เทคโนโลยีและมาตรฐานของการแพร่ภาพโทรทัศน์ดิจิทัล (Digital Television : DTV)

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิชา ITM 640: เทคโนโลยีการสื่อสารและอินเตอร์เน็ต
โดยมีอาจารย์ พ.อ.รศ.ดร.เศรษฐพงค์ มะลิสุวรรณ เป็นผู้สอน

บทนำ

การแพร่ภาพโทรทัศน์ (Television Broadcasting) เป็นวิธีการรับส่งข้อมูลข่าวสารทั้งข้อมูลภาพและเสียง โดยแบ่งการทำงานออกเป็นสองประเภท ได้แก่ การแพร่ภาพโทรทัศน์แบบแอนะล็อก (Analog)และแบบดิจิทัล (Digital)โดยหลักการแพร่ภาพเบื้องต้นเกิดจากเครื่องส่งจะส่งสัญญาณภาพและเสียงพร้อมกับผสมสัญญาณรวมกับคลื่นวิทยุแล้วกระจายสู่อากาศในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นเครื่องรับจะทำการแยกสัญญาณ ทำให้เป็นภาพปรากฏที่หน้าจอเครื่องรับ โดยหลักการของการแพร่ภาพประกอบด้วย การสแกนภาพ การส่งสัญญาณโทรทัศน์แอนะล็อกในระบบต่าง ๆ เช่น ระบบเอ็นทีเอสซี (NTSC) ระบบพัล (PAL) และระบบซีแคม (SECAM) เป็นต้น ซึ่งการแพร่ภาพในแต่ละประเภทนี้สามารถรับและส่งข้อมูลได้ในหลายช่องทาง เช่น การส่งสัญญาณผ่านสายเคเบิล การส่งสัญญาณผ่านดาวเทียมและการส่งสัญญาณแพร่ภาพภาคพื้นดินด้วยคลื่นความถี่วิทยุ ซึ่งอาจจะมาจากการถ่ายทอดสดหรือจากการบันทึกเทปไว้
โทรทัศน์แอนะล็อก (analog television)เป็นโทรทัศน์ที่มีระบบการส่งสัญญาณภาพและเสียงในรูปสัญญาณแอนะล็อก แบบเอเอ็ม (A.M.)และเอฟเอ็ม (F.M.) โดยส่งเป็นสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โทรทัศน์ชนิดนี้มีการใช้งานทั่วไปอยู่ในระบบ เช่น โทรทัศน์ระบบเอ็นทีเอสซี (NTSC)พัล (PAL) และซีแคม (SECAM)
โทรทัศน์ดิจิทัล (digital television)เป็นโทรทัศน์อีกรูปแบบมาตรฐานที่พัฒนามาจากโทรทัศน์แบบแอนะล็อก มีระบบการส่งสัญญาณภาพและเสียงแบบดิจิทัล คือส่งข้อมูลเป็นบิต การส่งข้อมูลแบบนี้สามารถส่งข้อมูลได้มากกว่าแบบแอนะล็อก ในหนึ่งช่องสัญญาณ จึงเรียกได้อีกอย่างว่ามัลติแคสติ้ง (multicasting) การส่งสัญญาณเป็นแบบดิจิทัลจึงทำให้ได้คุณภาพของภาพและเสียงดีกว่าเช่น โทรทัศน์ระบบความคมชัดสูง (HDTV)

เทคโนโลยีโทรทัศน์แอนะล็อก

ในยุคเริ่มต้นของ กิจการ วิทยุกระจายเสียงและแพร่ภาพ โทรทัศน์นั้น การให้บริการโทรทัศน์ ใช้เทคโนโลยีที่เป็น ระบบแอนะล็อก แบบขาว-ดำ ในเวลาต่อมามีการพัฒนา โทรทัศน์สีขึ้น ซึ่งเป็นการต่อยอดทางเทคโนโลยีจากโทรทัศน์ ขาว-ดำ โดยการแพร่สัญญาณภาพส่วนที่เป็นภาพสีฝากไปกับแถบความถี่ภายในช่องความถี่ที่กำหนด เพื่อให้เครื่องรับโทรทัศน์ขาว-ดำ ยังคงรับสัญญาณจากการส่งโทรทัศน์สีได้ ปัจจุบันมีระบบโทรทัศน์สีอยู่ 3 ระบบ ได้แก่ NTSC (National Television System Committee), PAL (Phase Alternating Line) และ SECAM (Séquentiel couleur avec mémoire หรือ Sequential Color with Memory) ทั้ง 3 ระบบอิงอยู่บนหลักการพื้นฐานเดียว กัน คือ ภาพที่ปรากฏบนจอโทรทัศน์เกิดจากการสแกน (scan) ในแนวนอน จำนวนหลายเส้นสแกนจนครบเฟรมภาพ (Frame) หนึ่งเฟรม ในทางทฤษฎีเส้นสแกนในแนวนอนจะต่อเนื่องกัน นั่นคือ ความชัดเจนของภาพทางแนวนอนไม่มีขีดจากัด แต่ในทางปฏิบัติความชัดเจนของภาพทางแนวนอน จะถูกจำกัดด้วยความกว้างของแถบความถี่ของช่องสัญญาณโทรทัศน์
โทรทัศน์สีแอนะล็อกใช้วิธีสแกนภาพแบบ อินเทอร์เลซ (Interlaced) กล่าวคือ ภาพแต่ละเฟรมจะถูกแบ่งออกเป็น 2 ส่วนที่เรียกว่า ฟีลด์คี่ และฟีลด์คู่ ทั้งสอง ฟีลด์จะถูกนำมาแสดงสลับกันด้วยอัตราจานวนเฟรมต่อวินาที (หรือจานวนภาพต่อวินาที ) โดยที่อิงกับมาตรฐานภาพยนตร์ (ซึ่งมีค่าเท่ากับ 24 เฟรมต่อวินาที) การเลือกอัตราจำนวนเฟรมต่อวินาทีสำหรับระบบโทรทัศน์ยังคำนึงถึงความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในประเทศนั้น ๆ ด้วย กล่าวคือ ในประเทศที่ใช้กระแสไฟฟ้า 50 Hz จะเลือกใช้ 25 เฟรมต่อวินาที ในขณะที่ประเทศที่ใช้กระแสไฟฟ้า 60 Hz จะใช้ 30 เฟรมต่อวินาที เหตุผลของการเลือกตัวเลขดังกล่าวนี้ก็เพื่อหลีกเลี่ยงการวูบวาบ (Flicker) ของภาพที่เกิดขึ้นจากการรบกวนเมื่อจังหวะในการสแกนภาพโทรทัศน์ไม่สัมพันธ์กับแสงสว่างจากหลอดไฟฟ้าในห้องที่รับชมโทรทัศน์อยู่

รูปที่ 1 แสดงการสแกนภาพโทรทัศน์

รูปที่ 2 การแสดงผลด้วยวิธีสแกนภาพแบบอินเทอร์เลซ

ก่อนที่จะทำการ แพร่กระจายสัญญาณภาพโทรทัศน์สีแอนะล็อกจากสถานีส่งไป ยังสายอากาศ ของเครื่องรับ สัญญาณภาพโทรทัศน์สีแอนะล็อกจะถูกมอดูเลตเข้ากับคลื่นความถี่วิทยุเพื่อให้สัญญาณสามารถส่งผ่านอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพบนคลื่นความถี่ตามที่กำหนด และ ลดผลกระทบของสัญญาณรบกวน การมอดูเลตสัญญาณภาพโทรทัศน์สีแบบแอนะล็อกกับคลื่นความถี่วิทยุส่วนมากจะเป็น การมอดูเลตเชิงขนาดแบบ VSB (Vestigial Sideband) ซึ่งมีข้อดีคือมีประสิทธิภาพการใช้งานแบนด์วิทด์ที่ดี
ในส่วนของการส่งสัญญาณเสียง สำหรับระบบโทรทัศน์สีแบบแอนะล็อก นั้นใช้ระบบการมอดูเลตที่ต่างไปและการมอดูเลตกับคลื่นความถี่วิทยุจะแยกกันกับสัญญาณภาพ แต่ทั้งสองสัญญาณ อาจจะรวมกันในเครื่องขยายสัญญาณ (ใช้เครื่องขยายสัญญาณร่วมกัน) หรืออาจจะรวมกันก่อนจะป้อนสู่ระบบสายอากาศ (ใช้เครื่องขยายสัญญาณแยกกัน) โดยทั่วไปสัญญาณเสียง โมโน (mono) จะเป็นการมอดูเลตสัญญาณเสียงแบบ FM กับคลื่นความถี่วิทยุ ส่วนสัญญาณเสียง ภาษาที่ 2 หรือเสียงระบบสเตอริโอ (stereo) จะเป็นระบบ Digital NICAM อย่างที่ใช้ประเทศอังกฤษ ระบบ FM-FM ในประเทศญี่ปุ่น ระบบ A2 Stereo หรือมาตรฐาน IRT ในประเทศเยอรมัน และ ระบบ BTSC หรือ MTS ในประเทศสหรัฐอเมริกา
ระบบโทรทัศน์สีแอนะล็อกทั่วโลกแพร่ภาพในย่านความถี่ VHF และ UHF เหมือน ๆ กัน แต่การจัดสรรขนาดความกว้างของช่องสัญญาณความถี่วิทยุ จานวนเส้นสแกน ความถี่ด้านภาพและเสียง จะแตกต่างกันไปตามมาตรฐานการแพร่ภาพสัญญาณโทรทัศน์ที่เลือกใช้
สหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (International Telecom Union) หรือที่เรียกโดยย่อว่า ITU ได้จัดสรรความถี่ย่าน VHF และ UHF สาหรับกิจการกระจายเสียงและแพร่ภาพ (broadcasting) ไว้ดังนี้คือ
VHF Band I ความถี่ 47-72 MHz
VHF Band II ความถี่ 87-108 MHz
VHF Band III ความถี่ 174-230 MHz
UHF Band IV, V ความถี่ 470-890 MHz
แต่ประเทศ ส่วนใหญ่ใช้มาตรฐานการส่งโทรทัศน์ บนย่านความถี่ UHF มากกว่าย่านความถี่ VHF เนื่องจาก ในหลายประเทศอาจใช้ความถี่เหล่านี้กับกิจการอื่น ๆ เช่น ประจาที่ (Fixed) หรือเคลื่อนที่ (Mobile) ร่วมกับกิจการกระจายเสียงและแพร่ภาพด้วยภายหลังการประชุม ITU ณ กรุงสต็อกโฮล์ม (Stockholm) ในปี ค.ศ. 1961 ITU ได้กำหนดมาตรฐานการส่งสัญญาณโทรทัศน์โดยใช้ตัวอักษร A-N ผสมกับระบบโทรทัศน์สี (NTSC, PAL และ SECAM) เช่น PAL-B, NTSC-M เป็นต้น ดังปรากฏใน ตารางที่ 1 ดังนี้

ตารางที่ 1 มาตรฐานการส่งโทรทัศน์ ตามตัวอักษร A-N

หมายเหตุ ระบบในแถบสีเทา เป็นระบบที่เลิกใช้แล้ว คือ
A ระบบ 405 เส้น ความถี่ VHF ในประเทศอังกฤษ
C ระบบเดิม ความถี่ VHF ในประเทศเบลเยี่ยม
E ระบบ 819 เส้น ความถี่ VHF ในประเทศฝรั่งเศส ความชัดเจนใกล้เคียง HDTV ปัจจุบัน
F ระบบ 819 เส้น แต่ BW 7 MHz ความถี่ VHF ในประเทศเบลเยี่ยมและลักแซมเบอร์ก
ระบบ ที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน ได้แก่
B ทั่วไป ความถี่ VHF เช่น PAL-B, ยกเว้นทวีป ออสเตรเลีย มีทั้ง VHF และ UHF
D ทั่วไป ย่านความถี่ VHF เช่น SECAM-D, ยกเว้นจีน PAL-D ทั้ง VHF และ UHF
G ทั่วไป ความถี่ UHF เช่น PAL-G ใช้คู่กับ B ในความถี่ VHF ยกเว้นทวีป ออสเตรเลีย
H ความถี่ UHF เช่น PAL-H ใช้ในประเทศเบลเยี่ยม ลักแซมเบอร์ก และกลุ่มประเทศยูโกสลาเวียเดิม
I ความถี่ UHF เช่น PAL–I ใช้ในประเทศอังกฤษ ไอร์แลนด์ อาฟริกาใต้ มาเก๊า และฮ่องกง
J ความถี่ VHF เช่น NTSC-J และ UHF ใช้ในประเทศญี่ปุ่น
K ทั่วไป ความถี่ UHF เช่น SECAM-K ใช้คู่กับ D ในย่านความถี่ VHF
L ความถี่ VHF Band I เช่น SECAM-L ในประเทศฝรั่งเศส
M ความถี่ VHF และ UHF เช่น NTSC –M ใช้ในทวีปอเมริกาเหนือ ฟิลิปปินส์ เกาหลีใต้ ไต้หวัน และ เมียนม่าร์ ส่วนในประเทศบราซิล เป็นระบบ PAL-M
N ความถี่ VHF และ UHF เช่น PAL-N ใช้ในทวีปอเมริกาใต้ อาเจนตินา ปารากวัย อุรุกวัย
สาหรับประเทศไทยและประเทศในกลุ่มอาเซียน ใช้ระบบ PAL-B และ PAL-G ยกเว้น เมียนม่าร์และฟิลิปปินส์ ใช้ระบบ NTSC-M

เทคโนโลยีโทรทัศน์ดิจิทัล Digital television (DTV)

เป็นเวลาหลายสิบปีที่กิจการโทรทัศน์แอนะล็อกให้บริการสู่ผู้ชมทั้งที่ผ่านดาวเทียม เคเบิลทีวี และจากสถานีโทรทัศน์ภาคพื้นดิน มีความพยายามลดจานวนมาตรฐานการส่งโทรทัศน์ ตั้งแต่ยุคโทรทัศน์ ขาว- ดำ ที่มีจานวนเส้นสแกน ต่างถึง 4 ระบบคือ 405, 525, 625 และ 819 เส้น เหลือเพียง 2 ระบบคือ 525 และ 625 เส้น แต่มีระบบโทรทัศน์สี 3 ระบบ คือ NTSC, PAL และ SECAM คือระบบ NTSC 525 เส้น PAL มีทั้ง 525/625 เส้น และ SECAM 625 เส้น เมื่อเทคโนโลยีได้รับการพัฒนาไปสู่โทรทัศน์ยุคดิจิทัล จึงคาดหวังกันว่าน่าจะมีมาตรฐานโทรทัศน์ดิจิทัลเพียงมาตรฐานเดียว อย่างไรก็ดี ในทางปฏิบัติประเทศหรือกลุ่มประเทศที่เป็นผู้นำทางเทคโนโลยีต่างก็พัฒนามาตรฐานระบบโทรทัศน์ดิจิทัล ที่เป็นของตนเองขึ้นมาใช้งาน แต่กระนั้น มีข้อสังเกตว่า โดยพื้นฐานแล้วมาตรฐานของแต่ละระบบ ต่างก็ใช้สัญญาณภาพที่เป็น ดิจิทัลและใช้การบีบอัดแบบ MPEG-2 เหมือนกัน
โทรทัศน์ดิจิทัล (Digital television หรือ DTV) คือระบบการแพร่สัญญาณภาพเคลื่อนไหวและสัญญาณเสียงไปสู่เครื่องรับโทรทัศน์ด้วยสัญญาณดิจิทัล ซึ่งแตกต่างกับการใช้สัญญาณแอนะล็อกใน ระบบโทรทัศน์แอนะล็อก โดยทั่วไป DTV ใช้สัญญาณดิจิทัลที่ถูกบีบอัดและ เข้ารหัส MPEG-2 การรับชมจึงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ถอดรหัส ซึ่งอาจมีมาพร้อมกับตัวเครื่องรับโทรทัศน์เลยหากเป็นโทรทัศน์รุ่นใหม่ที่ผลิตขึ้นมาเพื่อรองรับระบบดิจิทัล หรือจะเป็นอุปกรณ์ถอดรหัส ที่แยกอยู่โดด ๆ ในอุปกรณ์เครื่องรับสัญญาณที่เรียกว่า STB (Set Top Box) ซึ่งใช้ถอดรหัสสัญญาณและป้อนให้กับเครื่องรับโทรทัศน์แอนะล็อกที่มีใช้งานทั่วไป หากเป็นการ รับชมด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ PC ก็มีการ์ดรับสัญญาณที่สามารถถอดรหัสได้ ในระบบโทรทัศน์ดิจิทัล สัญญาณภาพและเสียงที่รับได้มีคุณภาพสูงกว่า ระบบ โทรทัศน์แอนะล็อก เนื่องจากเทคโนโลยีดิจิทัลมีขีดความสามารถในการขจัดปัญหาของ สัญญาณรบกวน ได้ดีกว่าแอนะล็อก ภาพเสียงชัดเจนไม่มีภาพเงา การเปลี่ยนแปลงไปสู่ DTV นับว่าเป็นการปฏิวัติวงการโทรทัศน์ยิ่งกว่าตอนเปลี่ยนจากโทรทัศน์ขาว - ดำไปเป็นโทรทัศน์สี ก่อให้เกิดธุรกิจและโอกาสใหม่ ๆ ในวงการ วิทยุกระจาย เสียงและแพร่ภาพโทรทัศน์ รวมถึงผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ DTV ได้รับความนิยมแพร่หลายอย่างรวดเร็ว ซึ่งมีทั้งการให้บริการผ่าน ระบบสื่อสาร ดาวเทียม ผ่านเคเบิล ผ่านบรอดแบนด์ และผ่านสถานีโทรทัศน์ภาคพื้นดิน เป็นต้น
มาตรฐานการส่งสัญญาณโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านดาวเทียมแบบ DVB-S (Digital Video Broadcasting Satellite) เป็นต้นแบบของมาตรฐานการส่งสัญญาณโทรทัศน์ ดิจิทัลระบบอื่น ๆ ทั้งในเรื่องของ วิธีการมอดูเลตแบบ QPSK, วิธีการบีบอัดและเข้ารหัส ข้อมูลด้วยมาตรฐาน MPEG-2 และวิธีการแก้ไขความผิดพลาด แบบไปข้างหน้า (Forward Error Correction) ซึ่งมาตรฐาน DVB-S เริ่มถูกนำมาใช้งานในปี ค.ศ. 1995 และได้รับการยอมรับอย่างรวดเร็ว มีการใช้งานกันอย่าง แพร่หลายทั่วโลก สาหรับลักษณะของการส่งข้อมูลผ่านทางช่องสัญญาณของมาตรฐาน DVB-S แบ่งออกได้ 2 แบบ ได้แก่ MCPC (Multi Channel per Carrier) ซึ่งเป็นการส่งสัญญาณโทรทัศน์หลายช่องในรูปของสัญญาณดิจิทัลบนคลื่นพาห์เดียว และ SCPC (Single Channel per Carrier) ซึ่งเป็นการส่งสัญญาณโทรทัศน์หนึ่งช่องในรูปของสัญญาณดิจิทัลบนคลื่นพาห์เดียว
มาตรฐานการส่งสัญญาณโทรทัศน์ผ่านเคเบิล แบบ DVB-C (Digital Video Broadcasting-Cable) ใช้วิธีการบีบอัดและเข้ารหัสข้อมูลด้วยมาตรฐาน MPEG-2 เช่นเดียวกับมาตรฐาน DVB-S แต่จะใช้การมอดูเลตสัญญาณแบบ QAM แทน ตัวอย่างเช่น การมอดูเลตสัญญาณแบบ 16QAM, 64QAM, 128QAM และ 256QAM พร้อมทั้งมีการใช้รหัสช่องสัญญาณ (Channel Coding) ก่อนการมอดูเลตและส่งสัญญาณ
การส่งสัญญาณโทรทัศน์ดิจิทัลภาคพื้นดิน (Digital Terrestrial Television Broadcasting: DTTB) ใช้วิธีการ บีบอัดและเข้ารหัส ข้อมูลด้วยมาตรฐาน MPEG-2 เช่นเดียวกับมาตรฐาน DVB-S และ DVB-C ระบบ DTTB ได้รับการพัฒนาขึ้นโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อ แทนที่ระบบโทรทัศน์แอนะล็อก โดยระบบใหม่นี้มีข้อดีคือ มีจำนวนช่องรายการมากกว่า และมีคุณภาพของภาพและเสียง ที่ดีกว่าโทรทัศน์แอนะล็อก สำหรับ การรับสัญญาณสามารถกระทำได้ โดยใช้สาย อากาศรับ สัญญาณ โทรทัศน์แบบธรรมดาที่ใช้กันอยู่ตามบ้านเรือนทั่วไป ซึ่งจะประหยัดกว่า การใช้จานรับ สัญญาณ ดาวเทียมหรือ การสมัคร เป็นสมาชิกเคเบิลทีวีปัจจุบันระบบ DTTB ในโลกนี้มีอยู่ 4 มาตรฐาน ได้แก่
1. ATSC ถูกพัฒนาขึ้นมาในประเทศสหรัฐอเมริกา
2. DVB-T ถูกพัฒนาขึ้นมาในทวีปยุโรป
3. ISDB-T ถูกพัฒนาขึ้นมาในประเทศญี่ปุ่น
4. DTMB ถูกพัฒนาขึ้นมาในประเทศจีน

