No.430

พงศ์พันธุ์ ปริยวงศ์

 

 

เรียนรู้และเข้าใจการเชื่อมโยง Fronthaul ด้วยเส้นใยแก้วนำแสง

 

     ในปัจจุบันการใช้งานแอพพลิเคชันนับเป็นปัจจัยสำคัญที่ผลักดันให้ความต้องการแบนด์วิดธ์เติบโตเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่นการโหลดหน้าเว็บไซต์บนเครื่องสมาร์ทโฟนจะต้องการความจุ 25 kB ในขณะที่ถ้าเป็นวีดิโอความยาว 10 นาที จะต้องการความจุมากถึง 7,000 kB นอกจากนี้การที่ระบบปฏิบัติการแอนดรอยด์และแพลตฟอร์มอื่นเช่น Windows และ iOS มีความสามารถรองรับการใช้งานแอพพลิเคชัน interactive รูปแบบใหม่ โดยเฉพาะ IoT (internet of things) เช่น เครือข่ายเซนเซอร์หรือสมาร์ทกริด ก็จะยิ่งส่งผลให้ความต้องการแบนด์วิดธ์เฉลี่ยต่อคนมากขึ้น อย่างไรก็ตามการเติบโตของรายได้ที่ผู้ให้บริการได้รับยังคงอยู่ในสัดส่วนที่ไม่สูงมากเมื่อเปรียบเทียบกับการเพิ่มขึ้นของแบนด์วิดธ์ผู้ให้บริการจึงต้องมองหาแนวทางปรับตัวในการลงทุน ซึ่งผู้ให้บริการจำนวนมากได้หันไปลงทุนกับเทคโนโลยีระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ใหม่ ที่สามารถตอบสนองความต้องการความจุได้อย่างเพียงพอ เช่น เทคโนโลยี WCDMA หรือเทคโนโลยี LTE 

 

          รูปที่ 1 แสดงงบลงทุนบนเทคโนโลยีโมบายบรอดแบนด์ ซึ่งต้นทุนต่อบิตข้อมูลจะลดลงอย่างมาก (แบบเอกโปเนนเชียล) ตามความก้าวหน้าของเทคโนโลยีในแต่ละยุค เมื่อพิจารณาจาก WCDMA (3G) จนถึง HSPA พบว่าต้นทุนต่อบิตลดลงเกือบ 50% ในขณะที่ถ้าเป็นเทคโนโลยี HSPA จนถึง LTE ต้นทุนต่อบิตจะลดลงมากกว่า 50% เนื่องจากในสถาปัตยกรรมของเทคโนโลยีในยุค 3G/4G จะอาศัยโปรโตคอล IP สำหรับการติดต่อสื่อสารระหว่างอิลิเมนต์ เพื่อลดค่าใช้จ่ายของเครือข่ายสื่อสัญญาณ  

 

 

รูปที่ 1 ต้นทุนต่อบิตข้อมูลของเทคโนโลยีระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่

 

          ข้อสังเกตเงื่อนไขสำคัญที่ผู้ออกแบบควรนำมาพิจารณาให้สอดคล้องกับประสิทธิภาพการใช้สเปกตรัมคือ ความหนาแน่นของสถานีฐานกับจำนวนจานสายอากาศและเซกเตอร์ เพราะการเพิ่มปริมาณดังกล่าวจะส่งผลให้จำนวนผู้ใช้บริการต่อเซกเตอร์ลดลง

 

          นอกจากนี้จากการที่สเปกตรัมเป็นปัจจัยสำคัญต่อการดำเนินการ ผู้ออกแบบจึงควรเข้าใจพฤติกรรมและคุณสมบัติของสัญญาณโดยเฉพาะการแพร่กระจาย ซึ่งสัญญาณวิทยุความถี่ต่ำจะสามารถแพร่กระจายได้ดีกว่าสัญญาณความถี่สูง ส่งผลให้เครื่องโทรศัพท์สามารถรับสัญญาณได้แรงกว่าดังแสดงในรูปที่ 2 ด้วยระยะห่างจากเสาส่งที่เท่ากัน เครื่องโทรศัพท์จะรับสัญญาณวิทยุความถี่ 850 MHz ได้แรงสุด ถัดมาจะเป็นสัญญาณวิทยุความถี่ 1800 MHz, 2100 MHz และ 2500 MHz ตามลำดับ และจากการที่ระบบใช้ความถี่ต่ำก็ยังช่วยให้การลงทุน เพื่อครอบคลุมพื้นที่การให้บริการมีการใช้จำนวนสถานี (เสาส่งและอุปกรณ์) ที่น้อยลง และการวางโครงข่ายสามารถดำเนินการได้เร็วกว่า รวมทั้งยังเป็นการนำเสาส่งของ macrocell ระบบเดิมมาใช้ให้เกิดประโยชน์ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ

 

 

รูปที่ 2 ระดับความแรงของสัญญาณที่รับได้จากเครือข่าย

 

          ในกรณีที่ผู้ให้บริการปรับเปลี่ยนจากเทคโนโลยีระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่เดิมไปสู่เทคโนโลยีโมบายบรอดแบนด์บนความถี่ที่ได้รับการจัดสรร ทำให้ต้องมีการขยายความจุท่อของการเชื่อมโยงบนเครือข่าย RAN เพิ่มขึ้น ซึ่งตัวกลางที่เหมาะสมสามารถรองรับข้อกำหนดดังกล่าวได้ก็คือ เส้นใยแก้วนำแสง

 

          สำหรับบทความนี้จะได้อธิบายถึง การตั้งค่าของสถานีฐานเทคโนโลยีที่ขับเคลื่อนไปสู่เครือข่ายการเชื่อมโยงจานสายอากาศด้วยเส้นใยแก้วนำแสง หรือ FTTA (fiber-to-the-antenna) มาตรฐานอินเตอร์เฟสวิทยุ โดยเฉพาะโปรโตคอลCPRI (common public radio interface) และการทดสอบ FTTA 

 

1. การตั้งค่าสถานีฐาน

 

          ในอดีตผู้ให้บริการระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่จะเน้นบริการเสียงและขอบเขตพื้นที่การให้บริการ โดยการลงทุนเครือข่ายเพื่อกระจายสัญญาณให้ครอบคลุมจะอาศัยสถานีฐานแบบ macrocell เป็นหลัก แต่สำหรับสถานการณ์ปัจจุบันที่ความต้องการแบนด์วิดธ์มีสูง การลงทุนเพื่อเพิ่มความสามารถในการส่งสัญญาณ โดยเฉพาะการเชื่อมโยง fronthaul ก็จะกลายเป็นเงื่อนไขสำคัญที่มีผลต่อคุณภาพของการให้บริการ

 

1.1 การเชื่อมโยง fronthaul

 

          จากความก้าวหน้าในการพัฒนาสมาร์ทโฟนด้วยระบบปฏิบัติการที่มีประสิทธิภาพและมีความต้องการใช้ทรัพยากรเครือข่ายสูง ได้ผลักดันให้ความต้องการแบนด์วิดธ์ของผู้ใช้บริการมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง เมื่อปริมาณทราฟิกทั้งจากเทคโนโลยีเดิม เช่น 2G และเทคโนโลยีใหม่เช่น 4G, LTE เพิ่มขึ้น ผู้ให้บริการก็จำเป็นต้องติดตั้งจานสายอากาศเพิ่มเติม โดยการติดตั้งจานสายอากาศบนเสาส่งของสถาปัตยกรรมแบบเดิมจะมีเงื่อนไขที่ผู้ให้บริการต้องคำนึงถึงดังนี้

 

          1) การติดตั้งมีข้อจำกัด เนื่องจากทรานซีฟเวอร์ RF และแอมปลิไฟเออร์ ซึ่งเป็นส่วนที่เกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณวิทยุ จำเป็นต้องตั้งอยู่ร่วมกับอุปกรณ์ควบคุมและประมวลผลสัญญาณเบสแบนด์ รวมถึงอุปกรณ์ของเครือข่ายโมบายแบ็กฮอลล์ (mobile backhaul network)

