มาตรฐาน WIFI6E ดียังไง?

กสทช.ประกาศอนุญาติให้ใช้งานความถี่ย่าน 6GHz เมื่อวันที่ 28 เมย. 2566 แล้วครับ

ขอเกริ่นคร่าวๆ มาทำความรู้จักคลื่นวิทยุนิดนึงนะครับ

คลื่นวิทยุ

หรือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คำว่าคลื่นก็หมายถึงมีการแกว่งขึ้นลง การแกว่งขึ้นลงหนึ่งรอบจะนับเป็น 1 ลูกคลื่น ทีนี้เราก็จะนำมาเทียบกับระยะเวลาใน 1 วินาที มันจะมีกี่รอบลูกคลื่น เราจะเรียกรอบลูกคลื่นนี้ว่า "ความถี่" โดยมีหน่วยเป็น Hz

ถ้า 1Hz ก็คือ ใน 1 วินาทีมีวงรอบคลื่นรอบเดียว

WAVE

อ้อ..จากรูปมันแค่ แกน X, แกน Y มันมีแกน Z อีกนะครับ ไม่กล่าวถึงละกัน ยาว ^^

พอเรารู้ว่ามีคลื่นวิทยุอยู่ในโลก...

ก็คิดได้ว่า ถ้าเราจะเอาข้อมูลที่เราต้องการส่งไปที่ระยะไกลๆ โดยการแปะข้อมูลเข้าไปกับคลื่นวิทยุที่เครื่องส่ง และ เครื่องรับทำการถอดข้อมูลนั้นๆออกจากจากคลื่น การใช้คลื่นวิทยุเพื่อการรับ-ส่งข้อมูลก็เริ่มพัฒนาขึ้นมาอย่างต่อเนื่อง

ลองนึกภาพ วิทยุ FM ครับ

ฝั่งส่ง ใช้คลื่นวิทยุที่ความถี่ 96.5MHz แปะเสียงอาจารย์วีระช่วงบ่ายสาม เครื่องส่งวิทยุ ส่งคลื่นออกมาพร้อมข้อมูลเสียง ฝั่งเครื่องวิทยุ FM ที่รับ เราก็ต้องปรับให้มันสามารถรับคลื่น 96.5MHz ได้ จากนั้นวงจรที่อยู่ข้างในก็ถอดเสียงออกมาจากคลื่น นำไปเข้าภาคขยายสัญญาณเสียงไปที่ลำโพงให้เราได้ยินเสียง หลักการก็ประมาณนี้

คลื่นวิทยุ เป็นสิ่งที่เรามองไม่เห็น แต่รู้ว่ามันมี และ มันก็มีข้อจำกัดของมันอยู่

1. ยิ่งความถี่ต่ำๆ (ใน 1 วินาที มีคลื่นไม่กี่ลูก) การทะลุทะลวงของคลื่น จะผ่านสิ่งกีดขวางได้ดีมาก ส่วนความถี่สูงๆ ยิ่งสูงมาก ยิ่งไม่ทะลุสิ่งกีดขวาง แล้วดันยังมีการสะท้อนกลับอีก พวกเรดาร์ตรวจจับวัตถุ เลยใช้ประโยชน์ในข้อนี้ ยิงคลื่นความถี่สูงออกไปเจอเครื่องบินรบ คลื่นมันก็จะสะท้อนกลับ แล้วคำนวนเป็นระยะทาง

2. ยิ่งความถี่สูงๆ (ใน 1 วินาที มีคลื่นหลายๆลูก) การนำข้อมูลไปแปะจะทำได้มากขึ้น เพราะเวลาเราเทียบความเร็ว เราจะใช้เวลาในหน่วย 1 วินาที ถ้าใน 1 วินาทีมันแปะข้อมูลได้มากขึ้น มันก็จะส่งข้อมูลเร็วขึ้น เช่น ถ้าเป็น Data เราจะเทียบจำนวนข้อมูลที่ได้กับระยะเวลา ยกตัวอย่างแบบมองภาพง่ายๆนะ ความถี่ต่ำๆ 1MHz เราแปะตัวอักษรไว้ อักษรละ 1 ลูกคลื่น ก็จะได้ 1Mbps (ส่ง 1 ล้านอักษร ต่อ 1 วินาที) ถ้าเป็นความถี่ที่สูงกว่า อาจจะได้ 2Mbps (ส่ง 2 ล้านอักษรต่อ 1 วินาที)