มาตรฐานสากลของเทคโนโลยีระบบโทรทัศน์ดิจิทัลภาคพื้นดิน (Digital มาตรฐานสากลของเทคโนโลยีระบบโทรทัศน์ดิจิทัลภาคพื้นดิน (Digital Terrestrial TV)

มาตรฐาน ATSC
ระบบโทรทัศน์ดิจิทัล ATSC ได้รับการ พัฒนาขึ้นในประเทศสหรัฐอเมริกาในปี ค.ศ. 1998 เพื่อใช้แทนที่ระบบโทรทัศน์สีแอนะล็อก NTSC 525 เส้น 60 Hz โดยคณะกรรมการ ATSC (Advance Television System Committee) สำหรับประเทศสหรัฐอเมริกาและแคนาดา ข้อกำหนดในการพัฒนาระบบใหม่นี้คือ ต้องสามารถครอบคลุมพื้นที่ เขตบริการ ทั้งขนาดพื้นที่ทางภูมิศาสตร์และจำนวนประชากร เท่ากับการให้บริการโทรทัศน์สี NTSC แบบดั้งเดิม โดยต้องไม่มีการรบกวนกันกับการให้บริการโทรทัศน์สี NTSC ที่มีอยู่เดิม ทั้งนี้ได้มีการทดสอบการให้บริการโทรทัศน์ดิจิทัล ATSC แล้ว ผลที่ได้จากการทดสอบพบว่า เป็นที่น่าพอใจ อย่างยิ่ง เนื่องจากมีการรบกวนระหว่างช่องสัญญาณความถี่เดียวกันต่ำ จึงสามารถเพิ่มจานวนช่องสัญญาณได้มากขึ้นถึง 1600 ช่อง และผู้ชมทางบ้านสามารถรับชมได้อย่างสะดวกเพราะใช้เพียงสายอากาศ ที่ติดตั้งบนหลังคา (roof-top) หรือสายอากาศแบบพกพาเคลื่อนย้ายได้ (Portable) ก็จะรับสัญญาณได้ดี และระบบ ATSC ยังได้ออกแบบเพื่อให้มีความทนทานต่อสภาพการรับสัญญาณซ้ำซ้อนกันจากคลื่นวิทยุที่สะท้อนจากภูเขา อาคารหรือสิ่งก่อสร้างแบบ Multipath ที่ช่วงเวลาที่คลื่นวิทยุเหล่านั้น มาถึงต่างกันไม่มากนัก รวมทั้งมีประสิทธิภาพในการใช้แถบความถี่และสะดวกในการจัดสรรช่องสัญญาณความถี่

ระบบ ATSC ได้กำหนดมาตรฐานรูปแบบภาพโทรทัศน์ ที่มีความชัดเจน แตกต่างกัน ตามตารางที่ 2 ดังนี้

ตารางที่ 2 มาตรฐานรูปแบบภาพโทรทัศน์แบบต่าง ๆ

หมายเหตุ i : การสแกนแบบอินเทอร์เลซ (Interlaced) ที่ใช้กับโทรทัศน์ทั่วไป
p : การสแกนแบบก้าวหน้า (Progressive) ที่ใช้กับจอภาพ
จากตารางที่ 2 สถานีโทรทัศน์สามารถเลือก รูปแบบภาพให้เหมาะสมกับรายการที่ถ่ายทอด เช่น หากกำลังถ่ายทอดรายการ ภาพยนตร์ ให้เลือกรูปแบบภาพที่มีความละเอียด 1920 X 1080 พิกเซล, 60i โดยใช้อัตราส่วนระหว่างความยาวในแนวนอนกับความยาวในแนวดิ่งเท่ากับ 16 : 9 หรือที่เรียกว่ามาตรฐาน 1080i ส่วนการถ่ายทอดการแข่งขันกีฬาและข่าว อาจเลือก รูปแบบภาพที่มีความละเอียด 1280 X 720 พิกเซล, 30p โดยใช้อัตราส่วนระหว่างความยาวในแนวนอนกับความยาวในแนวดิ่งเท่ากับ 16 : 9 หรือที่เรียกว่ามาตรฐาน 720p เป็นต้น มาตรฐานรูปแบบภาพโทรทัศน์แบบ 1080i และ 720p ถูกกำหนดให้เป็นมาตรฐานโทรทัศน์ความชัดเจนสูง หรือ มาตรฐาน HDTV ซึ่งมีความชัดเจนมากกว่า รูปแบบภาพที่มีความละเอียด 480 X 704, 60i หรือแบบ 480 X 640, 60i บนมาตรฐานจอภาพ 16 : 9 หรือ 4 : 3 ซึ่งกำหนดให้เป็นโทรทัศน์ความชัดเจนมาตรฐาน SDTV โดยทั่วไปโทรทัศน์ความชัดเจนสูงจะชัดกว่าโทรทัศน์ความชัดเจนมาตรฐาน และโทรทัศน์สี NTSC ถึง 6 เท่า สาหรับระบบเสียง นั้น มาตรฐาน ATSC เลือกใช้ตามมาตรฐาน Dolby AC-3 แบบ 5.1 ช่องเสียง ทั้งสำหรับสัญญาณภาพซึ่งถูกบีบอัดด้วยมาตรฐาน MPEG-2 และสัญญาณเสียงระบบ Dolby AC-3 จะถูกนำมามัลติเพล็กซ์กันตามมาตรฐาน MPEG-2 TS ก่อนที่จะถูกนำมาเข้ารหัสและมอดูเลตสัญญาณเชิงขนาดแบบ VSB เช่นเดียวกับระบบโทรทัศน์สี NTSC
การมอดูเลตสัญญาณเชิงขนาดแบบ VSB สำหรับมาตรฐาน ATSC นั้น ได้แก่การมอดูเลต แบบ 8 VSB โดยวิธีการ มอดูเลตสัญญาณแบบ 8 VSB สามารถป้องกันการรบกวนจากระบบโทรทัศน์สี NTSC เดิมได้ดีกว่า และขนาดช่องสัญญาณที่ใช้ได้มีขนาด 6, 7 และ 8 เมกะเฮิร์ทซ์ หากใช้วิธีการมอดูเลตสัญญาณแบบ 8 VSB ในช่องสัญญาณขนาด 6 เมกะเฮิร์ทซ์ จะสามารถรองรับอัตราบิตของการส่งข้อมูลได้ถึง 19.28 เมกกะบิตต่อวินาที โดยอัตราข้อมูลนี้สามารถรองรับรายการโทรทัศน์ที่มีความชัดเจนสูงได้ 1 รายการ หรือ รายการโทรทัศน์ที่มีความชัดเจนมาตรฐานได้ถึง 4-6 รายการพร้อมกัน และมาตรฐาน ATSC เหมาะสำหรับประเทศที่ใช้ไฟฟ้าระบบ 60 Hz ปัจจุบันยังไม่สามารถให้บริการแก่โทรทัศน์เคลื่อนที่ได้

รูปที่ 3 เปรียบเทียบการใช้สเปกตรัมความถี่ของโทรทัศน์สี NTSC และโทรทัศน์ดิจิทัล ATSC

รูปที่ 3 แสดงการใช้สเปกตรัมความถี่ของโทรทัศน์ ดิจิทัล ATSC ซึ่งผลจากการใช้เทคโนโลยี 8VSB คือทำให้ได้เขต บริการที่กว้างไกลกว่า มาตรฐานอื่น ๆ ที่กำลังส่งออกอากาศ (ERP หรือ effective radiated power) เท่ากัน จึงเหมาะสมกับประเทศสหรัฐอเมริกาที่มีพื้นที่กว้างขวางแต่มีความหนาแน่นของประชากรน้อย โดย ประชากร ที่อยู่ในเขต พื้นที่ที่มีความหนาแน่นต่ำ ลักษณะของช่องสัญญาณ จะเป็นช่องสัญญาณที่มีสัญญาณรบกวนแบบเกาส์ (Gaussian Channel) ดังที่แสดงตามรูป ที่ 4 ในขณะที่ประชากร ที่อยู่ในเขตพื้นที่ที่มีความหนาแน่นสูงจะมีลักษณะ ช่องสัญญาณ ที่มีสัญญาณรบกวนแบบเรลีย์ (Rayleigh Channel) หรือช่องสัญญาณไรซ์ (Rice Channel)

รูปที่ 4 เส้นทางการส่งข้อมูลแบบต่างๆ

มาตรฐาน DVB-T
ระบบโทรทัศน์ดิจิทัล DVB-T ถูกพัฒนาขึ้นในทวีปยุโรป ในปี ค.ศ. 1998 เพื่อทดแทนระบบ PAL & SECAM 625 เส้น 50 Hz โดยองค์การ Digital Video Broadcasting Project (DVB) ซึ่งเป็นความร่วมมือกันระหว่าง สถานีวิทยุโทรทัศน์ และบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมวิทยุโทรทัศน์ มาตรฐาน DVB ถูกกำกับดูแลโดยคณะกรรมการร่วม (JTC) ของ European Telecommunication Standards Institute (ETSI), European Committee for Electrotechnical Standardization (CENELEC) และ European Broadcasting Union (EBU)
โทรทัศน์ดิจิทัลภาคพื้นดิน DVB-T ถูกออกแบบเพื่อให้สามารถครอบคลุมพื้นที่เขตบริการได้ดีทั้งในบริเวณที่ไม่มีคลื่นวิทยุรบกวน และในบริเวณที่มีคลื่นวิทยุรบกวน โดยเครื่องรับสามารถรับสัญญาณได้ดีไม่ว่าเครื่องรับสัญญาณ จะอยู่กับที่หรือกำลังเคลื่อนที่อยู่ก็ตาม หากรับสัญญาณ ในเขตบริการที่ ไม่มีคลื่นรบกวน จะสามารถรับสัญญาณได้ดีแม้ขณะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว ที่สูงถึง 170 กิโลเมตรต่อชั่วโมงก็ตาม ระบบถูกออกแบบให้มีความทนทานต่อสภาพการรับสัญญาณซ้ำซ้อนจากคลื่นวิทยุที่สะท้อนจากภูเขาอาคารหรือสิ่งก่อสร้าง และสามารถรับ สัญญาณเดียวกันที่ส่งออกมาจากสถานีส่งหลาย ๆ สถานีพร้อมกันได้ ซึ่งโครงข่ายแบบนี้เรียกว่า โครงข่ายความถี่เดียว (SFN หรือ Single Frequency Network) นอกจากนี้ระบบ โทรทัศน์ดิจิทัล DVB-T ยังสามารถใช้แถบคลื่นความถี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพและสะดวกในการจัดสรรช่องสัญญาณความถี่

รูปที่ 5 เครือข่ายความถี่เดียว (Single Frequency Network)

สัญญาณภาพ ของระบบ โทรทัศน์ดิจิทัล DVB-T ถูกเข้ารหัสและ บีบอัดแบบ MPEG-2 และสัญญาณเสียงถูกเข้ารหัสและบีบอัด แบบ MPEG-2 Layer 2 ปัจจุบันหลายประเทศโดยเฉพาะประเทศที่เริ่มให้บริการ ได้เริ่มใช้การเข้ารหัสและบีบอัดสัญญาณภาพแบบ MPEG-4 AVC หรือ H.264 และใช้การเข้ารหัสและบีบอัดสัญญาณเสียงแบบ MPEG-4 AAC แทน MPEG-2 สำหรับการมอดูเลตสัญญาณ นั้นจะใช้การมอดูเลตแบบ แบบ COFDM (Code Orthogonal Frequency Division Multiplex) ซึ่งใช้คลื่นพาห์พหุคูณจานวน 2,000 และ 8,000 คลื่น แต่ละคลื่นจะมีปริมาณข้อมูลไม่มากนัก จึงมีความทนทานต่อสภาพการรับสัญญาณซ้ำซ้อนจากคลื่นวิทยุแบบ พหุวิถี (Multipath) ได้ดี

มาตรฐาน ISDB-T

ISDB : Integrated Service Digital Broadcasting ถูกพัฒนาในประเทศญี่ปุ่น ในปี ค.ศ. 1999 เพื่อทดแทนระบบ NTSC 525 เส้น 60 Hz โดยกลุ่มผู้พัฒนาได้แก่ ARIB (Association of Radio Industries and Business) และมีองค์การ Digital Broadcasting Expert Group (DiBEG) เป็นหน่วยงานส่งเสริมและสนับสนุนระบบให้แพร่หลายทั่วโลกและแก่บริษัทผู้ผลิตในอุตสาหกรรมวิทยุโทรทัศน์ มาตรฐาน ISDB ครอบคลุมการให้บริการโทรทัศน์ผ่านดาวเทียม (ISDB-S) เคเบิลทีวี (ISDB-C) และโทรทัศน์ภาคพื้นดิน (ISDB-T) ทุกมาตรฐานอยู่บนฐานการบีบอัดสัญญาณมาตรฐาน MPEG-2 ทั้งสัญญาณภาพและสัญญาณเสียงรวมกันในกระแสสัญญาณ MPEG-2 ทรานสปอร์ตสตรีม โทรทัศน์ภาคพื้นดินระบบ ISDB-T มีความยืดหยุ่นสูง สามารถให้บริการไม่เฉพาะสัญญาณภาพและเสียงเท่านั้นแต่สามารถให้บริการสื่อประสม (Multimedia) อื่น ๆ เช่น การกระจายข้อมูล (Data Broadcasting) ได้พร้อมกัน โดยทั่วไปจะส่งสัญญาณโทรทัศน์ความชัดเจนสูง (HDTV) พร้อมด้วยส่งสัญญาณ ISDB-Tsb ที่เรียกว่าแบบ One-Segโดยใช้วิธี BST-OFDM (Band Segmented Transmission) สำหรับโทรทัศน์มือถือ คอมพิวเตอร์วางตัก(Laptop) และเครื่องรับในยานพาหนะ

รูปที่ 6 Segmented OFDM รองรับการส่งสัญญาณหลายบริการพร้อมกัน

รูปที่ 7 Hierarchical Transmission Segmented OFDM รองรับการรับสัญญาณสูงสุด 3 แบบ

ช่องสัญญาณความถี่คลื่นวิทยุโทรทัศน์ขนาด 6 MHz จะถูกแบ่งเป็น 13 segment จัดเป็น 2 ส่วนคือช่องความถี่กว้าง ขนาด 12 segment และช่องความถี่แคบ ขนาด 1 segment (ขนาด 430 kHz) รวม 5.6 MHz แต่ละส่วนจัดไว้สำหรับการบริการเฉพาะ คือส่วน 12 segment ส่งสัญญาณโทรทัศน์ความชัดเจนสูง (HDTV) จานวน 1 ช่อง หรือใช้ส่งสัญญาณโทรทัศน์ความชัดเจนมาตรฐาน (SDTV) จำนวนหลายช่องรายการ และส่วน 430 kHz หรือ One-Seg สำหรับโทรทัศน์มือถือ คอมพิวเตอร์วางตัก และเครื่องรับในยานพาหนะหรือส่งสัญญาณรายการวิทยุกระจายเสียง ทั้งสองส่วนจะนำมาเข้ารหัสรวมกัน อาศัยวิธีมอดูเลตสัญญาณแบบลำดับชั้น (Hierarchical Modulation) พร้อมกับการมอดูเลตคลื่นความถี่วิทยุโทรทัศน์เป็นแบบ OFDM ซึ่งสามารถเลือกใช้คลื่นพาห์จานวน 2k, 4k หรือ 8k ได้ เลือกวิธีผสมสัญญาณได้หลายแบบ คือ DQPSK,QPSK,16QAM และ 64QAM เลือกเข้าอัตราการเข้ารหัสชั้นใน (Internal Code Rate) ได้ 5 วิธีคือ 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 และ 7/8 (เช่นเดียวกับ DVB-T)
ในการมอดูเลตสัญญาณแบบลำดับชั้น (Hierarchical Modulation) จัดไว้สำหรับแต่ละ BST ขนาด 430 kHz ข้อมูลการจัดลำดับเหล่านี้ถูกส่งไปยังเครื่องรับโดย TMCC (Transmission and Multiplexing Configuration Control) เนื่องจากทั้งส่วน 5.6 MHz และ 430 kHz อาศัยคลื่น OFDM ร่วมกัน ส่วนสัญญาณในช่องความถี่แคบ 430 kHz จึงอาจรวมอยู่ในส่วนช่องความถี่กว้าง 5.6 MHz ได้ นั่นคือเครื่องรับสำหรับส่วนช่องความถี่แคบ 430 kHz สามารถรับสัญญาณบางส่วนของส่วน 5.6 MHz ได้ ในทางกลับกันเครื่องรับสำหรับส่วนช่องความถี่กว้าง 5.6 MHz สามารถรับสัญญาณได้ทุกบริการ

รูปที่ 8 ตัวอย่างการให้บริการด้วยวิธี Hierarchical Transmission

ISDB-T ใช้สัญญาณภาพที่ถูกบีบอัดแบบ MPEG-2 และสัญญาณเสียงแบบ MPEG-2 AAC สำหรับการบริการโทรทัศน์ความชัดเจนสูง (HDTV) และ SDTV เลือกมอดูเลตแบบ 16QAM / 64QAM ส่วนการบริการสัญญาณแบบ One-Seg. ใช้เทคโนโลยีการบีบอัดแบบ MPEG-4 AVC หรือ H.264 และสัญญาณเสียงแบบ MPEG-4 AAC-SBR เลือก มอดูเลตแบบ QPSK ส่วน Data Broadcasting จะเป็นสัญญาณแบบ BML (XTML), ECMA Script ขนาด 20-80 Kbit/s
ระบบถูกออกแบบให้มีความทนทานต่อสภาพการรับสัญญาณซ้ำซ้อนจากคลื่นวิทยุแบบ พหุวิถี (Multipath) ได้ดี พร้อมทั้งสามารถเลือกตัวแปรได้หลายมิติ จึงสามารถเลือกส่งข้อมูล ที่อัตราบิต (bit rate) ได้ตั้งแต่ 3.6-23.5 Mbit/s (อัตราบิตที่สูงหมายถึงมีจานวนช่องรายการ ได้มากขึ้น) ตามขนาดช่องความถี่ 6 MHz, และมีอัตราบิตมากขึ้นในช่องสัญญาณ 7 และ 8 MHz บนย่านความถี่ VHF และ UHF ของแต่ละประเทศ นอกจากนั้นยังสามารถเลือกปรับ ตัวแปรของระบบได้หลายมิติ โดยการเลือกอัตราบิตสูงจะทำให้จานวนช่องรายการมากจริง แต่จะจำกัดขอบเขตของพิสัยการให้บริการ เนื่องจากข้อจำกัดทางด้าน C/N เพราะความทนทานต่อสภาพการรับสัญญาณซ้ำซ้อนจากคลื่นวิทยุแบบ พหุวิถี (Multipath) และการรับชมแบบพกพาเครื่องรับหรือการรับในยานพาหนะขณะเคลื่อนที่
ISDB-T กำหนดเป้าหมายของระบบ ดังนี้
- เพิ่มความชัดเจนด้วยรายการโทรทัศน์แบบ HD 1 รายการ
- หรือให้บริการแบบ SD 3-4 รายการพร้อมกัน
- สามารถส่งรายการให้แก่ Mobile TV โทรทัศน์มือถือแบบ One-Seg ได้พร้อมกัน
- การกระจายข้อมูล (Data Broadcasting)
- Engineering Service เพื่อเพิ่มฟังก์ชันการทางานและแก้ปัญหาของเครื่องรับโทรทัศน์โดยการส่งซอฟต์แวร์
การกระจายข้อมูล (Data Broadcasting) มี 2 บริการ คือ
1. Data ที่สัมพันธ์กับเนื้อหารายการที่ชมอยู่ และสามารถเข้าถึงระหว่างออกอากาศเท่านั้น
2. Data ที่ไม่สัมพันธ์กับเนื้อหารายการที่ชมอยู่ และสามารถเข้าถึงได้ตลอดเวลา