 

          2) ทรานซีฟเวอร์ RF และแอมปลิไฟเออร์จำเป็นต้องติดตั้งอยู่ใกล้กับจานสายอากาศ เพื่อให้ใช้กำลังขับสัญญาณไม่สูงมาก เนื่องจากการส่งสัญญาณผ่านเคเบิลโคแอกเชียลที่ยาวจะมีค่าการสูญเสียกำลังสูง ในกรณีที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ก็ย่อมทำให้ต้นทุนของทั้งอุปกรณ์และตู้คาบิเนทมีราคาแพง เพราะต้องมีระบบควบคุมการระบายอากาศและความชื้นที่ดี

 

          3) แต่ละจานสายอากาศจะถูกต่อเข้ากับเคเบิลโคแอกเชียลขนาดใหญ่ เพื่อนำพาสัญญาณและกำลังไฟฟ้า แต่ด้วยขนาดและน้ำหนักของจานสายอากาศกับเคเบิลโคแอกเชียล รวมถึงความต้านทานลมที่เกิดขึ้น ก็จะกลายเป็นปัญหาสำคัญของผู้ดูแลโครงสร้างเสา ที่ต้องมีการตรวจสอบและปรับปรุง เพื่อให้สามารถรองรับการติดตั้งได้

 

 

รูปที่ 3 การติดตั้งเคเบิลโคแอกเชียลจำนวนมากของสถานีฐานแบบเดิม

 

          สถานีฐานของเครือข่าย RAN จะประกอบด้วยอิลิเมนต์หลักคือ ชุดควบคุมอุปกรณ์วิทยุหรือ BBU (base band unit) และอุปกรณ์วิทยุหรือ RRU (radio remote unit) สำหรับสถานีฐานแบบเดิม RRU และ BBU จะติดตั้งอยู่รวมกันที่พื้นล่าง พร้อมกับมีการเชื่อมโยงด้วยเคเบิลโคแอกเชียลขึ้นไปหาจานสายอากาศที่ยอดเสาดังรูปที่ 4 การดำเนินการลักษณะนี้จะทำให้อุปกรณ์ที่ใช้มีขนาดใหญ่ กินกำลังไฟฟ้ามาก และมีข้อจำกัดหลายประการ

 

 

รูปที่ 4 การตั้งค่าสถานีฐานแบบเดิม

 

          การแก้ปัญหาการเชื่อมต่อไปยังจานสายอากาศของสถานีฐานในสถาปัตยกรรมใหม่ จะทำโดยการออกแบบให้ฟังก์ชัน RRU และ BBU แยกกันทางกายภาพ โดยทรานซีฟเวอร์ RF ที่อยู่ภายใน RRU สามารถนำมาติดตั้งอยู่ใกล้กับจานสายอากาศ ในขณะเดียวกันอุปกรณ์ BBU ก็จะถูกออกแบบให้มีขนาดและใช้กำลังไฟฟ้าอย่างออปติไมซ์ การเชื่อมโยงระหว่างสองฟังก์ชันจะอาศัยตัวกลางที่มีความจุมากเพียงพอมารองรับ ซึ่งแนวทางหนึ่งก็คือการใช้เทคโนโลยี FTTA (fiber-to-the-antenna) ซึ่งเป็นการนำเคเบิลใยแก้วนำแสงมาทดแทนชุดของเคเบิลโคแอกเชียล พร้อมกับแยกสายไฟฟ้าที่ใช้ในการขับจานสายอากาศออกมาไว้ต่างหาก โดยจะทำงานร่วมกับมาตรฐานอินเตอร์เฟสวิทยุแบบใหม่เช่น CPRI (common public radio interface) หรือ OBSAI (open base station architecture initiative)

 

 

รูปที่ 5 การติดตั้ง BBU ระบบใหม่พร้อมกับ FTTA

 

          สำหรับการเดินสายส่วนใหญ่จะอาศัยระบบเคเบิลสำเร็จรูป (prefabricated cabling systems) มีทั้งแบบ trunk cable ที่เป็นการรวมเส้นใยแก้วนำแสงเพียงอย่างเดียว หรือแบบไฮบริดที่รวมเส้นใยแก้วนำแสงกับสายไฟ ดังแสดงในรูปที่ 6

 

 

รูปที่ 6 ระบบเคเบิลสำเร็จรูป (ก) แบบ trunk cable (ข) แบบไฮบริด

 

          ข้อสังเกต

 

          1) สำหรับระยะทางการเชื่อมต่อที่ไม่ไกล การใช้ระบบที่เป็นเส้นใยแก้วนำแสงแบบ multimode จะมีข้อดีคือประหยัดค่าใช้จ่ายในการลงทุน เนื่องจากชุดทรานซีฟเวอร์มีราคาไม่แพงมาก

 

           2) ในกรณีที่เปลี่ยนแต่อุปกรณ์สถานีฐาน แต่ต้องการใช้เคเบิลโคแอกเชียลเดิมด้านบนต่อไปยังจานสายอากาศ ก็สามารถทำได้ด้วยการใช้ระบบเคเบิลสำเร็จรูปดังตัวอย่างในรูปที่ 7 ซึ่งใช้เป็นแบบไฮบริดที่มีการต่อโดยตรงเข้ากับเคเบิลโคแอกเชียลและสายไฟ ทำให้ไม่ต้องเพิ่มกล่องแยกสายหรือ junction box

 

 

รูปที่ 7 การต่อเคเบิลแบบไฮบริดเข้ากับเคเบิลโคแอกเชียลและสายไฟเดิม

 

          3) ข้อควรพิจารณาในการใช้ FTTA

• การมีจุดเชื่อมต่ออยู่ในเส้นทางการส่งสัญญาณ จะส่งผลให้มีโอกาสเกิดเหตุเสียจากรอยต่อ โดยเฉพาะความสกปรกจากหน้าสัมผัส
• คุณภาพของสาย patchcord ที่ใช้เชื่อมต่อ รวมถึงการแตกหักของเส้นใยแก้วนำแสงภายใน จะมีผลกับคุณสมบัติการเชื่อมโยง
• ยังไม่มีมาตรฐานที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับ FTTA
• การระบุปัญหาที่เกิดขึ้นกับเครือข่ายจะทำได้ยาก ถ้าไม่มีการตรวจสอบอย่างเป็นลำดับขั้นจากชั้นกายภาพ

 

1.2 องค์ประกอบ fronthaul

 

          การเชื่อมโยง fronthaul ที่กล่าวถึง จะเป็นส่วนของ macrocell ซึ่งสถาปัตยกรรมเครือข่ายโดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับฟังก์ชันRRU และ BBU ที่แยกกันทางกายภาพ ชุดของอุปกรณ์วิทยุ RRU หรือ RRH จะติดตั้งอยู่ถัดจากจานสายอากาศ การใช้เคเบิลใยแก้วจึงเป็นลักษณะของเคเบิลฟีดเดอร์ REF (remote fiber feeder) ที่เชื่อมต่อ BBU ตรงพื้นล่างไปยังกล่องแยกสายด้านบน โดยการเชื่อมโยงจากกล่องนี้ไปยัง RRU จะอาศัยเคเบิลโคแอกเชียลที่มีความยาวไม่มากนัก

 

          การออกแบบ FTTA ได้ถูกวิวัฒนาการให้สอดคล้องกับการใช้งาน fronthaul ดังนี้

 

          1) แบบเริ่มต้นจะใช้เส้นใยแก้วนำแสงแต่ละชุดแยกกันแบบ point-to-point และมีการเดินสายไฟแยก

 

          2) มีการรวมเส้นใยแก้วนำแสงต่าง ๆ พร้อมกับมีเส้นสำรอง เพื่อรองรับการขยายในลักษณะของสายแบบ trunk cable โดยมีเทอร์มินอลติดตั้งด้านบนเสา ส่วนสายไฟก็ยังคงมีอยู่และจะถูกเดินสายแยกออกไปต่างหาก

 

