ISAC คือ แนวคิดที่รวมการสื่อสารและการตรวจจับไว้ในระบบเดียวกัน โดยใช้สัญญาณวิทยุที่ส่งข้อมูลอยู่แล้วมาช่วยในการตรวจจับตำแหน่ง ความเร็ว และการเคลื่อนไหวของวัตถุ ทำให้เครือข่ายสามารถรับรู้สภาพแวดล้อมได้มากขึ้น เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพกับรถยนต์อัตโนมัติและเมืองอัจฉริยะ ที่เป็นหนึ่งในแนวคิดสำคัญของเครือข่าย 6G

บทนำ

ลองคิดเล่นๆ กันดูว่า เราเดินอยู่บนถนน แล้วเครือข่ายมือถือรอบตัวไม่ได้ทำหน้าที่แค่เล่นเพลงใน YouTube หรือส่งข้อความใน Line ให้เรา แต่มันรู้ด้วยว่า มีรถกำลังขับใกล้เข้ามา มีคนเดินอยู่ตรงไหนบ้าง หรือมีสิ่งกีดขวางอะไรอยู่หน้าเรารึเปล่า เรื่องนี้ฟังๆ ดูแล้วคงเหมือนหลุดออกมาจากหนังไซไฟเลยใช่ไหม แต่เรื่องนี้กำลังกลายเป็นจริงในเทคโนโลยีของเครือข่าย 6G ที่เรียกว่าIntegrated Sensing and Communication (ISAC) โดยมันเป็นแนวคิดที่จับเอาการสื่อสารและการตรวจจับสภาพแวดล้อมมาทำงานร่วมกันนั่นเอง ซึ่งความสุดยอดของ ISAC คือมันไม่ใช่แค่ทำให้สัญญาณมือถือเร็วขึ้น แต่เข้ามาเปลี่ยนเครือข่ายจากสิ่งที่เราเคยมองว่าเป็นแค่ที่ใช้ส่งข้อมูล ให้กลายเป็นระบบที่สามารถรับรู้สิ่งรอบตัวได้ด้วยนั่นเอง

จากการส่งข้อมูลสู่การรับรู้สิ่งรอบตัว

ถ้าเพื่อนๆ ลองดูระบบไร้สายในตอนนี้ หน้าที่หลักๆ ของเสาสัญญาณก็คือมันรับข้อมูลจากผู้ใช้แล้วส่งต่อไปยังปลายทาง ไม่ว่าจะเป็นการดู Youtube เล่นเกม ส่งข้อความ หรือประชุมออนไลน์ แต่ในโลกของการใช้เรดาร์มันทำงานแตกต่างกันออกไป คือ เรดาร์จะส่งคลื่นวิทยุออกไป และเมื่อคลื่นไปกระทบกับวัตถุ มันจะสะท้อนกลับมา ให้ระบบวิเคราะห์สัญญาณดูว่า วัตถุนั้นอยู่ที่ไหน เคลื่อนที่เร็วแค่ไหน ซึ่งที่ผ่านๆ มา เราจะสร้าง 2 ระบบนี้แยกกัน ระบบหนึ่งมีไว้คุยกับอุปกรณ์ ส่วนอีกระบบมีไว้มองโลก แต่การเข้ามาของแนวคิดใหม่ ISAC นี้มันกำลังบอกเราว่า จริง ๆ แล้วเราไม่จำเป็นต้องแยกมันออกจากกันขนาดนั้น เพราะสัญญาณวิทยุที่ใช้ส่งข้อมูลก็สามารถสะท้อนกับวัตถุได้อยู่แล้ว เพราะอย่างนั้นถ้าเราออกแบบระบบและอัลกอริทึมให้ดี  สัญญาณเดียวกันก็จะสามารถทำหน้าที่ทั้งส่งข้อมูลและเก็บข้อมูลเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมไปพร้อมกันได้เลย เรียกว่า ยิงปืนนัดเดียวได้นกสองตัวย นี่แหละคือจุดเริ่มต้นของ ISAC

ISAC ทำงานอย่างไร?

