Tweet

SFN และ MFN สำหรับการออกอากาศทีวีดิจิตอลภาคพื้นดิน

สำหรับคนที่เรียนทางด้านเทเลคอมมาคงคุ้นเคยกันดีนะครับกับคำว่า Single Frequency Network (SFN) และ Multi Frequency Network (MFN) โดย SFN คือการใช้ความถี่เดียวทั่วทุกพื้นที่ของประเทศในการออกอากาศ ส่วน MFN คือการใช้หลายความถี่สลับกันไปในการออกอากาศ วันนี้เรามาดูกันนะครับว่าท้ง SFN และ MFN นั้นมีแง่มุมอย่างไรบ้างกับการสร้างเครือยข่ายการออกอากาศทีวีดิจิตอลในภาคพื้นดิน

การออกอากาศทีวีระบบดิจิตอลภาคพื้นดินตามมาตรฐานอย่าง DVB-T, DVB-T2 และ DVB-H นั้นจะใช้การเข้ารหัสแบบ COFDM ซึ่งย่อมาจากคำว่า Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing ซึ่งเป็นวิธีการที่ซับซ้อนในการเข้ารหัสสัญญาณไปกับคลื่นพาห์ที่ได้ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อให้มั่นใจได้ว่าจะได้ bit rate ที่สูงและสามารถปกป้องตัวเองจากการถูกรบกวนได้ด้วย ซึ่งคุณสมบัติที่ว่านี้แหละครับที่ทำให้การใช้งาน SFN นั้นเป็นไปได้ในปัจจุบัน

ความเป็นมา

ก่อนยุคการออกอากาศทีวีในระบบดิจิตอลนั้น เสาส่งทีวีในระบบอนาลอกที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงจะต้องใช้ความถี่ที่แตกต่างกันเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาสัญญาณรบกวน เป็นที่เข้าใจกันดีว่าหากมีการใช้ความถี่เดียวกันในการออกอากาสช่อง A จากเสาส่งที่ 1 และการออกอากาศช่อง B จากเสาส่งที่ 2 ไม่ใช่วิธีการที่ดี นั่นเพราะว่ามันจะต้องมีสถานที่ใดสถานที่หนึ่งที่สายอากาศไม่เพียงแค่รับสัญญาณจากเสาส่งที่มันต้องการเท่านั้น (เช่นช่อง A) แต่มันยังรับสัญญาณที่มันไม่ต้องการได้อีกด้วย สัญญาณที่ไม่ต้องการ (เช่นช่อง B) แม้ว่าจะอยู่ในทิศทางอื่นที่สายอากาศไม่ได้หันไปรับอาจจะส่งผลให้เกิดการรบกวนได้จากคลื่นสะท้อนจากตึกรามบ้านช่องหรือสิ่งปลูกสร้างต่างๆได้ ดังนั้นแม้เราจะเล็งสายอากาศไปยังเสาส่งที่ 1 แต่มันก็ยังมีโอกาสรับสัญญาณจากเสาส่งที่ 2 ได้

การสะท้อนของคลื่น

เรามาดูอีกกรณีนึง นั่นคือหากทั้งสองเสาส่งออกอากาศช่องเดียวกัน หากทั้งสองเสาส่งใช้ความถี่เดียวกัน สายอากาศย่อมจะรับสัญญาณได้จากทั้งสองเสาแน่นอนในเวลาเดียวกัน ในแง่ความเป็นจริงแล้วสัญญาณจากเสาหนึ่งจะย่อมช้ากว่าอีกเสาหนึ่งเสมอเนื่องจากระยะห่างจากสองเสาย่อมไม่เท่ากันอยู่แล้ว การที่สัญญาณเกิดการดีเลย์หรือหน่วงช้ากว่าอีกสัญญาณหนึ่งนั้นทำให้เฟสของสัญญาณเลื่อนไปเล็กน้อย สัญญาณทั้งสองก็ย่อมที่จะแทรกสอดกันทั้งในแง่การแทรกสอดแบบเสริมและแบบหักล้าง (Constructive + Destructive Interference)