          3) ใช้เคเบิลแบบไฮบริดระหว่างเส้นใยแก้วนำแสงกับสายไฟ ทำให้สะดวกในการติดตั้ง มีจุดสัมผัสกับเสาลดลง และอาจมีกล่องแยกสายติดตั้งด้านบนเพื่อให้สะดวกต่อการใช้งาน อย่างไรก็ตาม ผู้ให้บริการบางรายอาจมีแนวทางการติดตั้งที่ยืดหยุ่นมากขึ้นด้วยการตัดเคเบิลให้มีความยาวพอดีกับที่ใช้จริง เพื่อไม่ให้เหลือสายขดทิ้งไว้

 

 

รูปที่ 8 เสาส่งของ macrocell และองค์ประกอบ

 

1.3 มาตรฐาน CPRI และ OBSAI

 

          โปรโตคอล CPRI จะใช้สำหรับสื่อสัญญาณความถี่วิทยุ ระหว่างชุดควบคุมอุปกรณ์วิทยุหรือ BBU (base band unit) กับอุปกรณ์วิทยุหรือ RRU (radio remote unit) อินเตอร์เฟสนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อสนับสนุนการแบ่งส่วนกายภาพของสถานีฐานดังแสดงในรูปที่ 9 โดยการกำหนดมาตรฐานจะถูกแนะนำจากผู้ผลิตอุปกรณ์รายหลักๆ เช่น Ericsson, Huawei, Nortel, Alcatel Lucent

 

 

รูปที่ 9 โครงสร้างสถานีฐานตามโปรโตคอล CPRI

 

          ในขณะที่โปรโตคอล CPRI เป็นมาตรฐานที่มีความแพร่หลาย ซึ่งถูกนำเสนอโดยผู้ผลิตอุปกรณ์รายหลัก โปรโตคอลOBSAI ก็เป็นอีกมาตรฐานทางเลือกที่ถูกนำเสนอมาพร้อมๆ กัน ซึ่งถูกสนับสนุนจากผู้ผลิตอุปกรณ์อีกกลุ่มเช่น Hyundai, Samsung, ZTE

 

          ในแง่ของการใช้ทรัพยากร จะพบว่า CPRI เป็นโปรโตคอลที่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากมีการใช้โอเวอร์เฮดน้อย เพราะโปรโตคอลนี้ครอบคลุมเพียง 2 ชั้นตามแบบจำลอง OSI คือชั้นที่ 1 และชั้นที่ 2 ซึ่งภายในจะแบ่งออกเป็นระนาบผู้ใช้ (user plane) ระนาบควบคุมและจัดการ (control and management plane) และระนาบซิงโครไนซ์เซชั่นดังแสดงในรูปที่ 10

 

 

รูปที่ 10 โครงสร้างชั้นโปรโตคอล CPRI

 

          โปรโตคอล CPRI จะระบุข้อกำหนดของ BER (bit-error-rate) สำหรับชั้นข้อมูลมีค่า 10-12 ซึ่งน้อยกว่าของโปรโตคอลOBSAI ที่มีค่า 10-15 นอกจากนี้โปรโตคอล CPRI ยังรองรับการปรับเปลี่ยนไปสู่อัตราข้อมูลที่สูงขึ้นในอนาคตด้วย

 

          ตารางที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบอัตรา line ระหว่าง 2 โปรโตคอลดังกล่าว ที่ถูกกำหนดบนพื้นฐานจำนวนเท่าของอัตรา UMTS chip ที่ 3.84 Mbps ซึ่งโปรโตคอลCPRI จะมีอัตรา line อ้างอิงเริ่มต้นที่ 614 Mbps ในขณะที่โปรโตคอล OBSAI มีอัตรา line อ้างอิงเริ่มต้นที่ 768 Mbps สำหรับตัวอย่างจุดทดสอบเครือข่ายตรงการเชื่อมโยงผ่านเส้นใยแก้วนำแสงที่เป็น single fiber จะแสดงดังรูปที่ 11

 

ตารางที่ 1 อัตรา line ของโปรโตคอลCPRI กับ OBSAI

 

 

 

รูปที่ 11 ตัวอย่างจุดทดสอบเครือข่าย

 

          ในโปรโตคอล CPRI จะต้องการแบนด์วิดธ์สูง มีความน่าเชื่อถือและมีเวลา latency ในการขนส่งต่ำ เงื่อนไขนี้จะเกิดขึ้นได้เมื่อใช้ตัวกลางเป็นเส้นใยแก้วนำแสง ซึ่งโปรโตคอลCPRI จะรองรับค่า link budget ที่ 10 dB บนระยะทางที่ไปได้ไกลถึง 10 km (ถูกจำกัดจากค่า latency) การยกเลิกหรือลดการใช้เคเบิลโคแอกเชียลและขยายขอบเขตการใช้งานเส้นใยแก้วนำแสง จึงเป็นแนวทางสำคัญที่ช่วยขจัดปัญหาการติดตั้ง ซึ่งต้องลากเคเบิลโคแอกเชียลน้ำหนักมากขึ้นไปบนเสาส่ง โดยเฉพาะกรณีที่ผู้ให้บริการแต่ละรายมีการใช้โครงสร้างเสาส่งร่วมกัน เพราะภาระโหลดและแรงต้านลมจากเคเบิลจะส่งผลกระทบกับโครงสร้างเสาเป็นอย่างมาก

 

1.4 รูปแบบการติดตั้ง FTTA

 

          ในการนำ FTTA มาใช้กับเครือข่าย RAN ของระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ สามารถทำได้ 3 รูปแบบ ได้แก่

 

          1) การใช้กับ macrocell เพื่อเป็นการเชื่อมโยงจาก BBU ด้านล่างไปยังกล่องแยกสายหรือ RRU ที่ติดตั้งอยู่ด้านบน

 

          2) การใช้กับ small cell โดยทั่วไปจะเป็นการเชื่อมโยงเพื่อสนับสนุนระบบจานสายอากาศแบบกระจาย ซึ่งบางส่วนจะยังคงเป็นเคเบิลโคแอกเชียลเพื่อใช้กับระบบเก่า

 

          3) การใช้กับ base station hub ซึ่งเป็นจุดกระจายไปยังสถานีฐานย่อย การเชื่อมโยงส่วนหนึ่งจะใช้เป็น FTTA และส่วนที่เหลือก็จะทำผ่านเครือข่าย xWDM

 

 รูปที่ 12 รูปแบบการติดตั้ง FTTA ในสถานีฐาน (ก) macrocell  (ข) small cell  (ค) base station hub

 

          การใช้เคเบิลใยแก้วนำแสงในการเชื่อมโยงระหว่าง BBU และ RRU ที่แยกกันทางกายภาพ จะส่งผลให้ผู้ออกแบบต้องกลับมาพิจารณากลยุทธ์ในการวางเครือข่ายไร้สายใหม่ ตัวอย่างเช่น cloud RAN หรือ C-RAN ซึ่งเป็นการติดตั้ง RRU กระจายใกล้กับบริเวณที่ให้บริการ โดยจะทำงานร่วมกับ BBU ที่ติดตั้งอยู่ส่วนกลาง คล้ายกับสถาปัตยกรรมที่ใช้ในแบบจำลอง cloud computing

 

 

รูปที่ 13 กลยุทธ์เครือข่าย RAN

 

          รูปที่ 14 แสดงแบบจำลองสถานีฐานแบบกระจาย (distributed base station) ประกอบด้วย เครือข่ายในแต่ละพื้นที่ ซึ่งมีโหนดที่ติดตั้งจานสายอากาศที่ต่อไปหาแหล่งกำเนิดสัญญาณร่วมกัน ผ่านตัวกลางเครือข่ายขนส่ง เพื่อให้บริการแบบไร้สายครอบคลุมตามที่กำหนด ในโหนดเหล่านี้จะมีองค์ประกอบพื้นฐานคือ จานสายอากาศและเซลล์วิทยุที่ติดตั้งอยู่กับโครงสร้างกระจายเดิม เช่น เสาหรือท่อที่เตรียมไว้ยึดเกาะ ซึ่งบางกรณีองค์ประกอบเหล่านี้อาจอยู่ห่างกันมากหลายกิโลเมตร