สมมติถ้าเราลองนึกภาพง่ายๆ ว่า มีคนกำลังตะโกนในห้อง ตอนเราตะโกนออกไป เสียงก็จะเดินทางไปชนกำแพง แล้วสะท้อนกลับมา ถ้าเรารู้ว่า เสียงใช้เวลานานแค่ไหนกว่าจะกลับมา เราก็จะสามารถเดาได้เลยว่า กำแพงอยู่ห่างจากเราเท่าไร เจ้าเรดาร์ก็ใช้หลักการคล้ายๆ กันนี้ แค่เปลี่ยนจาก สัญญาณเสียงมาเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และสำหรับ ISAC สัญญาณวิทยุที่เราส่งออกไปก็จะเดินทางไปกระทบรถ คน อาคาร หรือวัตถุต่าง ๆ แล้วสะท้อนกลับมาได้ แล้วจากนั้นระบบจะนำสัญญาณสะท้อนนั้นไปวิเคราะห์ ระยะทาง ความเร็ว และทิศทางของวัตถุได้เลย เช่น ถ้ามีรถกำลังขับเข้าหาสถานี ความถี่ของสัญญาณที่สะท้อนกลับมาจะเปลี่ยนไปเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Doppler shift ที่เป็นหลักการเดียวกับที่ใช้ในเรดาร์ตรวจจับความเร็ว และในส่วนของการหาระยะทางจะอาศัยความแตกต่างของเวลาในการเดินทางของสัญญาณ ที่เรียกว่า Time Delay และก็จะรู้ทิศทางได้จากการประมวลผลของเสาอากาศหลายๆ ตัวเพื่อคำนวน Angle of Arrival หรือ AoA

เมื่อเรารวมข้อมูลทั้งหมดนี้ได้ เครือข่ายก็จะสามารถรู้ตำแหน่งของมันได้ โดยไม่จำเป็นต้องแอบติดกล้องไว้เลย และนี่แหละ ทำให้ ISAC ถูกมองว่าเป็นพื้นฐานสำคัญของแนวคิด Perceptive Network หรือเครือข่ายที่สามารถรับรู้สภาพแวดล้อมได้

ความท้าทายอยู่ที่คำว่า ”พร้อมกัน”

แน่นอนแหละว่า การจะทำเรื่องนี้ก็ไม่ได้ง่าย แบบแค่เอาเรดาร์มาต่อเข้ากับเสาสัญญาณแล้วก็จบ เพราะปัญหาใหญ่คือ การทำให้สัญญาณเดียวกันสามารถตอบโจทย์สองอย่างที่มีความต้องการต่างกันให้ได้ เพราะทางฝั่งการสื่อสารก็ต้องการส่งข้อมูลให้ได้มากที่สุด สัญญาณจะต้องมีประสิทธิภาพ มีอัตราการส่งข้อมูลสูง และต้องทนต่อสัญญาณรบกวนได้ด้วย แต่ฝั่ง Sensing ต้องการสัญญาณที่เหมาะกับการตรวจจับ เช่น สามารถแยกวัตถุหลายชิ้นออกจากกันได้ สามารถวัดระยะทางและความเร็วได้แม่น และสามารถแยกวัตถุที่อยู่ใกล้กันได้ด้วย พูดง่าย ๆ ก็คือ เหมือนฝั่งหนึ่งถามว่า เราส่งข้อมูลได้เยอะแค่ไหน? ส่วนอีกฝั่งถามว่า เรามองเห็นได้ชัดแค่ไหน?  ทำให้การจะออกแบบ Waveform หรือรูปแบบของสัญญาณกลายเป็นปมสำคัญของเรื่องนี้เลย 

