บทที่ 2

วิวัฒนาการและมาตรฐาน Wi-Fi

Wi-Fi มีจุดกำเนิดจากเทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายที่พัฒนามาเรื่อยๆ โดยมีบุคคลสำคัญอย่าง Dr. John O'Sullivan (บิดาแห่ง Wi-Fi) และทีมงานที่ CSIRO (ออสเตรเลีย) พัฒนาเทคโนโลยีที่กลายเป็นมาตรฐานในปี 1990s และมีการกำหนดมาตรฐานโดย IEEE 802.11 ในปี 1997 โดยใช้ช่วงความถี่ ISM (อุตสาหกรรม, วิทยาศาสตร์, การแพทย์) ที่ไม่ต้องมีใบอนุญาต ทำให้เกิดการใช้งานแพร่หลาย โดย "Wi-Fi" เป็นเพียงเครื่องหมายการค้าที่ตั้งโดย Wi-Fi Alliance ในปี 1999 เพื่อใช้เรียกผลิตภัณฑ์ที่รองรับมาตรฐานนี้.

จุดเริ่มต้นและพัฒนาการสำคัญ:

1. รากฐาน (ทศวรรษ 1980s): FCC (คณะกรรมการการสื่อสารแห่งชาติสหรัฐฯ) กำหนดช่วงความถี่ ISM (2.4 GHz) เพื่อให้ใช้คลื่นวิทยุได้โดยไม่ต้องมีใบอนุญาต ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญ.

2. ยุคแรก (1990): Dr. John O'Sullivan และทีม CSIRO พัฒนาเทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายที่สามารถใช้งานได้จริง (High-speed wireless LAN) และจดสิทธิบัตร.

3. การสร้างมาตรฐาน (1997): IEEE (สถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์) สร้างมาตรฐานแรก IEEE 802.11 รองรับความเร็ว 1 Mbps.

4. การตั้งชื่อ "Wi-Fi" (1999): Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) (ต่อมาคือ Wi-Fi Alliance) จัดตั้งขึ้น และใช้คำว่า "Wi-Fi" เป็นชื่อทางการตลาดเพื่อความง่ายในการจดจำ ซึ่งไม่ได้ย่อมาจากอะไรเป็นพิเศษ.

5. การใช้งานแพร่หลาย: ผู้ผลิตอุปกรณ์ต่างๆ เริ่มใช้มาตรฐานนี้และได้รับเครื่องหมาย "Wi-Fi" ทำให้เทคโนโลยีนี้กลายเป็นที่รู้จักและใช้งานกันทั่วโลก.

สรุปคือ Wi-Fi มีรากฐานจากงานวิจัยและการกำหนดคลื่นความถี่ จนมาถึงการสร้างมาตรฐานและตั้งชื่อทางการตลาด เพื่อให้เทคโนโลยีนี้เข้าถึงผู้คนได้ง่ายขึ้นโดยผ่านสมาคม Wi-Fi Alliance.

ย่านความถี่ Wi-Fi

ย่านความถี่หลักของ Wi-Fi คือ 2.4 GHz, 5 GHz และ 6 GHz สำหรับ (/Wi-Fi 6E) โดย 2.4 GHz ส่งได้ไกลแต่ช้ากว่าและสัญญาณรบกวนเยอะ, 5 GHz เร็วกว่าแต่ส่งได้ไม่ไกลมาก, ส่วน 6 GHz (Wi-Fi 6E) เร็วที่สุด, ความหน่วงต่ำสุด และมีช่องสัญญาณเยอะมากสำหรับอนาคต. เราเตอร์สมัยใหม่มักเป็น Dual-Band (2.4/5 GHz) หรือ Tri-Band (2.4/5/6 GHz) เพื่อรองรับอุปกรณ์และสถานการณ์ที่ต่างกัน.

วิวัฒนาการของมาตรฐาน Wi-Fi

802.11b (ปี 1999): รุ่นแรกที่ได้รับความนิยม, ความเร็ว 11 Mbps, คลื่น 2.4 GHz.

802.11a (ปี 1999): ความเร็ว 54 Mbps, คลื่น 5 GHz (ไม่นิยมเท่า 'b' เพราะราคาแพง).

802.11g (ปี 2003): ความเร็ว 54 Mbps, คลื่น 2.4 GHz, รองรับ 802.11b.