มาตรฐาน DTMB

DTMB ย่อมาจาก Digital Terrestrial Multimedia Broadcast เป็นระบบที่ประเทศจีนพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้งานเอง ปัจจุบันชื่อระบบที่เป็นทางการ คือ DTMB เปลี่ยนจากเดิมใช้ชื่อว่า DMB-T/H ซึ่งย่อมาจาก Digital Multimedia Broadcast - Terrestrial / Handheld ที่มีเป้าหมายในการพัฒนาให้เป็นโทรทัศน์ดิจิทัลให้บริการภาคพื้นดินทั้งแบบรับอยู่กับที่ตามบ้านเรือนและแบบมือถือที่เคลื่อนที่ได้
ประเทศสาธารณรัฐประชาชนจีน ได้ประกาศระบบ โทรทัศน์ดิจิทัล ของตัวเอง เมื่อประมาณเดือน สิงหาคม 2549 เรียกว่า GB 20600-2006 อักษร GB มาจากภาษาจีน guo biao หมายถึงมาตรฐานแห่งชาติ ระบบโทรทัศน์ดิจิทัลภาคพื้นดิน DTMB ประกอบด้วย 2 มาตรฐาน ๆ ที่เหมือนกับ DVB-T/ ISBD-T คือมาตรฐาน DMB-T พัฒนาโดย Tsinghua University กรุงปักกิ่ง อาศัยใช้เทคโนโลยี OFDM แบบหลายคลื่นพาห์ (Multiple Carrier) และอีกมาตรฐานที่เหมือนกับระบบ ATSC พัฒนาโดย Jiaotong University เมืองเซี่ยงไฮ้ คือมาตรฐาน ADBT-T (Advanced Digital Broadcasting–Terrestrial) ส่งสัญญาณด้วย Single Carrier แบบ 8 VSB เนื่องจากประเทศสาธารณรัฐประชาชนจีน ไม่ได้เลือกระบบใดระบบหนึ่งเป็นมาตรฐานเพียงระบบเดียว คือ DTMB โดยเชื่อมรวมทั้ง 2 มาตรฐานเข้าด้วยกัน มีผลให้ Set Top Box หรือเครื่องรับ ต้องสามารถรับสัญญาณและถอดรหัสสัญญาณได้ ทั้ง 2 มาตรฐาน DTMB ได้เริ่มให้บริการในฮ่องกงและมาเก๊า วันที่ 31 ธันวาคม 2550 ทั้งแบบ SDTV และ HDTV ส่วนจีนแผ่นดินใหญ่เริ่มให้บริการตั้งแต่การถ่ายทอดมหกรรมกีฬาปักกิ่ง โอลิมปิค 2008 ในแบบ HDTV
มาตรฐาน DTMB ใช้เทคโนโลยีแบบใหม่ในการแก้ไขความผิดพลาดแบบไปข้างหน้า (FEC) คือใช้รหัสชั้นใน (Inner Coding) เป็นรหัส LDPC (Low Density Parity Check) และรหัสชั้นนอก (Outer Coding) ใช้รหัสแบบ BCH (Bose, Ray-Chaudhuri, Hocquenghem) แบบเดียวกับ DVB-S2 มีผลให้ระบบต้องการค่า C/N น้อยกว่า และสามารถใช้ได้กับทั้งโหมด Multiple Carrier และโหมด Single Carrier ที่มีส่วนหน้าสุดของเฟรมข้อมูล (Frame Header) ที่แข็งแรงด้วย PN (pseudorandom noise) ส่วนโหมด Multiple ใช้เทคนิค TDS-OFDM (time-domain synchronous OFDM ) ซึ่งโดยทั่วไปรหัส คอนโวลูชัน (Convolution) จะถูกแทรกระหว่างเฟรมสัญญาณ OFDM บน Frequency Domain ใน Frame Body : FB ที่มีความยาวรวม 3780 Symbol โดยที่โครงสร้างของเฟรมตามมาตรฐาน DTMB เป็นแบบลำดับชั้น ตามรูปที่ 9 ช่วงเวลาของเฟรมวันตามปฏิทิน และเฟรมนาที แต่ละวันมี 1440 เฟรมนาที ในเฟรมนาที มี 480 Super Frame ขนาด 125 ms และเฟรมสัญญาณ (Signal Frame) ตามลำดับแต่ละเฟรมสัญญาณ ประกอบด้วย Frame Header : FH และ Frame Body : FB สัญญาณ Base Band จะมี Symbol Rate เท่ากันทั้ง FH และ FB คือ 7.56 Msps ช่วง FH จะส่งสัญญาณ PN(pseudorandom noise) เรียงกัน PN มี 3 ขนาด คือ 420, 595 และ 945 Symbols ตามลำดับเพื่อรองรับบริการที่ต่างกัน เทคโนโลยีการแทรก PN ในแถบเวลานี้ จึงเรียกว่า Time Domain OFDM (TDS-OFDM)

รูปที่ 9 โครงสร้างของเฟรม DTMB

ช่วง Frame Header ดังกล่าวก็คือช่วงป้องกัน (Guard Interval) ซึ่งตามมาตรฐาน DVB-T/ ISBD-T จะมีวิธีปฏิบัติใน Frequency Domain เครื่องรับต้องใช้เวลาถึง 100ms ในการถอดรหัส ซึ่งไม่เหมาะสำหรับเครื่องรับที่กำลังเคลื่อนที่ ระบบ DTMB จึงเติมช่วงป้องกันด้วย PN ใน Time Domain ที่เครื่องรับใช้เวลาเพียง 5ms ในการถอดรหัส ส่วนในช่วง Frame Body มีวิธีปฏิบัติใน Frequency Domain เช่นเดียวกับมาตรฐาน COFDM อื่นๆ การส่งสัญญาณแบบ TDS-OFDM จึงผสมกันทั้งวิธีปฏิบัติใน ทางเวลา และทางความถี่ การใช้เวลาเพียง 5ms ในการถอดรหัส จึงเหมาะสำหรับการรับสัญญาณระหว่างกำลังเคลื่อนที่ความเร็วสูง
แม้ว่า DTMB จะรองรับการมอดูเลต ตั้งแต่ 4QAM – 64QAM ก็ตาม แต่ 4QAM จะแข็งแกร่งที่สุด จึงถูกใช้ในการส่ง PN (pseudorandom noise) ในช่วง Frame Header : FH บน Time Domain ส่วนในช่วง Frame Body : FB สามารถเลือกใช้การมอดูเลต ได้หลายวิธี ทั้ง 4QAM,16QAM,64QAM และ 4QAM-NR (Nordstrom-Robinson) บน Frequency Domain และสามารถเลือกอัตราบิตหลายแบบ ขึ้นอยู่กับความต้องการขนาดข้อมูล คือ
- คลื่นพาห์จำนวน 4K (3,780 Carriers)
- เลือกวิธีผสมสัญญาณได้หลายแบบคือ 4QAM,16QAM,32QAM,64QAM และ 4QAM-NR
- เลือกเข้ารหัส Internal Code Rate ได้ 3 วิธีคือ 0.4,0.6, และ 0.8
- สามารถเลือกค่า PN ได้ 3 แบบคือ 420,595, และ 945 Symbols
เนื่องจากมาตรฐาน DTMB มีทั้ง 2 แบบ คือ DMB-T ในโหมด Multiple Carrier และ ADBT-T ในโหมด Single Carrier เครื่องรับทั้งแบบ STB และ iDTV จำเป็นต้องมีความสามารถถอดรหัสได้ทั้ง 2 แบบ ประกอบกับ DTMB ไม่ได้กำหนด วิธีการเข้ารหัสสัญญาณภาพ เครื่องรับ STB และ iDTV จำเป็นต้องมีความสามารถถอดรหัสได้ทั้ง MPEG-2, และ MPEG-4 AVC/H.264 เป็นผลให้ เครื่องรับ STB และ iDTV, มีราคาสูงกว่ามาตรฐานอื่น ๆ
มาตรฐาน DVB-T2
DVB-T2 ย่อมาจาก Digital Video Broadcasting – Second Generation Terrestrial เป็นมาตรฐานที่พัฒนามาจากมาตรฐาน DVB-T โดยนำเทคนิคการมอดูเลตและการเข้ารหัสแบบใหม่มาใช้เพื่อให้การใช้สเปกตรัมในการส่งสัญญาณประเภทเสียง วิดีโอ และข้อมูลมีประสิทธิภาพมากขึ้น สำหรับหลักการทำงานนั้น DVB-T2 ใช้การมอดูเลชัน แบบ OFDM (orthogonal frequency division multiplex)เช่นเดียวกับมาตรฐาน DVB-T สาหรับการแก้ไขข้อมูลผิดพลาดนั้น DVB-T2 ใช้วิธีการเข้ารหัสแบบที่ใช้กับมาตรฐาน DVB-S2 ได้แก่การเข้ารหัสแบบ LDPC (Low Density Parity Check) ซึ่งใช้ร่วมกับการเข้ารหัสแบบ BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquengham) ทำให้สัญญาณที่ถูกเข้ารหัสทนทานต่อสัญญาณแทรกสอด (Interference) และสัญญาณรบกวนที่มีระดับสูงได้ดี
นอกจากนี้ยังสามารถเลือกจำนวนคลื่นพาห์และขนาดของช่วงป้องกัน (guard interval) ได้หลากหลายมากขึ้นเมื่อเทียบกับมาตรฐาน DVB-T และหากเลือกใช้ค่าพารามิเตอร์ให้เหมาะสมกับช่องสัญญาณจะทำให้การส่งมีประสิทธิภาพ โดยการเปรียบเทียบค่าพารามิเตอร์และรายละเอียดทางเทคนิคระหว่าง DVT-T และ DVB-T2 แสดงได้ ดังตารางที่ 3

ตารางที่ 3 เปรียบเทียบค่าพารามิเตอร์และรายละเอียดทางเทคนิค สาหรับ DVB-T และ DVB-T2

นอกจากนี้มาตรฐาน DVB-T2 ยังใช้เทคนิคแบบใหม่ที่มีชื่อว่า Rotated Constellations ดังแสดงในรูปที่ 10 ทำให้สัญญาณมีความทนทานมากขึ้นในช่องสัญญาณบางประเภท และ DVB-T2 ยังได้ใช้ Alamouti code ในการปรับปรุงให้สัญญาณครอบคลุมพื้นที่ในโครงข่ายความถี่เดียว (single-frequency networks) มากขึ้น

รูปที่ 10 Rotated Constellation

มาตรฐานสากลของเทคโนโลยีระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านดาวเทียม (Satellite digital TV)

เทคโนโลยีระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านดาวเทียม (Satellite digital TV) หรือที่ทราบกันในชื่อของ Direct To Home (DTH) เป็นการส่งตรงจากดาวเทียมถึงผู้รับโดยตรง โดยผ่าน Set-top-box เหมือนระบบ Terrestrial ซึ่งโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านดาวเทียม นี้ สามารถส่งโทรทัศน์ 100-200 ช่องรายการ โดยมาตรฐานสากลต่าง ๆ ที่สำคัญของโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านดาวเทียมมีดังนี้.-

มาตรฐาน DVB-S
ระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านดาวเทียม DVB-S ถูกพัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1994 เพื่อการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์ผ่านดาวเทียมระบบดิจิทัลโดยองค์การ Digital Video Broadcasting Project (DVB) ซึ่งเป็นความร่วมมือกันระหว่าง สถานีวิทยุโทรทัศน์ และบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมวิทยุโทรทัศน์มาตรฐาน DVB-S ได้ถูกใช้งาน ในเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรกในประเทศฝรั่งเศส และในอีกหลายประเทศในภายหลัง เช่น อังกฤษ สหรัฐอเมริกา แคนาดา รวมถึงประเทศไทย
รายละเอียดของมาตรฐาน DVB-S ได้ถูกอธิบายไว้ในเอกสารมาตรฐานยุโรป EN 300 421 โดยมาตรฐานดังกล่าวได้ระบุวิธีการมอดูเลตและระบบการเข้ารหัสช่องสัญญาณสำหรับการส่งข้อมูลในระดับชั้นกายภาพ (Phisical Layer) และระดับชั้นเชื่อมโยงข้อมูล (Datalink Layer) โดยวิธีการมอดูเลตที่ใช้ได้แก่ QPSK สำหรับการส่งข้อมูลภาพและเสียงในระบบ DVB-S นั้น ข้อมูลทั้งหมดจะส่งในรูปของกระแสสัญญาณ MPEG-2 ทรานสปอร์ตสตรีม

มาตรฐาน DVB-S2
เนื่องจากเทคโนโลยีการการถ่ายทอดสัญญาณผ่านดาวเทียมได้มีการพัฒนาไปอย่างมากตั้งแต่มีการจัดทำมาตรฐาน DVB-S เป็นต้นมา เทคนิคการมอดูเลตสัญญาณ และการเข้ารหัสช่องสัญญาณที่มีการพัฒนาขึ้นใหม่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพและความคล่องตัวในการใช้งานช่องสัญญาณได้มากขึ้น ดังนั้นมาตรฐาน DVB-S2 ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านดาวเทียมยุคที่ 2 จึงได้ถูกจัดทำขึ้นเพื่อที่จะรองรับเทคโนโลยีใหม่ ๆ ที่มีขึ้น รายละเอียดของมาตรฐาน DVB-S2 ได้ถูกอธิบายไว้ในเอกสารมาตรฐานยุโรป EN 302 307 ในการมอดูเลตสัญญาณนั้น DVB-S2 สามารถรองรับ QPSK, 8PSK,16APSK หรือ 32APSK โดยการที่จะเลือกใช้วิธีการมอดูเลตแบบใดนั้นขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเลือกใช้ QPSK หรือ 8PSK
นอกจากนี้ระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านดาวเทียม DVB-S2 ยังถูกออกแบบมาให้สามารถรองรับบริการแบบที่มีการปฏิสัมพันธ์ (Interactive) ได้ โดยที่ช่องทางการส่งข้อมูลกลับ (Return channel) จากผู้ใช้บริการสามารถเป็นไปได้หลากหลายรูปแบบเช่น
- ส่งข้อมูลกลับผ่านทางช่องสัญญาณดาวเทียม
- ส่งข้อมูลกลับผ่านทางระบบเครือข่ายโทรศัพท์สาธารณะ (PSTN หรือ Public Switched Telephone Network)
- ส่งข้อมูลกลับผ่านทางระบบ GSM (Global System for Mobile Communications)ซึ่งเป็นมาตรฐานของเทคโนโลยีโทรศัพท์มือถือที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในโลก
มาตรฐาน DVB-S2 มีข้อดีกว่ามาตรฐาน DVB-S หลาย ๆ ด้าน อย่างเช่น มีอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นมีประสิทธิภาพในการเข้ารหัสที่ดีกว่า และปรับปรุงในเรื่องการใช้แบนด์วิดท์ให้คุ้มค่า นอกจากนี้มาตรฐาน DVB-S2 ได้นำเทคโนโลยี Adaptive Coding and Modulation (ACM) มาใช้ทำให้ผู้ให้บริการโครงข่ายสื่อสารดาวเทียมสามารถปรับเทคนิคการเข้ารหัสและการมอดูเลตได้ตามคุณภาพของสัญญาณที่ได้จากอุปกรณ์เครื่องรับส่งระยะไกล (Remote terminal) ซึ่งเทคนิคนี้มีประโยชน์อย่างมากในการให้บริการอย่างเช่น หากในขณะมีฝนตก อย่างหนัก จะทำให้การรับส่งสัญญาณทำได้ไม่ดีนัก เมื่อผู้ให้บริการโครงข่ายสื่อสารดาวเทียมทราบก็สามารถปรับเทคนิคการเข้ารหัสและการมอดูเลตให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมนั้นได้

มาตรฐาน ISDB-S
ประเทศญี่ปุ่นได้มีการนำมาตรฐาน DVB-S มาใช้ในปี ค.ศ. 1996 แต่เนื่องจากคุณสมบัติบางประการของมาตรฐาน DVB-S ยังไม่เป็นที่พึงพอใจของผู้ให้บริการแพร่ภาพโทรทัศน์ อย่างเช่น ขีดความสามารถในการให้บริการ HDTV, การปฏิสัมพันธ์กับผู้ใช้บริการ, การเข้าถึงโครงข่ายและการใช้ความถี่อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มาตรฐานโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านดาวเทียม ISDB-S ถูกพัฒนาขึ้นมาโดย ARIB:Association of Radio Industries and Business มีองค์การ Digital Broadcasting Expert Group (DiBEG) เป็นหน่วยงานส่งเสริมและสนับสนุนระบบให้แพร่หลายในอุตสาหกรรมวิทยุโทรทัศน์
มาตรฐาน ISDB-S ทำงานโดยใช้เทคนิคการบีบอัดสัญญาณตามมาตรฐาน MPEG-2 และมีการส่งทั้งสัญญาณภาพและสัญญาณเสียงรวมกันในกระแสสัญญาณ MPEG-2 ทรานสปอร์ตสตรีม โทรทัศน์ผ่านดาวเทียมระบบ ISDB-S ถูกออกแบบให้มีความยืดหยุ่นสูง ทนทานต่อสภาพอากาศ และมีอัตราการส่งข้อมูลสูง
ระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านดาวเทียม ISDB-S สามารถให้บริการไม่เฉพาะ กับสัญญาณภาพและเสียงเท่านั้นแต่สามารถให้บริการสื่อประสม (Multimedia) อื่นๆ เช่น การแพร่สัญญาณภาพหรือข้อมูลทางเครือข่ายอินเ ทอร์เน็ต (Data Broadcasting) ได้ และภายในหนึ่งช่องสัญญาณดาวเทียมสามารถใช้ส่งสัญญาณ HTDV ได้ 2 ช่อง คุณสมบัติทางเทคนิคของระบบ ISDB-S สามารถสรุปได้ดังตารางที่ 4



ตารารางที่ 4 คุณสมบัติทางเทคนิคของระบบ ISDB-S

ตารางที่ 5 ข้อกำหนดทางความถี่และช่องสัญญาณของดาวเทียมประเทศญี่ปุ่นที่ใช้มาตรฐาน ISDB-S

มาตรฐานสากลของเทคโนโลยีระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านเคเบิล (Cable digital TV)

เทคโนโลยีระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านเคเบิล (Cable digital TV) เป็นการรับรายการผ่านระบบการกระจายผ่านสายสัญญาณ ไปตามท้องถิ่นต่างๆ ซึ่งส่งจากศูนย์กลางการส่งสัญญาณโทรทัศน์แห่งใดแห่งหนึ่ง เมื่อถึงบ้านลูกค้าก็ต้องผ่าน Set-top-box เพื่อเข้าเครื่องรับชมต่อไป มาตรฐานสากลต่างๆ ที่สำคัญของโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านเคเบิลมีดังนี้.-

มาตรฐาน DVB-C
ระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านเคเบิล DVB-C ถูกพัฒนาขึ้นในปี 1994 โดยองค์การ Digital Video Broadcasting Project (DVB) ในปัจจุบันมาตรฐาน DVB-C ถูกนำมาใช้งานในระบบโทรทัศน์ผ่านสายเคเบิลทั่วโลกทั้งในระบบโครงข่าย CATV ขนาดใหญ่ รวมไปถึงโครงข่ายขนาดย่อยอื่นๆ เช่นระบบ SMATV มาตรฐาน DVB-C นั้นเป็นส่วนหนึ่งในตระกูลมาตรฐานโทรทัศน์ดิจิทัล DVB โดยระบุถึงเทคนิคการ modulate สัญญาณซึ่งใช้เทคนิค QAM ตั้งแต่ 16-QAM ถึง 256-QAM และสำหรับการส่งข้อมูลภาพและเสียงในระบบ DVB-C นั้นข้อมูลทั้งหมดจะส่งในรูปของ MPEG-2 หรือ MPEG-4

