของแถบความถี่ย่อยบางช่องลดลง ก็อาจไม่มีผลต่อการสื่อสารแต่อย่างใด เนื่องจากวงจรขยายสัญญาณของอุปกรณ์ภาครับอาจทำหน้าที่ปรับระดับความแรงของสัญญาณได้ หรือแม้จะเกิดการรบกวนจนทำให้ข้อมูลใน กลุ่มรหัสข้อมูลผิดเพี้ยนไปจนต้องมีการแก้ไขโดยกระบวนการกู้และแก้ไขข้อมูล แต่ก็เป็นเพียงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นกับเฉพาะช่องสื่อสารที่เป็นของกลุ่มรหัสข้อมูลเฉพาะกลุ่มเท่านั้น มิได้ส่งผล กระทบต่อภาพรวมของการสื่อสารข้อมูล ผลที่เกิดขึ้นในทางปฏิบัติแม้จะสามารถสังเกตได้โดย ผู้ใช้บริการ แต่แทบจะไม่ทำให้การสื่อสารผ่านเครือข่าย WiMAX เกิดความล่าช้าขึ้นแต่อย่างใด ยิ่งในภาวะปกติที่ไม่มีการถูกรบกวนอย่างรุนแรง ก็ต้องรับว่าเครือข่าย WiMAX ซึ่งใช้เทคโนโลยีการรับส่งข้อมูลแบบ OFDM ยังคงมีภูมิต้านทานต่อสัญญาณรบกวนทั่วๆ ไปเหนือกว่าเครือข่าย 3G ที่ใช้เทคโนโลยี Spread Spectrum อยู่มาก ส่งผลเกื้อหนุนให้รองรับการสื่อสารข้อมูลด้วยอัตราเร็วที่สูงกว่ามาก

1.9 WiMAX Forum Certification Profile

เป้าหมายหลักอันหนึ่งของ WiMAX Forum คือ กำหนด specification หรือ certification profile สำหรับอุปกรณ์ WiMAX เพื่อให้บริษัทผู้ผลิตเลือกใช้เป็นแนวทางในการผลิตเพื่อให้มั่นใจว่า อุปกรณ์จากต่างผู้ผลิตสามารถใช้งานร่วมกันได้ สิ่งที่ WiMAX Forum จัดทำคือทำการเลือก system profile ที่กำหนดไว้ใน IEEE802.16 (ดังที่แสดงไว้ในหัวข้อ 2.6) มาจัดทำเป็น certification profile ซึ่ง WiMAX Forum นำ profile นี้มาใช้เป็นหลักในการตรวจสอบและรับรองอุปกรณ์ WiMAX จากบริษัทผู้ผลิตต่างๆ ข้อแตกต่างที่ชัดเจนระหว่าง WiMAX Forum Certification Profile ในหัวข้อนี้ กับ IEEE 802.16 System Profile ในหัวข้อที่แล้ว คือWiMAX Forum Certification Profile จะมีการกำหนดเพิ่มเติมถึงแถบคลื่นวิทยุที่ใช้งานของอุปกรณ์ WiMAX รวมถึง Duplexing Technology (TDD หรือ FDD) ที่ใช้เนื่องจากส่วนประกอบที่มีราคาแพงในอุปกรณ์ WiMAX คือ ส่วนของภาครับส่งคลื่นวิทยุ ดังนั้นเพื่อให้อุปกรณ์ WiMAX มีราคาที่ต่ำลง WiMAX Forum จึงเลือกกำหนดเจาะจงแถบคลื่นวิทยุที่ใช้งานสำหรับ อุปกรณ์ WiMAX ซึ่งเป็นการลดตัวเลือกสำหรับแถบคลื่นวิทยุที่ใช้งานลง มีผลช่วยให้บริษัทผู้ผลิตสามารถกำหนด การผลิตอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยให้เกิดการผลิตแบบ mass production ซึ่งมีผลทำให้อุปกรณ์ WiMAXมีราคาที่ต่ำลงเพื่อให้เกิดการกระตุ้นการใช้งาน WiMAX ได้กว้างขวางขึ้น แต่แถบคลื่นวิทยุที่ใช้งานนั้นต้องสอดคล้องกับกฎระเบียบและการจัดสรรความถี่ของแต่ละประเทศ ดังนั้น WiMAX Forum จึงต้องมีการประสานงานกับ International Telecommunication Union (ITU) และ Regulator ของแต่ละประเทศเพื่อให้มีการจัดสรรความถี่สำหรับการใช้งาน WiMAX ให้เป็นไปในทิศทางเดียวกันขณะนี้ WiMAX Forum ได้กำหนด certification profile สำหรับการรับรองอุปกรณ์ในรอบแรก โดยกำหนดแถบคลื่นวิทยุที่ใช้งาน 2 แถบคือแถบคลื่นวิทยุบริเวณ 3.5 GHz และแถบคลื่นวิทยุบริเวณ 5.8 GHz ดังตารางที่ 1-4 กระบวนการทดสอบอุปกรณ์ WiMAX ของ WiMAX Forum ได้เริ่มตั้งแต่เดือน กรกฎาคม 2005 ซึ่งคาดหวังว่า การทดสอบและรับรองอุปกรณ์ในรอบแรกจะแล้วเสร็จภายในสิ้นปี 2005 หลังจากที่การขบวนการทดสอบและรับรองอุปกรณ์แล้วเสร็จ ก็จะเริ่มมีอุปกรณ์ WiMAX ที่ผ่านการรับรองแล้วเข้าสู่ตลาด [Available online at : http://www.nectec.or.th/]






