สารบัญ
 อภิธานศัพท์ (Glossary)
 บทคัดย่อ(ไทย อังกฤษ)
 บทนำ
หลักการพื้นฐานของอัลตราไวด์แบนด์
 สัญญาณอัลตราไวด์แบนด์
 โครงสร้างพื้นฐานเครื่องส่งและเครื่องรับอัลตราไวด์แบนด์
 คุณลักษณะเด่นของสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์
 จดหมายเหตุ
 บรรณานุกรม
บทสารานุกรมอื่น ๆ
โทรคมนาคม: นิยามและความหมาย
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๑ - โทรเลขและโทรศัพท์
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๒ - คลื่นวิทยุและการสื่อสารไร้สาย
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๓ - การ
สื่อสารด้วยแสงและการสื่อสารข้อมูลผ่านดาวเทียม
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๔-การสื่อสารข้อมูลและเครือข่าย
อินเทอร์เน็ต
ประวัติศาสตร์การสื่อสารไทย: ยุคอดีต
ประวัติศาสตร์การสื่อสาร
โทรคมนาคมไทย: วิวัฒนาการโทรเลขและโทรพิมพ์
ประวัติศาสตร์การสื่อสาร
โทรคมนาคมไทย: องค์การโทรศัพท์แห่งประเทศไทยกับกิจการโทรคมนาคม
ประวัติศาสตร์การสื่อสาร
โทรคมนาคมไทย: ยุคเครือข่าย
อินเทอร์เน็ต
พื้นฐานร่วมเทคโนโลยี
โทรคมนาคมกับการสื่อสาร
มวลชน
พื้นฐานกฎหมายเกี่ยวกับการประกอบกิจการโทรคมนาคม
ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้านสื่อสาร
วิทยาการการทดสอบทางโทรคมนาคม

วิทยาการวางแผนและการสร้างแผนที่นำทางเทคโนโลยี
โทรคมนาคม

เศรษฐศาสตร์โทรคมนาคม

โซ่คุณค่าของอุตสาหกรรมการสื่อสารโทรคมนาคม
พื้นฐานดัชนีวรรณกรรมสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าสื่อสารและ
แขนงที่เกี่ยวข้อง
วิวัฒนาการวิทยุโทรศัพท์ โทรศัพท์เคลื่อนที่และมาตรฐานโทรคมนาคมที่เกี่ยวข้อง
สมาคมวิชาการไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ โทรคมนาคมและสารสนเทศกับกิจกรรมวิชาการ
ชมรมไฟฟ้าสื่อสาร สมาคมสถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและความถี่วิทยุเพื่อการสื่อสาร
การบริหารจัดการทรัพยากรการสื่อสารวิทยุเบื้องต้น
รหัสมอร์สเพื่อการสื่อสาร
กล้ำสัญญาณพื้นฐานเพื่อ
การสื่อสาร
พื้นฐานเทคโนโลยีรหัสควบคุมความผิดพลาดสำหรับการ
สื่อสาร
พื้นฐานการแผ่สเปกตรัมสำหรับการสื่อสาร
หลักการของซีดีเอ็มเอ
หลักการเทียบจังหวะสัญญาณโทรคมนาคม
หลักการของปริมาณการใช้งานวงจรสื่อสารและหมายเลขโทรคมนาคม
โครงข่ายการสื่อสารข้อมูลความเร็วสูงเอสดีเอช
พื้นฐานคุณภาพการบริการในเครือข่ายการสื่อสาร
เครือข่ายเฉพาะที่
เทคโนโลยีเอทีเอ็ม 
อินเทอร์เน็ตโพรโทคอล
เวอร์ชัน ๖
โครงข่ายโทรคมนาคมยุคหน้า
 พื้นฐานสายส่งสัญญาณสำหรับการสื่อสาร
 วิทยาการโทรศัพท์พื้นฐานและโครงข่าย
 เทคโนโลยีชุมสายโทรศัพท์พื้นฐาน
หลักการของระบบตรวจสอบคู่สายโทรศัพท์พื้นฐาน
พื้นฐานระบบเทเลกซ์
หลักการทำงานเบื้องต้นของเครื่องโทรสาร
เทคโนโลยีสื่อสารผ่านสายความเร็วสูง: ดีเอสแอล
การสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า
โทรเลขเชิงแสง
พื้นฐานการสื่อสารเชิงแสง
พื้นฐานระบบสื่อสารด้วยเส้นใยนำแสง
พื้นฐานระบบเส้นใยนำแสงสู่บ้าน
ระบบสื่อสัญญาณแสงหลายช่องแบบ DWDM
พื้นฐานสายอากาศวิทยุเพื่อการสื่อสาร
สายอากาศฉลาด
เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายระยะใกล้
ระบบการระบุด้วยคลื่นวิทยุหรืออาร์เอฟไอดี
วิทยาการเครือข่ายไร้สายแบบไวไฟ
วิทยุสมัครเล่น
วิทยาการเครือข่ายตรวจวัดสัญญาณแบบไร้สาย
อัลตราไวด์แบนด์สำหรับการสื่อสารไร้สาย
ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ ๔๗๐ เมกกะเฮิรตซ์
การสื่อสารเหนือพื้นน้ำ
เครือข่ายเคเบิลใต้น้ำและ
การเชื่อมต่อในประเทศไทย
การแพร่ภาพโทรทัศน์พื้นฐาน
การพัฒนาเทคโนโลยี
เครือข่ายโทรทัศน์ไทยทีวีสี ช่อง
เทเลเท็กซ์
การสื่อสารบรอดแบนด์
การสื่อสารบรอดแบนด์ความเร็วสูงผ่านสายไฟฟ้า
เครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย
พื้นฐานโครงข่ายการสื่อสารร่วมระบบดิจิทัล
เทคโนโลยีเครือข่ายส่วนตัวแบบเสมือน
เครือข่ายคอมพิวเตอร์เพื่อโรงเรียนไทย
เทคโนโลยีการสื่อสารสำหรับระบบควบคุมการจำหน่ายไฟฟ้า
พื้นฐานระบบสื่อสารสำหรับการจ่ายไฟฟ้า
วิทยาการการสื่อสารข้อมูลจราจรผ่านคลื่นวิทยุกระจายเสียงเอฟเอ็ม
พื้นฐานระบบการสื่อสารเพื่อการบริหารทรัพยากรน้ำ
ระบบโทรมาตรเพื่อการ
ชลประทาน
ระบบการสื่อสารเพื่อการเตือนภัยสึนามิ
ระบบการสื่อสารเพื่อการแจ้งภัยและความปลอดภัยทางทะเล
ของโลก
พื้นฐานการสื่อสารกับหอเตือนภัย
เครือข่ายโทรคมนาคมเพื่อโครงการการพัฒนาภูเก็ต
ระบบสื่อสารกองทัพไทย
พื้นฐานการสื่อสารผ่าน
ดาวเทียม
ประวัติและพัฒนาการของดาวเทียมสื่อสาร
วิทยาการดาวเทียมธีออส
ดาวเทียมไทพัฒ
ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรประเทศไทย
การรังวัดด้วยดาวเทียมจีพีเอสเพื่อการสำรวจทางการแผนที่
ระบบสำรวจข้อมูลทางสมุทรศาสตร์และสภาพ
แวดล้อมทางทะเลโดยใช้เทคโนโลยีทุ่นลอยสื่อสารผ่านดาวเทียม