3. ระยะทางยิ่งไกล ความแรงของคลื่นวิทยุยิ่งอ่อนลง

4. คลื่นวิทยุที่ถูกส่งมาด้วยความถี่เดียวกัน มาจาก 2 แหล่ง หรือ มากกว่า หรือ แหล่งเดียวกัน แต่คลื่นบางส่วนมันเด้งสะท้อนกลับมาชนกันเอง เวลาคลื่นความถี่เดียวกันมาเจอกัน มันจะมาแทรกกัน เรื่องนี้อธิบายยาวมากกกก สรุปก็คือสัญญาณมันจะรบกวนกันครับ (Interference) ทำให้การสื่อสารผิดเพี้ยนไป

รูป (1) เปิดเครื่องส่ง A สัญญาณที่ควรจะเป็น
รูป (2) เปิดเครื่องส่ง A และ B สัญญาณถูกบิดเบือนไปจากเดิม
wave-interference

ฯลฯ

คลื่นวิทยุมีประโยชน์มหาศาลมากครับ อย่างด้านการสื่อสาร ทำให้เราสื่อสารกับอีกฝั่ง อยู่ห่างกันเป็นร้อยๆกิโลด้วยความรวดเร็ว

ทีนี้... คลื่นวิทยุ ถ้าใครเป็นด้านอิเล็กทรอนิกส์ ก็แค่ประกอบวงจรถาคส่ง ภาครับ ใช้งานกันเองได้สบายๆ

จะเกิดอะไรขึ้น ถ้าบ้าน A ทำวิทยุกระจายเสียงใช้คลื่นความถี่ 96.5MHz และ บ้าน B ก็ทำวิทยุ 96.5MHz คลื่นความถี่เดียวกัน

คลื่นวิทยุ มันจะรบกวนกันครับ เป็นข้อจำกัดของมัน ใครทำเครื่องส่งที่มีกำลังส่งแรงกว่า ก็ชนะไป จากนั้นก็อาจจะแข่งกันเพิ่มกำลังส่ง หรือ ไปใช้ความถี่อื่นๆ

แต่..ประชากรมีเป็นแสนเป็นล้าน ถ้าทำไม่ยาก มีประโยชน์ หลายๆคนก็อยากมีวิทยุรับส่งส่วนตัวไว้ใช้งานกันทั้งนั้น ต้องมีปัญหาทะเลาะกันแน่ๆ รวมถึงปัญหาเรื่องความมั่นคงอีก เลยจำเป็นต้องมีหน่วยงานมาจัดการเรื่องคลื่นวิทยุพวกนี้

ถ้าอเมริกาก็จะเป็น FCC (Federal Communications Commission) ส่วนประเทศไทยก็ กสทช. (คณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ) เพื่อมาจัดสรรว่าใครจะได้คลื่นวิทยุคลื่นไหนไปใช้ได้บ้าง

จะแบ่งเป็น Unlicense (ใช้งานคลื่นที่กำหนดได้โดยไม่ต้องไปทำเรื่องขออนุญาติ แต่ก็จะมีกฏระเบียบเพิ่มเติมอยู่) และแบบ License ก่อนใช้ ต้องไปขออนุญาติก่อน

โดยหลักการ คลื่นวิทยุถือว่าเป็นทรัพยากรที่มีจำนวนจำกัด ต่างคนต่างอยากนำไปใช้ส่วนตัว หรือ ทางธุรกิจ เมื่ออยากได้เหมือนๆกัน ของมีจำกัด ก็เลยต้องมีการเปิดประมูลขึ้นมา ใครที่จ่ายมากก็หมายถึงคนๆนั้นเขาคำนวนแล้วว่านำคลื่นวิทยุไปใช้ได้ประโยชน์สูงสุด รัฐก็ได้ประโยชน์ไปด้วย ประมาณนี้ละครับ

ในวงการ Network ได้เห็นข้อดีของการนำคลื่นวิทยุมาใช้ในการสื่อสาร เลยนำมาใช้บ้าง ได้มีการกำหนดมาตรฐานในการรับส่งข้อมูลด้วยหน่วยงานที่ชื่อว่า IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) เพื่อให้ทุกยี่ห้อสามารถสื่อสารใช้งานด้วยกันได้

อุปกรณ์ Network ที่สื่อสารกันด้วยคลื่นวิทยุที่เราคุ้นเคย คือ Access Point, Wireless Router (เป็นอุปกรณ์ Router ที่เพิ่ม Access Point เข้ามา)

การนำข้อมูลเข้าไปแปะในคลื่นวิทยุก่อนทำการส่งสัญญาณออกไป เราจะเรียกว่าการ Modulate และ ฝั่งรับ รับคลื่นวิทยุที่มีข้อมูลแปะมาด้วยเข้ามา แล้วทำการแยกข้อมูลออกจากคลื่นวิทยุ เราจะเรียกว่าการ Demodulate