นอกจากสองแถบคลื่นวิทยุข้างต้น ขณะนี้ WiMAX Forum กำลังพิจารณา certification profile ในการทดสอบ รอบหน้า คือ certification profile ในแถบคลื่นวิทยุบริเวณ 2.5 GHz ดังตารางที่ 1-5

1.8 IEEE 802.16 System Profiles

IEEE 802.16 ได้กำหนด System Profile หรือสเปคของอุปกรณ์ เพื่อให้บริษัทผู้ผลิตได้ใช้เป็นแนวทางในการออกแบบและผลิตอุปกรณ์ WiMAX ตารางที่ 1-3 แสดงตัวอย่าง System Profile ของ WirelessMAN-OFDM ซึ่งประกอบไปด้วย profile หรือสเปคสำหรับ Media Access Control และ profile สำหรับ Physical Layer ในแต่ละ profile มาตรฐานได้กำหนด ค่าตัวแปรที่สำคัญสำหรับสเปคของอุปกรณ์ จากตารางจะสังเกตได้ว่า system profile เหล่านี้ไม่ได้เจาะจงว่าให้ใช้งานที่แถบคลื่นวิทยุที่เท่าใด มีแต่เพียงกำหนดสเปคแบ่งตามความกว้างของ ช่องสัญญาณเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ProfP3_1.75 เป็น Profile ในส่วนของ Physical Layer ของอุปกรณ์ WiMAX ที่ใช้เทคโนโลยี OFDM ที่มีการใช้งานด้วยความกว้างของช่องสัญญาณที่ 1.75 MHz เป็นต้น [Available online at : http://www.nectec.or.th/]

1.7 Physical Layer (PHY)

ในปัจจุบันเนื่องการการสื่อสารแบบทิศทางอ้อม (Non Line of Sight) จะเป็นการสื่อสารหลักที่ใช้ใน WiMAX เทคโนโลยีที่รองรับ คุณสมบัติ Non Line of Sight นี้คือ OFDM และ OFDMA เพราะ Modulation ทั้งสองนี้มีประสิทธิภาพดีในการแก้ปัญหาเรื่องความแตกต่างของเวลาในแต่ละทิศทางของสัญญาณ (Delay spread) และความแตกต่างของสัญญาณในแต่ทิศทาง (Multipath fading) ในการส่งแบบ Non Line of Sight ได้ในทางปฎิบัติบริษัทผลิตอุปกรณ์ WiMAX ส่วนใหญ่จะเลือกใช้เทคโนโลยี OFDM สำหรับอุปกรณ์ Fixed หรือ Portable Broadband Wireless Access หรือ IEEE 802.16-2004 ส่วนเทคโนโลยี OFDMA จะถูกใช้ใน
อุปกรณ์ Mobile Broadband Wireless Access หรือ IEEE 802.16e เพราะ OFDMA มีสามารถรองรับการ Roaming ได้ดีกว่า OFDM อย่างไรก็ตามการเลือกใช้เทคโนโลยีทั้งสองว่าเทคโนโลยีไหนเหมาะกับ Fixed หรือ Mobile Broadband Wireless Access นั้นยังไม่มีการ ตกลงกันเป็นที่แน่นอน บางบริษัทผู้ผลิตก็ผลักดันให้ใช้เทคโนโลยี OFDM ใช้งานได้ทั้ง Fixed และ Mobile Broadband Wireless Access แต่บางบริษัทผู้ผลิตใช้ OFDMA สำหรับ Mobile Broadband Wireless Access เท่านั้น และยังมีบางบริษัทผู้ผลิตใช้สองเทคโนโลยีร่วมกันคือ ในทิศทาง downlink ใช้ OFDM ในทิศทาง uplink ใช้ OFDMA จะเห็นได้ว่าอุปกรณ์จากต่างบริษัทจึงมีความแตกต่างหลากหลายกัน อุปกรณ์ต่างเทคโนโลยีกันจะไม่สามารถติดต่อกันได้ คือ อุปกรณ์ OFDM จะไม่สามารถติดต่อสื่อสารได้กับอุปกรณ์ OFDMA อย่างไรก็ตาม ความ ต้องการของตลาด รวมถึงความยืดหยุ่นในการใช้งานจะเป็นตัวผลักดันว่าอุปกรณ์ประเภทไหนจะเหมาะกับการใช้งานชนิดใด [Available online at : http://www.nectec.or.th]
ในส่วนถัดไปที่จะกล่าวจะเน้นอธิบายในส่วนของ Physical layer ที่เกี่ยวข้องกับ OFDM เป็นหลัก ส่วนประกอบของ Physical layer ประกอบด้วยหลายส่วน ดังภาพที่ 1-9 เป็นการแสดง process ที่เกิดขึ้นใน Physical layer