   อัลตราไวด์แบนด์สำหรับการสื่อสารไร้สาย
   (Ultra-wideband for wireless communications)

   กมล เขมะรังษี
   ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ
 

  ๑. อภิธานศัพท์ (Glossary)

 
 

  วิทยุแบบอิมพัลซ์ (Impulse Radio)

          ระบบสื่อสารวิทยุด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีการส่งสัญญาณด้วยคลื่นวิทยุ ที่มีขนาดแคบมาก หรือสั้นมากในทางเวลาหรือที่เรียกว่าอิมพัลซ์ ซึ่ง
          เป็นสัญญาณที่ปรากฏอยู่เพียงชั่วขณะแล้วหายไป โดยการส่งสัญญาณอิมพัลซ์ดังกล่าวต่อเนื่องกันในทางเวลาระหว่างเครื่องส่ง และเครื่องรับวิทยุ

  การแผ่สเปกตรัม (Spread Spectrum)

          เทคนิคการส่งสัญญาณ โดยการนำข้อมูลที่ต้องการส่ง ซึ่งมีขนาดความกว้างของสัญญาณแคบมาผสมกับสัญญาณที่มีขนาดความกว้างของ
          สัญญาณกว้างแล้วทำการส่งไปในช่องสัญญาณที่มีแถบความถี่กว้างเพื่อการใช้ประโยชน์จากความกว้างแถบความถี่ที่กว้างกว่าแถบความถี่ที่จำเป็น
          ในการส่งข้อมูล เพื่อการสื่อสาร ทำให้สัญญาณที่ส่งออกจากเครื่องส่ง มีความสามารถในการต่อต้านการถูกรบกวน ตรวจจับได้ยาก และมีความ
          หนาแน่น ของระดับความแรงของสัญญาณต่อแถบความถี่ต่ำ

  การกระโดดทางเวลา (Time-Hopping)

         เทคนิคการปรับเปลี่ยนตำแหน่งทางเวลา หรือช่วงเวลาย่อยในการส่งข้อมูลในหนึ่งคาบเวลา ทำให้ตำแหน่งในการส่งข้อมูลทางเวลาในคาบเวลา
         ก่อนหน้าและคาบเวลาหลังจากการกระโดด ไม่ปรากฎที่ตำแหน่งทางเวลาเดิม ตลอดช่วงของการสื่อสาร เป็นผลให้ข้อมูลถูกรบกวนหรือตรวจจับได้
         ยากขึ้น


  อัลตราไวด์แบนด์ (Ultra-wideband: UWB)

         เทคนิคการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีการใช้งานแถบความถี่หรือสเปกตรัมที่กว้างมากถูกใช้เป็นสัญญาณที่ใช้ในการส่ง และสะท้อนกับวัตถุกลับมา
         ที่เครื่องรับสำหรับตรววจับวัตถุในระบบเรดาห์ และเมื่อนำมาประยุกต์ใช้ ในการสื่อสารไร้สาย  สามารถส่งข้อมูลจำนวนมากได้เนื่องจากมีการใช้งาน
         ความถี่กว้างมากซึ่งอธิบายได้ด้วยทฤษฎีความจุ ของช่องสัญญาณของแชนนอน (Shannon’s Theorem)
  
 

  ๒. บทคัดย่อ up

          เทคโนโลยีการสื่อสารอัลตราไวด์แบนด์ซึ่งใช้สัญญาณพัลส์วิทยุที่มีช่วงความกว้างของพัลส์แคบมากทำให้พลังงานของสัญญาณถูกกระจายอยู่ในช่วงแถบความถี่ที่กว้างมากจึงถูกเรียกว่าอัลตราไวด์แบนด์นั้น มีความจุช่องสัญญาณมากซึ่งเป็นคุณลักษณะเด่นและเป็นหัวใจสำคัญซึ่งส่งผลให้สามารถส่งข้อมูลได้เป็นปริมาณมากและถูกนำมาประยุกต์ใช้เพื่อการสื่อสารข้อมูลมัลติมีเดียความเร็วสูงผ่านช่องสื่อสารแบบไร้สาย และด้วยคุณสมบัติของสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้สัญญาณคลื่นพาห์ดังเช่นในการสื่อสารแบบแถบความถี่แคบ ทนทานต่อการถูกตรวจจับสัญญาณ มีความสามารถในการนำมาใช้ในการวัดความแตกต่างของระยะทางได้อย่างแม่นยำ เครื่องรับส่งมีความซับซ้อนต่ำ ทำให้การสื่อสารอัลตราไวด์แบนด์ถูกนำมาประยุกต์ใช้ใน
สื่อสารการสื่อสารเชิงพาณิชย์โดยเฉพาะในระบบการสื่อสารไร้สาย


  Abstract
  up

        Ultra-wideband signal is a technology with high potential for high-speed multimedia wireless communications. It takes different approach in electromagnetic communications compared to fundamental of narrowband wireless communications. Moreover, ultra-wideband requires no carrier signal in order to communicate. Ultra-wideband technology offers several advantages such as resistance to jamming, large channel capacity, and simple transceiver architecture compare with fundamental of narrowband communication technology. As a result, this kind of is deployed to access a wide range of information for higher capacity and support many users of wireless communications.


  ๓. บทนำ up  

       พื้นฐานเทคนิคการสื่อสารอัลตราไวด์แบนด์ (Ultra-wideband : UWB) มีความแตกต่างจากเทคนิค ที่ใช้ในการสื่อสารประเภทอื่น โดยการสื่อสารอัลตราไวด์แบนด์นั้นใช้สัญญาณพัลส์วิทยุที่มีช่วงความกว้างของพัลส์แคบมากในการส่งและรับสัญญาณ ซึ่งทำให้สัญญานที่ส่งมีความกว้างแถบสัญญาณกว้างมาก ส่งผลให้มีความสามารถในการส่งข้อมูลที่มีปริมาณมาก และทนทานต่อการถูกสัญญาณกวนหรือแจมมิ่ง (Jamming) พื้นฐานการสื่อสารอัลตราไวด์แบนด์นั้นแท้จริงแล้วได้มีการทดลองใช้งานครั้งแรกมาตั้งแต่ยุคแรกเริ่มของการสื่อสารไร้สาย โดยในปี ค.. 1901 (.. ๒๔๔๔) มาโคนี่ (Guglielmo Marconi) ได้ทำการส่งสัญญาณคลื่นวิทยุ เพื่อใช้สื่อสารด้วยรหัสมอร์ส (Morse code) ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกโดยใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณ หรือสปาร์กแกบ (spark gap generator) ซึ่งทำงานโดยวงจร ซึ่งทำให้เกิดแรงดันสูงมากระหว่างช่องว่าง ของตัวนำสัญญาณซึ่งเรียกว่าช่องว่างการสปาร์ก ( spark gab ) ทำให้อากาศบริเวณนั้นแตกตัว  และกระแสไฟฟ้า  สามารถเดินทางผ่านอากาศได้  ซึ่งเรียกว่ากระแสสปาร์ก [] และทำให้เกิดสัญญาณคลื่นวิทยุในลักษณะของพัลส์ เพื่อใช้ในการส่งข้อมูลตัวอักษรในการสื่อสาร ซึ่งเป็นพื้นฐานเทคนิคการสื่อสารอัลตราไวด์แบนด์