ผลคือเกิดลักษณะสัญญาณที่ขาดหาย และผลที่ตามมาอีกอย่างหนึ่งก็คือจะเกิดเงาขึ้นมาในทีวีระบบอนาลอกเนื่องจากสัญญาณที่ดีเลย์ของอีกเสาส่งหนึ่ง แถมอาจจะไม่ใช่เพียงเงาเดียวเพราะยังมีสัญญาณที่ถูกหน่วงอันเกิดจากการสะท้อนกับสิ่งปลูกสร้างต่างๆอีกด้วย เนื่องจากสัญญาณทีวีแบบอนาลอกนั้นใช้การผสมสัญญาณแบบ Amplitude Modulation จึงหมดสิทธิ์ที่จะหลีกเลี่ยงการรบกวนแบบนี้ได้ จึงจำเป็นที่จะต้องให้พื้นที่ซ้อนทับกันจากเสาส่งต้องใช้คนละความถี่กัน

ความถี่จะถูกใช้ซ้ำอีกทีก็ต่อเมื่อห่างจากพื้นที่เดิมไปแล้วมากๆเท่านั้น เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนกันของสัญญาณ วิธีการใช้งานความถี่ของเสาส่งในระบบอนาลอกแบบนี้จึงเรียกว่าเป็น Multi Frequency Network – MFN

Multi Frequency Network

การส่งข้อมูลแบบ COFDM

การเข้ารหัสสัญญาณแบบ COFDM ของข้อมูลดิจิตอลนั้นจะไม่ได้มีการส่งสัญญาณแบบต่อเนื่อง แต่จะมีการส่งสัญญาณออกไปเป็นห้วงๆ ช่วงจังหวะสั้นๆของการหยุดส่งสัญญาณนั้นเราเรียกว่าเป็นช่วงป้องกัน (guard interval) ซึ่งช่วงป้องกันควรจะมีการเลือกให้ยาวเพียงพอที่จะทำให้การสะท้อนของสัญญาณทุกกรณีไปถึงตัวรับให้เรียบร้อย ดังนั้นเมื่อมีสัญญาณใหม่มาก็จะไม่มีสัญญาณสะท้อนอื่นๆหลงเหลือมาจากสัญญาณก่อนหน้านี้อีก หากทุกสัญญาณสะท้อนได้มาถึงตัวรับภายในช่วงระยะเวลาป้องกันนี้แล้วก็จะสามารถประมวลผลข้อมูลได้ด้วยวิธีการที่เหมาะสมในการหลีกเลี่ยงกรณีสัญญาณขาดหายได้

ในระบบ DVB-T จะยอมให้มีการเลือกช่วงระยะเวลาของช่วงป้องกันคือ 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 โดยหากเราใช้ช่วงระยะเวลานี้ยาวมากขึ้นเราก็จะสามารถหักล้างสัญญาณสะท้อนได้มากขึ้น แต่เราจะส่งสัญญาณได้น้อยลงต่อหนึ่งช่วงเวลา การที่จะชดเชยเรื่องนี้เราก็ต้องส่งสัญญาณด้วยจำนวนช่องที่มากขึ้น

คราวนี้หากเราลองมาดูถึงการส่งสัญญาณดิจิตอลในลัษณะนี้จากเสาส่ง 2 เสา บนความถี่เดียวกัน สัญญาณที่มาจากเสาส่งที่ไกลกว่าก็จะถูกมองว่าเป็นสัญญาณสะท้อนนั่นเอง สิ่งนี้แหละคือตัวแปรสำคัญในการออกแบบระบบเครือยข่ายแบบความถี่เดียว (SFN) หากเราใช้เครื่องส่งที่มีกำลังส่งสูงที่อยู่ห่างกันมากๆ เราก็ได้ลักษณะสัญญาณสะท้อน (echo) ที่ยาว อย่างน้อยก็ในพื้นที่เดียวกัน ดังนั้นเราจึงควรจะมีการวางเสาส่งสำหรับระบบ SFN ให้อยู่ใกล้ๆกันโดยแต่ละเสาส่งก็จะมีกำลังส่งน้อยๆลง