1.7.1 เทคนิคการแก้ไขข้อมูลที่ผิดพลาด (Forward Error Correction – FEC)
Forward Error Correction จะช่วยตรวจจับและแก้ไขบิตที่ผิดพลาดในขณะที่ส่ง ข้อมูลเป็นการช่วยลดระดับ signal-to-noise ratio ที่ต้องการลง Forward Error Correction (FEC) จะเป็น การพ่วงข้อมูลส่วนที่ใช้สำหรับการตรวจจับและแก้ไขบิตที่ผิดพลาด (FEC bits) ไปกับข้อมูลจริง ดังภาพที่ 1-13 ที่ด้านผู้รับหรือ receiver ก็จะคำนวณข้อมูลที่ได้รับและเปรียบเทียบกับ FEC bits เหล่านี้ ซึ่งผู้รับสามารถตรวจได้ว่ามีบิตไหนที่มีความผิดพลาดเกิดขึ้นแล้วทำการแก้ไข แต่การใช้ Forward Error Correction นี้ ส่วนของ FEC bits ที่เพิ่มเข้ามาถือ ว่าเป็นส่วนเกินที่ไม่ได้บรรจุข้อมูลใช้งานหรือ เรียกว่า overhead ดังนั้นความเร็วในส่ง ข้อมูลรวมส่วนหนึ่งจะถูกลดทอนถูกไปใช้สำหรับ overhead จึงทำให้ความเร็วของส่งข้อมูลจริงลดลง มีการวัดปริมาณ overhead ของ Forward Error Correction ในรูปแบบของ coding rate (เช่น 1/2 , 2/3, ¾ เป็นต้น) ตัวอย่างเช่น ถ้าใช้ Forward Error Correction ด้วย coding rate ½ ถ้าความเร็วในการส่งข้อมูลรวมอยู่ที่ 2 Mbps ดังนั้นความเร็วสุทธิของการส่งข้อมูลจริงจึงอยู่ที่ 2 x ½ = 1 Mbps เทคนิคที่ใช้เป็น Forward Error Correction(FEC) ใน WiMAX จะใช้ Reed Solomon & Convolutional Coding (RS-CC) ซึ่งจะให้ coding rate ที่แตกต่างกัน (เช่น 1/2 , 2/3, ¾ เป็นต้น) ยิ่ง Code rate ยิ่งต่ำยิ่งสามารถรองรับสัญญาณรบกวนที่ระดับสูงขึ้นได้ (คือมีความสามารถในการตรวจจับและแก้ไขบิตที่ผิดได้ดีในสภาวะสัญญาณรบกวนสูง) แต่ความเร็วสุทธิในการส่งข้อมูลจะลดลง ดังนั้นสถานีฐานต้องทำการปรับเปลี่ยน Code rate ให้เหมาะสมกับสภาวะของ channelในขณะนั้นๆ ตัวอย่างเช่น ในสภาวะที่สัญญาณรบกวนอยู่ในระดับต่ำซึ่งมีผลให้เกิดความผิดพลาดของข้อมูลอยู่ในระดับต่ำ ดังนั้นจึงมีการปรับใช้ coding rate ที่สูงขึ้นเพื่อลด overhead แต่ยังคงการตรวจจับบิตที่ผิดพลาดอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ บางสภาวะที่สัญญาณรบกวนอยู่ในระดับสูงจนเกิดบิตที่ผิดพลาดมากจน Forward Error Correction ไม่สามารถทำการแก้ไขได้ จึงต้องมีเทคนิคเพิ่มเติมที่ชื่อ Automatic RepeatRequest (ARQ) ซึ่งเป็นการส่งข้อมูลเดิมซ้ำเพื่อแทนที่ข้อมูลที่ผิดพลาด

1.7.2 Adaptive Modulation
Modulation ที่กำหนดในมาตรฐานมีได้ 4 รูปแบบคือ BPSK, QPSK, 16-QAM และ 64-QAM ใน Modulationทั้ง 4 รูปแบบนี้ 64-QAM ให้ความเร็วการส่งข้อมูลสูงสุดแต่ประสิทธิภาพในการทนต่อสัญญาณรบกวนได้ต่ำสุด ในทางกลับกัน BPSK ให้ประสิทธิภาพในการทนต่อสัญญาณรบกวนได้สูงสุด แต่ให้ความเร็วในการส่งข้อมูลได้ต่ำสุด ทั้ง coding rate และ modulation ต่างก็มีความสัมพันธ์กับความทนทานต่อสัญญาณรบกวนและความเร็วที่ส่งได้ ดังนั้นต้องมีการปรับเปลี่ยนของ coding rate และ modulation ให้เหมาะสมกับสภาวะของ channel ในขณะนั้นๆ ซึ่งเรียกว่าเทคนิคนี้ว่า Adaptive Burst Profile ภาพที่ 1-14 แสดง Adaptive BurstProfile ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลง coding rate และ modulation ให้เหมาะสมกับความแรงของสัญญาณและระดับสัญญาณรบกวน หรือ Signal-to-Noise Ratio (SNR) ใน แต่ละ modulation และ coding rate จะให้ความเร็วในการสื่อสารที่แตกต่างกัน ดังตารางที่ 1-2

1.6 แถบคลื่นวิทยุใช้งานที่กำหนดโดยมาตรฐาน IEEE 802.16

IEEE 802.16 ได้กำหนดการใช้งานอยู่ 3 แถบคลื่นวิทยุ และแต่ละแถบคลื่นวิทยุนั้น IEEE 802.16 ได้กำหนดคุณสมบัติของ physical layer ที่ใช้มีดังนี้คือ [Available online at : http://www.nectec.or.th/]

1.6.1 แถบคลื่นวิทยุ 10-66 GHz Licensed Band
เป็นแถบคลื่นวิทยุที่ต้องการใบอนุญาตหรือ license และต้องการการคุ้มครองการรบกวนด้านคลื่นวิทยุ แถบคลื่นวิทยุนี้อยู่ในช่วงความถี่สูง ดังนั้นการติดต่อระหว่างสถานีฐานและสถานีลูกข่ายจึงต้องการการสื่อสารทิศทางตรง (Line of Sight) ความกว้างของช่องสัญญาณหรือ Channel bandwidth ที่ใช้จะอยู่ที่ 25 – 28 MHz ต่อช่องสัญญาณ ซึ่งสามารถให้ความเร็วได้ถึง 125 Mbps ส่วนคุณสมบัติทางกายภาพหรือ physical layer ของอุปกรณ์ WiMAX ที่ทำงานบนแถบคลื่นวิทยุนี้ถูกกำหนดโดย system profile ที่ชื่อว่า WirelessMAN-SC การรับ ส่งข้อมูลจะใช้ single carrier (SC)