หลังจากนั้นเครื่องส่งสัญญาณ ที่ใช้เทคนิคการส่งสัญญาณพัลส์ก็ถูกพัฒนา และนำมาใช้ในงาน ด้านการทหารซึ่งการใช้งานโดยทั่วไป จะถูกใช้งานสำหรับอุปกรณ์การสื่อสารด้วยเรดาห์ซึ่งทำให้สามารถแสดงภาพของวัตถุที่ถูกบดบัง ด้วยการส่งสัญญาณคลื่นวิทยุที่มีลักษณะเป็นพัลส์ ทะลุผ่านอุปสรรคกีดขวางเช่น เรดาห์ทะลุพื้นดิน หรือจีพีอาร์ (Ground Penetration Radar: GPR) [] จนกระทั่งเทคโนโลยีทางด้านวงจรอิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำได้ก้าวหน้าทำให้เทคโนโลยีอัลตราไวด์แบนด์ได้มีการนำมาประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการสื่อสารเชิงพาณิชย์สำหรับโดยเฉพาะในระบบสื่อสารไร้สาย ด้วยความสามารถในการส่งข้อมูลได้เป็นปริมาณมาก เพื่อใช้ในการสื่อสารข้อมูลแบบสื่อประสม (Multimedia communications) ซึ่งต้องการอัตราการส่งข้อมูลสูง มีการใช้พลังงานต่ำและมีราคาถูก รวมทั้งการนำไปใช้ในการหาตำแหน่งวัตถุที่มีความแม่นยำสูง และทนทานต่อสัญญาณรบกวน

  ๔. หลักการพื้นฐานของอัลตราไวด์แบนด์    up

         การสื่อสารแบบแถบความถี่แคบ (Narrow band communication) ซึ่งนิยมใช้ในการสื่อสารไร้สาย เช่น ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่จีเอสเอ็ม(Global System for Mobile communication: GSM) ระบบเครือข่ายเฉพาะที่ไร้สายหรือแลนไร้สาย (Wireless LAN: WLAN) นั้นใช้เทคนิคการผสมสัญญาณของรูปคลื่นสัญญาณวิทยุที่มีความต่อเนื่อง ทางเวลากับสัญญาณคลื่นพาห์ที่มีความถี่ที่กำหนดเพื่อใช้ในการส่งและรับสัญญาณทำให้พลังงานของสัญญาณถูกรวมอยู่ในช่วงแถบความถี่หรือแบนด์วิดท์แคบๆ ซึ่งสามารถถูกรบกวนและถูกตรวจจับสัญญาณได้ง่าย
ดังรูปที่ ๔.๑
 


 
                                                                                       
  รูปที่ ๔. สัญญาณแบบแถบความถี่แคบ ในทางเวลาและความถี่
 

สำหรับอัลตราไวด์แบนด์ซึ่งเป็นการสื่อสารแบบแถบความถี่กว้าง (Wide band communication) นั้นจะใช้สัญญาณที่มีรูปคลื่นสัญญาณปรากฏเพียงชั่วขณะหรือเป็นพัลส์ที่มีความกว้างของสัญญาณในทางเวลาที่แคบมาก [] โดยอยู่ในระดับนาโนวินาที (nano second: ns) หรือที่ระดับพิโควินาที (pico second: ps) มีลักษณะที่ใกล้เคียงกันกับสัญญาณในอุดมคติที่เรียกว่าสัญญาณอิมพัลส์ (Impulse signal) โดยระบบอัลตราไวด์แบนด์ในการส่งและรับสัญญาณนั้นไม่ใช้คลื่นพาห์ (Carrierless) ในการผสมสัญญาณเหมือนในระบบการสื่อสารแบบแถบความถี่แคบ แต่จะเป็นการส่งสัญญาณที่มีรูปคลื่นของพัลส์ที่มีรูปคลื่นซึ่งไม่ต่อเนื่องในทางเวลาด้วยอัตราการส่งพัลส์  ในระดับจำนวนหลายร้อยล้านพัลส์ต่อหนึ่งวินาที ในการส่งและรับสัญญาณ ซึ่งทำให้ทำให้
พลังงานของสัญญาณถูกกระจายอยู่ในช่วงแถบความถี่ที่กว้างมาก ดังรูปที่ ๔
.๒ ซึ่งเป็นที่มาของชื่ออัลตราไวด์แบนด์ []
 


 
                                                                                       
  รูปที่ ๔. สัญญาณอัลตราไวด์แบนด์ซึ่งมีแถบความถี่กว้างมาก
ในทางเวลาและความถี่

 


       สามารถแสดงการเปรียบเทียบสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์ซึ่งเป็นการสื่อสารแบบแถบความถี่กว้างมีการกระจายกำลังงานของสัญญาณอยู่ในช่วงแถบความถี่กว้างมากในระดับกิกะเฮิรตซ์กับสัญญาณที่ใช้ในการสื่อสารแบบแถบความถี่แคบ ที่มีการกระจายกำลังงานของสัญญาณอยู่ในช่วงแถบความถี่แคบได้ดังรูปที่ ๔.
 