 

 

รูปที่ 14 สถาปัตยกรรมสถานีฐานแบบกระจาย

 

          ตัวอย่างอุปกรณ์ที่มีจำหน่าย ได้แก่ LightRadio จากบริษัท Alcatel-Lucent และ LiquidRadio จากบริษัท Nokia-Siemens Networks ซึ่งทั้งสองกรณีจะมี BBU กลางคอยทำงานร่วมกับ RRU ที่ติดตั้งอยู่ในสถานที่ต่าง ๆ ในลักษณะสถาปัตยกรรมแบบกระจาย

 

          สำหรับการวางโครงข่ายพื้นฐานของระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ ส่วนของการเชื่อมโยง backhaul สถานีฐานในเครือข่าย RAN ส่วนใหญ่จะใช้การเชื่อมต่อผ่านตัวกลางเส้นใยแก้วนำแสงที่ให้ความจุสูง แต่ถ้าพื้นที่ให้บริการอยู่ห่างไกลที่การเดินสายไม่คุ้มค่า การใช้ระบบไมโครเวฟก็เป็นอีกแนวทางหนึ่งที่ถูกนำมาใช้ ซึ่งจะมีค่าใช้จ่ายในการลงทุนถูกกว่า แต่ก็มีแบนด์วิดธ์ที่จำกัด แนวทางนี้จึงเหมาะสำหรับพื้นที่ห่างไกลหรือพื้นที่ชนบท โดยรูปแบบการติดตั้งเคเบิลใยแก้วที่เดินไปถึงเสาส่งสามารถทำได้ทั้งแบบเดินลงท่อ ฝังดิน และเดินแขวนในอากาศ ก่อนจะมาเทอร์มิเนตที่ฐานของเสาเพื่อเชื่อมเข้ากับ BBU

 

1.5 ความท้าทายของการติดตั้งใช้งาน FTTA

 

          เคเบิลใยแก้วที่ใช้กับ fronthaul หรือ FTTA (fiber to the antenna) จะช่วยสนับสนุนการเชื่อมต่อของโครงสร้างพื้นฐาน เพื่อขนส่งสัญญาณ RF ไปยังจานสายอากาศ การใช้เส้นใยแก้วนำแสงมีข้อดีหลายประการ เช่น มีความจุสูง ง่ายในการติดตั้ง รองรับระยะการเชื่อมโยงที่ไกล เนื่องจากมีการสูญเสียกำลังของสัญญาณต่ำ และมีความทนทานต่อสัญญาณรบกวน ในการติดตั้งผู้ปฏิบัติงานอาจต้องมีการปรับตัวจากที่เคยอาศัยการลากสายขนาดใหญ่ มาเป็นการเดินเคเบิลของเส้นใยแก้วนำแสงขนาดเล็กที่ต้องใช้ความระมัดระวังเป็นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม การติดตั้งใช้งาน FTTA ก็ยังมีความท้าทายที่ผู้ให้บริการต้องนำมาพิจารณา ดังนี้

 

          1) หน้าสัมผัสของเส้นใยแก้วนำแสงที่จุดเชื่อมต่อ

 

          จากสถิติในการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้ง พบว่าปัญหาส่วนใหญ่ของ FTTA จะมาจากความไม่สะอาดตรงจุดต่อ ซึ่งส่งผลให้เกิดการสูญเสียกำลังของสัญญาณ เกิดการสะท้อนกลับ และเกิดเป็นอัตราความผิดพลาดบิต (BER) ที่ไปกระทบกับคุณภาพของบริการ (QoS)

 

          รูปที่ 15 แสดงโครงสร้างการนำแสงที่จุดต่อของเส้นใยแก้ว (ก) ในกรณีที่หน้าสัมผัสของจุดต่อสะอาด แสงจะถูกนำพาข้ามไปได้อย่างต่อเนื่อง ในขณะที่ (ข) เมื่อมีความสกปรกเกิดขึ้นตรงหน้าสัมผัส จะทำให้แสงบางส่วนถูกปิดกั้นหรือกระเจิงไม่ให้แพร่กระจายต่อไป ความสกปรกที่เกิดขึ้นอาจฝังอยู่ถาวรและเป็นอุปสรรคต่อการรับส่งสัญญาณแสง ในการแก้ปัญหาจะต้องเปลี่ยนตัวต่อตรงจุดนั้นใหม่ ซึ่งเมื่อพิจารณาถึงความเสียหายที่ตามมาจะพบว่า ถ้าใช้เวลาในการแก้ปัญหายาวนาน เวลาการหยุดให้บริการของเครือข่ายส่วนนี้ก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

 

 รูปที่ 15 การส่งสัญญาณแสงผ่านจุดต่อของเส้นใยแก้ว (ก) ตัวต่อสะอาด (ข) ตัวต่อสกปรก

 

          2) Microbending และ macrobending

 

          ในการเชื่อมโยงด้วยเส้นใยแก้วนำแสงจะมีกลไกการสูญเสียกำลังที่เกิดขึ้นอีกสาเหตุหนึ่งก็คือ microbending และ macrobending ของเส้นใยแก้วนำแสง โดย microbending เกิดขึ้นเมื่อแกนของเส้นใยแก้วนำแสงเบี่ยงออก ซึ่งอาจมีสาเหตุมาจากกระบวนการผลิต การวางสายเคเบิล รวมถึงการผันแปรของสภาพแวดล้อม (อุณหภูมิ ความชื้น หรือความดัน) ตลอดอายุการใช้งาน

 

          ส่วน Macrobending จะเป็นปัญหาสำคัญที่เกิดขึ้นจากขั้นตอนการติดตั้งที่ไม่เหมาะสม ซึ่งมาจากการโค้งงอทางกายภาพเกินกว่าขีดจำกัดรัศมีความโค้ง ในการติดตั้งเคเบิลตลอดเส้นทางจาก BBU ไปถึงกล่องแยกหรือ RRU ด้านบนของเสาส่ง ผู้ปฏิบัติงานจะต้องคำนึงถึงรัศมีความโค้งขั้นต่ำให้สอดคล้องกับข้อกำหนด

 

          ใน ITU-T recommendation G.652D ได้แนะนำรัศมีความโค้งขั้นต่ำไว้มีค่า 5 – 15 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางเคเบิลใยแก้วนำแสง ถ้าการติดตั้งมีรัศมีความโค้งที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน ก็อาจทำให้เกิดความเครียดขึ้นบนเส้นใยแก้วนำแสง จนนำมาสู่การสูญหายของสัญญาณ เนื่องจากแสงเข้าไปใน cladding ที่เป็นผลจาก macrobending นอกจากนี้ระดับของการลดทอนที่มีสาเหตุมาจาก macrobending ยังเพิ่มขึ้นตามความยาวคลื่น เช่น เมื่อสัญญาณเจอความโค้งงอ สัญญาณแสงที่ความยาวคลื่น 1550 nm จะเกิดการลดทอนมากกว่าสัญญาณแสงที่ความยาวคลื่น 1310 nm ผู้ให้บริการบางรายอาจแก้ปัญหาที่เกิดจาก macrobending ด้วยการเลือกใช้เส้นใยแก้วนำแสงที่ไม่ไวต่อการโค้ง หรือ “bend-insensitive fiber” (G.657A/B) มาเป็นสายต่อที่ RRU แทน เนื่องจากมีความยืดหยุ่นและมีรัศมีความโค้งขั้นต่ำที่มากกว่าเคเบิลใยแก้วนำแสงมาตรฐาน

 

รูปที่ 16 (ก) กล่องแยกสาย (ข) macrobending ที่พบใน RRU

 