1.6.2 แถบคลื่นวิทยุ ต่ำกว่า 11 GHz Licensed Band
เป็นแถบคลื่นวิทยุที่ต้องการใบอนุญาตหรือ license และต้องการการคุ้มครอง การรบกวนด้านคลื่นวิทยุ ในหลายๆประเทศแถบคลื่นวิทยุที่ใช้จริงจะอยู่ในแถบคลื่นวิทยุที่ ต่ำกว่า 6 GHz การติดต่อระหว่างสถานีฐาน และสถานีลูกข่ายสามารถสื่อสารทิศทางอ้อม (Non Line of Sight) ได้ ความกว้างของช่องสัญญาณอยู่ระหว่าง 1.75-20 MHz ส่วนคุณสมบัติทาง Physical Layer ของอุปกรณ์ WiMAX ที่ทำงานบนแถบคลื่นวิทยุนี้มีการกำหนดไว้หลาย system profiles ดังนี้
1.6.2.1 WirelessMAN-SCa: การรับส่งข้อมูลใช้ single carrier (SC)
1.6.2.2 WirelessMAN-OFDM: การรับส่งข้อมูลใช้หลาย sub-carrier ที่มีการ modulation แบบ orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM)
1.6.2.3 WirelessMAN-OFDMA: การรับส่งข้อมูลใช้หลาย sub-carrier ที่มีการ modulation แบบ orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA)


1.6.3 แถบคลื่นวิทยุ ต่ำกว่า 11 GHz Unlicensed Band
เป็นแถบคลื่นวิทยุที่ไม่ต้องการใบอนุญาตหรือ license และไม่ได้รับการคุ้มครอง การรบกวนด้านวิทยุ การติดต่อระหว่างสถานีฐาน และสถานีลูกข่ายสามารถติดต่อสื่อสาร ทิศทางอ้อม (Non Line of Sight) เนื่องจากการใช้งานอยู่ในแถบคลื่นวิทยุที่ใช้งานร่วมกับข่าย สื่อสารอื่นๆ ที่อาจจะมีการรบกวนกันได้ ดังนั้น Operator ที่จะใช้แถบคลื่นวิทยุแบบ unlicensed จึงต้องติดตั้งกลไกที่เรียกว่า Dynamic Frequency Selection (DSF) เป็นกลไกการเพื่อ หลบหลีกการส่งข้อมูลในช่องสัญญาณที่มีผู้ใช้อยู่แล้ว เพื่อลดโอกาสของสัญญาณรบกวนกันส่วนคุณสมบัติทาง Physical Layer ของอุปกรณ์ WiMAX ที่ทำงานบนแถบคลื่นวิทยุนี้ถูกกำหนดโดย system profiles ที่ชื่อว่า Wireless HUMAN (High speed unlicensed metropolitan area network : HUMAN) การส่งข้อมูลได้สามรูปแบบคือ single carrier, OFDM, OFDMA แบบเดียวกับข้อที่ 1.5.3

1.6.4 หมายเหตุ
IEEE 802.16 ได้กำหนดอย่างกว้างๆ สำหรับแถบคลื่นวิทยุที่ใช้งานและความกว้างของช่องสัญญาณ โดยไม่ได้เจาะจงแน่นอนลงไปว่าใช้ความถี่ที่เท่าไหร่และความกว้างของช่องสัญญาณเท่าใด ด้วยเหตุผลเพื่อให้เกิดความยืดหยุ่นในการนำ IEEE 802.16 ไปใช้งานจริง อย่างไรก็ตามเพื่อเป็นการลดปัญหาที่อาจจะเกิดขึ้นเนื่องจาก บริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ต่างบริษัทได้มีการใช้ค่าตัวเลือกต่างๆ ที่ไม่ตรงกันซึ่งสามารถก่อให้เกิดปัญหาการใช้งานร่วมกัน (Interoperability) ได้ ดังนั้น IEEE 802.16 ได้กำหนดค่าตั้งต้นสำหรับความกว้างของช่องสัญญาณไว้ใน system profile ส่วนแถบคลื่นวิทยุใช้งานไม่มีการกำหนดตายตัวในมาตรฐาน แต่จะเปิดกว้างขึ้นกับนโยบายการจัดสรรความถี่ของแต่ละประเทศแต่อย่างไรก็ตามWiMAX Forum ได้ประสานงานกับ International Telecommunication Union (ITU) และ Regulator ของแต่ละประเทศ เพื่อให้มีการจัดสรรความถี่สำหรับการใช้งาน WiMAX ให้เป็นไปในทิศทางเดียวกัน
ภาพที่ 1-11 แสดงให้เห็นถึงการจำแนกมาตรฐานการสื่อสารไร้สายชนิดต่าง ๆ ในโลกออกเป็นกลุ่ม โดยแต่ละกลุ่มได้รับการแบ่งแยกตามรูปแบบและพื้นที่ในการให้บริการ โดยมีมาตรฐานที่ได้รับการกำหนดขึ้นโดยสององค์กรอิสระทางโทรคมนาคม คือ IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineer) ซึ่งเป็นองค์กรมาตรฐานของสหรัฐอเมริกา และ ETSI (European Telecommunication Standards Institute) อันเป็นองค์กรของยุโรป ไม่ว่าจะ เป็นมาตรฐาน IEEE802.15 หรือ Bluetooth ที่มีระยะทางในการสื่อสารไม่กี่เมตร และมาตรฐาน IEEE802.11 ซึ่งเป็น IEEE802.16 จึงถือเป็นความพยายามของขั้วอำนาจอเมริกาที่จะผลักดันมาตรฐานสื่อสารไร้สายที่มีพื้นที่ให้บริการในระดับปานกลาง (Metropolitan Area Network หรือ MAN) โดยเน้นการสื่อสารข้อมูลด้วยอัตราเร็วสูงเป็นสำคัญ ข้อกำหนดมาตรฐาน IEEE802.16 มีสาระสำคัญเพียงมาตรฐานทางเทคนิคในการสื่อสารผ่านคลื่นวิทยุโดยใช้เทคโนโลยี OFDM ซึ่งถือว่าอยู่ห่างไกลจากการผลักดันเทคโนโลยีดังกล่าว ให้เป็นมาตรฐานเครือข่ายไร้สายในเชิงพาณิชย์ มาตรฐานเครือข่าย WiMAX สามารถให้บริการแบบ NLOS โดยมีคุณลักษณะพิเศษทางเทคนิคหลาย ๆ ประการช่วยเสริมให้เทคโนโลยีชนิดนี้สามารถครอบคลุมพื้นที่ให้บริการได้ในช่วง 5 ถึง 8 กิโลเมตร และในกรณีที่จำเป็นหากกำหนดให้ WiMAX กลับมาทำงานในรูปแบบ LOS เฉกเช่นเทคโนโลยีไมโครเวฟโดยทั่วไป ก็จะทำให้สามารถรับส่งข้อมูลได้ในระยะทางสูงสุดถึง 50 กิโลเมตร