มาตรฐาน DVB-C2
ในการประชุมคณะกรรมการชี้แนะแนวทางการทำงานของโครงการ DVB ซึ่งจัดในเดือนกุมภาพันธ์ ปี ค.ศ. 2008 ได้มีการประกาศเพื่อที่จะจัดทำมาตรฐานระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านเคเบิลยุคที่ 2 (DVB-C2) และเป็นที่คาดหมายกันว่ามาตรฐาน DVB-C2 จะเป็นมาตรฐานสุดท้ายสำหรับการส่งสัญญาณผ่านเคเบิลโดยที่ระบบโทรทัศน์ดิจิทัลผ่านเคเบิล DVB-C2 ใหม่นี้จะใช้เทคนิคการมอดูเลตสัญญาณและการเข้ารหัสที่มีความทันสมัยกว่าระบบ DVB-C ทำให้ระบบมีประสิทธิภาพในการใช้คลื่นความถี่ (Spectrum efficiency) ที่ดีขึ้น ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ และจะทำให้ความสามารถในการส่งข้อมูลเพิ่มขึ้นถึง 60 เปอร์เซ็นต์โดยสาเหตุหลัก ๆ ที่ต้องพัฒนาจาก DVB-C ไปเป็น DVB-C2 มีดังนี้
1. มีความต้องการที่จะเพิ่มความจุในการขนส่งข้อมูลเพื่อรองรับบริการใหม่ ๆ อย่างเช่น HDTV และ Video-on-demand (VOD) และบริการที่มีการโต้ตอบกับผู้ใช้บริการ
2. มีความจำเป็นที่ผู้ให้บริการจะต้องปรับปรุงการให้บริการของตนเอง เพื่อให้สามารถแข่งขันผู้ให้บริการรายอื่น

ตารางที่ 6 เปรียบเทียบคุณสมบัติทางเทคนิคระหว่าง DVB-C และ DVB-C2

มาตรฐาน ISDB-C
มาตรฐาน ISDB-C ถูกพัฒนาในประเทศญี่ปุ่นโดย ARIB: Association of Radio Industries and Business มาตรฐาน ISDB-C ใช้เทคนิคการบีบอัดสัญญาณตามมาตรฐาน MPEG-2 และส่งสัญญาณภาพและสัญญาณเสียงรวมกันใน MPEG-2 Transport Stream สำหรับเทคนิคการมอดูเลตสัญญาณที่ใช้ในมาตรฐาน ISDB-C ได้แก่การมอดูเลตสัญญาณแบบ 64-QAM นอกจากนี้ยังใช้รหัสรีดโซโลมอนในการแก้ความผิดพลาดแบบไปข้างหน้า และใช้แบนด์วิดท์ขนาด 6 MHz ซึ่งสามารถรองรับความเร็วในการส่งข้อมูลต่อช่องสัญญาณประมาณ 29 Mbps โดยคุณสมบัติทางเทคนิคของระบบ ISDB-S สามารถสรุปได้ดังตารางที่ 7

ตารางที่ 7 คุณสมบัติทางเทคนิคของระบบ ISDB-C

มาตรฐานสากลของเทคโนโลยีระบบโทรทัศน์มือถือดิจิทัล (Handheld Digital TV)

เทคโนโลยีระบบโทรทัศน์มือถือดิจิทัล (Handheld Digital TV) มีหลายมาตรฐาน เช่น DVB – H DVB-SH (ยุโรป), 1seg (ญี่ปุ่น), Media FLO (อเมริกา) T-DMB (เกาหลีใต้), S-DMB (เกาหลีใต้-ญี่ปุ่น) CMMB (ประเทศจีน), และ 3GPP เป็นต้น

มาตรฐาน DVB-H
เทคโนโลยีโทรทัศน์ดิจิทัลมือถือ ระบบ DVB-H ถูกพัฒนาขึ้นโดยเป็นการต่อยอดจากระบบโทรทัศน์ดิจิทัลภาคพื้นดินแบบ DVB-T ซึ่งมีการเพิ่มเติมคุณสมบัติเพื่อให้สามารถรองรับข้อกำหนดเฉพาะต่างๆ ของเครื่องรับโทรทัศน์แบบพกพาที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เพื่อเป็นการประหยัดพลังงานในการใช้งานโทรทัศน์ดิจิทัลมือถือที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ระบบ DVB-H ทำงานโดยใช้เทคโนโลยี Time Slicing ซึ่งเทคโนโลยีดังกล่าวทำงานโดยส่งข้อมูลเป็น Burst ลงใน Time-slot ที่ถูกกำหนดไว้ ซึ่งอุปกรณ์ภาครับสามารถประหยัดพลังงานได้โดยเปิดรับข้อมูลในช่วงระยะเวลาของ Time-slot ที่ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้า ในแต่ละ burst สามารถบรรจุข้อมูลได้ถึง 2 Mbits ซึ่งใช้การเข้ารหัสแบบ Reed-Solomom 64 bits ต่อ ข้อมูล 191 bits และนอกจากนี้ สัญญาณระบบโทรทัศน์ DVB-H ยังสามารถูกส่งออกมารวมกันกับสัญญาณ DVB-T ภายในมัลติเพล็กซ์เดียวกันได้ดังแสดงในรูปที่ 11


รูปที่ 11 แสดงสัญญาณระบบโทรทัศน์ DVB-H ถูกส่งออกมารวมกันกับสัญญาณ DVB-T ภายในมัลติเพล็กซ์เดียวกัน

เทคโนโลยีโทรทัศน์ดิจิทัลมือถือระบบ DVB-H ได้ถูกออกแบบให้ทำงานได้ในย่านความถี่ดังต่อไปนี้
- VHF-III (170-230 MHz)
- UHF-IV/V (470-862 MHz)
- L (1.452-1.492 GHz)

มาตรฐาน 1seg
มาตรฐาน 1seg เป็นมาตรฐานเทคโนโลยีโทรทัศน์ดิจิทัลมือถือที่พัฒนาขึ้นโดยประเทศญี่ปุ่นในปี 2005 และปัจจุบันถูกใช้งานในประเทศญี่ปุ่นและประเทศบราซิล เทคโนโลยีโทรทัศน์ดิจิทัลมือถือ 1seg ถูกออกแบบขึ้นมาให้สามารถให้บริการถ่ายทอดสัญญาณร่วมกับ เทคโนโลยีโทรทัศน์ดิจิทัลภาคพื้นดินระบบ ISDB-T ที่มีใช้งานในประเทศญี่ปุ่นและประเทศบราซิล
ในระบบโทรทัศน์ดิจิทัลภาคพื้นดิน ISDB-T ช่องสัญญาณถ่ายทอดใช้ความกว้างแถบความถี่ขนาด 6 MHz (5.57 MHz สำหรับส่งข้อมูลและ 430 kHz สำหรับ guard band) ในแต่ละช่องสัญญาณได้ถูกแบ่งย่อยอีกออกเป็น 13 segment (428 kHz) ซึ่งสัญญาณ 1seg จะถูกถ่ายทอดโดยใช้ segment หนึ่งใน 13 segment นั้น โดยใช้เทคนิคการ modulate สัญญาณแบบ QPSK และ 2/3 forward error corrention ซึ่งระบบมีอัตราการส่งข้อมูล 416 kbit/s ข้อมูลภาพถูกส่งตามมาตรฐาน H.264/MPEG-4 AVC video stream และเสียงตาม HE-AAC audio stream ซึ่งถูก multiplex ลงใน MPEG-2 Transport Stream

มาตรฐาน T- DMB
T-DMB หรือ Digital Media Broadcasting เป็นระบบที่ประเทศเกาหลีใต้พัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้งานเองโดยเน้นการใช้งานทางด้านมัลติมิเดียเป็นหลัก และถูกออกแบบมาให้เหมาะสมกับอุปกรณ์พกพาและเคลื่อนที่ได้ เช่นเดียวกันกับมาตรฐาน DVB-H นอกจากนี้ ยังมีบริการข้อมูลด้านต่าง ๆ อย่างเช่น รายละเอียดเกี่ยวกับโปรแกรมรายการโทรทัศน์ และ ข้อมูลสภาพการจราจร เป็นต้น
มาตรฐาน T- DMB พัฒนาโดยประเทศเกาหลีจากเทคโนโลยี DAB ที่เป็นมาตรฐานวิทยุกระจายเสียงระบบดิจิทัลภาคพื้นดิน สำหรับเครื่องรับประจำที่และที่ติดตั้งในยานพาหนะ ตามมาตรฐาน ESTI TS 102 427 และ TS 102 428 304 ส่วนที่เพิ่มเติมขึ้นมาคือ ระบบแก้ความผิดพลาดแบบไปข้างหน้า (FEC) สามารถมอดูเลตกับสัญญาณ DQPSK กับคลื่น OFDM, ระบบออกแบบเพื่อใช้ในย่านความถี่ VHF Band III (174-230MHz) สาหรับช่องสัญญาณย่อยขนาด 1.5 MHz สามารถส่งรายการโทรทัศน์ที่มีคุณภาพ 2-3 รายการ มีบริการเชิงพาณิชย์แล้วในประเทศเกาหลี มีเครื่องรับใช้บริการกว่า 6.7 ล้านเครื่อง ส่วนใหญ่ที่ได้รับความนิยม จะเป็นเครื่องรับเฉพาะบริการ T- DMB แบบติดรถยนต์และแบบพกพาไม่สามารถใช้เป็นโทรศัพท์มือถือได้ประมาณ 60% แต่ปัจจุบันมีเครื่องรับมือถือที่รองรับทั้งมาตรฐาน GSM และ T- DMB ควบคู่กัน ประมาณ 40%

มาตรฐาน Media FLO
Media FLO เป็นระบบโทรทัศน์มือถือที่พัฒนาโดยบริษัท Qualcomm ประเทศสหรัฐอเมริกา FLO คือ Forward Link Only บนพื้นฐาน COFDM เป็นระบบเปิดโดยเฉพาะ Physical Layer มีหลักการในการเข้ารหัสคล้ายกับ DVB-H ระบบแก้ความผิดพลาดแบบไปข้างหน้า (FEC) แบบเทอร์โบ (Turbo- Coding) สามารถมอดูเลตกับสัญญาณ QPSK, 16QAM, กับคลื่น OFDM แบบเรียงลำดับ (Layered Modulation) ขนาด 4k ระบบออกแบบเพื่อใช้ในย่านความถี่ UHF สำหรับช่องสัญญาณขนาด 8 MHz สามารถส่งรายการโทรทัศน์ที่มีคุณภาพ 10-20 รายการ Media FLO เป็นการให้บริการโทรทัศน์มือถือที่สมบูรณ์รวมทั้งระบบเก็บค่าบริการ และค่าลิขสิทธิ์ มีบริการเชิงพาณิชย์แล้วในประเทศสหรัฐอเมริกา และอยู่ระหว่างการทดลองให้บริการในประเทศไต้หวันและฮ่องกง

มาตรฐาน DVB-SH
DVB-SH คือมาตรฐานโทรทัศน์มือถือ ที่ให้บริการ Audio/Video และบริการข้อมูลสู่อุปกรณ์รับสัญญาณแบบ มือถือ เช่น Mobile Phone, และเครื่องรับที่ติดตั้งบนยานพาหนะต่างๆ เป็นการให้บริการแบบผสมกันทั้งแบบผ่านดาวเทียมและให้บริการภาคพื้นดิน ระบบจะออกแบบให้ครอบคลุมเขตบริการกว้าง ๆ เช่นครอบคลุมทั้งประเทศ ด้วยดาวเทียมในย่านความถี่ต่ำกว่า 3GHz เช่นในย่าน S-Band ความถี่ 2.2 GHz ใกล้เคียงกับย่านความถี่ของบริการ 3G ส่วนในบริเวณพื้นที่ที่ไม่สามารถรับได้คุณภาพดีโดยตรงจากดาวเทียมหรือกรณีรับสัญญาณในอาคาร สถานีภาคพื้นดินย่านความถี่ UHF และ L-Band จะช่วยเสริมในส่วนนี้ได้ดี
DVB-SH ถูกออกแบบให้เป็นส่วนเสริมและปรับปรุงมาตรฐาน Physical Layer ของ DVB-H ให้ดียิ่งขึ้น บนพื้นฐานของการแจกจ่าย DVB IP Datacast (IPDC) เป็นไปตามมาตรฐาน ETSI EN 302 583 และ TS 102 585
DVB-SH มีการทำงาน 2 โหมด คือ.-
- SH-A: กำหนดใช้วิธี COFDM ทั้งการส่งผ่านดาวเทียมและภาคพื้นดิน ในโหมด SFN ทั้ง 2 ลิงค์ SH-B: กำหนดใช้วิธี TDM ( Time Division Multiplexing) ในการส่งผ่านดาวเทียมส่วนภาคพื้นดิน ใช้ COFDM
- FEC แบบ 3GPP2 Turbo Coding
- ปรับปรุง Time interleavingให้ดีขึ้น
- รองรับเครื่องสัญญาณที่การใช้สายอากาศรับแบบ Diversity
- สามารถเลือกมอดูเลต แบบ QPSK,8PSK,16APSK เมื่อส่งแบบ TDM และ มอดูเลต แบบ QPSK,16QAM เมื่อส่งแบบ COFDM
- เลือกใช้ Bandwidth ขนาด 8MHz,7MHz,6MHz,5MHz,1.7MHz ตามความเหมาะสม
- สามารเลือก FFT ได้หลายแบบคือ 8K, 4K, 2K และส่วนย่อยจาก 2K คือ1K

มาตรฐาน S-DMB
S-DMB เป็นมาตรฐานการให้บริการ Audio คุณภาพสูงพร้อมด้วยข้อมูลสื่อประสมแบบต่างๆ รวมทั้ง Video ให้บริการผสมกันทั้งแบบผ่านดาวเทียมและให้บริการภาคพื้นดิน ที่ประเทศเกาหลีและประเทศญี่ปุ่นพัฒนาร่วมกัน ตามมาตรฐาน ITU-R BO1130, ITU-R BS1547 และรู้จักในนามมาตรฐาน ARIB ระบบจะออกแบบให้ครอบคลุมเขตบริการกว้าง ๆ เช่น ครอบคลุมทั้งประเทศ ด้วยดาวเทียมในย่านความถี่ S-Band ความถี่ 2,630-2,655 MHz ใกล้เคียงกับย่านความถี่ของบริการ 3G ส่วนในบริเวณพื้นที่ ที่ไม่สามารถรับได้คุณภาพดีโดยตรงจากดาวเทียมหรือกรณีรับสัญญาณในอาคาร สถานีทวนสัญญาณภาคพื้นดินโดยใช้ความถี่เดียวกันแต่กำลังต่ำครอบคลุมพื้นที่แคบๆ ในเขตเมืองและภายในอาคาร เทคโนโลยีที่ใช้เช่นเดียวกับ DVB-SH.
S-DMB ใช้การมอดูเลตแบบ CDM (Code Division Multiplex) บนพื้นฐาน QPSK พร้อมด้วย FECแบบ RS (204,188) และรหัสชั้นใน (Inner Code) แบบคอนโวลูชัน (Convolution) ที่เลือกอัตรา 1/2, 2/3,3/4, 5/6 และ7/8 ได้ มีแบนด์วิดท์ในการให้บริการ 25 MHz ที่ความถี่ 2,630-2,655 MHz มีการให้บริการแล้วในประเทศเกาหลีและประเทศญี่ปุ่น

มาตรฐาน CMMB
CMMB หรือ China Mobile Multimedia Broadcasting มาตรฐานที่ประเทศจีนกำหนดขึ้นมาเพื่อใช้ในประเทศจีน พัฒนาโดยการนำโดย SARFT : State Administration for Radio,Film and Television อยู่บนพื้นฐาน STiMi ( Satellite and Terrestrial interactive multiservice infrastructure ) ประกาศใช้ในปี 2006 มาตรฐาน CMMB จะใกล้เคียงกับ มาตรฐาน DVB-SH คือบรอดคาสท์จากดาวเทียมและเสริมจุดบอด (Gap filler) ด้วยสถานีภาคพื้นดิน สู่อุปกรณ์รับสัญญาณแบบมือถือ เครื่องรับติดรถยนต์ ที่มีจอแสดงภาพขนาดเล็ก เช่น PMP, PDA, Cell Phone และ UMPC


รูปที่ 12 CMMB Network

มาตรฐาน CMMB กำหนดให้ใช้ความถี่ดาวเทียมย่าน S-Band ความถี่ 2.6 GHz แถบความถี่กว้าง 25 MHz สามารถให้บริการ วิดีโอได้ 25 ช่อง และรายการวิทยุ 30 รายการ พร้อมบริการข้อมูลอีกส่วนหนึ่งมาตรฐาน CMMB มีข้อเด่นหลายประการ เช่น เครื่องรับสิ้นเปลืองพลังงานต่ำ การรับระหว่างการเคลื่อนที่ดีมาก คุณภาพการให้บริการ (QOS) อยู่ในขั้นดีมาก เนื่องจากใช้จำนวนบิตในการบริการไม่มาก การให้บริการจะแบ่งเป็นระดับชาติ ให้บริการผ่านดาวเทียม ส่วนระดับท้องถิ่นจะเป็นการให้บริการผ่านสถานีภาคพื้นดิน ในย่าน UHF แบบ SFN


รูปที่ 13 ส่วนประกอบของมาตรฐาน CMMB

จากรูปที่ 13 จะเห็นว่า สามารถให้บริการ Audio / Video, Emergency Broadcast, ESG, CA, Secure Broadcasting, และ Data Broadcast โดยมีข้อกำหนดการส่ง (Transmission Specification) ดังนี้.-

ตารางที่ 8 Transmission Specification

ระบบ CMMB มีการทดลองใช้งานในประเทศสาธารณรัฐประชาชนจีน ตั้งแต่โอลิมปิคเกมส์ 2008 ใน 37 เมือง ปัจจุบันมีการทดลองใช้งานรวม 150 เมือง

บทสรุป

ปัจจุบันมีการพัฒนามาตรฐานทางเทคนิคของโทรทัศน์ดิจิทัลขึ้นมาหลายมาตรฐานดังแสดงในตารางที่ 9 สำหรับโทรทัศน์ดิจิทัลภาคพื้นดิน มีมาตรฐานที่แพร่หลายอยู่ 3 มาตรฐาน ได้แก่ (1) มาตรฐาน ATSC ของสหรัฐอเมริกา (2) มาตรฐาน DVB-T ของยุโรป และ (3) มาตรฐาน ISDB-T ของญี่ปุ่น อย่างไรก็ตาม ก็ยังมีมาตรฐานอื่นที่อยู่ในระหว่างการพัฒนาด้วยคือมาตรฐาน DTMB ของจีน

ตารางที่ 9 ระบบโทรทัศน์ดิจิทัลแบบต่างๆ

พัฒนาการของมาตรฐานทางเทคนิคของระบบโทรทัศน์ภาคพื้นดิน แต่ละระบบมีความแตกต่างกันแม้ว่าส่วนใหญ่มีแนวทางการพัฒนาที่คล้ายกันคือเป็นการทำงานร่วมกันของอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องโดยการสนับสนุนของรัฐบาลหรือองค์กรว่าด้วยการมาตรฐาน แต่เทคนิคทางดิจิทัลที่เลือกใช้มีความแตกต่างหลากหลายในหลายระดับ เช่น วิธีการเข้ารหัส -ถอดรหัส (หรือการบีบอัด) ภาพและเสียง วิธีการรวมส่งสัญญาณ (multiplexing) วิธีการมอดูเลต (modulation) จำนวนคลื่นพาห์ (carrier) และความกว้างของช่อง (Bandwidth) เป็นต้น การเลือกใช้เทคนิคที่ต่างกันมีผลต่อประสิทธิภาพ เสถียรภาพ ความยืดหยุ่นต้นทุนและปัจจัยอื่นๆ ซึ่งในการพิจารณาเลือกรับมาตรฐานของประเทศต่างๆ นั้น โดยทั่วไปจะพิจารณาจากปัจจัยหลัก 2 ด้าน ประกอบด้วย
1.ปัจจัยทางเทคนิค โดยทั่วไปจะพิจารณาจากคุณสมบัติและสมรรถนะในด้านต่างๆ ได้แก่ การพัฒนาจนเป็นที่ยอมรับ (maturity) ประสิทธิภาพการใช้คลื่นความถี่ (spectrum efficiency) ความทนทานต่อปัญหาการรบกวนและการแทรกสอด (robustness) ความสามารถในการให้บริการหลายรูปแบบ (เช่น HDTV, SDTV, Fixed, Mobile) ความยืดหยุ่นในการเลือกค่าตัวแปรทางเทคนิคให้เหมาะสมกับสภาพช่องสัญญาณในพื้นที่และเวลาต่างๆ (flexibility) ความสามารถในการทำงานร่วมกับระบบอื่นๆ (interoperability) ความสอดคล้องกับแผนความถี่วิทยุโทรทัศน์ที่มีอยู่เดิม และความเข้ากันได้กับแผนความถี่ของประเทศเพื่อนบ้านที่มีชายแดนติดกัน ตลอดจนแนวโน้มการพัฒนาของมาตรฐานต่างๆ ในอนาคตด้วย
2.ปัจจัยทางเศรษฐกิจ - สังคม โดยทั่วไปจะพิจารณาจากต้นทุนในการเปลี่ยนผ่านฯ และผลกระทบที่มีต่อผู้มีส่วนเกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งประชาชนทั่วไป ความนิยมของนานาประเทศโดยเฉพาะประเทศในภูมิภาคเดียวกันซึ่งมีผลต่อต้นทุนของอุปกรณ์เครื่องรับตามบ้านเรือน โอกาสในการส่งเสริมอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และซอฟต์แวร์ รวมถึงประเด็นทางสังคมที่เกี่ยวกับความมั่นคงของชาติเช่น ประสิทธิผลของการสื่อสารระหว่างรัฐกับประชาชนในแถบชายแดน

