ในยุคแห่งการสื่อสารในปัจจุบัน มีการพัฒนาให้การสื่อสารมีความสะดวก รวดเร็วฉับไว และมีความคมชัดมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเทคโนโลยีด้านการสื่อสารไร้สายอย่าง Wireless Communicationนั้น มีความสำคัญอย่างยิ่งในยุคโลกาภิวัตน์ จึงมีการคันคว้าวิจัยอย่างต่อเนื่องในการประยุกต์เทคนิคต่างๆที่เกี่ยวกับการใช้สายอากาศหรือ Antenna เพื่อช่วยให้การสื่อสารนั้นมีเสถียรภาพและตอบโจทย์กับการใช้งานมากยิ่งขึ้น ซึ่งในทางวิศวกรรมนี้เราเรียกว่า Beamforming Techniques เทคนิคนี้ได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อนำมาใช้กับการการสื่อสารไร้สายได้อย่างมีประสิทธิภาพและสามารถทำให้การสื่อสารในปัจจุบันมีความรวดเร็วฉับไวมากยิ่งขึ้น

การสื่อสารไร้สาย ( Wireless Communication)

การสื่อสารไร้สาย หรือ Wireless Communication นั้น ในปัจจุบันแทบจะไม่มีใครไม่รู้จักหรือไม่คุ้นเคย แต่อย่างไรก็ตาม ความหมายของการสื่อสารไร้สายนั้น คือการส่งข้อมูลไปมาระหว่างอุปกรณ์ภาครับและภาคส่งโดยอาศัยตัวกลาง ยกตัวอย่างเช่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic) สัญญาณวิทยุ (Radio Signals) โดยมีทั้งข้อมูลในรูปแบบ ของเสียง ภาพและวีดีโอ เป็นต้น  

ประวัติการสื่อสารไร้สาย แบบย่อ

เริ่มต้นจากการสื่อสารพื้นฐานด้วยการใช้รหัสมอร์ส (Morse) ผ่านตัวกลางโดยใช้สัญญาณวิทยุ ตั้งแต่สมัยสงครามโลก จนต่อมาได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ในปี ค.ศ. 1970 มีการศึกษาค้นคว้าจนนำไปสู่การสื่อสารโดยใช้เครือข่ายในบริเวณต่างๆ โดยมีขอบเขตที่จำกัด เช่น WAN (Wide Area Network) เป็นต้น ซึ่งการสื่อสารบนเครือข่าย WAN  นั้นได้มีการประยุกต์มาจากการใช้คลื่นความถี่ที่สูงในการถ่ายทอดสัญญานและส่งต่อข้อมูลระหว่างกัน จากนั้นเมื่อมีการพัฒนาเทคโนโลยีด้านการสื่อสารมากขึ้น ได้เกิดเทคโนโลยีใหม่เพิ่มเติม ไม่ว่าจะเป็น  Ethermet ฯลฯ และจนในที่สุด การสื่อสารไร้สายได้ถือกำเนิดขึ้นเป็นครั้งแรก โดยมีจุดเริ่มต้นเป็น IEEE 802.11 มาเป็นมาตรฐานของเครือข่ายไร้สาย

อย่างไรก็ตาม ในการที่จะทำให้การสื่อสารไร้สายสามารถตอบสนองต่อการใช้งานได้และสามารถให้บริการได้อย่างแพร่หลายในทุกพื้นที่นั้น อีกทั้งยังต้องมีการรักษาคุณภาพของการสื่อสารให้มีความต่อเนื่อง เสถียรภาพ มั่นคง ดังนั้นเทคโนโลยีด้านการสื่อสารไร้สายจึงต้องมีการปรับปรุงและเพิ่มความสามารถของอุปกรณ์ในการทำหน้าที่ส่งและรับสัญญานข้อมูลให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ซึ่งในการนี้เรียกว่า เทคนิคในการปรับแต่งสัญญาณ หรือ Beam Forming Techniques  สามารถแบ่งออกเป็นได้ 3 ประเภท คือ

1. Analog Beamforming

2. Digital Beamforming

3. Hybridge Beamforming

ประเภทของ Beam Forming Techniques

• Analog Beamforming การปรับแต่งสัญญาณแบบอนาล็อก กล่าวคือการปรับแต่งสัญญาณโดยการปรับเฟสในการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยทั่วไปจะมีอุปกรณ์ที่เรียกว่า Phase Shifter ในการหันไปยังทิศทางที่ต้องการจะแพร่คลื่น ที่มีข้อจำกัดของ RF Chain ในการเชื่อมต่อไปยัง Phase Shifter และสายอากาศ

• Digital Beamforming การปรับแต่งสัญญาณแบบดิจิตอล ซึ่งเป็นการปรับแต่งโดยใช้การกระบวนการของ Digital Image Processing ซึ่งมีความอ่อนตัวและสามารถควบคุมทิศทางได้อย่างแม่นยำและมีความถูกต้อง แต่ยังมีข้อจำกัดเรื่องของราคาและจำนวนที่ใช้ในส่วนของ RF Chain

‍

• Hybridge Beamforming เป็นการผสมผสานกันระหว่างการปรับแต่งสัญญาณแบบอนาล็อกและการปรับแต่งสัญญาณแบบดิจิตอล เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการรับส่งข้อมูลได้อย่างดียิ่งขึ้นนอกจากนี้ยังสามารถลดข้อจำกัดในการปรับแต่งสัญญาณแบบอนาล็อกและดิจิตอลได้อีกด้วย จึงเหมาะสำหรับการใช้งานในลักษณะ Massive MIMO Array ซึ่งมีการรับส่งสัญญาณที่มีปริมาณจำนวนมากได้

‍

ความได้เปรียบเทียบของการใช้เทคนิค Beam Forming  Technique

ยกระดับคุณภาพการส่งสัญญาณและมีความต่อเนื่องของสัญญาณ ซึ่งสามารถครอบคลุมพื้นที่ที่มีการสื่อสาร แม้จะอยู่พื้นที่ที่มีการใช้งานอย่างหนาแน่น อีกทั้งลดสิ่งรบกวนต่างๆได้อีกด้วย ซึ่งในการใช้เทคนิคนี้ยังเป็นการเพิ่ม Capacities ปริมาณช่องทางในการส่งสัญญาณได้ เมื่อเปรียบเทียบกับการส่งสัญญาณแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตามทั้งนี้การส่งข้อมูลจึงจำเป็นต้องมีเครื่องรับที่เหมาะสมและเอื้ออำนวยต่อการเข้ารหัสและการประมวลผลในภาครับ

เทคนิค Beam Forming มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานในลักษณะ Massive MIMO Array ในการสื่อสารไร้สายที่เพิ่มขีดความสามารถในการส่งสัญญาณได้หลายช่องสัญญาณ (RF Chain)

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี Beam Forming Technique

ระบบ Radar System มีประโยชน์ในการสื่อสารทั้งทางพลเรือนและทางทหารซึ่งมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในความต้องการของความแม่นยำและถูกต้องของสัญญาณ

โทรศัพท์มือถือเคลื่อนที่และ Wi-Fi ซึ่งมีการใช้งานได้อย่างสะดวก รวดเร็ว ฉับไวแม้จะมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาแต่เนื่องจากสัญญาณข้อมูลนั้นอยู่ในลักษณะ Beam Forming จึงสามารถตอบสนองต่อความต้องการของผู้ใช้ได้อย่างดีและคงรักษาคุณภาพของสัญญาณได้

การสื่อสารผ่านดาวเทียม มีประโยชน์ต่อการใช้งานทั้งการ Broadcast และการสื่อสารปกติ

‍