1.5 Channel Access และ Media Access Control (MAC)

การส่งข้อมูลระหว่าง สถานีฐานกับสถานีลูกข่าย มีสองทิศทางคือขาขึ้น หรือ Uplink คือ การส่งข้อมูลจากสถานีลูกข่ายไปสถานีฐานและขาลง หรือ Downlink คือส่งข้อมูลจากสถานีฐาน ไปสถานีลูกข่าย (ดูภาพที่1-8) ดังนั้น Duplex scheme สำหรับ uplink กับ downlink มีได้สองรูปแบบหลักๆ คือ [Available online at : http://www.nectec.or.th]
1.5.1 TDD (Time Division Duplex)
การส่งข้อมูลทางด้าน uplink กับ downlink ที่ความถี่เดียวกันแต่แบ่งการส่งคนละ ช่วงเวลา การส่งนั้นจะถูกแบ่งช่วงเวลาออกเป็น frame และในแต่ละ frame มีการแบ่งช่วงเวลา ย่อยเป็น 2 subframes (คือ uplink subframe และ downlink subframe) การส่งข้อมูลทิศทาง uplink จะถูกส่งในช่วงเวลา uplink subframe ขณะที่ การส่ง ข้อมูลทิศทาง downlink ส่งใน ช่วงเวลา downlink subframe (ดังภาพที่ 1-9) TDD สามารถรองรับการปรับเปลียนช่วงเวลาของ frame ได้คือสัดส่วนช่วงเวลาของ uplink subframe กับ downlink subframe มีการเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นกับปริมาณ traffic ของ uplink และ downlink ดังนั้น TDD จึงมีความ ยืดหยุ่นในการจัดการ bandwidth
1.5.2 FDD (Frequency Division Duplex)
การส่งข้อมูล uplink กับ downlink ส่งที่คนละความถี่ การส่งข้อมูล uplink กับ downlink จึงสามารถส่งได้ในเวลาเดียวกัน (ดังภาพที่ 1-10) นอกจากนี้ FDD ยังรองรับ CPE ที่เป็นแบบ Half-FDD คือ อุปกรณ์ลูกข่ายจะทำการส่งข้อมูลและรับข้อมูลคนละเวลากัน คือขณะที่อุปกรณ์ลูกข่ายกำลังส่งข้อมูลจะไม่สามารถรับข้อมูลได้ แต่การส่งและรับข้อมูลยังใช้คนละความถี่ การใช้รูปแบบ Half-FDD อุปกรณ์จะมีราคาที่ถูกกว่า full FDD เพราะส่วนประกอบภาครับสัญญาณกับภาคส่งสัญญาณของอุปกรณ์สามารถใช้ชุดเดียวกันร่วมกันได้
1.5.3 หมายเหตุ
การจัดสรรความถี่สำหรับ TDD จะใช้ความถี่เพียงหนึ่งช่องสัญญาณเท่านั้น ส่วนการจัดสรรความถี่สำหรับ FDD จะใช้ สองช่องสัญญาณ คือ ช่องสัญญาณหนึ่งสำหรับ uplink อีกช่องสัญญาณหนึ่งสำหรับ downlink โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์ TDD จะมีราคาที่ถูกกว่าอุปกรณ์ FDD เพราะอุปกรณ์ TDD นั้นส่วนประกอบภาครับสัญญาณกับส่วนประกอบภาคส่งสัญญาณสามารถใช้ร่วมกันได้ แต่อุปกรณ์ FDD นั้นส่วนประกอบภาครับกับภาคส่งแยกคนละชุดกันเพราะต้องทำงานพร้อมกัน FDD ใช้ 2 ช่องสัญญาณ (สำหรับ uplink กับ downlink) จึงสามารถรองรับจำนวนสถานีลูกข่ายได้มากกว่า แต่ในแง่ของการบริหารจัดการ bandwidth แล้ว TDD จะมีประสิทธิภาพกว่า เพราะโดยธรรมชาติของการใช้งานเครือข่ายนั้นปริมาณข้อมูลในทิศทาง downlink จะมีมากกว่า uplink หรือที่เรียกว่า Asymmetry Traffic ดังที่กล่าวมาข้างต้น TDD สามารถปรับเปลี่ยนสัดส่วนของ frame เพื่อรองรับปริมาณข้อมูลที่ไม่สมมาตรกันได้ดีกว่า ดังนั้น สำหรับ Operator แล้ว การที่จะเลือกใช้เทคโนโลยี TDD หรือ FDD ขึ้นกับคุณสมบัติของผู้ใช้ service และการ design ระบบ และงบประมาณการลงทุน