 
                                                                      
  รูปที่ ๔. การใช้งานแถบความถี่ของการสื่อสารอัลตราไวด์แบนด์
กับการสื่อสารแบบแถบความถี่แค

 

 อัลตราไวด์แบนด์มิได้ถูกจำกัดเฉพาะกับสัญญาณในรูปแบบอิมพัลส์ที่ครอบคลุมความถี่ชั่วขณะที่กว้างมากเท่านั้นเทคนิคอัลตราไวด์แบนยังสามารถแบ่งออกเป็นแบบแถบความถี่เดียว (Single band approach) และแบบหลายแถบความถี่ (Multiband approach) [] รวมทั้งใช้เรียกเทคนิคการใช้คลื่นพาห์ย่อยที่ไม่รบกวนกันจำนวนมากในการผสมสัญญาณหรือมอดูเลชั่นแบบที่เรียกว่ามัลติแบนด์โอเอฟดีเอ็ม(Multiband OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)) ซึ่งเป็นอีกเทคนิคที่คลอบคลุมการใช้ความถี่เป็นแถบกว้างมาก โดยประยุกต์ใช้ในการส่งข้อมูลด้วยอัตราความเร็วสูงเช่นเดียวกัน อัลตราไวด์แบนด์แบบอิมพัลส์และมัลติแบนด์โอเอ็ฟดีเอ็มได้รับการพิจารณาเพื่อนำไปใช้สำหรับมาตรฐานเครือข่ายไร้สายส่วนบุคคล(Wireless Personal Area Network: WPAN) ของกลุ่มความร่วมมือไวมีเดีย (WiMedia Alliance) โดยใช้เป็นเทคโนโลยีพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์เชื่อมต่อในรูปแบบยูเอสบีความเร็วสูงไร้สาย (High Speed Wireless Universal Serial Bus (USB) interface) []


  ๕.
สัญญาณอัลตราไวด์แบนด์    up

สัญญาณอัลตราไวด์แบนด์มีลักษณะที่ใกล้เคียงรูปแบบของสัญญาณอุดมคติที่เรียกว่าสัญญาณอิมพัลส์ [] โดยสัญญาณที่มีลักษณะเป็นรอบเดี่ยว (monocycle) นิยมใช้ในการสร้างและจำลองสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์ โดยทั่วไปการสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์แบบพัลส์จะใช้สัญญาณพัลส์แบบเกาส์เซียน (Gaussian) สัญญาณพัลส์แบบเชิร์ป (Chirp) หรือ สัญญาณพัลส์แบบเวฟเล็ท (Wavelet) เป็นต้น

สัญญาณอัลตราไวด์แบนด์แบบพัลส์เดี่ยวซึ่งใช้สัญญาณพัลส์เดี่ยวแบบเกาส์เซียน (Gaussian monocycle) นั้น มีรูปคลื่นที่เป็นฟังก์ชันของการกระจายค่าทางสถิติแบบเกาส์เซียน โดยมีค่าความถี่กลางและความกว้างของพัลส์เป็นสัดส่วนแปรผกผันกับช่วงเวลาของพัลส์ [] ดังรูปที่ ๕.๑ ซึ่งแสดงสัญญาณพัลส์เดี่ยวแบบเกาส์เซียนในทางเวลาที่มีความกว้างพัลส์ประมาณ ๕๐๐ พิโควินาที
 


 
                                              
 
รูปที่ ๕.๑ สัญญาณพัลส์เดี่ยวแบบเกาส์เซียน
(Gaussian monocycle)

 

และรูปที่ ๕.๒ แสดงสัญญาณพัลส์เดี่ยวแบบเกาส์เซียนในทางความถี่ที่เกิดจากสัญญาณในรูปที่ ๕.
 


 
                                                         
 
รูปที่ ๕. สัญญาณพัลส์เดี่ยวแบบเกาส์เซียน
ในทางความถี่จากรูปที่ ๕
.

 

       การส่งและรับสัญญาณของอัลตราไวด์แบนด์นั้น จะประกอบไปด้วยลำดับของสัญญาณพัลส์ ซึ่งช่วงเวลาระหว่างแต่ละสัญญาณพัลส์อาจมีการเปลี่ยนแปลงหรือมีค่าคงที่ ดังแสดงในรูปที่ ๕.๓ ซึ่งตำแหน่งของพัลส์ทางเวลา หรือการปรากฏของพัลส์ที่ตำแหน่งใด ๆ ทางเวลาจะถูกนำมาใช้แทนการส่งข้อมูลในการสื่อสารข้อมูลดิจิทัลได้ เช่นหากมีสัญญาณพัลส์ปรากฏที่เวลาหนึ่งอาจหมายถึงการส่งสัญลักษณ์ข้อมูลดิจิทัลที่มีค่าหนึ่ง (“1”) หากไม่มีพัลส์ปรากฏที่ตำแหน่งนั้นในทางเวลาก็หมายถึงการส่งสัญญาณข้อมูลดิจิทัลที่มีค่าศูนย์ (“0”)
 


 
                                                         
 
รูปที่ ๕. การนำสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์แบบพัลส์
มาใช้ในการส่งและรับข้อมูลดิจิทัล

 