หนึ่งในวิธีที่ได้รับความสนใจมากๆ คือการเอา Waveform ที่ใช้ในการสื่อสารอยู่แล้ว เช่น OFDM มาปรับใช้สำหรับ Sensing ได้ด้วย เพราะ OFDM เป็นเทคโนโลยีสำคัญในระบบสื่อสารไร้สายสมัยใหม่และการเอาโครงสร้างที่มีอยู่แล้วมาต่อยอด เราก็ไม่ต้องไปนั่งออกแบบกันใหม่ทั้งหมด นี่เลยเป็นที่มาของคำว่า Co-Designing เพราะเราไม่ได้ออกแบบระบบสื่อสารก่อนแล้วค่อยเอา Sensing มาแปะเพิ่มทีหลัง แต่เราออกแบบทั้งสองส่วนไปพร้อมกันตั้งแต่แรก

จากเสาสัญญาณธรรมดา สู่เรดาร์ที่อยู่รอบตัวเรา

ลองคิดตามง่าย ๆ ว่า สถานีฐาน 1 สถานีจะไม่ได้มีไว้แค่ส่งอินเทอร์เน็ตเหมือนเดิม ถ้าเราใช้ ISAC เจ้าสัญญาณที่ส่งออกไปจะสะท้อนกับรถ คน หรือวัตถุต่าง ๆ แล้วส่งข้อมูลกลับมาให้ระบบวิเคราะห์ได้ เราก็จะรู้ได้เลยว่า วัตถุพวกนั้นอยู่ตรงไหน กำลังเคลื่อนที่หรือไม่ และเคลื่อนที่ไปทางไหน ลองนึกภาพว่า รถหลายๆ คันกำลังขับเข้าใกล้สี่แยก สถานีฐานจะสามารถตรวจจับการเคลื่อนที่ของรถพวกนั้นได้และเครือข่ายจะมีภาพของการจราจรว่าเป็นแบบไหน โดยไม่ต้องใช้กล้องเลย แนวคิดนี้จะทำให้ Smart City หรือ Smart Factory สามารถกลายเป็นจริงได้ กล่าวคือ  ระบบจะตรวจจับตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ได้อัตโนมัติ โดยไม่จำเป็นต้องติดตั้งเซนเซอร์แยกในทุกจุดให้วุ่นวาย พูดง่าย ๆ คือ จากที่สถานีฐานมีหน้าที่แค่ส่งข้อมูลให้เรา ในอนาคตมันอาจช่วยบอกเราด้วยว่ารอบ ๆ กำลังเกิดอะไรขึ้นนั่นเอง

จุดแข็งคือ เราไม่ต้องสร้างทุกอย่างใหม่

ถ้าเราคิดอยากจะให้เมืองหนึ่งมีระบบ Sensing แบบละเอียดๆ วิธีเดิมคงเป็นการติดตั้งเซนเซอร์หรือเรดาร์เต็มไปหมด ซึ่งก็ต้องใช้เงิน อุปกรณ์ และพื้นที่เยอะมาก แต่เจ้า ISAC ทำให้เราใช้สิ่งที่มีอยู่แล้วให้คุ้มค่ามากขึ้น เช่น สถานีฐานมีเสาอากาศ มี RF Front-End มีระบบประมวลผล และมี Bandwidth อยู่แล้ว ถ้าสามารถนำทรัพยากรเหล่านี้มาใช้ทั้งสำหรับ Communication และ Sensing ได้ก็จะเกิด Integration Gain และ Coordination Gain ด้วย เพราะพวกมันจะสามารถช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของกันและกันได้ เช่น ถ้าระบบรู้ว่า บริเวณหนึ่งมีสิ่งกีดขวางหรือมีการเคลื่อนที่ของวัตถุเยอะๆ ข้อมูล Sensing ก็จะสามารถช่วยให้เครือข่ายปรับ Beamforming หรือเลือกทรัพยากรการสื่อสารให้เหมาะสมขึ้นได้ ด้วยเหตุนี้ ISAC เลยไม่ใช่แค่ เอาสองระบบมาแชร์กัน แต่เป็นการพยายามทำให้สองระบบช่วยกันทำงานนั่นเอง