และ คลื่นวิทยุที่ประเทศต่างๆยอมให้ใช้ในอุปกรณ์ Network ตามบ้าน ตามสำนักงานได้อย่างอิสระ มันมีไม่เยอะ มีแค่ 2.4GHz และ 5GHz บางส่วน ไอ้ครั้นจะให้คลื่นความถี่มาใช้กันเยอะๆ มันก็มีงานด้านอื่นๆที่ไม่ใช้งานด้าน Network เลยจำเป็นต้องมีการพัฒนารูปแบบ การ Modulate/Demodulate โดยมีโจทย์คือ ให้ส่งข้อมูลได้มากที่สุดและไวที่สุดในคลื่นวิทยุที่ได้มา

ก็ประมาณ เราจะส่งพัสดุที่มีกล่องหลายๆขนาด จับยัดลงไปในรถส่งของ จะออกแบบยังไงให้ใส่พัสดุเข้าไปได้เยอะที่สุด ส่งถึงผู้รับได้เร็วที่สุด และกล่องพัสดุไม่หายไปไหน

การพัฒนามาตรฐานการ Modulate/Demodulate ไล่มาตั้งแต่

Wi-Fi 1 (IEEE 802.11b) : DSSS
Wi-Fi 2 (IEEE 802.11a) : OFDM + QAM
Wi-Fi 3 (IEEE 802.11g) : DSSS + OFDM
Wi-Fi 4 (IEEE 802.11n) : OFDM + MIMO + 64QAM
Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac) : OFDM + MIMO + 256QAM
Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) : OFDMA + MU-MIMO + 1024QAM
ตอนนี้ล่าสุด Wi-Fi7 (IEEE 802.11be) ยังไม่ได้กำหนดการ Modulate อย่างเป็นทางการ แต่คาดว่าน่าจะเป็น OFDMA + MU-MIMO + 4096QAM

เดี๋ยวนี้เขาเรียก มาตรฐานไวไฟห้า มาตรฐานไวไฟหก แทนการเรียก มาตรฐานเอซี มาตรฐานเอเอ๊กซ์ กันแล้วนะครับ ^^

มาตรฐานแรก เป็นมาตรฐาน IEEE802.11b/g/n ย่านความถี่แรกที่นำมาใช้จะเป็น ย่านความถี่ 2.4Ghz (1,000 Hz = 1kHz, 1,000KHz = 1MHz, 1,000MHz = 1GHz) ก็คือ 2.4 พันล้านคลื่นใน 1 วินาที

2.4GHz เป็น Unlicense กสทช.อนุญาติให้ใช้โดยที่เราจะมาใช้ไม่ต้องไปขออนุญาติ แต่ก็มีข้อกำหนด เช่น กำลังส่งสูงสุดครับ

wifi 2.4ghz channels

คำว่า 2.4Ghz เป็นการเรียกรวมๆ ข้างในจะมีแบ่งย่อยเป็นความถี่อย่างละเอียดอีก ตั้งแต่ 2.412GHz - 2.472GHz แต่คงลำบากเวลาเรียก เราเลยเรียกเป็น Channel แทน เช่น ความถี่ 2.412GHz จะเรียกเป็น Channel 1 หรือ 2.437GHz เรียก Channel 6

การใช้งานคลื่นวิทยุ มันจะมีเรื่อง ความกว้างของคลื่น มาเกี่ยวข้อง (Channel Width) ยิ่งมีความกว้างมาก ข้อมูลที่ไปเกาะก็จะยิ่งมากขึ้นอีก ถ้าตามมาตรฐาน IEEE ก็จะเริ่มที่ 20MHz

ช่วงยุคแรกๆ 2.4GHz ถ้าเราใช้ความกว้าง (Channel Widht) ที่ 20MHz จากรูป จะเห็นว่า มันไปทับซ้อนกันกับคลื่นความถี่อื่นด้วย เช่น เราใช้ Channel 1 @20MHz (เริ่มนับตั้งแต่ 2.400GHz + 20MHz = 2.420GHz) มันจะไปทับ Channel 2 (2.417GHz) ที่ประมาณ 75%

พอเวลาผ่านไป... ราคาของพวกนี้มันถูกลง คนใช้งานกันมากขึ้น เพราะมันสะดวกจริง ไม่ต้องมาลากสายให้ยุ่งยาก และ เนื่องจากไม่ต้องขออนุญาติใช้งาน (Unlicense) ใครๆก็หาซื้อมาใช้ได้