          จากการสูญเสียกำลังของ FTTA ที่สัมพันธ์กับรูปแบบการติดตั้งทั้งจากตำแหน่งในการวางเคเบิล การปนเปื้อนของหน้าสัมผัสตัวต่อ การโค้งงอ และความไม่ชำนาญในการติดตั้ง ทำให้จำเป็นต้องมีการทดสอบคุณสมบัติการส่งสัญญาณบนเส้นใยแก้วนำแสงตลอดเส้นทางไปจนถึงจานสายอากาศ โดยมีหัวข้อการวัดที่สำคัญได้แก่ การตรวจสอบระดับกำลังแสง การทดสอบหาค่าการสูญเสียกำลัง end-to-end และค่า return-loss หรือการทดสอบคุณสมบัติของความต่อเนื่องด้วย OTDR

 

          3) การรับแรงดึง  

 

          เคเบิลใยแก้วนำแสงจะมีพิกัดโหลดแรงดึง ซึ่งถูกกำหนดจากความยาวการวางตัวในแนวดิ่งสูงสุดที่เคเบิลทนได้โดยไม่ต้องเสริมอุปกรณ์รับแรง น้ำหนักเคเบิลเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อความสามารถในการรับแรงดึงหรือความเครียดที่เกิดขึ้นบนเส้นใยแก้วนำแสง ความยาวของการวางตัวในแนวดิ่งสูงสุด (S_max) จะคำนวณได้ดังสมการ

 

          S_max = (0.5L) / W                                                                                   (1)

 

เมื่อ

 

          L = โหลดแรงดึงระยะยาวสูงสุด

 

          W = น้ำหนักเคเบิล

 

          ตัวอย่างเช่น เคเบิลใยแก้วนำแสงมาตรฐาน 24 cores ที่ใช้ Kellems grip จากการคำนวณจะสามารถแขวนในแนวดิ่งด้วยความยาวประมาณ 1700 feet อย่างไรก็ตาม ในการวางเคเบิลพาดขึ้นบนเสาส่งควรมีการยึดอย่างมั่นคงเป็นช่วง เช่น ช่วงละ 3-5 ฟุต เพื่อหลีกเลี่ยงความเครียดที่อาจเกิดขึ้นจากสภาพแวดล้อมภายนอก

 

 

รูปที่ 17 Kellems grip

 

          4) การหุ้มตัวต่อ

 

          เคเบิลใยแก้วนำแสงแบบรวม ที่มาพร้อมกับตัวต่อหลายชุดเช่น ตัวต่อ MPO (multi-fiber push on) ซึ่งเริ่มมีการนำมาใช้กับเทอร์มินอลใน FTTA เพื่อให้กระบวนการเชื่อมต่อและบริหารจัดการสามารถทำได้ง่ายขึ้น ถ้าเคเบิลใยแก้วนำแสงถูกเทอร์มิเนตไว้ล่วงหน้า แล้วมีการปล่อยตัวต่อลอยไว้ การใช้ pulling sock เพื่อหุ้มปลายสายจนถึงตัวต่อก็ช่วยป้องกันการส่งผ่านแรงที่ไปถึงเคเบิล นอกจากนี้ถ้านำมาใช้ในระหว่างการติดตั้งก็จะสามารถช่วยป้องกันตัวต่อได้เป็นอย่างดี 

รูปที่ 18 การใช้ pulling sock หุ้มปลายสายที่ปล่อยลอย

 

          5) เคเบิลแบบไฮบริด

 

          เคเบิลไฮบริดจะประกอบด้วยเส้นใยแก้วนำแสงและตัวนำไฟฟ้า เปลือกนอกส่วนใหญ่ของเคเบิลจะถูกห่อหุ้มเป็นชั้น ได้แก่ corrugated armor ดังรูปที่ 19 (ก) กับชั้นที่เป็นโพลิเมอร์ จากโครงสร้างดังกล่าวทำให้การติดตั้งเคเบิลไฮบริดสามารถถูกแขวนด้วยตัวยึดได้ โดยภายในเคเบิลไฮบริดจะสามารถเลือกอิลิเมนต์ภายในได้หลายรูปแบบ เพื่อให้เหมาะสมกับระบบ RRU ที่ต้องการเชื่อมต่อ รูปที่ 19 (ข) แสดงตัวอย่างโครงสร้างหน้าตัดของเคเบิลแบบไฮบริด

 

รูปที่ 19 (ก) corrugated armor (ข) โครงสร้างหน้าตัดของเคเบิลแบบไฮบริด

 

          6) การดำเนินการ C-RAN

 

          C-RAN (cloud RAN) นอกจากเป็นโครงข่ายที่สนับสนุนการทำงานของระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่แล้ว ก็ยังสร้างโอกาสในการให้บริการรูปแบบใหม่ โดยอาศัยเส้นใยแก้วนำแสงส่วนที่ลากจาก BBU ไปยัง RRU ผ่านทางการบริหารจัดการความยาวคลื่น อย่างไรก็ตาม การดำเนินการ C-RAN ที่มีการติดตั้ง RRU อยู่ใกล้กับถนน ในการดำเนินการจะต้องคำนึงถึงเงื่อนไขของการติดตั้งเคเบิล ทั้งการขออนุญาตพาดสายและความเสี่ยงที่จะเกิดอุบัติเหตุจากภัยธรรมชาติหรือภัยจากการกระทำของมนุษย์ ดังนั้น ผู้ให้บริการจึงควรพิจารณาทางเลือกในการการขยายความจุของการเชื่อมโยงประกอบกับการลากเคเบิลเพิ่ม เช่น การใช้เทคโนโลยีการมัลติเพลกซ์ CWDM หรือ DWDM

 

2. การทดสอบ FTTA

 

          การทดสอบเส้นใยแก้วนำแสงนับเป็นขั้นตอนที่จำเป็นทั้งในช่วงของการติดตั้งและการดูแลรักษา แม้ว่าไฟแจ้งเตือนที่อุปกรณ์ BBU/RRU จะแสดงเป็นสีเขียว ซึ่งหมายถึงการทำงานของอุปกรณ์เป็นปกติ แต่ก็ไม่ได้เป็นการบอกถึงคุณสมบัติของระบบ เช่น ระดับสัญญาณที่ทำงานตอนนี้มีมาร์จิน หรือว่ามีค่าแค่พอดีกับค่า threshold ดังนั้นผู้ให้บริการจึงควรให้ความสำคัญกับการทดสอบ เพราะนอกจากเป็นการตรวจสอบคุณสมบัติของระบบแล้ว ก็ยังมีประโยชน์ด้านอื่นอีกดังนี้

 

• เป็นการยืนยันผลของสภาพแวดล้อมที่มีต่ออายุการใช้งาน
• เป็นการรับประกันว่าหน้าสัมผัสของจุดต่อมีความสะอาด แม้ว่าตัวต่อที่ใช้ส่วนใหญ่จะปิดฝาก่อนนำมาใช้
• ในกรณีที่มีความผิดปกติ (เช่น macrobending หน้าสัมผัสสกปรก หรือมีการแตกหักของเส้นใยแก้ว) เกิดขึ้นในเส้นทางการส่งสัญญาณ การระบุตำแหน่งของความผิดปกติจะใช้เวลานานและยิ่งทำได้ยากในกรณีที่เป็นสายสำเร็จ การทดสอบจึงเป็นแนวทางสำคัญที่ช่วยให้การค้นหาสาเหตุใช้เวลาสั้นลง

               

          บริษัทติดตั้งเคเบิลส่วนใหญ่จะรวมการทดสอบเส้นใยแก้วนำแสงเข้าเป็นหัวข้อหนึ่งในเอกสาร site build เนื่องจากผลที่ได้จากการทดสอบ รวมถึงทักษะในการใช้เครื่องมือวัด จะมีประโยชน์ต่อการยืนยันความพร้อมของเคเบิลที่ติดตั้งหรือได้รับการแก้ไข

               

          การทดสอบเส้นใยแก้วนำแสงที่สำคัญจะประกอบด้วย insertion loss และ return loss ซึ่งการทดสอบทั้งสองอย่างจะมีหน่วยวัดเป็น decibels (dB)

 