เอกสารอ้างอิง

1.http://www.thaitelecomkm.org/TTE/topic/attach/Television_Broadcasting/index.php
2.http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_television
3.http://en.wikipedia.org/wiki/PAL
4.http://broadcasting.ru/pdf-standard specifications/transmission/dvb-s2/den302307.v1.1.1.pe20041001_040602-041001.pdf
5.http://www2.itu.edu.tr/~pazarci/En300421_e1.pdf
6.รายงานผลการศึกษาและจัดทำมาตรฐานทางเทคนิคสำหรับโทรทัศน์ระบบดิจิทัล คณะอนุกรรมการเฉพาะกิจศึกษาและจัดทำมาตรฐานทางเทคนิคสำหรับโทรทัศน์ระบบดิจิทัล สำนักงานคณะกรรมการกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ
7.ไพโรจน์ ปิ่นแก้ว และ ศรัณย์ วิรุตมวงศ์, เทคโนโลยีของการแพร่ภาพโทรทัศน์ดิจิทัล, เทเลคอมไดเจสท์ นิตยสารรายเดือนของสำนักงานคณะกรรมการกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ, ปีที่ 2 ฉบับที่ 8, สิงหาคม 2551

เทคโนโลยีการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า (Power Line Communications – PLC)

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิชา ITM 640: เทคโนโลยีการสื่อสารและอินเตอร์เน็ต
โดยมีอาจารย์ พ.อ.รศ.ดร.เศรษฐพงค์ มะลิสุวรรณ เป็นผู้สอน

บทนำ
เทคโนโลยี Power Line Communications (PLC) เป็นเทคโนโลยีการติดต่อสื่อสาร ที่ทำให้สามารถส่งสัญญาณเสียง ข้อมูล และมัลติมีเดีย โดยผ่านระบบนำจ่ายกระแสไฟฟ้า หรือสายไฟฟ้าที่มีใช้ตามบ้านเรือนทั่วไป ทั้งที่เป็นระบบจ่ายไฟฟ้าแรงต่ำ (LV distribution cable) หรือระบบจ่ายไฟฟ้าแรงปานกลาง (MV distribution cable) โดยอาจมีการเรียกชื่อที่แตกต่างกันไป ไม่ว่าจะเป็น Power Line Communications (PLC), Power Line Telecommunications (PLT), Broadband over Power line (BPL) หรือ Ethernet over Power line และอาจมีการให้คำนิยามและรายละเอียดของเทคโนโลยีที่แตกต่างกันไปด้วย แต่ในที่นี้ จะเรียก เทคโนโลยีในลักษณะนี้ทั้งหมดว่า เทคโนโลยีการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า (Power Line Communications - PLC)
เทคโนโลยี PLC เป็นเทคโนโลยีที่ใช้สายไฟฟ้าในระบบจ่ายไฟฟ้าที่มีอยู่เดิม เพื่อให้บริการ รับ ส่ง ข้อมูลไม่ว่าจะเป็นข้อมูลความเร็วต่ำ (narrowband PLC) เช่น การควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้าน การเฝ้าระวังรักษาความปลอดภัยภายในบ้าน และใช้ในการควบคุม สั่งการของหน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้าเองเช่น การควบคุมการทำงานของ switch gear (เพื่อปิด-เปิด อุปกรณ์ป้องกันระบบจ่ายไฟฟ้า) การอ่านมาตรวัดไฟฟ้าอัตโนมัติ (automatic meter reading - AMR) หรือการแจ้งอัตราค่าไฟฟ้า (tariff broadcast) เป็นต้น โดยพัฒนามาจากในระยะเริ่มแรกที่หน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้า (power utility providers) ใช้สายส่งแรงสูง เพื่อติดต่อสื่อสาร และใช้ในการควบคุมสถานีจ่ายไฟฟ้า (substation) ระหว่างกัน และในปัจจุบัน ได้พัฒนาขีดความสามารถให้รับส่งข้อมูลความเร็วสูง (broadband PLC) เช่น high speed Internet, video streaming, VoIP ผ่านระบบจ่ายไฟฟ้าแรงต่ำได้ด้วย จึงสามารถใช้เป็นโครงข่ายส่วนเข้าถึงผู้ใช้บริการ (access network) ทดแทนคู่สายโทรศัพท์ได้

ความเป็นมาของเทคโนโลยี PLC

หน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้าร่วมกับผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า ได้มีการริเริ่มนำเทคโนโลยี PLC มาใช้งานตั้งแต่ปี ค.ศ. 1922 โดยใช้คลื่นพาห์ในช่วงความถี่ 15 – 500 kHz ป้อนในสายส่งแรงสูง เพื่อใช้ในการโทรมาตร (telemetry) ต่อมาในช่วงปี ค.ศ. 1930 – 1940 ได้มีการนำ ripple carrier signaling มาใช้ในระบบจ่ายไฟฟ้า 10 – 20 kV และ 240/415 V ในช่วงปี ค.ศ. 1970 บริษัท Tokyo Electric Power ได้ทำการทดลองเกี่ยวกับการอ่านมาตรวัดไฟฟ้า ระยะไกล (remote meter reading) และประสบความสำเร็จ จนกระทั่งประมาณปี 1985 ได้ให้ความสนใจ และทำการศึกษาในการนำ digital communications และ digital signal processing มาส่งผ่านสายไฟฟ้า และได้ผลเป็นที่น่าพอใจ ปัจจุบัน PLC สามารถนำมาประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายรูปแบบทั้งในส่วนของ หน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้าเอง และประชาชนทั่วไป

การประยุกต์ใช้งานเทคโนโลยี PLC

เทคโนโลยี PLC สามารถนำมาประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายรูปแบบ ทั้งในส่วนของหน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้า และประชาชนทั่วไป ดังตัวอย่างต่อไปนี้
· ใช้ในการควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้าน (Home control)
การควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ หรืออุปกรณ์เทคโนโลยีสารสนเทศภายในบ้าน เช่นเครื่องเสียงโทรทัศน์ ระบบไฟฟ้าแสงสว่างภายในบ้าน การรักษาความปลอดภัยภายในบ้านโดยใช้กล้องวิดีโอ(surveillance video camera) ตลอดจนระบบที่เรียกว่า Home Automation สามารถใช้เทคโนโลยี PLC ได้โดยไม่ต้องเดินสายควบคุมใหม่ ในการทำงานของอุปกรณ์ควบคุมนี้ จะส่งสัญญาณคลื่นพาห์ (carrier wave) ที่มีความถี่ระหว่าง 20 – 200 kHz เข้าไปในสายไฟฟ้าผ่านเครื่องส่ง และจะผสมสัญญาณดิจิตอลไปด้วย ส่วนที่เครื่องรับแต่ละเครื่องในระบบจะมีฟังก์ชันบอกตำแหน่งซึ่งสามารถควบคุมได้โดยสัญญาณที่ส่งมา และถูกถอดรหัสที่เครื่องรับ อุปกรณ์นี้ใช้เสียบกับเต้าเสียบไฟฟ้าที่บ้านได้เลย ซึ่งปัจจุบันมีการกำหนดมาตรฐานโดยบรรดาบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์อย่างหลากหลาย ซึ่งบางครั้งอาจทำงานร่วมกันไม่ได้
· ใช้เป็นโครงข่ายภายในบ้าน (Home Networking)
เป็นการนำเทคโนโลยี PLC มาประยุกต์ใช้งานในลักษณะเช่นเดียวกับโครงข่ายคอมพิวเตอร์ ภายในบ้านอาคารชุด หรือในอาคารสำนักงานขนาดเล็ก เป็นต้น มาตรฐานของการใช้สายไฟฟ้าเป็นโครงข่ายภายในอาคารดังกล่าวนี้ มีการพัฒนาโดยบรรดาผู้ผลิตอุปกรณ์ที่รวมตัวกันเป็นกลุ่มอย่างหลากหลาย ซึ่งโครงข่ายดังกล่าวสามารถใช้งานได้ในระยะทางใกล้ มักไม่เกิน 100 เมตร และเพียงแต่เสียบอุปกรณ์ PLC modem ในเต้าเสียบไฟฟ้าที่มีอยู่ โดยไม่ต้องเดินสายเคเบิ้ลใหม่
· ใช้งานในกิจการของหน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้า (Utility application)
หน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้าได้ใช้เทคโนโลยีนี้ในธุรกิจหรือการปฏิบัติงานของหน่วยงานเองมาเป็นระยะเวลานานแล้ว ซึ่งส่วนใหญ่ต้องการความกว้างแถบคลื่นที่ไม่มากนัก โดยจะใช้ Coupling Capacitors ชนิดพิเศษต่อกับเครื่องส่งวิทยุความถี่ต่ำ ที่ต่อกับสายไฟฟ้า ความถี่ที่ใช้อยู่ระหว่าง 30 – 300 kHz และเครื่องส่งมีกำลังไม่เกิน 100 วัตต์ เครื่องส่งจะส่งสัญญาณไปตามสายไฟฟ้าแรงสูง12 เส้นเดียว สอง หรือทั้งสามเส้น โดยที่สถานีจ่ายไฟย่อยต่างๆ จะติดตั้งอุปกรณ์ filter เพื่อป้องกันกระแสของ carrier frequency ไม่ให้เข้าไปสู่อุปกรณ์ในสถานีจ่ายไฟย่อยนั้นๆ และเพื่อให้เกิดความมั่นใจในกรณีเกิดกระแสไฟฟ้าขัดข้องว่าจะไม่มีผลต่อระบบ PLC วงจรนี้จะใช้ในการควบคุมการทำงานของ switch gear และป้องกันสายส่ง ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ช่องสัญญาณ PLC เพื่อสั่งการให้ Protection relay ทำงานเมื่อเกิดเหตุขัดข้องในระบบจ่ายไฟฟ้า แต่จะให้ระบบทำงานปกติเมื่อเกิดเหตุขัดข้องที่จุดอื่นในระบบ ปัจจุบันหน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้ามักใช้ระบบไมโครเวฟ และสายเคเบิ้ลใยแก้ว เพื่อการสื่อสารในองค์กร และใช้ในการสั่งการ ควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้า แต่การนำ PLC มาใช้ในระบบสื่อสาร ก็ยังมีความจำเป็น เพื่อใช้ในการ back up ช่องสัญญาณและเป็นการติดตั้งที่ลงทุนต่ำ นอกจากนี้ ยังมีการนำ PLC ที่มีอัตราการรับส่งข้อมูลความเร็วต่ำ มาใช้ในการอ่านหน่วยของมาตรวัดไฟฟ้า ที่เรียกว่า Automatic Meter Reading – AMR อีกด้วย
· ใช้ในการส่งกระจายเสียง
ได้มีการนำเทคโนโลยี PLC มาใช้ในกิจการกระจายเสียงผ่านสายไฟฟ้า เช่นในประเทศเยอรมัน และสวิตเซอร์แลนด์ มีการส่งกระจายเสียงวิทยุโดยใช้สายโทรศัพท์ และในประเทศสหรัฐอเมริกาและรัสเซีย มีการส่งกระจายเสียงโดยใช้เทคโนโลยี PLC ผ่านสายไฟฟ้ามาเป็นเวลานาน ตัวอย่างของรายการกระจายเสียงโดยใช้เทคโนโลยี PLC ในสวิตเซอร์แลนด์ ซึ่งเรียกกันว่า “wire broadcasting” ใช้ความถี่ดังนี้
- 175 kHz Swiss Radio International
- 241 kHz “Classical music”
- 274 kHz RSI 1 “rete UN” (Italian)
- 340 kHz “Easy music
· ใช้เป็น Internet access
เป็นการนำมาใช้งานเพื่อเข้าถึงโครงข่าย Internet ความเร็วสูง หรือที่เรียกกันโดยทั่วไปว่า Broadband over powerline (BPL) ที่ให้บริการด้านโทรคมนาคม เช่น VoIP และการรับส่งข้อมูลมัลติมีเดียเพื่อความบันเทิง เช่น ดูหนัง ฟังเพลง เล่นเกม รวมถึงการเชื่อมต่อกับกล้องวีดิโอ เพื่อเฝ้าระวังความปลอดภัยในบ้านเรือน หรือสำนักงาน เป็นต้น โดยใช้ BPL modem เสียบที่เต้าเสียบไฟฟ้า แล้วนำอุปกรณ์ คอมพิวเตอร์ หรืออุปกรณ์อื่นๆ มาต่อผ่าน BPL modem ก็สามารถใช้งานได้

เทคโนโลยี Narrowband PLC

เทคโนโลยี PLC ในลักษณะที่เป็น narrowband นั้น มีใช้งานมาค่อนข้างนานแล้ว โดยเฉพาะในประเทศอุตสาหกรรมต่าง ๆ ทั้งในยุโรป อเมริกา และญี่ปุ่น แต่ในประเทศไทยยังมีใช้งานไม่แพร่หลายมากนัก
ระบบสื่อสัญญาณที่ใช้เทคโนโลยี narrowband PLC นั้น เริ่มต้นมาจากการใช้งานภายในหน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้าที่มักใช้เทคโนโลยีการส่งสัญญาณในลักษณะดังกล่าวสำหรับการอ่านหน่วยของมาตรวัดไฟฟ้า (AMR) หรือระบบการส่งข้อมูลควบคุมและโทรมาตร (SCADA) โดยมีช่วงความถี่ที่ใช้งานแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ในย่านที่ต่ำกว่า 1 MHz
เทคโนโลยี narrowband PLC อีกส่วนหนึ่งนั้น ได้นำมาประยุกต์ใช้งานในเชิงพาณิชย์ ซึ่งมีอุปกรณ์อยู่หลายหลายรูปแบบ แต่ส่วนใหญ่จะนำไปใช้งานในลักษณะของการควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ หรืออุปกรณ์เทคโนโลยีสารสนเทศภายในบ้าน (home control) เช่น ระบบไฟฟ้าแสงสว่างภายในบ้าน การรักษาความปลอดภัยภายในบ้าน หรือเครื่องติดต่อภายใน (อินเตอร์คอม) ซึ่งสามารถใช้เทคโนโลยี PLC ได้โดยไม่ต้องเดินสายควบคุมใหม่ สามารถเสียบกับเต้ารับไฟฟ้าได้เลย
การทำงานของอุปกรณ์นี้จะป้อนสัญญาณคลื่นพาห์ (carrier wave) ซึ่งมีความถี่ตามที่ระบุเข้าไปในสายไฟฟ้าผ่านเครื่องส่ง และจะทำการผสมสัญญาณดิจิตอลไปด้วย ส่วนที่เครื่องรับแต่ละเครื่องในระบบ จะมีการระบุที่อยู่ (address) ซึ่งสามารถควบคุมได้โดยสัญญาณที่ส่งมา และเครื่องรับจะทำหน้าที่แปลงสัญญาณที่ได้รับมาเป็นคำสั่งเพื่อควบคุมอุปกรณ์อีกครั้งหนึ่ง
อุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยี narrowband PLC ในแบบนี้ มีผลิตภัณฑ์จำหน่ายในตลาดอยู่ทั่วไป มีการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย และมีรายละเอียดทางเทคนิคที่แตกต่างกันออกไป โดยเฉพาะในส่วนความถี่ของการแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

บางประเทศถือว่าระบบสื่อสัญญาณที่ใช้เทคโนโลยี narrowband PLC เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้า หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อีกทั้งช่วงความถี่ของการแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อยู่ในช่วงที่มีข่ายสื่อสารอื่นใช้งานน้อยโอกาสเกิดการรบกวนทางวิทยุจึงน้อยตามไปด้วย ดังนั้น จึงไม่ได้กำกับดูแลในทางโทรคมนาคมแต่อย่างใดหรือหากมีการกำกับดูแล ก็จะกำกับเฉพาะในส่วนของมาตรฐานด้านความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า หรือ ด้านการรบกวนทางวิทยุเท่านั้น
ตัวอย่างอุปกรณ์ Narrowabnd PLC ที่มีวางขายในท้องตลาด สามารถดูได้ที่ www.x10.com หรือ CEbus (ANSI/TIA 600.31-97)

รูปที่ 1 ตัวอย่างอุปกรณ์ Narrowband PLC

เทคโนโลยี Broadband PLC หรือ BPL (Broadband over Power Line)