สิ่งที่ทำให้การสื่อสารอัลตราไวด์แบนด์ นั้นมีคุณลักษณะที่โดดเด่นและเป็นหัวใจสำคัญ คือการมีความจุช่องสัญญาณที่มาก ซึ่งจะส่งผลให้สามารถส่งข้อมูลที่มีปริมาณมากได้ ความจุของช่องสัญญาณสามารถอธิบายได้ด้วย สมการความจุช่องสัญญาณของแชนนอน [] โดยหากระบบใดมีความจุของช่องสัญญาณมากจะทำให้สามารถส่งข้อมูล ที่มีปริมาณมากตามไปด้วย ซึ่งปัจจัยที่มีผลต่อการเพิ่มความจุ ของช่องสัญญาณ ตามสมการของแชนนอลนั้น สามารถทำได้การเพิ่มพลังงานของสัญญาณที่ทำการส่งให้เพิ่มมากขึ้นเมื่อเทียบกับพลังงานของสัญญาณรบกวน ซึ่งวิธีการนี้จะมีผลต่อการเพิ่มความจุช่องสัญญาณในอัตราที่น้อยในลักษณะของการเพิ่มขึ้นแบบลอการิทึม สำหรับอีกวิธีการหนึ่งคือการเพิ่มความกว้างแถบความถี่หรือแบนด์วิดท์ซึ่งวิธีนี้จะมีผลต่อการเพิ่มความจุช่องสัญญาณในอัตราที่มากในลักษณะการเพิ่มขึ้นแบบเชิงเส้น ซึ่งระบบอัลตราไวด์แบนด์นั้นมีการใช้แถบความถี่หรือแบนด์วิดท์ที่กว้างมากเมื่อเปรียบเทียบกับการสื่อสารแบบแถบความถี่แคบ ส่งผลให้ความจุช่องสัญญาณเพิ่มขึ้นมากและทำให้สามารถส่งข้อมูลได้เป็นปริมาณมาก


  ๖. โครงสร้างพื้นฐานเครื่องส่งและเครื่องรับอัลตราไวด์แบนด์
   up

        ระบบสื่อสารแบบแถบความถี่แคบซึ่งเป็นระบบสื่อสารที่ใช้คลื่นพาห์นั้นสัญญาณข้อมูลจะถูกผสมสัญญาณ (Modulation) กับสัญญาณคลื่นพาห์ที่มีรูปคลื่นต่อเนื่องทางเวลาเพื่อเลื่อนความถี่ของสัญญาณจากความถี่ฐาน (Baseband) ไปยังความถี่ที่สูงขึ้นที่แถบความถี่ของช่องสัญญาณที่ใช้ในการส่ง ดังรูปที่ ๖.๑ ซึ่งแสดงโครงสร้างพื้นฐานของเครื่องรับส่งในระบบแถบความถี่แคบ
 


 
                                                           
 
รูปที่ ๖.๑ เครื่องรับและเครื่องส่งของระบบแถบความถี่แคบ
 

       สำหรับอัลตราไวด์แบนด์นั้น เป็นระบบสื่อสารที่ไม่ต้องใช้คลื่นพาห์ (Carrierless) โดยสัญญาณข้อมูลจะถูกผสมกับสัญญาณพัลส์ของอัลตราไวด์แบนด์ที่ถูกสร้างขึ้น และส่งผ่านสายอากาศ โดยไม่ผ่านวงจรผสมสัญญาณทำให้ไม่จำเป็นต้องมีวงจรออสซิลเลเตอร์ เพื่อกำเนิดสัญญาณคลื่นพาห์  และมิกเซอร์ทำให้มีจำนวนอุปกรณ์  ที่น้อยกว่าระบบสื่อสารแบบแถบความถี่แคบ ซึ่งส่งผลให้มีแนวโน้ม ที่ทำให้เครื่องรับส่ง แบบอัลตราไวด์แบนด์ มีราคาถูก อย่างไรก็ตามการออกแบบวงจรเครื่องส่งและเครื่องรับจะมีความยากเนื่องจากการสื่อสารด้วยการใช้สัญญาณพัลส์ที่มีช่วงเวลาสั้นมาก ในระดับนาโนวินาทีหรือต่ำกว่านั้น ซึ่งจะมีผลทำให้ระยะเวลาในการรับข้อมูล (Acquisition time) นานมากขึ้น และจำเป็นต้องใช้เครื่องรับแบบคอรีเลย์เตอร์ (Correlator) ซึ่งเป็นวงจรที่เทียบความคล้ายคลึงของสัญญาณแม่แบบกับสัญญาณที่ได้รับเพื่อทำการตรวจจับจับพลังงานของสัญญาณพัลส์ ดังรูปที่ ๖.๒ ซึ่งแสดงเครื่องรับและเครื่องส่งของอัลตราไวด์แบนด์


 
                                                                                                 
 
รูปที่ ๖. เครื่องรับและเครื่องส่งของระบบอัลตราไวด์แบนด์
 


  ๗.
คุณลักษณะเด่นของสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์   up

        การใช้สัญญาณพัลส์ที่มีช่วงเวลาของพัลส์แคบมากซึ่งใช้ในการสื่อสารอัลตราไวด์แบนด์ ทำให้เกิดคุณลักษณะเด่นที่แตกต่างจากการสื่อสารแบบแถบความถี่แคบ ดังนี้