ตัวอย่างประเทศในยุโรปขนาดกลางๆ อย่างโปแลนด์ ได้มีการคำนวนไว้ว่าจะใช้เสาส่งจำนวนประมาณ 350 เสาส่งโดยแต่ละเสาส่งสูง 40 เมตร การสร้างระบบเครือข่ายเสาส่งที่หนาแน่นแบบนี้จึงถือได้ว่าต้องลงทุนสูงอาจจะไม่คุ้มค่า

ในขณะเดียวกันการใช้ระบบ MFN นั้นสามารถใช้โครงสร้างพื้นฐานเดิมที่มีอยู่แล้วของระบบอนาลอกได้รวมทั้งสายอากาศด้วย การจัดเครือยข่ายเสาอากาศแบบนี้เราจึงใช้คลื่นความถี่คนละความถี่กันและไม่ต้องไปสนใจกับเรื่องสัญญาณสะท้อนมากนักจากเสาส่งข้างเคียง เราจะมีเพียงแค่สัญญาณสะท้อนจากเสาส่งของตัวเองเท่านั้นเนื่องจากการสะท้อนจากสิ่งก่อสร้างต่างๆ แต่สัญญาณสะท้อนนั้นจะมีห้วงสั้นๆไม่ถือเป็นปัญหาสำหรับการเข้ารหัสสัญญาณแบบ COFDM

จุดเด่นอีกอย่างหนึ่งของ MFN ก็คือความสะดวกในการใช้งานในช่วงเริ่มต้นที่ทั้งสัญญาณทีวีแบบดิจิตอลและอนาลอกยังมีการออกอากาศพร้อมๆกัน อันนี้เนื่องจากว่าผู้ชมไม่จำเป็นต้องหมุนแผงไปรับสัญญาณจากที่ใหม่ หรือในบางประเทศที่มีการออกอากาศในระบบ UHF อยู่แล้วก็แทบจะไม่ต้องทำอะไรมากมายหลายๆบ้านไม่ต้องเปลี่ยนสายอากาศด้วยซ้ำ เพราะสัญญาณทีวีทั้งอนาลอกและดิจิตอลก็มาจากตำแหน่งเดียวกัน

Single Frequency Network

ในกรณีของ SFN แต่ละ MUX จะออกอากาศด้วยความถี่เดียวกันทั่วประเทศ ดังนั้นระบบ SFN จึงมีประโยชน์มากกว่าระบบ MFN นั่นคือจะมีความถี่เหลือไม่ต้องใช้งานเป็นจำนวนมากหลังจากปิดระบบอนาลอกไปแล้ว ซึ่งคลื่นความถี่ที่เหลือนี้สามารถนำไปใช้ในการออกอากาศช่องทีวีที่เพิ่มมากขึ้นในอนาคตหรือใช้งานอย่างอื่นเช่นระบบ 4G เป็นต้น นอกจากนี้แล้วระบบ SFN ยังมีการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพที่สูงอีกด้วยเนื่องจากใช้ลักษณะที่มีกำลังส่งต่ำแต่กระจัดกระจายไปทั่วพื้นที่

หากไม่ติดเงื่อนไขเรื่องการลงทุนแล้วระบบ SFN นั้นจะส่งสัญญาณได้ในลักษณะที่ราบเรียบมากกว่าเหมาะสำหรับการรับสัญญาณระหว่างการเคลื่อนที่ นอกจากนี้แล้วการใช้ความถี่เดียวกัน เครื่องรับสามารถเปลี่ยนจากเสาส่งหนึ่งไปยังอีกเสาส่งหนึ่งได้อย่างนุ่มนวลกว่า ในระบบ MFN นั้นจะต้องมีจูนเนอร์อีกตัวในเครื่องเพื่อที่จะตรวจสอบสัญญาณจากเซลข้างๆ และระบบ SFN นั้นก็จะเป็นตัวเลือกที่ดีอีกด้วยในแง่ของพื้นที่ในตึกที่การติดตั้งสายอากาศบนดาษฟ้าทำได้ยาก