ลักษณะทางเทคนิคของระบบ BPL
อุปกรณ์ที่ใช้งานในลักษณะนี้ จะส่งสัญญาณที่ความถี่ในช่วง 1.6 – 30 MHz (อุปกรณ์บางยี่ห้ออาจสูงถึง 80 MHz) และมีอัตราการรับ-ส่งข้อมูลแบบอสมมาตร (asymmetry) ตั้งแต่ 256 kbps จนถึง 2.7 Mbps โดยที่อุปกรณ์ทวนสัญญาณ (repeater) อาจมีความเร็วสูงถึง 40 Mbps และสามารถต่อโมเด็มได้ถึง 256 จุด ส่วนที่สถานีจ่ายไฟแรงปานกลาง(MV substation) มีความเร็วที่เชื่อมต่อกับโครงข่าย Internet อยู่ที่ 135 Mbps ผู้ให้บริการอาจใช้เทคโนโลยีนี้ร่วมกับโครงข่ายเคเบิลใยแก้วนำแสง (Optical Fiber) หรือโครงข่ายไร้สายอื่นๆเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อเข้ากับโครงข่ายอินเทอร์เน็ตได้
โดยทั่วไปแล้ว จะแบ่งอุปกรณ์ที่ใช้งานในระบบ BPL เป็นสองส่วน คือ อุปกรณ์ส่วนที่รับส่งข้อมูลผ่านสายไฟฟ้าแรงต่ำซึ่งอยู่ภายในอาคารบ้านเรือน (In-building BPL) ที่อยู่ภายหลังมาตรวัดไฟฟ้าแล้วและไม่ได้อยู่ในความรับผิดชอบของหน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้า และส่วนที่รับส่งข้อมูลผ่านสายไฟฟ้าแรงปานกลางหรือแรงต่ำซึ่งอยู่ภายนอกอาคารบ้านเรือน (Access BPL) ซึ่งมักเป็นส่วนที่อยู่ในความรับผิดชอบของหน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้า
อุปกรณ์ที่ใช้ในลักษณะ In-building BPL มักจะเป็น BPL modem หรืออุปกรณ์ในส่วนของผู้ใช้บริการ(Customer Premises Equipment: CPE) เท่านั้น
อุปกรณ์ที่ใช้ในลักษณะ Access BPL ประกอบด้วย injector, repeater และ extractor
อุปกรณ์ injector(หรือ concentrator) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างโครงข่ายเคเบิลใยแก้วนำแสง เข้ากับสายไฟฟ้าแรงปานกลาง (Medium Voltage) เพื่อส่งสัญญาณในการให้บริการ BPL ซึ่งสายไฟฟ้าแรงปานกลางนี้อาจจะแขวนอยู่เหนือศีรษะหรือเป็นท่อลอดใต้พื้นดิน สำหรับสายไฟฟ้าที่อยู่เหนือศีรษะ โดยทั่วไปจะอยู่สูงกว่าพื้นดินประมาณ 10 เมตร สายส่งไฟฟ้าที่เป็นวงจรจ่ายไฟฟ้าแรงปานกลาง จากสถานีย่อย(substation) จะเป็นสายส่งไฟฟ้าสามเฟส โดยมีลักษณะการจัดวางสายหลายลักษณะ เช่น แนวนอน แนวตั้งหรือรูปสามเหลี่ยม เป็นต้น โดยจ่ายไฟต่อไปยังลูกค้าทั้งในแบบเฟสเดียวหรือหลายเฟสก็ได้ โดยทั่วไปแล้ว สายตัวนำ neutral ที่ต่อลงดินไว้ (ground) ไว้จะวางอยู่ใต้สายตัวนำมีเฟส และเชื่อมระหว่างหม้อแปลงจ่ายไฟฟ้า(distribution transformer) ที่ทำหน้าที่จ่ายกระแสไฟฟ้าแรงต่ำไปยังผู้ใช้ไฟฟ้า ทั้งนี้ อาจป้อนสัญญาณ BPL เข้าสู่สายไฟฟ้าแรงปานกลางได้หลายรูปแบบ เช่น ป้อนเข้าสายไฟฟ้ามีเฟสสองเส้น หรือสายไฟฟ้ามีเฟสสายหนึ่งกับสายดิน หรือป้อนเข้าสายไฟฟ้ามีเฟส หรือสายดินเพียงอย่างเดียวก็ได้
อุปกรณ์ extractor เป็นอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อระหว่างสายไฟฟ้าแรงปานกลางกับที่พักอาศัย เพื่อให้บริการ BPL ซึ่งปกติจะติดตั้งอยู่กับหม้อแปลงไฟฟ้าที่จ่ายไฟฟ้าแรงต่ำเพื่อส่งสัญญาณไปยังบ้านโดยตรงผ่านสายไฟฟ้า extractor บางตัวสามารถที่จะเพิ่มระดับสัญญาณ BPL ให้เพียงพอสำหรับการส่งต่อไปให้สายไฟฟ้าแรงต่ำได้ และบางประเภทสามารถทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ทวนสัญญาณ (repeater) ได้อีกด้วย นอกจากนี้ยังสามารถเชื่อมต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ไม่ใช่อุปกรณ์จำพวก BPL เช่น Wi-Fi ™ เป็นต้น ซึ่งเป็นการขยายโครงข่ายไปยังผู้ใช้บริการเนื่องจากสายไฟฟ้าแรงปานกลางที่มีระยะทางยาว ๆ ทำให้สัญญาณลดทอนหรือผิดเพี้ยน จึงจำเป็นต้องใช้ BPL repeater เพื่อเพิ่มระดับความแรงของสัญญาณให้เหมาะสมกับการใช้งาน

รูปที่ 2 แสดงการติดตั้งระบบ BPL กับระบบนำจ่ายไฟฟ้า

ระบบ BPL สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภทตามลักษณะการใช้งานได้ดังต่อไปนี้
ประเภทที่หนึ่ง
ระบบ BPL ประเภทแรก ใช้เทคนิคการผสมสัญญาณแบบ Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) เพื่อกระจายสัญญาณ BPL ใช้แถบความถี่ที่กว้างโดยการใช้คลื่นพาห์ย่อย ๆ เป็นจำนวนมาก โดยมีอุปกรณ์ BPL injector ทำหน้าที่แปลงข้อมูลจาก Internet backbone ให้อยู่ในรูปแบบสัญญาณ BPL(OFDM) ส่งผ่านไปยังสายไฟฟ้าแรงปานกลาง และในทางกลับกัน ก็จะแปลงข้อมูลจาก BPL ไปเป็นข้อมูลที่ส่งต่อเข้า Internet backbone ทั้งนี้ จะเชื่อมต่อเข้ากับสายส่งไฟฟ้าเพียงเฟสเดียว
อุปกรณ์ extractor จะทำหน้าที่เชื่อมต่อการส่งข้อมูลสองทางจากสายไฟฟ้าแรงดันต่ำไปยังบ้านผู้ใช้บริการ โดยไม่ผ่านหม้อแปลงจ่ายไฟฟ้าแรงดันต่ำ เป็นการเชื่อมต่อระหว่างโครงข่ายในส่วน In-house BPL เข้ากับส่วน Access BPL ดังนั้น ผู้ใช้บริการจึงสามารถใช้บริการ BPL ได้โดยมีอุปกรณ์ปลายทาง หรือ BPL modem โครงข่ายในลักษณะนี้ อาจจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ repeater ทำหน้าที่ขยายสัญญาณระหว่าง injector และ extractor ให้มีระดับสัญญาณที่สูงขึ้น เพื่อให้สามารถให้บริการได้ระยะทางไกลขึ้น

รูปที่ 3 แสดงระบบ BPL ประเภทที่หนึ่ง

จากที่แสดงไว้ในรูป 3 อุปกรณ์ injector และอุปกรณ์ extractor จะใช้ช่วงความถี่เดียวกัน (F1)ในสายส่งไฟฟ้าแรงปานกลาง ซึ่งจะแตกต่างจากช่วงความถี่ (F2) ที่ใช้สำหรับสายส่งไฟฟ้าแรงต่ำ สำหรับอุปกรณ์ใช้ภายในอาคาร (In-house BPL device) และใช้หลักการ Carrier Sense Multiple Access (CSMA) ร่วมกับ Collision Avoidance (CA) ในการยืนยันช่องใช้งาน เพื่อลดการรบกวนกันระหว่างระบบ เนื่องจากระบบนี้ยอมรับการรบกวนที่เกิดจากการใช้งานช่องเดียวกันในระดับหนึ่ง และใช้สายส่งไฟฟ้าแรงปานกลางเพียงเฟสเดียวต่อระบบ ดังนั้น อาจมีได้สองถึงสามระบบในสาย MV ของระบบนำจ่ายเดียวกัน (ผู้ให้บริการหลายราย)

ประเภทที่สอง
ระบบ BPL ประเภทที่สอง ใช้วิธีการมอดูเลต OFDM แต่ต่างจากระบบแรกในส่วนของการส่งข้อมูลไปยังผู้ใช้บริการ โดยระบบนี้จะใช้อุปกรณ์ extractor เพื่อรับสัญญาณจากสายส่งไฟฟ้าแรงปานกลางแล้วแปลงเป็นการส่งข้อมูลไร้สายไปยังผู้ใช้บริการ โดยใช้อุปกรณ์ IEEE 802.11b Wi-Fi™ (ระบบ BPL ประเภทแรก ใช้วิธีการส่งสัญญาณไปยังผู้ใช้บริการผ่านสายส่งไฟฟ้าแรงต่ำ) ซึ่งอุปกรณ์ปลายทางอาจจะเป็นคอมพิวเตอร์ หรืออุปกรณ์พกพาส่วนตัวก็ได้ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีหนึ่งที่ใช้แทนการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อผ่านสายส่งไฟฟ้าแรงต่ำ
ระบบนี้ใช้ช่วงความถี่ที่แตกต่างกันทั้งทางด้านจากผู้ใช้ (upstream) และไปยังผู้ใช้ (downstream) สัญญาณรบกวนจากการใช้ช่วงความถี่เดียวกันจะต้องอยู่ในระดับที่ต่ำ และต้องมีอุปกรณ์ repeater เพื่อเพิ่มระยะทางระหว่าง injector กับ extractor และอุปกรณ์ BPL repeater ต้องใช้ช่วงความถี่ในการส่งและรับที่แตกต่างกัน และอุปกรณ์ BPL repeater ที่อยู่ใกล้เคียงกันจะต้องใช้ช่วงความถี่ที่แตกต่างกัน และต้องแตกต่างจาก injector ด้วย อีกทั้ง ในบางครั้ง อาจจะต้องทำงานในลักษณะของ extractor ได้ด้วย เพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์รับส่งข้อมูลไร้สาย Wi-Fi™ ในระบบนี้ จะป้อนสัญญาณเข้าไปในสายส่งไฟฟ้าแรงปานกลางเพียงเฟสเดียวเท่านั้น

รูปที่ 4 แสดงระบบ BPL ประเภทที่สอง

ประเภทที่สาม
ระบบ BPL ประเภทที่สาม ใช้เทคนิค Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) ส่งสัญญาณผ่านสายส่งไฟฟ้าแรงปานกลางไปยังผู้ใช้บริการ โดยผู้ใช้บริการในแต่ละจุดให้บริการ (BPL cell) จะใช้ช่วงความถี่เดียวกัน และใช้เทคนิค Carrier Sense Multiple Access (CSMA) ในการเลือกใช้ช่องความถี่เหมือนกับระบบ BPL ประเภทแรก ซึ่งยอมรับการรบกวนช่องใช้งานเดียวกันได้ในระดับหนึ่ง เนื่องจากอุปกรณ์แต่ละตัวในระบบจะใช้ช่วงความถี่เดียวกันในการรับส่งข้อมูล ทั้งนี้ ระบบนี้จะใช้สายส่งไฟฟ้าแรงปานกลาง 2 สาย (สายเฟสและสาย neutral) ในการรับส่งข้อมูล
ในระบบนี้ จุดให้บริการแต่ละจุดจะประกอบด้วย injector ใช้สำหรับการเชื่อมต่อกับ Internetbackbone และใช้ repeater (extractor) ในการเพิ่มระดับของของสัญญาณให้เพียงพอต่อการกระจายข้อมูลไปยังที่พักอาศัย ซึ่งต่อผ่าน BPL modem ทั้งนี้ อาจมีการเหลื่อมล้ำหรือซ้อนทับกันของสัญญาณระหว่างจุดให้บริการแต่ละจุดบ้าง แต่ injector และ repeater จะเลือกช่องทางการส่งสัญญาณที่ดีที่สุดในการส่งสัญญาณแต่ละครั้ง

รูปที่ 5 แสดงระบบ BPL ประเภทที่สาม

อย่างไรก็ตาม ยังมีระบบ BPL ที่มีลักษณะการใช้งานแบบอื่น เช่น ต่อเข้าโครงข่าย Internet ผ่านเฉพาะสายส่งไฟฟ้าแรงต่ำภายนอกอาคาร หรือ ผ่านสายเคเบิ้ลใยแก้วนำแสง อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ส่วนหลักๆ ก็ยังคงสามารถแยกได้เป็นส่วน In-building BPL และ Access BPL เช่นเดียวกัน

สถาปัตยกรรมโครงข่ายของระบบ BPL

เมื่อมองในแง่ของโครงข่ายที่ใช้ประกอบการให้บริการ BPL แล้ว จะประกอบด้วยโครงข่าย 3 ส่วน คือ 1)โครงข่ายส่วนเชื่อมต่อกับโครงข่ายหลัก (backhaul) ซึ่งมักเป็นโครงข่ายเคเบิลใยแก้วนำแสง และอยู่ในความรับผิดชอบของผู้ประกอบกิจการโทรคมนาคมที่ให้บริการโครงข่าย 2) โครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า MV และ 3) โครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า LV ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์ที่ติดตั้งที่บ้านหรืออาคารของผู้ใช้บริการ(CPE) ด้วย ดังแสดงในรูป

รูปที่ 6 แสดงสถาปัตยกรรมโครงข่าย BPL

โครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า MV
โครงข่าย BPL ส่วนนี้ มักใช้สถาปัตยกรรมแบบวงรอบ (ring topology) ดังแสดงไว้ในรูป 7 เป็นการเชื่อมต่อระหว่างโครงข่าย backhaul กับโครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า LV ซึ่งอาจใช้การผสมสัญญาณแบบแบ่งความถี่ (frequency division) หรือการผสมสัญญาณแบบแบ่งเวลา (time division) ก็ได้ แต่ละ node ของวง จะเชื่อมต่อกับโครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า LV การแบ่งสัญญาณแบบความถี่จะใช้ได้ดี ในกรณีที่มีการรบกวนกันระหว่างโครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า MV กับ LV โดยเลือกใช้ช่วงความถี่ที่แตกต่างกัน ก็จะช่วยแก้ปัญหาดังกล่าว (และยังใช้ได้กับโครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า LV จำนวนหลายโครงข่ายได้ด้วย)การแบ่งสัญญาณแบบแบ่งเวลา กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้น เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายที่ถูกกว่า และติดตั้งได้ง่ายกว่า แต่มีข้อจำกัดในเรื่องของ latency และ throughput

รูปที่ 7 แสดงสถาปัตยกรรมโครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า MV

โครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า LV
โครงข่าย BPL ส่วนนี้เป็นส่วนที่สำคัญ เนื่องจากเป็นส่วนที่เชื่อมต่อกับผู้ใช้บริการโดยตรง ดังนั้น สถาปัตยกรรมโครงข่ายจึงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติต่าง ๆ เป็นต้นว่า สถานที่ตั้งโครงข่าย (อาคารสูง บ้านเรือน นิคมอุตสาหกรรม) ความหนาแน่นของผู้ใช้บริการ ระยะทางของโครงข่าย และการออกแบบโครงข่ายว่าประกอบด้วยโครงข่ายย่อยมากน้อยแค่ไหน
1) ตัวอย่างโครงข่ายที่ใช้สำหรับพื้นที่ที่มีผู้ใช้บริการไม่หนาแน่น (เช่น พื้นที่ชานเมือง ที่มีบ้านเดี่ยว) แสดงไว้ในรูปที่ 8 ซึ่งในกรณีดังกล่าว มักติดตั้ง head end ไว้ที่สถานีหม้อแปลงไฟฟ้า และระยะห่างระหว่างhead end กับอุปกรณ์ทวนสัญญาณ หรือระหว่างอุปกรณ์ทวนสัญญาณด้วยกัน ไม่ควรเกิน 100 เมตร

รูปที่ 8 แสดงสถาปัตยกรรมโครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า LV

2) ตัวอย่างโครงข่ายที่ใช้สำหรับพื้นที่ที่มีผู้ใช้บริการหนาแน่น เป็นอาคาร โดยมาตรวัดไฟฟ้าจะอยู่รวมกันในห้องวางมาตรวัดไฟฟ้า ซึ่งต่อเข้าโดยตรงกับหม้อแปลงนำจ่ายไฟฟ้า ทั้งนี้ หากสายส่งไฟฟ้าต่อตรงกับห้องวางมาตรวัดไฟฟ้าที่เดียว ก็ใช้ star topology (ดังแสดงในรูปที่ 9) แต่หากมีห้องวางมาตรวัดไฟฟ้าหลายห้อง ก็ต้องใช้ tree topology (ดังแสดงในรูปที่ 10)

รูปที่ 9 star topology

รูปที่ 10 tree topology

3) ตัวอย่างโครงข่ายที่ใช้สำหรับพื้นที่ที่มีผู้ใช้บริการหนาแน่น เป็นอาคารสูงที่มีมาตรวัดไฟฟ้าติดตั้งแยกออกจากกัน (อาจมีติดตั้งทุกชั้น) ซึ่งในกรณีนี้ มักติดตั้ง head end ไว้ที่สถานีหม้อแปลงไฟฟ้า และติดตั้งอุปกรณ์แปลงสัญญาณภายในแต่ละอาคาร

รูปที่ 11 แสดงสถาปัตยกรรมโครงข่าย BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า LV

BPL Equipment
อุปกรณ์หลักที่สำคัญของ BPL ในส่วนที่ใช้สายไฟฟ้า MV และสายไฟฟ้า LV ประกอบด้วย อุปกรณ์สำหรับลูกค้า Customer Promise Equipment: CPE), Repeater และ Transformer Equipment(TE)

รูปที่ 12 PLC Equipment in the Access and Distribution Network

Modem or Customer Premise Equipment (CPE)
CPE หรือ modem เป็นอุปกรณ์ที่ติดตั้งที่พักอาศัยของผู้ใช้บริการ โดยการเสียบเข้ากับเต้าเสียบไฟฟ้าซึ่ง CPE จะรับทั้งสัญญาณและพลังงานไฟฟ้า CPE จะแยกเสียงและข้อมูลออกจากกันขึ้นอยู่กับการใช้งานของผู้ใช้บริการ เช่น การเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ และมี CPE หลายประเภทที่ใช้เฉพาะการใช้อินเทอร์เน็ต เท่านั้น บางชนิดใช้อินเทอร์เน็ตและโทรศัพท์ด้วยกัน และบางประเภทใช้เฉพาะเสียง เท่านั้นนอกจากนี้อาจมีการรวมฟังก์ชันต่าง ๆ เข้าไป เช่น การรวม Wi-Fi™ ไว้ใน CPE นั้นด้วย

รูปที่ 13 ตัวอย่างของอุปกรณ์ CPEs

Repeater or Intermediate Equipment
เป็นอุปกรณ์ที่เพิ่มระดับสัญญาณจากหม้อแปลงไฟฟ้าแรงต่ำก่อนส่งไปยังผู้ใช้บริการ (มีระยะทางสูงสุด 300 เมตร) ปกติจะติดตั้งใกล้กับมาตรวัดไฟฟ้าหรือที่ใดที่หนึ่งระหว่างสายส่งไฟฟ้ากับที่พักอาศัยของ ผู้ใช้บริการ บางครั้งใช้สำหรับการขยายพื้นที่การให้บริการให้ครอบคลุมพื้นที่มากขึ้นด้วย

รูปที่ 14 ตัวอย่างของอุปกรณ์ทวนสัญญาณ ที่ติดตั้งในห้องมาตรวัดไฟฟ้า (ล่าง) และ ตู้ข้างถนน (บน)

Transformer Equipment (TE)

อุปกรณ์ TE ติดตั้งที่หม้อแปลงนำจ่ายไฟฟ้าย่อย เพื่อกระจายสัญญาณจากโครงข่าย BPL ที่เชื่อมต่อสายส่งไฟฟ้าแรงปานกลาง เป็นอุปกรณ์ในส่วนของ extractor หรืออาจรวมฟังก์ชันการทำงานอยู่ใน repeater ด้วยก็ได้

รูปที่ 15 Transformer Equipment

Accessory Equipment: Coupling Unit
Coupling Unit เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ป้อนสัญญาณจากอุปกรณ์ BPL เข้าไปยังสายส่งไฟฟ้า (MV and LV) ซึ่งมี 2 ประเภทด้วยกัน
- Capacitive coupling ทำหน้าที่ป้อนสัญญาณเข้าสู่สายส่งไฟฟ้าโดยตรง
- Inductive coupling ป้อนสัญญาณเข้าสู่สายส่งไฟฟ้าด้วยการเหนี่ยวนำทางไฟฟ้า (inductive)

รูปที่ 16 แสดงอุปกรณ์ coupling ลักษณะต่าง ๆ

ข้อมูลคุณสมบัติทางเทคนิคอื่น

การมอดูเลต (Modulation)
วิธีการมอดูเลตที่ใช้เป็นการมอดูเลต OFDM ซึ่งนิยมกับการสื่อสารประเภทอื่น ๆ ด้วย เช่น ADSL, VDSL, และ IEEE 802.11 เป็นต้น การมอดูเลตสัญญาณผ่านช่องสัญญาณของ BPL มีหลากหลายวิธี แต่หลังจากทำการวัดและ ทดสอบแล้ว
การมอดูเลตแบบ OFDM เป็นวิธีการที่มีความเหมาะสมที่สุด เนื่องจากสามารถป้องกันการรบกวนและให้มีประสิทธิภาพของพลังงานไฟฟ้าสูงสุด จึงได้นำวิธีการดังกล่าวมาใช้ในการผลิตอุปกรณ์ในยุคแรก ๆ และคุณสมบัติที่สำคัญ OFDM สามารถใช้งานได้ดีเมื่อมีการจางหายของสัญญาณ และการใช้เวลาการกระจายสัญญาณที่กว้าง ซึ่งมีความสำคัญมากในกรณีการใช้คลื่นพาห์หลาย ๆ คลื่นพาห์หรือคลื่นพาห์หลาย ๆ คลื่นในการติดต่อสื่อสาร เป็นวิธีการที่นำมาใช้ทั้งในการมอดูเลตและการมัลติเพล็กซ์สัญญาณ ที่มีคลื่นพาห์ย่อยมากกว่าหนึ่งพันคลื่นพาห์ มีการใช้งานค่อนข้างยืดหยุ่นไม่คำนึงถึงการรบกวนที่เกิดจากช่องสัญญาณอื่น จึงเป็นการมอดูเลตที่มีการป้องกันการรบกวนและทำให้ระบบมีความน่าเชื่อถือเพิ่มขึ้น