จากภาพที่ 1-9 และภาพที่ 1-10 จะเห็นได้ว่า ภายใน Frame ของทั้ง TDD และ FDD จะมีการ แบ่งย่อยออกเป็น Time Slot ซึ่งการส่งข้อมูลของทั้ง สถานีฐาน และ สถานีลูกข่าย จะต้องส่ง ตรงตาม Time slot ที่ว่านี้ ดังนั้นทั้งสถานีฐานและสถานีลูกข่ายจะต้องมีการตั้งเวลาให้ตรงกัน หรือ Synchronize เวลากันเพื่อให้ส่งข้อมูลลงใน Time Slot ทำได้ถูกต้องแม่นยำการเข้าถึง channel หรือ Multiple Channel Access สำหรับในทิศทาง downlink จะไม่ซับซ้อนเพราะ
ทิศทาง downlink นั้นมีเพียงสถานีฐานผู้เดียวเท่านั้นที่เป็นผู้ส่งข้อมูลในช่วงเวลา downlink subframe และส่งกระจายข้อมูลไปทุกๆ สถานีลูกข่าย ส่วนการเข้าถึง channel ในทิศทาง uplink นั้น มีหลายๆ สถานีลูกข่ายที่มีโอกาสที่จะส่งได้ในช่วงเวลา uplink subframe ได้ ดังนั้นจึงต้องมีการจัดการเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการส่งข้อมูลจากหลายสถานีลูกข่ายในเวลาพร้อมกันซึ่งจะก่อให้เกิดการชนกันของข้อมูล ดังนั้นในส่วน uplink จึงต้องใช้ Time Division Multiple Access (TDMA) ช่วยจัดตารางเวลาของการส่งของสถานีลูกข่ายตารางเวลาของการส่งนี้ถูกกำหนดและควบคุมโดยสถานีฐานทุกๆ ช่วงเวลาหรือ frame สถานีฐานจะทำการส่งกระจาย แมซเสจไปที่สถานีลูกข่าย ภายในแมชเสจจะประกอบไปด้วยตารางเวลาการส่งของสถานี ลูกข่าย ดังนั้นสถานีลูกข่ายจะรู้ว่าควรจะส่งข้อมูลลงใน Time Slot ใดและจำนวน Time Slot เท่าไหร่ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสถานีฐานสามารถกำหนดช่วงเวลาและจำนวน time slot ให้แต่ละสถานีลูกข่ายให้เหมาะสมกับความต้องการ bandwidth ของแต่ละสถานีลูกข่ายนอกจาก WiMAX มีความยืดหยุ่นในการจัดการ bandwidth แล้วยังมีความยืดหยุ่นในรูปแบบการจัดการรับส่ง ข้อมูล คือในทุกๆ Time frame สถานีฐานสามารถทำการปรับเปลี่ยนและกำหนด คุณสมบัติทางกายภาพของการรับส่งสำหรับแต่ละสถานีลูกข่าย เช่น ปรับเปลี่ยน Forward Error Correcting Code Rate (ตัวอย่างเช่น 1/2, 2/3, 3/4) ปรับเปลี่ยน Modulation scheme (ตัวอย่างเช่น BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM) ให้เหมาะสมในแต่ละสภาพของ channel ตัวอย่างเช่น ถ้าในขณะนั้นๆ channel มีสัญญาณรบกวนมาก (ซึ่งวัดได้โดยดูที่ระดับ Signal to Noise Ratio หรือ SNR) สถานีฐานจะทำการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพของการส่ง (เช่น ปรับเปลี่ยน Forward Error Correcting Code Rate, ปรับเปลี่ยน Modulation Scheme เป็นต้น) ให้มีความทนทานต่อสัญญาณรบกวนเพื่อให้สามารถสื่อสารกันต่อไปได้ เทคนิคนี้เรียกว่า adaptive burst profile

1.4.3.3 Mesh Topology

เป็นการเชื่อมต่อในรูปแบบโยงใยหรือ mesh คือ นอกจากสถานีลูกข่ายจะสามารถเชื่อมต่อกับสถานีฐานแล้ว สถานีลูกข่ายยังสามารถติดต่อด้วยกันเองได้อีกด้วยเป็น การสร้างเครือข่ายโยงใยหรือ mesh network เป็นการขยายพื้นที่การให้บริการรูปแบบหนึ่ง การเชื่อมต่อนี้เป็นรูปแบบเสริม (optional) ในมาตรฐาน WiMAX (ดูภาพที่ 1-4) ในปัจจุบัน การเชื่อมต่อรูปแบบนี้ยังไม่เป็นที่แพร่หลายนักและยังไม่มีอุปกรณ์ WiMAX ใดที่รองรับการเชื่อมต่อรูปแบบนี้

การติดต่อระหว่างสถานีฐานและสถานีลูกข่าย ( Mesh Topology ) สามารถแบ่งเป็นในรูปแบบดังนี้