จึงเป็นเรื่องเข้าใจได้ไม่ยากว่าระบบ SFN นั้นถือเป็นสิ่งที่ท้าทายทางด้านเทคโนโลยีมาก เนื่องจากมันต้องการการทำงานที่สอดประสานกันเป็นอย่างดีระหว่างแต่ละเสาส่งทั้งในแง่ของเวลาและในแง่ของความถี่ ปกติแล้วจะมีการใช้ GPS ในการ synchrosize สัญญาณจากทุกเสาส่ง

ผู้เชี่ยวชาญเทคโนโลยี่ส่วนใหญ่แล้วเวลาเปรียบเทียบวิธีการทั้งสองมักจะมองข้ามประเด็นอื่นไป เช่นในบางประเทศอาจจะมีหลายๆภาคที่มีการออกอากาศทีวีท้องถิ่น ซึ่งรายการท้องถิ่นเหล่านั้นอาจจะไม่เป็นที่น่าสนใจของประชาชนในท้องถิ่นอื่น เราจึงไม่สามารถแยกการออกอากาศเป็นรายการท้องถิ่นได้หากใช้ระบบ SFN สิ่งนี้ถือเป็นเรือ่งท้าทายมากสำหรับปรเะเทศที่มีพื้นที่ใหญ่ ในทางปฏิบัติแล้วระบบ SFN ต้องมีการออกอากาศรายการเหมือนกันไปทั่วทุกพื้นที่

จะใช้ SFN หรือ MFN ดี

จึงเป็นเรื่องยากที่จะพูดว่าระบบไหนดีกว่ากันเพราะขึ้นอยู่กับหลายๆตัวแปรในประเทศนั้นๆ วิธีการหนึ่งที่น่าจะเป็นไปได้คือการใช้ระบบ MFN ในระหว่างการเปลี่ยนผ่านสู่ระบบดิจิตอล หลังจากที่ไม่มีทีวีระบบอนาลอกแล้วค่อยๆเริ่มสร้างระบบ SFN เนื่องจากไม่เพียง SFN จะทำให้มีความถี่เหลือเพิ่มมากขึ้นอย่างเดียวเท่านั้น แต่ยังทำให้เราสามารถดูทีวีแบบเคลื่อนที่ได้ทุกพื้นที่ ผู้ขายกล่องหรือทีวีดิจิตอลก็สามารถปรับจูนทีวีให้ลูกค้าได้จากโรงงานล่วงหน้า เราสามารถพกพาเครื่องรับทีวีดิจิตอลแบบพกพาไปได้ทุกที่ไม่ต้องคอยจูนช่องใหม่อยู่เรื่อยๆ

ในบางประเทศโดยเฉพาะประเทศขนาดใหญ่อาจจะใช้สองระบบร่วมกันคือ SFN และ MFN ซึ่งนำข้อดีของทั้งสองระบบมาใช้งาน นั่นคือทีวีที่ดูได้ทุกพื้นที่ไม่ต้องรีจูน กับทีวีช่องท้องถิ่น

สำหรับในไทยแล้วในช่วงเปลี่ยนผ่านนี้เป็นการใช้ระบบ Multi Frequency Network อาจจะเพราะความสะดวกในการออกแบบ และอยู่ในระหว่างการเปลี่ยนผ่าน การลงทุนไม่สูง หรือเพราะนักวิชาการใน กสทช. คุ้นเคยกับระบบ Telecom เพราะส่วนใหญ่จบด้านนี้มา ซึ่งในแง่แนวคิดแล้วมันจะต่างจากระบบ Broadcasting มาก เนื่องจากการกระจายสัญญาณทีวีดิจิตอลส่วนใหญ่แล้วเป็นแบบทางเดียว (ยกเว้นกรณี interactive) ก็ต้องถามไถ่กันละครับว่าที่ประชุมเคยคิดถึงระบบ SFN หรือไม่ หรือว่าเพราะส่วนใหญ่โหวตไปใช้ระบบ MFN กันแน่

เรียบเรียงโดย แอดมิน
อ้างอิง http://www.tele-audiovision.com/TELE-satellite-1103/eng/sfn.pdf