AI ทำให้ ISAC ก็ไม่ได้แค่ตรวจจับแต่เริ่มเข้าใจ

อีกเรื่องที่ทำให้ ISAC น่าสนใจสุดๆ สำหรับ 6G คือการทำงานร่วมกับ Artificial Intelligence หรือ AI เพราะการรับสัญญาณสะท้อนกลับมาเป็นแค่จุดเริ่มต้นเท่านั้น เพราะสิ่งที่ยากจริงๆ คือการตีความว่าข้อมูลนั้นหมายถึงอะไร สมมุติว่า ระบบตรวจเจอวัตถุหนึ่งกำลังเคลื่อนเข้ามา วัตถุนี้อาจจะเป็นรถ คน จักรยาน หรืออะไรก็ได้ เจ้า AI และ Machine Learning จะเข้ามาช่วยวิเคราะห์รูปแบบของสัญญาณได้ดีมากขึ้นและช่วยเข้ามาคิดว่า วัตถุนั้นคืออะไร และจะเคลื่อนที่ไปทางไหน ทำให้เครือข่ายตัดสินใจได้แบบ Real Time ดังนั้น พวกงานวิจัยด้าน ISAC สำหรับ 6G เลยไม่ได้มอง Sensing กับ Communication แยกกัน แต่เชื่อม Sensing เข้ากับ Learning และ Network Intelligence มากขึ้นด้วย

ISAC จะเปลี่ยนอนาคตของเครือข่ายได้อย่างไร

ถ้าพูดในภาพรวมใหญ่ เจ้า ISAC กำลังเปลี่ยนคำถามของวงการโทรคมนาคมว่า เราจะทำให้เครือข่ายส่งข้อมูลได้เร็วขึ้นแค่ไหน? ไปเป็น เราจะทำให้เครือข่ายเข้าใจโลกที่มันเชื่อมต่ออยู่กันได้อย่างไร? นี่เลยเป็นเหมือนการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ ซึ่งในสมัยก่อน โทรศัพท์มือถือเป็นอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อเราเข้ากับอินเทอร์เน็ต ส่วนเครือข่ายก็เป็นเหมือนโครงสร้างพื้นฐานที่มองไม่เห็น แต่ในยุค 6G เครือข่ายจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบที่รับรู้โลกจริงๆ มันจะเข้ามาทำให้ Autonomous Systems, Smart Cities, Industrial Automation, Robotics และบริการที่ต้องการ Location Awareness หรือ Environment Awareness สูง ใช้งานได้จริง แต่ ISAC ตอนนี้ก็ยังต้องพัฒนาอีกมาก เพราะการที่เราจะทำให้ระบบทำงานได้จริงในโลกที่เต็มไปด้วยสัญญาณรบกวนเยอะ  ไม่ว่าจะเป็นสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงตลอด หรือ การหาสมดุลระหว่าง Sensing Accuracy, Data Rate, Latency, Energy Efficiency และ Privacy ยังคงต้องพัฒนาต่อไป

บทสรุป

สุดท้ายแล้ว ความน่าสนใจของ ISAC ไม่ได้อยู่ที่คำว่า Radar หรือ 6G แต่อยู่ที่การที่มันจะเปลี่ยนวิธีคิดเกี่ยวกับเครือข่ายทั้งหมด ที่ผ่านมาเราใช้คลื่นวิทยุเพื่อส่งข้อมูลจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง แต่ ISAC มองว่า คลื่นนี้กำลังเดินทางผ่านสิ่งต่างๆ ทั้งรถ คน อาคาร สิ่งกีดขวาง และการเคลื่อนไหวต่าง ๆ ที่ทิ้งร่องรอยไว้ในสัญญาณ ถ้าเราสามารถอ่านร่องรอยพวกนี้ได้ เครือข่ายก็จะไม่ได้เป็นแค่ตัวส่งข้อมูลอีกต่อไป แต่จะกลายเป็นระบบประสาท (Neural System) ที่คอยรับรู้สิ่งต่าง ๆ รอบตัวได้เลย นี่เลยเป็นเหตุผลที่ทำให้ ISAC ถูกจับตามองในฐานะหนึ่งในแนวคิดสำคัญของ 6G นั่นเอง