ก) การสื่อสารทิศทางตรงหรือ Line of Sight (LOS) คือการสื่อสารที่ใช้คลื่นความถี่วิทยุจะติดต่อสื่อสารระหว่างสถานีฐานกับสถานีลูกข่าย จะมาจากทางตรง (Direct Path) ซึ่งอุปกรณ์เครื่องส่งและเครื่องรับจะติดต่อถึงกันได้ จำเป็นต้องมีการติดตั้งให้อยู่ในแนวการสื่อสารที่ตรงกันเท่านั้น โดยปราศจากสิ่งกีดขวางใดๆ สิ่งกีดขวางการแพร่กระจายของคลื่นความถี่วิทยุ จะทำให้เกิดการลดทอนของสัญญาณจนไม่สามารถสื่อสารกันได้ เพื่อความสะดวกในการสำรวจเส้นทางการแพร่กระจายและลดปัญหาที่เกิดจากสิ่งกีดขวางต่างๆ จึงมีการนิยามพื้นที่ซึ่งมีชื่อเรียกว่า Fresnel Zone ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีการแพร่กระจายพลังงานส่วนใหญ่จากคลื่นความถี่วิทยุตลอดเส้นทางไปสู่เครื่องรับปลายทาง โดยขอบเขตของพื้นที่ Fresnel Zone จะกว้างใหญ่เพียงใดขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นวิทยุที่ใช้รับส่ง และระยะห่างระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ

ข) การสื่อสารทิศทางอ้อมหรือ Non Line of Sight (NLOS) สถานีฐาน กับสถานีลูกข่าย สามารถสื่อสารกันได้ถีงแม้ว่าจะมีสิ่งกีดขวางสัญญาณที่รับได้มาจากหลายทิศทางคือ สัญญาณที่รอดผ่านสิ่งกีดขวาง (Absorption) สัญญาณอ้อมผ่านสิ่งกีดขวาง (Diffraction) และสัญญาณสะท้อน (Reflection) สัญญาณจากคนละทิศทางจะมีคุณสมบัติทางกายภาพแตกต่าง ทั้งความแรงของสัญญาณ (Signal Strength) เฟสของสัญญาณ Polarization และ Delay ของสัญญาณ ซึ่งต้องใช้เทคโนโลยีที่มีความซับซ้อนที่ด้านอุปกรณ์ภาครับ หรือ Receiver จึงจะสามารถรับและแยกแยะสัญญาณที่มีมาจากคนละทิศทางนี้ได้ คุณสมบัติ Line of Sight และ Non Line of Sight มีความเกี่ยวโยงกับความถี่ที่ใช้งาน ในกรณีที่ความถี่สูงมากกว่า 11 GHz การสื่อสารระหว่างสถานีฐานและสถานีลูกข่ายต้องการ Line of Sight เท่านั้น ส่วนความถี่ที่ต่ำกว่า 11 GHz โดยเฉพาะย่านความถี่ที่ต่ำกว่า 6 GHz สถานีฐานและสถานีลูกข่ายสามารถติดต่อแบบ Non Line of Sight ได้คุณสมบัติ Non Line of Sight ทำให้เกิดความ ยืดหยุ่นในการติดตั้งและใช้งานอุปกรณ์ลูกข่าย (CPE)

1.4.3 การเชื่อมต่อของ WiMAX

การเชื่อมต่อของ WiMAX มีได้ 3 รูปแบบ คือ
1.4.3.1 Point to Point (PTP)
เป็นการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างสถานีฐานกับสถานีฐานหรือระหว่างสถานีฐานกับสถานีลูกข่าย รูปแบบนี้เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อแบบส่งต่อ (Backhaul connection) (ดูภาพที่ 1-3)
1.4.3.2 Point to Multipoint (PMP)
เป็นการเชื่อมต่อระหว่างสถานีฐานกับหลายๆ สถานีลูกข่ายพร้อมกัน การเชื่อมต่อนี้เป็นรูปแบบหลักและใช้มากที่สุดของ WiMAX (ดูภาพที่ 1-3)

1.4 System Architecture

ระบบ WiMAX ประกอบไปด้วยอุปกรณ์สำคัญสองส่วน (ดูภาพที่ 1-2) คือ [Available online at : http://www.nectec.or.th/]





1.4.1 สถานีฐาน หรือ Base Station (BS) ควบคุมการรับส่งข้อมูลของสถานีลูกข่ายหรือ Subscriber Station (SS) ทั้งหมดในพื้นที่บริการของสถานีฐาน หรือ cell นอกจากนี้สถานีฐาน ยังทำหน้าที่เป็นจุดเชี่อมต่อกับ wired Internet backbone
1.4.2 สถานีลูกข่าย หรือ Subscriber Station (SS) ติดต่อกับสถานีส่งผ่านอุปกรณ์ลูกข่าย หรือ Customer Premises Equipment (CPE) อุปกรณ์ CPE มี 3 รูปแบบคือ

1.4.2.1 Fixed CPE มีการติดตั้งอุปกรณ์และเสาอากาศที่มีตำแหน่งที่คงที่ เช่น outdoor CPE เป็นต้น
1.4.2.2 Nomadic หรือ Portable CPE อุปกรณ์สามารถพกพาเคลื่อนย้ายได้ แต่ อุปกรณ์จะต้องติดตั้งอยู่กับที่ในขณะใช้งาน ตัวอย่างอุปกรณ์ เช่น Indoor CPE หรือ Self-install CPE เป็นต้น
1.4.2.3 Mobile CPE อุปกรณ์สามารถใช้งานในขณะเคลื่อนที่ได้(Mobility) อุปกรณ์ CPE นี้อาจจะอยู่ในรูปแบบของ PCMCIA USB หรือ flash Network card ที่ใช้กับอุปกรณ์ notebook PDA หรือ smart phone ซึ่งในอนาคต mobile CPE นี้จะถูกรวมเป็นอุปกรณ์พื้นฐาน อยู่บน notebook PDA หรือ smart phone ไปในตัว