• Insertion loss เป็นการวัดปริมาณสัญญาณแสงที่สูญหายไประหว่างการเดินทางผ่านเส้นใยแก้วนำแสงจากปลายด้านหนึ่งไปยังปลายอีกด้าน
• Return loss คือการวัดปริมาณสัญญาณแสงสะท้อน เนื่องจากความบกพร่องที่เกิดขึ้นในเส้นใยแก้วนำแสง เช่น microbending, macrobending, ความเสียหายหรือการติดตั้งตัวต่อที่ไม่เหมาะสม

 

2.1 การทดสอบความต่อเนื่องและการทดสอบการลดทอนของเส้นใยแก้วนำแสง

 

          1) การทดสอบความต่อเนื่อง

 

          ในการตรวจสอบความต่อเนื่องของสาย feed ที่เป็นเส้นใยแก้วนำแสงตลอดเส้นทางเดินสายไปยังพอร์ตของ RRU ผู้ทดสอบสามารถทำได้โดยใช้เครื่องมือวัด VFL (visual fault locator) ซึ่งทำงานโดยการปลดปล่อยแสงที่เห็นได้ เพื่อช่วยให้เจ้าหน้าที่สามารถสังเกตเห็น ถ้ามีแสงออกจากการโค้งหรือรอยแตกของเส้นใยแก้วนำแสง

 

 

รูปที่ 20 เครื่องมือ VFL

 

          2) การทดสอบการลดทอน

 

          ในการทดสอบนี้จะใช้ light source และมิเตอร์กำลังในการวัดค่าการลดทอนที่เกิดขึ้นตรง BBU และค่าการลดทอนที่เกิดขึ้นกับเส้นใยแก้วนำแสง ซึ่งลากจาก BBU ไปยัง RRU หรือกล่องแยกสาย (junction box) โดยใช้ความยาวคลื่นแสงที่ 1310 nm และ 1550 nm อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบความสะอาดของหน้าสัมผัสตัวต่อหรือเคเบิลที่ใช้เชื่อมต่อตลอดเส้นทางก็ยังเป็นสิ่งที่ควรทำก่อนการทดสอบ

 

          ข้อสังเกต ในกรณีของการต่อสายลูปหรือการต่อเครื่องมือทดสอบเข้ากับเส้นใยแก้วนำแสงผ่านหัวแปลง (adaptor) ผู้ปฏิบัติงานควรเช็คความสะอาดของหน้าสัมผัสหัวแปลงด้วยเช่นกัน

 

2.2 การทดสอบด้วย OTDR ในช่วงของการติดตั้งและการซ่อมบำรุง

 

          1) การทดสอบในช่วงของการติดตั้ง

 

          การทดสอบหาค่าการสูญเสียและการสะท้อนกลับที่ remote end ในระหว่างการติดตั้งจำเป็นต้องใช้สาย patchcord มาลูปที่ด้านบนของเสาส่งตรงกล่องแยกสาย (JB) แต่ถ้าเป็นกรณีการทดสอบหาค่าการสูญเสียและการสะท้อนกลับที่ local end ตรง BBU ก็จะต้องใช้สายเคเบิลที่เป็น non-reflective terminator โดยตัวต่อที่สายควรเป็นแบบ APC เพื่อให้การสะท้อนกลับเกิดขึ้นน้อยที่สุด ซึ่งตาม Recommendations ค่าการลดทอนจากการสะท้อนควรมากกว่า –35 dB

 

          2) การทดสอบในช่วงของการซ่อมบำรุง

 

          การทดสอบช่วงนี้จะมีข้อจำกัดในการปีนขึ้นไปด้านบนของเสา จึงเน้นเป็นการทดสอบ local end จาก BBU ผ่านเส้นใยแก้วนำแสงขึ้นไปที่ RRU ดังนั้นในระหว่างทำการทดสอบ ผู้ปฏิบัติงานต้องแน่ใจว่าได้ทำการปิดไฟอุปกรณ์และไม่มีสัญญาณภายในสายแล้ว

 

 

รูปที่ 21 การทดสอบด้วย OTDR (ก) ในช่วงของการติดตั้ง (ข) ในช่วงของการซ่อมบำรุง

 

          จากผลของการทดสอบจะมีข้อสังเกต ดังนี้

 

• ค่าการวัดที่ได้จาก OTDR ตลอดเส้นทาง นอกจากแสดงในรูปแบบเดิมที่เป็นกราฟค่าการสูญเสียแล้ว ก็ยังสามารถแสดงอยู่ในรูปสัญลักษณ์ เพื่อให้เกิดความเข้าใจได้ง่าย เช่น ตัวต่อ การโค้งงอของสาย ดังรูปที่ 22
• รายละเอียดของการทดสอบ จะประกอบด้วยความยาวคลื่น ค่าการสูญเสียของการเชื่อมโยง ค่าความสูญเสียจากการสะท้อนกลับของแสง (ที่ความยาวคลื่นแสง 1310 nm หรือ 1550 nm) และความยาวของเส้นใยแก้วนำแสง
• ในรายงานสรุปผลของการเชื่อมโยง จะแสดงตำแหน่งของเหตุการณ์ และรูปแบบของเหตุเสียที่ตรวจพบ

 

รูปที่ 22 ผลการทดสอบ OTDR ตลอดเส้นทาง (ก) รูปแบบเดิม (ข) รูปแบบใหม่ที่ใช้สัญลักษณ์

 

2.3 การทดสอบโปรโตคอล CPRI

 

          ในการป้องกันไม่ให้เกิดความผิดพลาดจากการติดตั้งและตรวจรับ RRH เป็นจำนวนมาก จนส่งผลกระทบกับการให้บริการ และต้องส่งเจ้าหน้าที่ปีนกลับขึ้นไปบนเสา ผู้ให้บริการควรมีการตรวจสอบโดยการทดสอบที่สามารถทำได้กับอินเตอร์เฟสด้านล่าง ซึ่งก็คืออินเตอร์เฟสของโปรโตคอล CPRI (หรือ OBSAI) ผ่านการพิจารณาค่า BER (bit error rate) ดังนี้

 

          1) การวิเคราะห์พารามิเตอร์ของสัญญาณวิทยุ

 

          ในการทดสอบจะอาศัยเครื่องมือวัดเพื่อเลียนแบบฟังก์ชันการทำงานอุปกรณ์ ซึ่งจะส่งสัญญาณไปตามสายด้วยโปรโตคอลCPRI พร้อมกับทำการเช็คสัญญาณแจ้งเตือนต่าง ๆ ได้แก่  LOS, LOF, RAI และ SDI

 

          การที่ไม่มีการส่งสัญญาณวิทยุผ่านจากทางด้านล่างเสา  (เพราะส่งในรูปของแสง) ย่อมทำให้การแก้ไขและวิเคราะห์ปัญหาต้องมีการปรับเปลี่ยนไปพิจารณาที่สัญญาณวิทยุ ซึ่งถูกนำพามาในเฟรม CPRI ผ่านจากตัวแยกแสง (optical splitter) โดยในการทดสอบควรมีการบันทึกเฟรม CPRI และข้อมูล IQ ไว้เพื่อนำไปวิเคราะห์ด้วยซอฟต์แวร์ ตัวอย่างการวิเคราะห์พารามิเตอร์สัญญาณวิทยุจากการทดสอบข้อมูล I/Q ของระนาบผู้ใช้จะแสดงดังรูปที่ 23

 

 

รูปที่ 23 การวิเคราะห์พารามิเตอร์ของสัญญาณวิทยุ

 

          2) การวิเคราะห์พารามิเตอร์ของระนาบควบคุมและจัดการ

 

          ในส่วนนี้ จะเป็นการทดสอบเพื่อดูการทำงานร่วมกันผ่านทาง word ควบคุม ที่เกี่ยวข้องกับ

 

          - การ decode ไบต์ที่เป็นสัญญาณซิงค์โครไนซ์และ timing

          - การเพิ่มของ counterในส่วนของ hyperframe

          - การ decode โปรโตคอลL1 inband

          - การ decodeไบต์การควบคุมและจัดการในส่วนของ HDLC กับอีเทอร์เนต

          - การติดตามการให้บริการบนพอร์ต

               