        ๗.๑ ทนทานต่อปรากฏการณ์หลายเส้นทาง(Multipath phenomenon)เนื่องจากสภาพแวดล้อมของการสื่อสารไร้สายที่คลื่นสามารถแพร่กระจายไปได้ทุกทิศทาง เป็นผลให้สัญญาณการสื่อสารไร้สาย โดยเฉพาะแบบแถบความถี่แคบ มักจะได้รับผลกระทบจากปรากฏการณ์การเดินทางของคลื่นหลายเส้นทาง (Multipath radio propagation) ซึ่งสัญญาณที่ส่งผ่านช่องสัญญาณจะเกิดเป็นสัญญาณหลายชุดเดินทางผ่านช่องสัญญาณ ด้วยระยะเวลาที่แตกต่างกัน ก่อนที่จะไปถึงเครื่องรับ และเมื่อถึงเครื่องรับเฟสและระดับความแรงของสัญญาณบางชุดมักมีการเปลี่ยนแปลงโดยอาจเกิดการเสริมหรือหักล้างกับสัญญาณในเส้นทางอื่น ทำให้การตรวจจับสัญญาณที่เครื่องรับเป็นไปด้วยความยากลำบาก
 


 
                                               
 
รูปที่ ๗. ปรากฎการณ์หลายเส้นทาง และผลต่อการสื่อสาร
แบบแถบความถี่แคบกับการสื่อสารแบบแถบความถี่กว้าง

 

สำหรับสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์ซึ่งเป็นสัญญาณพัลส์แคบมากเมื่อแพร่กระจายผ่านช่องสัญญาณหลายเส้นทาง จะทำให้ลูกพัลส์ลูกเดียวกันถูกแยกเป็นหลายพัลส์เมื่อสัญญาณไปถึง เครื่องรับโดยสัญญาณพัลส์หลายชุดที่เดินทางมาถึงเครื่องรับจะมีโอกาสน้อย ที่มีการคาบเกี่ยวกัน ทางเวลาหรือการรบกวนกันของพัลส์เกิดขึ้น เนื่องจากเวลาในการเดินทางผ่านช่องสัญญาณไร้สาย มักมีช่วงเวลาที่นานกว่าความกว้างทางเวลาของพัลส์ ทำให้สัญญาณอัลตราไวด์แบนด์เกิดการลดทอนจากปรากฏการณ์หลายเส้นทางน้อยกว่า ดังรูปที่ ๗.๑ เมื่อใช้เทคนิคเครื่องรับแบบเรก (Rake receiver) ซึ่งใช้ในระบบซีดีเอ็มเอ (Code Division Multiple Access :CDMA) สัญญาณพัลส์ที่ตรวจจับได้จากหลายเส้นทาง จะถูกรวมกันเพื่อเพิ่มระดับของคุณภาพการรับของสัญญาณได้มากยิ่งขึ้น     

        .๒ มีโอกาสถูกตรวจจับและดักสัญญาณต่ำ สัญญาณอัลตราไวด์แบนด์นั้นยากต่อการตรวจจับและดักฟังหากไม่ทราบว่าสัญญาณพัลส์ นั้นมาปรากฏที่เครื่องรับในช่วงเวลาใด คล้ายคลึงกันกับสัญญาณการแผ่สเปกตรัมที่ใช้ในระบบซีดีเอ็มเอ หากไม่ทราบรหัสแผ่ที่ใช้ในการกระจายคลื่นก็จะไม่สามารถตรวจจับสัญญาณได้ และเนื่องจากมีการกระจายสัญญาณในช่วงของความถี่ที่กว้าง การทำการแจมมิ่ง (Jamming) สัญญาณในแถบความถี่กว้างมากนั้นกระทำได้ยาก ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการสร้างระบบสื่อสารที่ต้องการความปลอดภัยต่อการถูกรบกวนหรือแจมมิ่ง  

       ๗.๓ มีความสามารถใช้แถบความถี่ซ้อนทับกับระบบอื่นได้ เนื่องด้วยระดับความหนาแน่นของระดับความแรงต่อความถี่ของสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์มีค่าต่ำ (Low power spectral density) [] ทำให้ระบบสื่อสารที่ใช้สัญญาณอัลตราไวด์แบนด์สามารถทำงานซ้อนทับกับระบบสื่อสารแบบอื่น ที่ใช้ความกว้างแถบความถี่แคบที่ใช้อยู่ได้เนื่องจากสัญญาณอัลตราไวด์แบนด์มีการรบกวนต่อสัญญาณระบบอื่นต่ำ

           .๔ มีความสามารถในการวัดพิสัยที่มีความเที่ยงตรงสูงด้วยสัญญาณพัลส์ที่มีช่วงเวลาแคบมากในระดับที่ต่ำกว่านาโนวินาที ทำให้สัญญาณ
อัลตราไวด์แบนด์มีความละเอียดสูงที่มาก
(very high resolution) เท่าที่จะสามารถทำได้สำหรับค่าความถี่กลางหนึ่งๆ [] ซึ่งความละเอียดดังกล่าวเป็นคุณสมบัติที่นำมาใช้ในการวัดความแตกต่างของระยะทางได้ เช่นในระบบเรดาห์เมื่อสัญญาณลูกคลื่นพัลส์ของอัลตราไวด์แบนด์สะท้อนกลับมายังเครื่องรับก็จะสามารถคำนวณหาระยะทางโดยประมาณที่สัญญาณพัลส์ใช้เวลาในการเดินทางได้อย่างเที่ยงตรงมาก