เราก็จะเจอปัญหาคลื่นวิทยุชนกันกับของคนอื่นๆ เช่น ข้างบ้านด้านซ้าย ใช้ Ch.1 หน้าบ้านใช้ Ch.6 บ้านข้างหลัง Ch.11 หมด บ้านเราเองอาจจะใช้ Ch.2 สัญญาณจะถูกรบกวนจากบ้านด้านซ้ายมือ เมื่อสัญญาณรบกวนกัน ข้อมูลมันก็จะขาดๆหายๆ ได้รับไม่ถูกต้อง ต้องส่ง/รับกันใหม่ เลยทำให้การสื่อสารช้าลง

อารมณ์ประมาณโทรคุยกันครับ เสียงขาดๆหายๆ แทนที่จะคุยกันไม่ถึงนาทีรู้เรื่อง ฮัลโลๆๆ ได้ยินมั้ย อยู่นั้นแหล่ะ กลายเป็นคุยกัน 2-3 นาทีกว่าจะเข้าใจ พอวัดเป็นหน่วยเวลา ความหมายคือ การสื่อสารทำความเร็วได้ช้าลง

หลังจากนั้น มีย่านความถี่ 5GHz ออกมาให้ใช้งานกัน

ออกมาเป็นมาตรฐาน IEEE802.11a/n/ac/ax โดยเริ่มที่ความถี่ 5.170GHz - 5.815GHz มีช่องความถี่ให้ใช้งานมากขึ้น และ ความถี่ที่สูงขึ้น รวมถึงรูปแบบการ Modulate/Demodulate ที่พัฒนามาอย่างต่อเนื่อง ทำให้ปริมาณในการส่งข้อมูลต่อ 1 วินาทีได้มากกว่า 2.4GHz หลายเท่าตัว

แต่ข้อเสียของย่านความถี่สูงๆ คือ การทะลุทะลวงสิ่งกีดขวางได้น้อยมากๆ เพราะฉะนั้นต้องเลือกตามลักษณะการใช้งานครับ ช้าแต่ไกล อาจจะเป็นพวก iOT ก็ไปใช้ 2.4GHz ถ้าเร็วแต่ใกล้ ก็ 5GHz แต่ก็ต้องติดตั้งหลายตัวหน่อย เพื่อให้สัญญาณ WIFI มันครอบคลุมตำแหน่งที่เราใช้งาน

wifi 5ghz channels

จากรูป ย่าน 5GHz ทาง FCC จะแบ่งเป็นกลุ่มไว้ UNII-1 , UNII-2 และ UNII-3 (FCC Domain) สังเกตุที่ Channel Width @20MHz แต่ละ Channel จะไม่ทับกัน ไม่เหมือนกับ 2.4GHz ที่มีความถี่ที่ทับกันอยู่ใน Channel ใกล้ๆกัน

แต่เนื่องจาก ย่าน 5GHz มันใช้ในงานเรดาร์ด้วยครับ จะอยู่ในช่วงที่เป็น DFS Channels (DFS: Dynamic Frequency Selection) เริ่มตั้งแต่ 5.250GHz - 5.710GHz ในรูปจะเป็นช่องสีส้มๆ

ที่นี้ถ้าเราปรับค่า Channel ใน Access Point (AP) ให้อยู่ในช่วงความถี่ DFS มันจะเป็นข้อตกลงของอุปกรณ์ว่า ตอน Boot AP ตัว AP ต้องทำการ Scan คลื่นแถวนั้นว่ามีคลื่นจาก Radar ออกมาหรือไม่ จะใช้เวลาประมาณ 1 นาที ถ้าไม่เจอ ก็จะปล่อย WIFI ออกมา แต่ถ้าเจอ ตัว AP มันจะเปลี่ยนไปใช้คลื่นอื่นๆ

ช่วงเวลาที่ AP ทำงาน มันก็จะคอย Scan ตัว Radar ไปเรื่อยๆ ถ้าไม่เจอแล้ว มันก็ปรับกลับมาเป็นความถี่ที่เราตั้งไว้ การปรับเปลี่ยนความถี่ช่วงเวลาใช้งาน มันทำให้หลุดการเชื่อมต่อครับ ถ้าเลี่ยงช่อง DFS ได้ ถ้าบ้าน หรือ ตำแหน่งที่ติดตั้ง AP อยู่ใกล้ๆสนามบิน แนะนำให้เลี่ยงครับ

ส่วน Channel ที่เป็น Weather Radar เป็น Radar ตรวจจับสภาพอากาศ ถ้า AP เรา ไป Scan เจอ มันจะปิดไม่ปล่อย WIFI เลย ประมาณ 10 นาที