1.3 ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับ IEEE 802.16

IEEE 802.16 Working Group ได้พัฒนาและกำหนดมาตรฐานส่วนของการเชื่อมต่อ ไร้สายหรือ AirInterface ของ IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Standard โดยได้กำหนดในสองส่วนของชั้นโปรโตคอล คือ Physical Layer (PHY) และ Media Access Control Layer (MAC) ดังภาพที่ 1-1 ในแต่ละชั้นโปรโตคอลก็มีการกำหนดคุณลักษณะการจัดการข้อมูล การสื่อสารแลกเปลี่ยน ตัวอย่างของการกำหนดในชั้น Physical layer เช่น ความถี่ในการใช้งาน ขนาดของช่องสัญญาณ (Channel Bandwidth) Modulation เป็นต้น ส่วนชั้น Media Access Control layer เช่น Media Access Control, Quality of Service (QoS), การรักษาความปลอดภัย เป็นต้น [Available online at : http://www.nectec.or.th/]

1.2 ความหมายของ WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) เป็นเทคโนโลยี บรอดแบนด์ไร้สายความเร็วสูง โดยเกิดจากการรวมตัวของบริษัทชั้นนำ เช่น Nokia, Agilent, Intracom, Huges Network, Fujitsu Microelectronics และ Alvairon ภายใต้มาตราฐานของสถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์หรือ IEEE (Institue of Electronical and Electronics Engineers) โดยได้รับการอนุมัติจากคณะกรรมการของสถาบันดังกล่าว เมื่อประมาณปี 2004 ซึ่งมีรัศมีทำการที่ 30 ไมล์ หรือเป็นระยะทางประมาณ 48 กิโลเมตร และมีอัตราความเร็วในการรับส่งข้อมูลสูงสุดถึง 75 Mbps ใช้งานอยู่บนคลื่นไมโครเวฟ ที่ความถี่ระหว่าง 2–11 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) สามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์มาตรฐานชนิดอื่นๆ ได้เป็นอย่างดี [Available online at : http://www.nectec.or.th]

1.1 บทนำ

ในอดีตการให้บริการเครือข่ายไร้สายความเร็วสูงหรือ Broadband Wireless Access (BWA) นั้นจะพึ่งพาการใช้งานจากเทคโนโลยีที่เป็นเทคโนโลยีเฉพาะกิจ (Proprietary Technology) ของบริษัทผู้ผลิต ซึ่งโดยรวมแล้วการใช้งานเครือข่ายความเร็วสูงนั้นไม่เป็นที่แพร่หลายเท่าที่ควรเนื่องจากปราศจากเทคโนโลยีซึ่งเป็นมาตรฐานกลาง อุปกรณ์ที่ผลิตมาจากต่างบริษัทไม่สามารถทำงานร่วมกันได้ ขนาดของการผลิตอุปกรณ์หรือ Economies of scale อยู่ในระดับที่ต่ำ จึงทำให้อุปกรณ์มีราคาที่สูงมากการใช้งานในอดีตจึงอยูในวงจำกัด ในเวลาต่อมาทางประเทศสหรัฐอเมริกาโดยองค์กร The Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association (IEEE-SA) ได้พัฒนามาตรฐานเทคโนโลยีสำหรับ Broadband Wireless Access ที่เรียกว่า IEEE 802.16 มาตรฐานได้ถูกเผยแพร่ในปี 2002 ในช่วงเวลาที่ใกล้เคียงกันทางยุโรปโดยองค์กร European Telecommunications Standards Institute (ETSI) ได้พัฒนามาตรฐานที่มีชื่อว่า HiperMAN การพัฒนาทั้ง IEEE 802.16 และ HiperMAN มีการแลกเปลี่ยนข้อมูลซึ่งกันและกันและพัฒนาคู่ขนานกันมา ในปี 2001 ภาคอุตสาหกรรมซึ่งประกอบไปด้วยบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ บริษัทพัฒนา Chipset บริษัทพัฒนาส่วนประกอบ ได้มีการรวมตัวกันก่อตั้ง WiMAX forum ซึ่งเป็นองค์กรที่ไม่แสวงหาผลกำไร มีเป้าหมายเพื่อทำการสนับสนุนและพัฒนาสเปคสำหรับอุปกรณ์เครือข่ายมาตรฐาน IEEE 802.16 เพื่อให้เป็นไปในทิศทางเดียวกันมีราคาที่ต่ำ และเพื่อให้มั่นใจว่าอุปกรณ์จากต่างผู้ผลิตสามารถใช้งานร่วมกันได้ IEEE 802.16 จึงมีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access) [Available online at : http://www.nectec.or.th]
IEEE 802.16 หรือ WiMAX ถูกจัดอยู่ในกลุ่มของ Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) standard ซึ่งเป็นมาตรฐานเครือข่ายไร้สายที่มีรัศมีทำการโดยประมาณจาก 3 กม. ถึง 10 กม. ในบางกรณีอาจถึง 50 กม. ให้บริการ Broadband Wireless Access ในระดับเมือง (Urban area) ชานเมือง (Suburbanarea) และชนบท (Rural area) สามารถรองรับความเร็วสูงสุดถึง 100 Mbps ความเร็วที่แท้จริงในการรับส่งมีช่วงแตกต่างกันที่กว้างขึ้นกับปัจจัยหลายๆ อย่าง เช่น Modulation Scheme Channel Bandwidth ระดับความแรงของสัญญาณและระดับของสัญญาณรบกวน เป็นต้น อย่างไรก็ตาม WiMAX forum ได้ตั้งเป้าหมายความเร็วอยู่ที่ 40 Mbps สำหรับการใช้งานเชื่อมต่อแบบคงที่ (Fixed Access) หรือเชื่อมต่อแบบพกพา(Portable Access) และความเร็วประมาณ 15 Mbps สำหรับการเชื่อมต่อแบบเคลื่อนที่ (Mobile Access) ที่มีรัศมีทำการหรือ cell site ประมาณ 3 กม.