          รูปที่ 24 แสดงตัวอย่างผลการวิเคราะห์พารามิเตอร์ของระนาบควบคุมและจัดการ

 

 

รูปที่ 24 การวิเคราะห์พารามิเตอร์ของระนาบควบคุมและจัดการ

 

          ข้อสังเกต ก่อนการทดสอบโปรโตคอล CPRI เจ้าหน้าที่ควรตรวจสอบการเชื่อมโยงแบบพื้นฐานที่กล่าวไปข้างต้น เพื่อให้สามารถแยกแยะสาเหตุของปัญหาที่อาจเกิดขึ้นจากความสกปรกหรือความบกพร่องของจุดต่อต่าง ๆ

 

3. ระบบจานสายอากาศแบบกระจาย

 

          ในการรองรับบริการข้อมูลความเร็วสูง เช่น วิดีโอ ที่เกิดขึ้นเฉพาะบางพื้นที่ ผู้ให้บริการจะอาศัยเครือข่าย small cell ซึ่งให้ทั้งความจุและขอบเขตการให้บริการ โดยใช้ระบบจานสายอากาศแบบกระจาย (distributed antenna systems , DAS) มาสร้างเป็นเครือข่าย แม้ว่าเทคโนโลยี DAS จะมีใช้งานมาระยะหนึ่ง แต่ด้วยนวัตกรรมในปัจจุบันของระบบ DAS และเครือข่ายเส้นใยแก้วนำแสง ทำให้การนำ DAS มาใช้งาน ไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการของ small cell แต่ยังรวมถึงการสนับสนุนให้เกิดประสิทธิภาพของการใช้แบ็กฮอลล์กับ small cell ด้วย

 

3.1 ความรู้ทั่วไป

 

          ระบบจานสายอากาศแบบกระจาย หรือ DAS คือ เครือข่ายของโหนดจานสายอากาศที่ถูกแยกออกมา โดยโหนดเหล่านี้จะเชื่อมต่อผ่านตัวกลางไปยังอุปกรณ์ต้นทางที่ใช้ร่วมกัน เพื่อสนับสนุนการให้บริการของระบบไร้สายในบริเวณที่กำหนด รวมถึงภายในอาคารต่าง ๆ บนแบนด์ความถี่และเทคโนโลยีที่หลากหลาย ด้านต้นทางของระบบ DAS ส่วนใหญ่จะถูกเลือกให้อยู่ในสถานีฐานที่เป็น hub หลัก เพื่อกระจายสัญญาณไปยัง hub อื่น ผ่านเครือข่ายเส้นใยแก้วนำแสงแบนด์วิดธ์สูง ส่วนที่จานสายอากาศแต่ละแห่งก็จะมีการแปลงสัญญาณระหว่างสัญญาณดิจิตอลกับสัญญาณความถี่วิทยุ

 

          เมื่อมีการนำสัญญาณมาผ่านกระบวนการแปลงให้เป็นสัญญาณดิจิตอล ระบบ DAS ก็จะสามารถขนส่งสัญญาณออกไปได้โดยไม่มีข้อจำกัดของความแรงสัญญาณ ซึ่งแตกต่างจากระบบอนาลอกเดิมที่ขนส่งสัญญาณวิทยุบนเคเบิลโคแอกเชียล ระบบ DAS จะถูกนำมาใช้กับสถานที่สำคัญต่าง ๆ ในเมือง เพื่อเพิ่มศักยภาพในการให้บริการ หรือผู้ให้บริการบางรายอาจเน้นขยายขอบเขตการให้บริการเพียงอย่างเดียวก็สามารถทำได้เช่นกัน สำหรับการติดตั้งจานสายอากาศก็จะมีความสะดวก เพราะสามารถนำไปยึดเกาะได้ทั้งเสาไฟและเสาโทรศัพท์ การติดตั้งแบบนี้จะอาศัยโครงสร้างภายนอกน้อยกว่าแบบที่มีการกระจายโดยเอาอุปกรณ์วิทยุมาติดตั้งร่วมด้วย

 

          เมื่อเปรียบเทียบการแก้ปัญหาด้านความจุและขอบเขตพื้นที่บริการระหว่างระบบ DAS กับ picocell/ microcell แม้ว่า cell ทั้งสองรูปแบบจะมีราคาถูกและติดตั้งง่าย แต่ cell เหล่านี้ก็จะรองรับความถี่เพียงแบนด์เดียว ทำให้ได้ความจุต่ำ และถ้าเป็น picocell ซึ่งรองรับผู้ใช้บริการพร้อมกันไม่กี่คน ก็อาจกลายเป็นข้อจำกัดของเครือข่ายได้ นอกจากนี้แต่ละ picocell และ microcell ก็ยังต้องการการเชื่อมต่อแบ็กฮอลล์ของตัวเองแยกต่างหาก ส่งผลให้มีต้นทุนในการดำเนินการสูง ซึ่งเงื่อนไขดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้นกับระบบจานสายอากาศแบบกระจาย

 

          อย่างไรก็ตาม ในการใช้ระบบจานสายอากาศแบบกระจาย ผู้ให้บริการก็ยังมีข้อควรพิจารณา คือ

 

          1) ระยะเวลาที่ต้องการขอบเขตการให้บริการเพิ่มเติม ซึ่งส่วนใหญ่ผู้ให้บริการจะต้องการให้เกิดขึ้นเร็วที่สุด ดังนั้นในการเลือกผู้ที่มาทำงาน จึงต้องเน้นทีมงานที่มีประสบการณ์ เข้าใจเงื่อนไขของการติดตั้ง เพื่อลดเวลาการอบรมและช่วยให้ได้การติดตั้งที่สมบูรณ์

          2) การทำข้อตกลงกับเจ้าของพื้นที่หรืออาคาร

          3) การติดตั้งจะต้องหลีกเลี่ยงไม่ให้มีข้อด้อยที่อาจนำมาสู่เหตุเสียในอนาคต เนื่องจากการเข้าแก้ไขที่หน้างานอาจต้องใช้เวลาขออนุญาตเข้าสถานที่นาน

          4) มาตรฐานการติดตั้งและขั้นตอนการทำงานควรครอบคลุมทุกระบบ เนื่องจากผู้ให้บริการจะได้สามารถนำระบบจานสายอากาศแบบกระจายมาใช้กับเทคโนโลยีระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ในยุคต่าง ๆ เช่น ระบบ GSM, CDMA

 

3.2 การตั้งค่าระบบ DAS

 

          ระบบจานสายอากาศแบบกระจาย จะเชื่อมต่อกับเครือข่ายโมบายแบ็กฮอลล์ที่ใช้เทคโนโลยีตัวกลางเป็นเส้นใยแก้วนำแสง ภายในระบบเองก็ยังมีการเชื่อมต่อด้วยเส้นใยแก้วนำแสงจากชุดแปลงแสง (optical conversion) ไปยังชุดจานสายอากาศระยะไกลหรือ RAU (remote antenna unit) ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้เป็นแบบ single mode สำหรับการเชื่อมต่อถัดจาก RAU ไปยังจานสายอากาศในบริเวณต่าง ๆ ก็จะใช้สายเคเบิลโคแอกเชียลต่อไปยังอุปกรณ์แยกสายก่อนดังแสดงในรูปที่ 25

 

 

รูปที่ 25 แผนภาพระบบจานสายอากาศแบบกระจาย

 

          สำหรับประสิทธิภาพที่ได้จากการใช้งานระบบ DAS จะสรุปได้ดังนี้

 

          1) ระบบ DAS สามารถรองรับการให้บริการบนแบนด์ความถี่ที่หลากหลายด้วยจานสายอากาศเพียงชุดเดียว

          2) ระบบ DAS ทั้งหมดจะใช้การเชื่อมโยงแบ็กฮอลล์ร่วมกัน ซึ่งสามารถรองรับการให้บริการผู้ใช้งานได้เป็นจำนวนมาก