การเพิ่ม Channel Width เป็นการใช้ความถี่ที่กว้างมากขึ้น ทำให้การสื่อสารไวมากขึ้น เช่นถ้าเปลี่ยนเป็นใช้ 40MHz ก็หมายถึง เร็วมากกว่า 20MHz ถึง 2 เท่า แต่..เราต้องใช้ ถึง 2 Channel ถ้าดูจากรูปซ้ายสุด คือ Channel 36 และ 40 และถ้าต้องการใช้ @80MHz ก็ต้องใช้ Channel 36,40,44,48

ยัง...ความเร็วที่ได้ยังไม่สะใจพอ ไปซื้อ Access Point ที่เป็น WIFI6 รุ่นล่าสุดมา รองรับ Channel Width ได้ถึง 160MHz และถ้าเรากำหนดค่า Channel Width ที่ 160MHz หมายถึง AP ตัวนั้นต้องใช้ Channel 36-64 กันเลย แล้วจากการที่เป็นคลื่น Unlicense ชาวบ้านก็อยากได้ความเร็วสูงๆเหมือนกัน ซื้อหามาใช้กันเยอะ สัญญาณก็ต้องมารบกวนกับของเราแน่ๆ

สรุป... แถวๆนั้น ถ้าไม่มีคนอื่นใช้ 5GHz อยู่ แล้วเราจะเลือกใช้ Channel Width 160MHz เราจะติด AP ได้แค่ 2 ตัว เพื่อไม่ให้คลื่นความถี่ทับซ้อนกัน และ AP ตัวที่ 2 ต้องไปใช้ช่อง DFS (Channel 104 - 128) ด้วย แต่ถ้ามีคนอื่นใช้อยู่ค่อนข้างเยอะ การปรับ Channel Width ที่ 160MHz จะทำให้ช้าลงครับ

ข้อจำกัดของคลื่นวิทยุ 2.4GHz และ 5GHz กับ มันตามไม่ทันกับเทคโนโลยี่ด้านความเร็ว Internet เลยเป็นปัญหามาซักพักใหญ่ๆ

ปัจจุบันเลยมีการใช้ความถี่ 6GHz ในการสื่อสารข้อมูล ร่วมกับมาตรฐาน WIFI6 (IEEE 802.11ax) จะเรียกว่า WIFI 6E (E คือ Extended)

** ในประเทศไทย กสทช ได้ประกาศอนุญาติให้ทุกคนสามารถใช้ได้เมื่อวันที่ 28 เมย. 2566 **

6 GHz Wi-Fi channels

โดยมีคลื่นความถี่ 5.925 - 6.425GHz เพิ่มขึ้นมา (กลุ่ม UNII-5) และ ในกลุ่มนี้ไม่มีคลื่น Radar มาให้กวนใจ ทำให้เราติดตั้ง AP ใช้ Channel Width ที่ 160MHz ได้เพิ่มถึง 3 ตัว (15, 47 และ 79)

แต่จากการใช้งานทั่วๆไป การใช้ Channel Width ที่ 80MHz ก็ได้ความเร็วเหนาะ 400-600Mbps แล้วครับ ทำให้เราสามารถติดตั้งได้เพิ่มถึง 6 ตัว ในโซนเดียวกัน ไม่รวม Channel เดิมที่เป็น UNII-1, UNII-2, UNII-3 (จากรูป Ch.7, 23, 39, 55, 71, 87)

เกริ่นมาซะเยอะ พิมพ์เรื่อง WIFI 6E ไม่ถึง 10 บรรทัด พวกทฤษฏีต่างๆที่เกี่ยวข้อง เช่นการ Modulate/Demodulate ในมาตรฐานต่างๆ ถ้ามีโอกาสจะอธิบายให้ละเอียดขึ้นนะครับ ^^

สรุปสั้นๆครับ

1. WIFI 6E มันคือมาตรฐาน WIFI6 (IEEE 802.11ax) ที่เพิ่มความถี่ 6GHz เข้ามา (E คือ Extended)
2. มี Channel ให้เลือกใช้มากขึ้น ช่วยลดปัญหาคลื่นวิทยุชนกันเอง
3. ต้องมี Client ที่รองรับ WIFI 6E ด้วยครับ ยังหายากอยู่ ถ้า Client รองรับ WIFI6 แต่ไม่รองรับ WIFI 6E มันก็จะเชื่อมต่อ WIFI6 แบบปกติ
4. กสทช. อนุญาติให้ใช้งานได้แล้ว