โดยทั่วไป FDM จะแบ่งช่วงความถี่ออกเป็นช่องสัญญาณจำนวน N ช่อง ที่ไม่ซ้อนทับกัน จึงทำให้ไม่เกิดการรบกวนซึ่งกันและกัน แต่มีข้อเสียในการใช้คลื่นความถี่ไม่เต็มประสิทธิภาพ ในขณะที่ OFDM ใช้ช่องความถี่ที่มีการซ้อนทับกัน และตั้งฉากกับคลื่นความถี่อื่นและมีช่องว่างระหว่างคลื่นความถี่ 1/T จำนวนรอบคลื่นทั้งหมดของแต่ละสัญลักษณ์ที่มีช่วงคลื่น T
ข้อดีของการผสมสัญญาณแบบ OFDM
- สามารถใช้งานได้ดีเมื่อมีการจางหายของคลื่นสัญญาณ (mutipath fading) ด้วยเวลาการแพร่กระจายคลื่นที่กว้าง
- ความเร็วของข้อมูลในแต่ละคลื่นพาห์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ (ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) ของแต่ละคลื่นพาห์)
- การรบกวนมีผลกระทบต่อคลื่นพาห์บางช่วงเท่านั้น ทำให้มีความน่าเชื่อถือของระบบสูง
Power Levels
ความหนาแน่นสเปกตรัมกำลัง (Power Spectral Density: PSD) ของสัญญาณที่ส่งออกไป มีรูปร่างและความเข้มของสัญญาณ ดังนี้
- PSD: <= -50 dBm/Hz - Dynamic Range: Up to 90 dB - Minimum required received power level: -70 dBm (assuming no background noise) ระดับความหนาแน่นสเปกตรัมกำลังข้างต้น เป็นช่วงที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับความต้องการของระดับสัญญาณที่รับได้ และการออกแบบระบบ ค่าของ PSD สามารถที่จะเปลี่ยนแปลงได้ด้วยการปรับระดับการกรองขจัดสัญญาณ (notching) ให้มีความลึกมากขึ้น โดยสามารถปรับได้ถึง 30 dB ขึ้นอยู่กับการกำหนดของหน่วยงานกำกับดูแล การปรับ Notchให้มีค่ามากถึง 40 dB เป็นสิ่งที่สามารถทำได้ แต่ถ้าหากเกินกว่า 32 dB ทำให้ประสิทธิภาพลดลง

Throughputs

อุปกรณ์ BPL โดยทั่วไปจะใช้ความกว้างแถบความถี่ใช้งาน ประกอบด้วย 10, 20 and 30 MHz

ทั้งนี้ อุปกรณ์ BPL บางระบบ จะมีความสามารถในการเลือก bandwidth ที่เหมาะสมกับการใช้งานในสภาวะแวดล้อมที่กำหนดได้ด้วย ดังแสดงในรูป

Performance
สมรรถนะ (performance) ของระบบขึ้นอยู่กับการลดทอนของช่องสัญญาณหรือความแรงของสัญญาณรบกวน และยากในการที่จะหาสูตรในการคำนวณ ตัวอย่างของการวัดสมรรถนะภายในห้องทดสอบ ที่ PSD = –50 dBm/Hz for the 10 MHz mode and –56 dBm/Hz for the 20 and 30 MHz modes แสดงให้เห็นในตาราง

Maximum Throughput
ประสิทธิภาพของระบบจะวัดที่ Physical layer ที่ช่องสัญญาณที่เหมาะสม หากวัดที่ Application Layer มีอัตราความเร็วข้อมูลที่ต่ำกว่า เนื่องจากลักษณะของโปรโตคอลโดยมีการเพิ่มส่วนหัวและการแก้ไขความถูกต้องของข้อมูล อัตราความเร็วข้อมูลที่ชั้น Application แสดงไว้ในตาราง

Bit Error Rate
คุณลักษณะ Bit Error Rate (BER) ของระบบ BPL จะถูกกำหนดควบคู่ไปกับ QoS ของแต่ละบริการที่เลือกใช้งาน ซึ่งอาจมีค่าแตกต่างกันได้ Bit Error Rate จะถูกกำหนดโดยผู้ให้บริการ ซึ่งค่า Bit Error Rate ที่กำหนดไว้เบื้องต้น จะกำหนดไว้ที่ 10-9 ซึ่งผู้ใช้สามารถเลือกหรือกำหนดได้ตามความเหมาะสม โดยทั่วไปจะกำหนดไว้ที่ 10-3 10-6 และ 10-9 เป็นต้น

Channel Adaptation
ระบบจะทำการตรวจสอบระดับของสัญญาณรบกวนและการลดทอนภายในช่องสัญญาณด้วยความละเอียดสูง ค่าที่วัดได้จะนำไปปรับเปลี่ยนตัวแปรในการมอดูเลตของแต่ละช่องสัญญาณเพื่อที่จะรักษา BER ของแต่ละช่องสัญญาณ ผู้ให้บริการสามารถปรับเปลี่ยนตัวแปรได้ดังนี้
- Algorithm agility
- Modulation thresholds
- Desired BER
- Disabled carriers
ในขณะเดียวกันการปรับตัวแปรของ Reed-Solomon Forward Error Correction สามารถที่จะปรับเปลี่ยนได้โดยคำนึงถึงความจุของข้อมูล (capacity) และสมรรถนะของระบบ

Spectral Efficiency
สามารถปรับได้ถึง 9bits/sec/Hz โดยขึ้นอยู่กับ SNR ของแต่ละช่องสัญญาณ หาก SNR ของระบบ มีค่าลดลง ระบบจะลด Spectral Efficiency ลง เพื่อที่จะรักษา BER ให้อยู่ในค่าที่กำหนด

Quality of Service (QoS)
คุณภาพการให้บริการ (Quality of Service: QoS) ของอุปกรณ์ BPL บางเทคโนโลยี สามารถกำหนดความสำคัญไว้ 8 ระดับ เพื่อกำหนดคุณภาพการให้บริการที่ต้องตอบสนองตามเวลาจริง (real time) เช่น การให้บริการเสียงผ่านการให้บริการอินเทอร์เน็ต (VoIP) และการให้บริการข้อมูลความเร็วสูง
- รับประกันแบนวิดธ์ที่ใช้ในแต่ละบริการ เช่น การส่งถ่ายข้อมูล เป็นต้น
- Bound latency ของแต่ละบริการที่ต้องการ เช่น VoIP, video เป็นต้น
- มีค่า BER ต่ำสำหรับบริการที่ต้องการความเชื่อถือสูง
- รับประกันข้อผิดพลาดจากการให้บริการ อาจใช้ช่องสำรองในการให้บริการเมื่อเกิดความผิดพลาดในช่องที่ ใช้งาน
การออกแบบ chipset ได้ออกแบบให้มีความสามารถในการรับส่งข้อมูลสูงสำหรับอุปกรณ์ที่เป็นของผู้ใช้บริการ Customer Premise Equipment: CPE) เช่น modem หรือโครงข่ายที่ใช้ภายในบ้าน และรองรับการทำงานร่วมกับ LAN ที่สามารถบริหารจัดการ QoS ได้
นอกจากนี้ยังมีโปรโตคอล 802.1D ที่สามารถปรับได้ถึง 64/128 MACs เพื่อรองรับการใช้งานของ VoIP และสามารถใช้บริการ VoIP พร้อมกับการใช้บริการอื่น ๆ

มาตรฐานของภาคอุตสาหกรรม (Industry Standard)

บริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยี PLC ต่างก็ได้รวมตัวกันเพื่อกำหนดมาตรฐานของเทคโนโลยี PLC โดยเฉพาะ broadband PLC ที่ผู้บริโภคจะนำมาใช้งาน ซึ่งมักขึ้นอยู่กับผู้ผลิต chipset เป็นหลัก โดยในขณะนี้ มีมาตรฐานหลัก ๆ ของผู้ผลิต chipset อยู่สองมาตรฐาน และมีหน่วยงานที่รวมตัวเป็นองค์กรเพื่อกำหนดมาตรฐานของภาคอุตสาหกรรมอยู่หลายองค์กร
ในส่วนของ chipset นั้น รายหลักจะเป็น DS2 ซึ่งเป็น chipset ที่ผลิตโดย Design of Systems on Silicon ที่มีคุณสมบัติสอดคล้องกับมาตรฐานของ Universal Powerline Association สามารถรองรับการให้บริการ triple play ใช้การผสมสัญญาณ แบบ Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) และใช้ช่องสัญญาณแบบ TDD และ FDD สามารถส่งข้อมูลได้สูงสุดถึง 200 Mbps ที่ระดับ Physical layer และ 130 Mbps ที่ระดับ Application layer



Chipset อีกอันหนึ่ง จะผลิตโดย INT6000 ของ Intellon เป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้เป็น adapter สำหรับโครงข่ายความเร็วสูงเพื่อความบันเทิงภายในบ้าน รวมถึงการส่งสัญญาณภาพแบบ High Definition (HD) และ Standard Definition (SD) ซึ่งตรงตามคุณสมบัติเฉพาะของ HomePlug AV ส่งสัญญาณได้ความเร็วสูงสุดถึง 150 Mbps

ในส่วนของหน่วยงานภาคผู้ผลิตอุปกรณ์และอุตสาหกรรมโทรคมนาคม ที่รวมตัวเป็นองค์กรเพื่อกำหนดมาตรฐานสำหรับเทคโนโลยี PLC นั้น พอจะหยิบยกขึ้นมากล่าวได้ดังนี้.-

HomePlug Powerline Alliance
เป็นกลุ่มพันธมิตรทางการค้าประกอบด้วยสมาชิกจำนวน 65 ราย ก่อตั้งเมื่อ เดือนมีนาคม ค.ศ. 2000 โดยบริษัทที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี PLC ได้รวมตัวกันกำหนดมาตรฐานของผลิตภัณฑ์ และบริการสำหรับโครงข่ายภายในบ้านที่ใช้สายไฟฟ้า โดยมุ่งเน้นที่ home networking (LAN) กลุ่มพันธมิตรนี้ ส่วนใหญ่ประกอบด้วยบริษัทจากสหรัฐอเมริกาและเอเชียแปซิฟิก มีหน้าที่ส่งเสริมและดำเนินการในเรื่องมาตรฐานของผลิตภัณฑ์ให้สามารถทำงานร่วมกันได้ เนื่องจากมาตรฐาน HomePlug เกิดจากความร่วมมือของหลากหลายบริษัทจากทั่วโลก ทำให้ได้มาตรฐานที่มีคุณภาพสูงและเป็นที่ยอมรับในตลาด ตัวอย่างเช่น
- HomePlug 1.0 – มาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วงผ่านสายไฟฟ้าภายในบ้านที่สามารถส่งข้อมูลได้ 8.2 Mbps
- HomePlug AV – ใช้สำหรับส่ง HDTV และ VoIP ภายในบ้านที่สามารถส่งข้อมูลได้ประมาณ 150 Mbps
- HomePlug BPL – ใช้เป็น broadband access เพื่อใช้งานในบ้าน
- HomePlug CC (Command and Control) – เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ความเร็วในการส่งข้อมูลต่ำและลงทุนน้อย ใช้สำหรับสั่งการ และควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้าน ตลอดจนการเฝ้าระวังความปลอดภัยภายในบ้าน

Universal Powerline Association (UPA)
เป็นผู้วางกรอบให้ผู้นำทางการตลาดด้านอุตสาหกรรม PLC ในตลาดโลก ซึ่งครอบคลุมถึงผู้ผลิตอุปกรณ์ด้าน access และอุปกรณ์ภายในบ้าน ดำเนินการให้เกิดการแข่งขันเสรี และเป็นธรรม ในการนำอุปกรณ์ดังกล่าวมาติดตั้งใช้งาน และสามารถทำงานร่วมกันได้ เพื่อให้เกิดประโยชน์แก่ผู้บริโภคอย่างทั่วถึง ส่วนใหญ่ประกอบด้วยบริษัทจากยุโรปและญี่ปุ่น โดย UPA ได้ประกาศยอมรับที่จะนำ DS2 200 Mbps chipset มาใช้งานในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ของกลุ่ม โดยได้จัดทำมาตรฐาน UPA Digital Home Standardสำหรับใช้งานเป็นโครงข่ายภายในบ้าน (LAN) และร่วมกับ OPERA จัดทำมาตรฐานสำหรับ BPL (Access & in-house) ด้วย

Open PLC European Research Alliance (OPERA)
เป็นโครงการวิจัยและพัฒนาซึ่งได้รับการอุดหนุนจาก European Commission มีวัตถุประสงค์ที่จะปรับปรุงเทคโนโลยี PLC ที่มีอยู่แล้ว ให้พัฒนาดีขึ้นไป และกำหนดมาตรฐานของ PLC โดยมีบริษัทและองค์กรเข้าร่วมดำเนินการมากกว่า 30 หน่วยงาน ทั้งนี้ ได้ประกาศยอมรับ DS2 200 Mbps chipset มาปรับใช้เป็นพื้นฐานในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ของกลุ่ม และได้จัดทำมาตรฐานสำหรับ BPL (Access& in-house) ขึ้นมา 2 ฉบับ คือ
- OPERA SPECIFICATION – Part 1: TECHNOLOGY
- OPERA SPECIFICATION – Part 2: SYSTEM

IEEE
เป็นองค์กรทางด้านวิชาการที่เป็นที่รู้จักกันเป็นอย่างดี ได้ริเริ่มจัดทำ project item เพื่อทำการศึกษาเพื่อกำหนดมาตรฐานและลักษณะพึงประสงค์ทางเทคนิคที่สำคัญ โดย project ที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานเทคโนโลยี PLC ประกอบด้วย
- IEEE P1675 – “Standard for Broadband over Powerline Hardware” จัดทำมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์เทคโนโลยี broadband PLC ที่ใช้งานผ่านสายไฟฟ้า และความปลอดภัยในการติดตั้ง
- IEEE P1775 – “Powerline Communication Equipment – Electromagnetic Compatibility(EMC) Requirements Testing and Measurement Methods” จัดทำมาตรฐานที่เน้นในเรื่องของอุปกรณ์ PLC ที่เกี่ยวข้องกับ EMC รวมถึงวิธีทดสอบและวิธีการวัด
- IEEE P1901 – “Draft Standard for Broadband over Power Line Network : Medium Access Control and Physical Layer Specifications” กำหนดมาตรฐานการให้บริการ broadband ผ่านสายไฟฟ้า โดยมีเป้าหมายในการกำหนดคุณสมบัติเฉพาะของ Medium Access Control และ Physical Layer สำหรับอุปกรณ์ BPL ทั้งที่ใช้เป็นโครงข่ายภายนอก และภายในที่พักอาศัย

ETSI Project PLT
เป็นองค์กรมาตรฐานด้านโทรคมนาคมของกลุ่มประเทศยุโรป ซึ่งได้ตั้งกลุ่มทำงานเพื่อศึกษาข้อมูลเพื่อกำหนดมาตรฐานและคุณสมบัติเฉพาะ ครอบคลุมการให้บริการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้าทั้งหมด ทั้งที่เป็นMV LV และภายในบ้าน โดยกำหนดว่าอุปกรณ์ของผู้ผลิตแต่ละรายต้องสามารถใช้งานร่วมกันได้สามารถทำงานร่วมกับระบบจ่ายไฟฟ้าที่มีอยู่แต่เดิม และสอดคล้องกับข้อกำหนดของกลุ่มประเทศยุโรปอย่างไรก็ตาม มีความคืบหน้าค่อนข้างช้า เนื่องจากมุ่งเน้นข้อกำหนดที่ใช้สำหรับกำกับดูแลค่อนข้างมาก

ข้อดีและข้อเสียของการนำเทคโนโลยี PLC (BPL) มาประยุกต์ใช้งาน

BPL มีข้อดีเมื่อเปรียบเทียบกับบริการ cable modem หรือ DSL (Digital Subscriber Line) เพราะสามารถใช้โครงข่ายพื้นฐานที่มีอยู่แล้ว และยังทำให้ประชาชนทั่วไปในที่ห่างไกล แต่มีไฟฟ้าใช้สามารถเข้าถึงอินเทอร์เน็ตได้มากขึ้น สามารถลดช่องว่างในการเข้าถึงข่าวสารข้อมูล หรือที่เรียกว่า digital divide ได้อีกทางหนึ่ง อีกทั้งยังสะดวกที่จะนำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ เช่น ทีวี เครื่องเสียง มาเชื่อมต่อเพื่อความบันเทิงได้อีกด้วย อย่างไรก็ตาม การให้บริการ BPL ยังไม่มีมาตรฐานทางเทคนิคเป็นที่ยอมรับ แต่มีการใช้งานเฉพาะกลุ่มซึ่งจะต้องมีการพัฒนาต่อไป เพื่อแก้ปัญหาต่างๆ เช่น ความกว้างแถบคลื่นที่จะใช้งาน การรบกวนทางวิทยุ และคุณภาพของบริการ เป็นต้น
ระบบจ่ายไฟฟ้าในอเมริกาเหนือ และยุโรปมีความแตกต่างกันค่อนข้างมาก ทำให้มีผลต่อการนำ BPLมาใช้งาน เช่น ในอเมริกาเหนือ หม้อแปลงไฟฟ้าแต่ละเครื่องจะจ่ายกระแสไฟฟ้าแรงต่ำให้บ้านเรือนไม่มากนัก (หม้อแปลงขนาดเล็ก และบ้านเรือนอยู่กระจาย) เมื่อเปรียบเทียบกับในยุโรป หม้อแปลงหนึ่งเครื่อง จะจ่ายกระแสไฟฟ้าแรงต่ำให้บ้านเรือนเป็นร้อยหลังคาเรือน ซึ่งคล้ายกับระบบไฟฟ้าในประเทศไทย ทำให้การนำ BPL มาใช้งานจึงมีปัญหาแตกต่างกัน เนื่องจากสัญญาณ BPL ไม่สามารถแพร่ผ่านหม้อแปลงได้ ดังนั้นการให้บริการในอเมริกาเหนือจะต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ(MV coupling) เพื่อสามารถให้บริการลูกค้าหลายๆราย ที่อยู่ในระบบจ่ายไฟฟ้าที่หม้อแปลงจุดอื่นด้วย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากถูกจำกัดที่ความกว้างของแถบคลื่นที่จะใช้งาน ทำให้ผู้ใช้สามารถใช้งานพร้อมกันได้ไม่มากนักในสายไฟฟ้าเดียวกัน
นอกจากเหตุผลที่ว่า BPL มีการพัฒนาในยุโรปเร็วกว่าในอเมริกาเหนือ เนื่องจากการออกแบบระบบจ่ายไฟฟ้าแตกต่างกันดังกล่าวแล้ว ข้อเท็จจริงอีกประการหนึ่งก็คือ ในระบบสายส่งระยะทางไกลๆ โดยทั่วไปจะใช้แรงดันไฟฟ้าสูง เพื่อลดการสูญเสียเนื่องจากสายส่ง (transmission loss) และต้องลดแรงดัน เมื่อต้องจ่ายไฟฟ้าให้บ้านเรือน ประกอบกับสัญญาณ BPL ไม่สามารถแพร่ผ่านหม้อแปลงได้ เนื่องจากขดลวดในหม้อแปลงมีค่า inductance สูง ทำให้เปรียบเสมือนเป็น low - pass filter ที่ป้องกันไม่ให้ความถี่สูงผ่าน จึงจำเป็นต้องมี repeater ติดตั้งที่หม้อแปลงทุกเครื่องที่สัญญาณ BPL เดินทางผ่าน
โดยทั่วไป ในอเมริกาเหนือจะใช้หม้อแปลงขนาดเล็กติดตั้งเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าแรงต่ำให้บ้านเรือนเพียง 2 – 3 หลัง ส่วนในยุโรปและประเทศไทยจะติดตั้งหม้อแปลงขนาดใหญ่และจ่ายกระแสไฟฟ้าให้บ้านเรือนประมาณ 10 – 100 หลัง เป็นต้น จากข้อแตกต่างในระบบจ่ายไฟฟ้าดังกล่าว จะเห็นว่าในอเมริกาเหนือจะต้องมี repeater มาก ตรงข้ามกับยุโรปและประเทศไทยที่สามารถให้บริการลูกค้าได้หลายสิบรายที่อยู่ในบริเวณหม้อแปลงเดียวกัน
ทางเลือกอีกอย่างหนึ่งที่จะนำ BPL มาใช้งานคือ ใช้เป็น backhaul สำหรับการสื่อสารไร้สาย WiFi และในอนาคต BPL อาจจะนำใช้เป็น backhaul ของโครงข่าย WiMAX ด้วยก็ได้
BPL มีข้อเสียโดยแยกเป็นประเด็นหลักได้ 2 ส่วนคือ สายไฟฟ้าจะเกิดสัญญาณรบกวนมาก ทุกครั้งที่เราเปิด-ปิดสวิทช์อุปกรณ์ไฟฟ้า และอุปกรณ์ประหยัดพลังงานบางชนิดทำให้เกิดฮาร์โมนิกส์รบกวนในสายไฟฟ้าดังนั้นในกาออกแบบเพื่อนำ BPL มาใช้งานต้องคำนึงถึงการป้องกัน และลดการรบกวนดังกล่าว
ข้อเสียอีกอย่างหนึ่งคือ ระดับความแรงและความถี่ของสัญญาณที่แพร่ออกมา เนื่องจากความถี่ย่าน 1 –30 MHz เป็นย่านความถี่ของวิทยุสมัครเล่น และการส่งวิทยุกระจายเสียงคลื่นสั้น รวมทั้งระบบโทรคมนาคม อื่นๆ เช่น ทางทหาร วิทยุการบิน เป็นต้น ดังนั้น เมื่อมีการส่งสัญญาณ BPL ไปตามสายไฟฟ้า ซึ่งสายไฟฟ้าดังกล่าวไม่มีฉนวนหุ้ม (unshielded)ดังนั้นสายไฟฟ้าดังกล่าวจึงเปรียบเสมือนเป็นเครื่องส่งที่ส่งสัญญาณที่ป้อนมาตามสายไฟฟ้า ซึ่งอาจรบกวนสัญญาณวิทยุอื่น ๆ ในย่านความถี่นั้นได้
ปัจจุบัน ระบบ BPL จะใช้เทคโนโลยี OFDM และใช้เทคนิคการบรรเทาหรือลดการรบกวนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่อข่ายวิทยุสื่อสารอื่น โดยเฉพาะวิทยุสมัครเล่น ในการศึกษาร่วมกันระหว่าง ARRL – American Radio Relay League และ HomePlug powerline alliance แสดงให้เห็นว่า PLC modem ที่ใช้เทคโนโลยี OFDM จะเกิดการรบกวนน้อยลง และอยู่ในวิสัยที่สามารถยอมรับได้