          3) ระบบ DAS จะมีจุดรวบรวมสัญญาณที่สถานีหลัก ซึ่งใช้สื่อสัญญาณร่วมกัน เช่น ที่สถานีหลักจะให้บริการบนแบนด์ความถี่ทั้งหมด 8 ความถี่ผ่านเส้นใยแก้วนำแสงชุดเดียวในลักษณะ 8:1 แต่ถ้าเป็น picocell หรือ microcell ก็ต้องแยกออกมา 8 ชุด

          4) ผู้ให้บริการสามารถนำเทคโนโลยีลดการใช้ทรัพยากรมาเสริมได้ ตัวอย่างเช่น การเพิ่มสถานีฐานเข้าไปในการเชื่อมโยงของสถานีหลักโดยอาศัยฟังก์ชัน add-drop ทำให้ไม่ต้องมีการเพิ่มจานสายอากาศ

 

          นอกจากนี้ ยังสามารถใช้เทคนิคการมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นแสง เพื่อลดจำนวนเส้นใยแก้วนำแสงที่จำเป็นต้องใช้ (รวมถึงยังช่วยลดงานเดินสายและการตัดต่อ) ซึ่งทางเลือกแรกสามารถทำได้โดยใช้ระบบ CWDM (coarse wave division multiplexing) หรือ DWDM (dense wave division multiplexing) เพื่อขยายความจุในการขนส่งบนเส้นใยแก้วนำแสง ส่วนอีกทางเลือกคือการใช้การเชื่อมโยงความจุสูง เช่น 10 Gbps บนระบบ CWDM/DWDM ซึ่งสามารถรองรับสเปกตัมได้ถึง 225 MHz

 

          5) มีการขนส่งทราฟิกเป็นรูปแบบดิจิตอลทั้งหมดจากสถานีหลัก ทำให้ไม่เกิดการลดทอนสัญญาณเดิม

          6) จากการที่ระบบ DAS สามารถรวมความจุของสถานีฐานที่อยู่ในการเชื่อมโยงไปยังจานสายอากาศ ทำให้ลดการใช้อุปกรณ์และช่วยให้การออกแบบและบริหารจัดการเครือข่ายง่ายขึ้น

 

          ดังนั้น ระบบจานสายอากาศแบบกระจาย หรือ DAS จึงเป็นระบบที่มีประสิทธิภาพในการกระจายสัญญาณวิทยุจากแหล่งกำเนิดร่วมกันของอุปกรณ์สถานีฐานหลักที่เป็น host ไปยังจานสายอากาศตามที่ต่าง ๆ ผ่านเครือข่ายเส้นใยแก้วนำแสง

 

3.3 ระบบ DAS กับ FTTx

 

          วิธีหนึ่งในการหลีกเลี่ยงงานสร้างเครือข่ายเส้นใยแก้วนำแสงทั้งหมดของระบบ DAS ก็คือการหาผู้ให้บริการเช่าวงจรบนเครือข่าย FTTx รูปที่ 26 แสดงการวางระบบ DAS บนเครือข่ายเส้นใยแก้วนำแสง FTTx 

 

          การวางระบบ DAS บนเครือข่ายเส้นใยแก้วนำแสง FTTx ที่มีลักษณะสำคัญ ดังนี้

 

          1) เครือข่าย FTTx ถูกใช้เพื่อกระจายสัญญาณความถี่วิทยุ

          2) สถานีฐานหลักตั้งอยู่ที่ศูนย์ควบคุมกลาง ซึ่งสามารถเข้าถึงแหล่งทรัพยากร host

          3) สัญญาณความถี่วิทยุจากสถานีฐาน ถูกนำพาผ่านเครือข่ายเส้นใยแก้วนำแสงไปยังระบบจานสายอากาศบรอดแบนด์แบบกระจายที่ติดตั้งอยู่ภายในอาคารต่าง ๆ

          4) เส้นใยแก้วนำแสงถูกใช้เพื่อการให้บริการทั้งแบบที่ใช้สายและแบบไร้สาย

          5) มีการใช้โหนด access ไร้สายแบบ multi-band บนโครงสร้างพื้นฐาน

 

          และการที่ผู้ให้บริการเช่าวงจรอาจมีความสามารถในการให้เช่าพื้นที่ (ซึ่งสอดคล้องกับขอบเขตพื้นที่ให้บริการ) ก็จะยิ่งเป็นประโยชน์กับผู้ให้บริการระบบ DAS ที่จะมีทางเลือกสำหรับสถานที่ติดตั้งจานสายอากาศ โดยไม่ต้องไปสร้างสถานีใหม่

 

          สำหรับมุมมองของผู้ให้บริการเช่าวงจรบนเครือข่ายเส้นใยแก้วนำแสง FTTx ก็จะได้ประโยชน์ ดังนี้

 

          1) สามารถนำเส้นใยแก้วนำแสง ที่นอกเหนือจากการสำรองไว้ใช้กับเครือข่ายมาให้เช่าใช้ได้

          2) ในกรณีที่ไม่มีเส้นใยแก้วนำแสงว่าง ก็สามารถให้บริการเป็นการเช่าความยาวคลื่นบนระบบ CWDM/DWDM

          3) สามารถใช้ตัวแยกแสงมาใช้ในการเชื่อมโยงจากสถานีฐานเพื่อไปหาชุดจานสายอากาศในที่ต่าง ๆ

          4) สามารถให้บริการเช่าใช้โครงสร้างพื้นฐานด้านอื่น ซึ่งช่วยให้การทำธุรกิจมีความหลากหลายมากขึ้น

 

 

รูปที่ 26 การวางระบบ DAS บนเครือข่ายเส้นใยแก้วนำแสง FTTx

 

จากที่กล่าวมานั้นพอสรุปใจความได้ว่า

 

          1) การเติบโตของทราฟิกระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่เป็นแรงขับเคลื่อนให้เกิดการพัฒนาเครือข่าย RAN โดยเฉพาะส่วนของ fronthaul ที่เปลี่ยนมาเป็น FTTA ที่เน้นการทำงานของสถานีฐานบนสัญญาณดิจิตอล ผ่านตัวกลางเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ RRU กับ BBU ที่เป็นเส้นใยแก้วนำแสง (ในด้านโปรโตคอลอาจมีการเปลี่ยนแปลงไปตามข้อกำหนดของ RRU และ BBU) โดยจะมีการใช้เคเบิลโคแอกเชียลเพียงระยะสั้น ๆ เพื่อต่อเข้าจานสายอากาศ การใช้ FTTA จะช่วยให้ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและค่าองค์ประกอบในการเดินสายถูกลง รวมถึงลดการใช้กำลังไฟฟ้าบนอุปกรณ์ ซึ่งในการออกแบบบางครั้งอาจลดได้ถึงครึ่งหนึ่งของความต้องการใช้ไฟฟ้าเดิม

 

          2) ผู้ออกแบบควรเลือกจำนวนเส้นใยแก้วนำแสงทั้งที่เป็นเคเบิลแบบ trunk cable หรือแบบไฮบริด ให้เหมาะสมกับความต้องการและมีเหลือเพียงพอเพื่อการขยายระบบในอนาคต

 

          3) ผู้ให้บริการที่ใช้ FTTA จำเป็นต้องหาผู้ปฏิบัติงานที่มีความรู้และทักษะเกี่ยวกับเคเบิลใยแก้วทั้งการติดตั้งและการทดสอบ รวมถึงทักษะในการแก้ปัญหาการเชื่อมโยงด้วยแสง

 

          4) ระบบ DAS เป็นระบบที่มีการบริหารจัดการ hub และจานสายอากาศแบบกระจายที่ติดตั้งตามสถานที่ต่าง ๆ โดยในการวางโครงข่ายระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ ผู้ให้บริการจะนำระบบ DAS มาเสริมการบริการ เช่น การติดตั้งใช้ในตำแหน่งที่สัญญาณอ่อนหรือไม่มีสัญญาณ เพื่อเพิ่มขอบเขตพื้นที่บริการให้ครอบคลุมมากขึ้น หรือนำมาสนับสนุนการให้บริการรูปแบบใหม่ในบริเวณที่กำหนด