802.11n (Wi-Fi 4): รองรับ 2.4 และ 5 GHz, ความเร็ว 150-600 Mbps, ใช้เทคโนโลยี MIMO.

802.11ac (Wi-Fi 5): ใช้คลื่น 5 GHz, ความเร็วสูงระดับ Gigabit (หลักร้อยถึงพัน Mbps).

802.11ax (Wi-Fi 6/6E): ทำงานทั้ง 2.4/5 GHz (และ 6 GHz สำหรับ 6E), ความเร็วสูงสุด 6-10 Gbps, ประสิทธิภาพสูงสำหรับอุปกรณ์เยอะ (OFDMA).

Wi-Fi 7 (802.11be): รุ่นล่าสุด เพิ่มคลื่น 6 GHz, ความเร็วสูงกว่าเดิมมาก, การตอบสนองดีขึ้น, เหมาะกับการใช้งานหนักในอนาคต.

อนาคตของ Wi-Fi

Wi-Fi 8 (802.11bn) กำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา โดยในปี 2025 เริ่มมีการเปิดตัวชิปเซ็ตรุ่นต้นแบบจากผู้ผลิตบางรายแล้ว มาตรฐานนี้จะเปลี่ยนจุดเน้นจากความเร็วสูงสุดไปที่ Ultra High Reliability (UHR) หรือความเสถียรขั้นสูงสุด เพื่อรองรับงานด้าน AI และการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่สัญญาณรบกวนสูง คาดว่าจะเสร็จสมบูรณ์ในปี 2028

Channel Width (ความกว้างช่องสัญญาณ)คือ ช่วงความถี่ (Bandwidth) ที่ระบบ Wi-Fi ใช้ในการส่งข้อมูลในหนึ่งช่องสัญญาณ

Guard Band (แถบป้องกันสัญญาณรบกวน) คือ ช่วงความถี่ว่างที่เว้นไว้ระหว่างช่องสัญญาณ เพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนจากช่องข้างเคียง หากไม่มี guard band จะมีผลให้สัญญาณทับกัน ย่าน 2.4 GHz Wi-Fi ใช้ช่องสัญญาณห่างกัน 5 MHz แต่ใช้ Channel Width = 20 MHz ทำให้ช่องสัญญาณ ซ้อนทับกัน จึงใช้ได้จริงแบบไม่ชนกันเพียง Channel 1, 6, 11

การกระจายของสัญญาณคลื่นวิทยุ ทั้ง Main Lobe และ Side Lobe

Main Lobe เป็นสัญญาณคลื่น หลัก แบนวิดธ์22 MHz ด้านละ11 MHz

การวางช่องสัญญาณไม่ให้ทับซ้อนกัน การออกแบบระบบ WiFi มาตรฐาน 802.11b/g

การวางช่องสัญญาณไม่ให้ทับซ้อนกัน การออกแบบระบบ WiFi มาตรฐาน 802.11b/g จึงควรเลือกใชช้่องสัญญาณคลื่นความถี่วิทยุ Main Lobe เพื่อป้องกันการรบกวนกันและกันของสัญญาณวิทยุในย่าน ความถีเดียวกัน ดังนั้น ในพื้นที่เดียวกัน ไม่ควร ให้มีสัญญาณ wi-fi มากกว่า 3 SSID

กฎหมายและข้อกำหนดด้านความถี่ (ISM Band)

ISM Band (Industrial, Scientific and Medical Band) คือ

ย่านความถี่วิทยุที่กำหนดไว้ให้ใช้งานได้โดยไม่ต้องขอใบอนุญาตรายบุคคล (license-exempt) สำหรับอุปกรณ์ในงานอุตสาหกรรม วิทยาศาสตร์ การแพทย์ และต่อมาถูกนำมาใช้กับระบบสื่อสารไร้สายทั่วไป เช่น Wi-Fi และ IoT โดยต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดทางเทคนิคของหน่วยงานกำกับดูแล

ย่าน ISM ถูกกำหนดโดย ITU (International Telecommunication Union) เพื่อรองรับอุปกรณ์ที่สร้างคลื่นวิทยุเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ (เช่น เตาไมโครเวฟ เครื่องมือแพทย์) และอนุญาตให้ใช้งานร่วมกันได้ โดย ไม่มีการคุ้มครองจากการรบกวน