ตัวอย่างผลการทดลองและทดสอบการใช้เทคโนโลยี PLC ในประเทศไทย

การไฟฟ้านครหลวง (กฟน.)
ผลการทดลองและทดสอบการใช้เทคโนโลยี PLC ว่า กฟน. ได้เคยนำอุปกรณ์ระบบ In-Building PLC (BPL)มาทดลองใช้งานในช่วงเดือนตุลาคม ถึง ธันวาคม 2548 ในลักษณะเป็นโครงข่ายเชื่อมต่อภายในอาคาร ที่สำนักงานประปาสามเสน โดยไม่ได้ใช้เทคโนโลยี PLC ต่อเชื่อมออกมาใช้บริการภายนอก (ใช้ optical fibre แทน) ระยะทางประมาณ 6-7กิโลเมตร ซึ่งผลการทดลองพอสรุปได้ดังนี้
(1)ใช้อุปกรณ์หลากหลายยี่ห้อ เช่น ARCHNET, MAINNET, MYNET, MITSUBISHI
(2)สามารถต่อเข้ากับ Intranet ของ กฟน. และ Internet ได้ โดยมี error เล็กน้อย
(3)ใช้ oscilloscope ตรวจจับสัญญาณ ไม่พบว่ามีการรบกวนเกิดขึ้น
(4)อุปกรณ์ที่นำมาทดสอบเป็นไปตามมาตรฐานของสหภาพยุโรป
(5)กฟน. มีความกังวล ในกรณีของสายไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในการติดต่อสื่อสารทางโทรคมนาคมด้วยนอกเหนือจากการส่งกระแสไฟฟ้าตามปรกติ โดยเฉพาะในประเด็นของ power quality & reliability อาจมีผลกระทบต่อคุณภาพของระบบไฟฟ้า ซึ่งส่วนหนึ่งจะขึ้นอยู่กับวิธีการ coupling (capacitance/inductance) และการตัดจ่าย/สวิทช์อาจได้รับผลกระทบด้วย
(6)ไม่เคยทดลองข้ามหม้อแปลง (แรงสูง) จึงอาจมีประเด็นการรบกวนที่เกิดขึ้นจากสายไฟฟ้าแรงสูงด้วย
การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (กฟภ.)
ผลการทดลองและทดสอบการใช้เทคโนโลยี PLC ว่า กฟภ. ได้ติดตามเทคโนโลยี PLC มาไม่น้อยกว่า 5 ปี และเมื่อเริ่มมองเห็นว่ามีความเป็นไปได้ทางธุรกิจมากขึ้น จึงได้ดำเนินการทดลองให้บริการอินเทอร์เน็ตบนสายส่งไฟฟ้า โดยร่วมมือกับบริษัทเอกชน 2 ราย คือบริษัท ทรู อินเตอร์เน็ต จำกัด และบริษัท อี-คอมเมิร์ซ บิสซิเนส จำกัด ทดลองให้บริการที่จังหวัดปทุมธานีและพัทยา สรุปได้ดังนี้

การร่วมทดลองให้บริการ PLC ระหว่าง กฟภ. กับบริษัท ทรู อินเตอร์เน็ต จำกัด
(1) อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลองเป็นของ Xeline จากประเทศเกาหลีใต้ ซึ่งได้แก่ อุปกรณ์ Master(MM202-B) อุปกรณ์ Repeater (RU-200B) และอุปกรณ์ Slave (SU-200B) ใช้งานความถี่ย่าน 2.3 – 23.4 MHz โดยอุปกรณ์ดังกล่าวมีความสามารถในการรับส่งข้อมูลได้เร็วสูงสุด 24 Mbps และทดลองให้บริการที่ ถนนพัทยาสายใต้และถนนพัทยาสาย 2 อำเภอบางละมุง จังหวัดชลบุรี เมื่อวันที่ 15 มีนาคม 2549 ถึงวันที่ 15 มิถุนายน 2549 มีลูกค้าทดลองใช้บริการ 11 ราย โดยประเมินประสิทธิภาพของการทดลองให้บริการจากอัตราเร็วของข้อมูล, เวลาประวิง (delay time), Jitter, Packet loss,อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (Signal to Noise Ratio, SNR)
(2) ผลการทดลองที่ได้ พบว่าเวลาประวิง, Jitter, Packet loss ที่วัดได้มีค่าค่อนข้างต่ำ แสดงว่าโครงข่าย PLC สามารถรองรับการรับส่งข้อมูลแบบเวลาจริงได้เป็นอย่างดี และจากอัตราเร็วข้อมูลที่วัดได้ พบว่าโครงข่าย PLC สามารถรองรับการรับส่งข้อมูลด้วยอัตราเร็วประมาณ 500-700 kbps จากอุปกรณ์ Master ที่ส่งข้อมูลด้วยอัตราเร็วต้นทาง 2 Mbps (รองรับอัตราเร็วสูงสุด 24 Mbps) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอัตราเร็วในการรับส่งข้อมูลยังมีค่าไม่คงที่เนื่องจากผลของสัญญาณรบกวน จึงเป็นการยากที่จะกำหนด Service Level Agreement (SLA) ในการให้บริการลูกค้า

การร่วมทดลองให้บริการ PLC ระหว่าง กฟภ. กับบริษัท อี-คอมเมิร์ซ บิสซิเนส จำกัด
(1) อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลองเป็นของ Corinex จากประเทศแคนาดา ซึ่งได้แก่ อุปกรณ์ Medium Voltage Access Gateway / Regenerator (MVA-GWY) อุปกรณ์ AV200 Power line Ethernet ใช้งานความถี่ย่าน 2 – 30 MHz โดยอุปกรณ์ดังกล่าวมีความสามารถในการรับส่งข้อมูลได้เร็วสูงสุด 200 Mbps (physical layer) และ 40 – 50 Mbps (layer 3) ทดลองให้บริการที่สถานที่ต่าง ๆ ใน จังหวัดปทุมธานี เมื่อวันที่ 14-25 ตุลาคม 2549 โดยประเมินประสิทธิภาพของการทดลองให้บริการจากอัตราเร็วของข้อมูล อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR)
(2) ผลการวัดอัตราเร็วข้อมูลและค่า SNR จากการทดลองให้บริการ PLC ที่สำนักงาน กฟภ. จังหวัดปทุมธานี พบว่าอัตราเร็วข้อมูลทางด้าน Downlink และ Uplink ที่วัดได้ คือ 1.665 Mbps และ 419 kbps ซึ่งใกล้เคียงกับอัตราเร็วข้อมูลของเทคโนโลยี ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) และพบว่า SNR จะมีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามย่านความถี่ที่ใช้งาน ดังนั้นจึงควรปรับย่านความถี่ที่ใช้งาน (Mode) ให้อยู่ในช่วงที่ SNR มีค่าสูง เช่น ปรับ Mode ให้อยู่ในช่วง 5-15 MHz นอกจากนั้นพบว่าในช่วงเย็นจนถึงกลางคืน สัญญาณ PLC จะมีประสิทธิภาพการทำงานลดลงเนื่องจากมีสัญญาณรบกวนสูงจากอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในและภายนอกอาคาร ซึ่งอาจจะแก้ไขโดยการปรับ Mode เพื่อหลีกเลี่ยงย่านความถี่ที่มีสัญญาณรบกวน ซึ่งสรุปว่า มีความเป็นไปได้ที่จะนำอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยี PLC มาใช้ให้บริการอินเทอร์เน็ตบนสายส่งไฟฟ้า เนื่องจากมี delay time ต่ำ และมีอัตราเร็วในการรับส่งข้อมูลใกล้เคียงกับ ADSL อย่างไรก็ตาม มีประเด็นทางเทคนิคบางประการที่จำเป็นต้องพิจารณาประกอบด้วย ไม่ว่าจะเป็นปัญหาเสถียรภาพของการรับส่งข้อมูล อันเนื่องมาจากสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นในสายไฟฟ้า ซึ่งขึ้นอยู่กับสภาพของสายไฟฟ้า ปริมาณ load ของสายไฟฟ้านั้น และจุดต่อ bad contact แล้วทำให้เกิด voltage drop นอกจากนั้น ยังมีสัญญาณรบกวนที่เกิดจากอุปกรณ์สื่อสารภายนอก ซึ่งขณะนี้ ยังไม่มีมาตรฐานที่กำหนดการรบกวนดังกล่าว

มาตรฐานทางเทคนิคสำหรับการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า (Power Line Communications - PLC)

สำหรับประเทศไทย คณะกรรมการกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ (กทช.) ได้ประกาศกำหนดมาตรฐานทางเทคนิคสำหรับการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า (Power Line Communications - PLC) โดยมีรายละเอียดตามมาตรฐานเลขที่ กทช. มท. 2002 – 2551 ประกาศในราชกิจจานุเบกษา เล่ม 125 ตอนพิเศษ 165 ง ลงวันที่ 13 ตุลาคม 2551 เพื่อที่จะกำหนดมาตรฐานทางเทคนิคของเครื่องโทรคมนาคมและอุปกรณ์ ให้เหมาะสมต่อสภาพการณ์ทางเทคโนโลยี เพื่อให้เครื่องโทรคมนาคมและอุปกรณ์มีมาตรฐานทางเทคนิคที่ชัดเจน สามารถนำมาใช้งานได้โดยไม่เกิดการรบกวนซึ่งกันและกัน ไม่เกิดผลกระทบอันไม่พึงประสงค์ต่อกิจการวิทยุคมนาคม โครงข่ายโทรคมนาคม หรือการให้บริการโทรคมนาคม รวมทั้งเพื่อปกป้องคุ้มครองผู้บริโภค ทั้งนี้ขอบข่ายในประกาศดังกล่าวได้ระบุลักษณะทางเทคนิคขั้นต่ำของเครื่องโทรคมนาคมและอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยีการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า (Power Line Communications – PLC) ซึ่งใช้งานโดยมีความมุ่งหมายในทางโทรคมนาคม แบ่งได้เป็น 3 ลักษณะ ดังนี้
1.1 การสื่อสารผ่านสายไฟฟ้าในลักษณะการรับส่งข้อมูลความเร็วต่ำ (Narrowband PLC)หมายถึง ระบบหรือส่วนหนึ่งของระบบสื่อสารผ่านสายไฟฟ้าที่ส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านสายไฟฟ้าแรงดันต่ำไปยังอุปกรณ์ซึ่งรับสัญญาณโดยตรงจากสายไฟฟ้านั้น โดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อนุญาตให้ใช้งานจะมีความถี่อยู่ในช่วง 9 kHz – 525 kHz
1.2 การสื่อสารผ่านสายไฟฟ้าในลักษณะการรับส่งข้อมูลความเร็วสูง (ส่วนภายในอาคาร)(Broadband PLC (In-building)) หมายถึง ระบบหรือส่วนหนึ่งของระบบสื่อสารผ่านสายไฟฟ้าที่ส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านสายไฟฟ้าแรงดันต่ำไปยังอุปกรณ์ซึ่งรับสัญญาณโดยตรงจากสายไฟฟ้านั้น ทั้งนี้ สายไฟฟ้าแรงดันต่ำดังกล่าวจะอยู่ในอาคารหรือที่พักอาศัย และไม่ได้อยู่ในความรับผิดชอบของหน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้า
1.3 การสื่อสารผ่านสายไฟฟ้าในลักษณะการรับส่งข้อมูลความเร็วสูง (ส่วนเข้าถึงภายนอกอาคาร) (Broadband PLC (Access)) หมายถึง ระบบหรือส่วนหนึ่งของระบบสื่อสารผ่านสายไฟฟ้าที่ส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านสายไฟฟ้าแรงดันต่ำ หรือแรงดันปานกลางก่อนถึงจุดต่อเพื่อเข้าอาคารหรือที่พักอาศัย ไปยังอุปกรณ์ซึ่งรับสัญญาณโดยตรงจากสายไฟฟ้านั้น เพื่อให้บริการรับส่งข้อมูลความเร็วสูง ทั้งนี้ สายไฟฟ้าแรงดันต่ำหรือแรงดันปานกลางดังกล่าวอยู่ในความรับผิดชอบของหน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้าสายไฟฟ้าแรงดันปานกลาง (medium voltage : MV) หมายถึง สายไฟฟ้าที่รองรับการส่งที่แรงดันไฟฟ้า 1 000 ถึง 40 000 โวลต์ จากสถานีจ่ายไฟฟ้า (substation) ซึ่งอาจเป็นสายไฟฟ้าใต้ดิน หรือพาดเสาเหนือศีรษะก็ได้
สายไฟฟ้าแรงดันต่ำ (low voltage : LV) หมายถึง สายไฟฟ้าที่รองรับการส่งที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า1 000 โวลต์ จากหม้อแปลงนำจ่าย (distribution transformer) ไปยังอาคารหรือที่พักอาศัยของผู้ใช้ปลายทาง
มาตรฐานทางเทคนิคนี้ ไม่ใช้บังคับสำหรับเครื่องโทรคมนาคมและอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยีการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า สำหรับการติดต่อสื่อสาร การควบคุม โทรมาตร หรือการปฏิบัติงานภายในหรือระหว่างหน่วยงานให้บริการสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้าด้วยกันเอง
รูปแบบลักษณะโครงข่าย และขอบข่ายของการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้าในลักษณะการรับส่งข้อมูลความเร็วสูง มีรายละเอียดดังแสดงไว้ในรูปข้างล่างนี้

ผู้สนใจสามารถดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ http://www.ratchakitcha.soc.go.th/DATA/PDF/2551/E/165/45.PDF

บทสรุป

จะเห็นได้ว่าเทคโนโลยี Power Line Communications (PLC) เป็นเทคโนโลยีการติดต่อสื่อสาร ที่ทำให้สามารถส่งสัญญาณเสียง ข้อมูล และมัลติมีเดีย โดยผ่านระบบนำจ่ายกระแสไฟฟ้า หรือสายไฟฟ้าที่มีใช้ตามบ้านเรือนทั่วไป จึงเป็นทางเลือกหนึ่ง ที่หลายประเทศยอมรับ และได้ร่วมกัน ศึกษา พัฒนา เพื่อให้เกิดประโยชน์แก่สังคมโดยรวมในการที่จะใช้เป็นสะพานเชื่อมต่อช่องว่างทางการสื่อสาร และลดช่องว่างทาง digital ได้ อีกทั้งเป็นการสนับสนุนให้ใช้ทรัพยากรที่มีอยู่อย่างมีคุณค่าอีกทางหนึ่ง ถึงแม้ว่าอาจจะมีข้อโต้แย้งในบางประเด็น เช่น การรบกวนทางวิทยุกับหน่วยงานอื่นหรือผู้ให้บริการรายอื่น แต่ผู้รับผิดชอบได้มีการหารือร่วมกันอยู่ตลอดเวลา เพื่อหาข้อสรุป และนำไปสู่การแก้ไขและขจัดให้หมดไป
สำหรับประเทศไทย คณะกรรมการกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ (กทช.) ได้ออกประกาศกำหนดมาตรฐานทางเทคนิคสำหรับการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า (Power Line Communications - PLC) ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับ PLC ซึ่งประกาศใน ราชกิจจานุเบกษา เล่ม 125 ตอนพิเศษ 165 ง ลงวันที่ 13 ตุลาคม 2551 โดยกำหนดมาตรฐานทางเทคนิคของเครื่องโทรคมนาคมและอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยีการสื่อสารผ่านสายไฟฟ้าในประเทศไทย และปัจจุบันการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (กฟภ) ได้รับใบอนุญาตประกอบกิจการโทรคมนาคมแบบที่สาม จาก กทช. เพื่อเป็นทางเลือกหนึ่งสำหรับประชาชนที่สามารถเข้าถึงโครงข่าย internet ความเร็วสูงได้อย่างทั่วถึง เนื่องจากปัจจุบันประชาชนชาวไทยมีไฟฟ้าใช้ได้เกือบ 100 % ของพื้นที่ ซึ่งนั่นหมายความว่าทุกครัวเรือนมีศักยภาพในการเข้าถึงโครงข่าย ที่สามารถให้ข้อมูลข่าวสารได้เท่าเทียมกัน หากได้มีการนำเทคโนโลยี PLC มาใช้ และคาดว่าคนไทยคงได้มีโอกาสใช้การเชื่อมต่อ อินเทอร์เน็ต คุณภาพดีราคาถูกในเร็ววันนี้ หากประเทศเรามีบริการเชื่อมต่อ อินเทอร์เน็ต ความเร็วสูงผ่านสายไฟฟ้าให้บริการประชาชนอย่างจริงจัง จะเป็นการเปิดโอกาสอย่างใหญ่หลวงของประชาชนในชาติ โดยเฉพาะในท้องถิ่นทุรกันดาร ทั้งโอกาสทางการศึกษา บริการทางการแพทย์ บริการภาครัฐอื่นๆ เป็นต้น

เอกสารอ้างอิง
1.http://www.ntc.or.th/uploadfiles/1215494833_Complete_PLC_Final_Part_1.pdf
2.http://www.ntc.or.th/uploadfiles/1215494889_Complete_PLC_Final_Part_2.pdf
3.http://www.ratchakitcha.soc.go.th/DATA/PDF/2551/E/165/45.PDF
4.http://www.adslthailand.com/forum/viewtopic.php?f=6&t=69397
5.http://www.thaitelecomkm.org/portal/power-line-communications/
6.สุเมธ อักษรกิตติ์, Power Line Communications (PLC) ทางเลือกหนึ่งของการให้บริการโทรคมนาคมเพื่อลดช่องว่าง Digital Divide, เทเลคอมไดเจสท์ นิตยสารรายเดือนของสำนักงานคณะกรรมการกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ, ปีที่ 1 ฉบับที่ 3, กันยายน 2550