          .๕ มีการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ตามข้อกำหนดของคณะกรรมการกลางกำกับดูแลกิจการสื่อสาร หรือเอฟซีซี (FCC) ในเรื่องข้อจำกัดของกำลังส่งที่อนุญาตให้ใช้ได้เป็นผลให้ระบบอัลตราไวด์แบนด์ มีการใช้พลังงานที่ต่ำมาก เพื่อไม่ให้รบกวนระบบสื่อสารอื่น โดยระดับความแรงของ
สัญญาณ
โดยเฉลี่ยอยู่ที่ระดับต่ำกว่า
-๔๐ เดซิเบลมิลลิวัตต์ต่อหนึ่งเมกกะเฮิรตซ์

           .๖ มีความซับซ้อนในการสร้างและต้นทุนในการผลิตต่ำ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีการผสมสัญญาณด้วยการใช้สัญญาณคลื่นพาห์ ทำให้เครื่องส่งและเครื่องรับมีความซับซ้อนต่ำและมีราคาถูก

           .๗ มีความสามารถในการทะลุทะลวงวัสดุชนิดต่างๆ ได้ดี โดยการรวมคลื่นที่มีความถี่ต่ำใ นช่วงแถบความถี่ที่กว้างมากของอัลตราไวด์แบนด์
จะทำให้สัญญาณสามารถทะลุทะลวงวัสดุชนิดต่างๆ เช่น วัสดุที่ใช้ในการสร้างอาคาร หรือพื้นดินได้ดีกว่าระบบอื่นๆ ที่ใช้สัญญาณที่มีความถี่สูงเท่านั้น
[]
 

  ๘. จดหมายเหตุ  up

        เหตุการณ์ที่สำคัญของอัลตราไวด์แบนด์แสดงในตารางที่ ๘.๑

                               ตารางที่ ๘.๑ เหตุการณ์ที่สำคัญของอัลตราไวด์แบนด์

ปี ค..
(
..)

เหตุการณ์สำคัญ

1901(๒๔๔๔)
 

มาโคนี่ (Guglielmo Marconi) ทำการส่งสัญญาณรหัสมอร์ส (Morse code)
ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกด้วยเครื่องส่งสัญญาณวิทยุสปาร์กแก็บ (spark-gab generator) ซึ่งมีลักษณะสัญญาณเป็นพัลส์รูปแบบหนึ่งของอัลตราไวด์แบนด์

1988
(
๒๕๓๑)

บริษัทไทม์โดเมน (Time Domain Corporation) ประเทศสหรัฐอเมริกาได้
นำเสนอเทคโนโลยี อัลตราไวด์แบนด์ แก่เอฟซีซี (FCC)

1993
(
๒๕๓๖)

อุปกรณ์วงจรรวมอิเล็กทรอนิกส์ตัวแรกที่ใช้สร้างสัญญาณแบบอัลตราไวด์แบนด์
ได้ถูกผลิตขึ้นโดยบริษัทอีเทอร์ไวร์แอนด์โลเคชัน (Aether Wire & Location,Inc.) ประเทศสหรัฐอเมริกา

1998
(
๒๕๔๑)

 

เอฟซีซี ได้ประกาศเพื่อขอความคิดเห็นจากสาธารณชน
เรื่องการใช้เทคโนโลยี อัลตราไวด์แบนด์

2000(๒๕๔๓)

เอฟซีซี (FCC) ได้ประกาศให้สาธารณะชนทราบถึงการเสนอกฏระเบียบในการ
ควบคุมการใช้เทคโนโลยีแบบ อัลตราไวด์แบนด์

2002
(
๒๕๔๕)

เอฟซีซี (FCC) ได้อนุญาตให้ใช้เทคโนโลยีอัลตราไวด์แบนด์ภายใต้กำลังส่งที่จำกัดสำหรับการใช้งานในเชิงพาณิชย์สำหรับอุปกรณ์ทั่วไป

 

  ๙. บรรณานุกรม  up

[] F. Nekoogar, Ultra-Wideband Communications: Fundamentals and Applications. New Jersey: Prentice Hall, 2005.

[] D. A. Gratton, Developing Practical Wireless Applications. Boston, MA: Elsevier Inc., 2006.

[] K. Siwiak and D. KcKeown, Ultra-wideband radio technology. West Sussex, UK: John Wiley & Sons, 2004.

[] M. Ghavami, L. B. Micahel, and R. Kohno, Ultra Wideband Signals and Systems in Communication Engineer. West Sussex, UK: John Wiley & Sons, 2004.

[] L.W. Fullerton, “Reopening the Electromagnetic Spectrum with Ultra-Wideband Radio for Aerospace”, in Proc. IEEE Aerospace Conference, vol. 1, pp. 201-210. 2000.

[] M.Z. Win, and R.A. Scholtz, “Ultra-Wide Bandwidth Time-Hopping Spread-Spectrum Impulse Radio for Wireless Multiple Access Communications”, IEEE Trans. On Communications, vol. 48, no. 4, pp. 671-691, Apr. 2000.

[] J. H. Reed, An Introduction to Ultra Wideband Communication Systems. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall PTR, 2005.

[] L. Fullerton, “UWB Waveforms and Coding for Communications and Radar”, in Proc. National Telesystems Conference, vol. 1, pp. 139-141, 1991