ประเภทเครือข่ายมือถือ (Cellular Network Types)

ประเภทเครือข่ายโทรศัพท์มือถือมีการพัฒนามาหลายยุคสมัย โดยแต่ละยุคก็จะมีเทคโนโลยีและคุณสมบัติที่แตกต่างกันไป สามารถแบ่งออกได้ดังนี้

• 0G (Zero Generation)
  เป็นเครือข่ายยุคแรกเริ่มก่อนที่จะมีเทคโนโลยีเซลลูลาร์ โดยใช้เครื่องส่งสัญญาณวิทยุขนาดใหญ่เพียงเครื่องเดียวเพื่อให้บริการในพื้นที่กว้าง ตัวอย่างเทคโนโลยีในยุคนี้ ได้แก่ MTS และ IMTS
• 1G (First Generation)
  เป็นเครือข่ายโทรศัพท์มือถือยุคแรกที่ใช้เทคโนโลยีอะนาล็อกในการส่งสัญญาณ มีข้อจำกัดในด้านคุณภาพ ความจุ และความปลอดภัย ตัวอย่างเทคโนโลยีในยุคนี้ ได้แก่ AMPS, TACS และ NMT
• 2G (Second Generation)
  เป็นเครือข่ายโทรศัพท์มือถือที่ใช้เทคโนโลยีดิจิทัลในการส่งสัญญาณ มีคุณภาพและความปลอดภัยที่ดีกว่า 1G และรองรับการโรมมิ่ง ตัวอย่างเทคโนโลยีในยุคนี้ ได้แก่ GSM, cdmaOne และ iDEN
  • GSM (Global System for Mobile Communications) เป็นเทคโนโลยี 2G ที่ได้รับความนิยมทั่วโลก ให้บริการด้านเสียง, SMS, แฟกซ์ และข้อมูลแบบ dial-up มีการพัฒนาต่อยอดเป็น GPRS (2.5G) และ EDGE (2.75G) เพื่อเพิ่มความเร็วในการรับส่งข้อมูล
  • cdmaOne (Code Division Multiple Access) เป็นเทคโนโลยี 2G ที่พัฒนาโดย Qualcomm และใช้ในบางพื้นที่ มีการใช้งานร่วมกับเทคโนโลยี CDMA2000 ในยุค 3G
  • iDEN (Integrated Digital Enhanced Network) เป็นเทคโนโลยี 2G ที่พัฒนาโดย Motorola ให้บริการทั้งโทรศัพท์และวิทยุสื่อสารแบบกลุ่ม (push-to-talk)
• 3G (Third Generation)
  เป็นเครือข่ายโทรศัพท์มือถือที่เน้นการรับส่งข้อมูลด้วยความเร็วที่สูงขึ้น ตัวอย่างเทคโนโลยีในยุคนี้ ได้แก่ UMTS, CDMA2000 และ TD-SCDMA
  • UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) เป็นเทคโนโลยี 3G ที่ใช้ WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) ในการส่งสัญญาณวิทยุ มีการพัฒนาต่อยอดเป็น HSPA และ HSPA+ เพื่อเพิ่มความเร็วในการรับส่งข้อมูล
  • CDMA2000 เป็นเทคโนโลยี 3G ที่พัฒนามาจาก cdmaOne มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในบางพื้นที่
  • TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) เป็นเทคโนโลยี 3G ที่พัฒนาในประเทศจีน
• 4G (Fourth Generation)
  เป็นเครือข่ายโทรศัพท์มือถือที่เน้นการรับส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงเป็นพิเศษ เทคโนโลยีหลักในยุคนี้คือ LTE
  • LTE (Long Term Evolution) เป็นเทคโนโลยี 4G ที่ใช้ OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) ในการส่งสัญญาณ มีการพัฒนาต่อยอดเป็น LTE-Advanced และ LTE-Advanced Pro
• 5G (Fifth Generation)
  เป็นเครือข่ายโทรศัพท์มือถือยุคใหม่ที่เน้นความเร็วสูงเป็นพิเศษ ความหน่วงต่ำ และรองรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์จำนวนมาก เทคโนโลยีหลักในยุคนี้คือ NR (New Radio)
  • NR (New Radio) เป็นเทคโนโลยี 5G ที่ใช้ OFDMA ในการส่งสัญญาณ และมีตัวเลือกการใช้งานทั้งแบบ FDD และ TDD มีการพัฒนาต่อยอดเป็น 5G-Advanced

นอกจากนี้ ยังมีเทคโนโลยีเครือข่ายอื่นๆ ที่อาจพบในการสำรวจคลื่นความถี่ เช่น WIFI, Bluetooth, Ultra-Wide Band (UWB), Near Field Communication (NFC), IoT (Internet of Things), Low Power Wide Area Networks (LPWAN), และ Satellite Communications Networks

การทำความเข้าใจประเภทของเครือข่ายโทรศัพท์มือถือแต่ละประเภท มีความสำคัญในการวิเคราะห์ข้อมูลคลื่นความถี่เพื่อวัตถุประสงค์ทางด้านนิติวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะการวิเคราะห์ข้อมูลจากบันทึกการโทร (CDR) เพื่อระบุตำแหน่งที่ตั้งของโทรศัพท์เป้าหมาย

---

ทฤษฎีคลื่นวิทยุ (Radio Theory)

ทฤษฎีคลื่นวิทยุเป็นพื้นฐานที่สำคัญในการทำความเข้าใจการทำงานของเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ โดยคลื่นวิทยุถูกสร้างขึ้นเมื่อมีกระแสไฟฟ้าสลับไหลผ่านเสาอากาศ ซึ่งกระแสสลับนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปรอบๆ เสาอากาศ และเมื่อกระแสสลับนี้มีการเปลี่ยนแปลงทิศทางการไหลอย่างต่อเนื่อง จะทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกไปจากเสาอากาศในลักษณะของคลื่นวิทยุ

• ความถี่ (Frequency)
  คืออัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าสลับ ซึ่งก็คือจำนวนรอบที่คลื่นเคลื่อนที่ครบวงจรต่อวินาที มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์ (Hz) โดย 1 เฮิรตซ์ หมายถึง 1 รอบต่อวินาที คลื่นวิทยุมีความถี่หลากหลาย ตั้งแต่ความถี่ต่ำมาก (VLF) ที่ใช้ในการสื่อสารกับเรือดำน้ำ ไปจนถึงความถี่สูงมาก (THz) ที่ใกล้เคียงกับแสงอินฟราเรด ความถี่ที่สูงขึ้น มักจะใช้ในการสื่อสารที่ต้องการข้อมูลจำนวนมากและความเร็วสูง
• ความยาวคลื่น (Wavelength)
  คือระยะทางที่คลื่นวิทยุเคลื่อนที่ได้ในช่วงเวลา 1 รอบคลื่น ความยาวคลื่นมีความสัมพันธ์กับความถี่ โดยความถี่สูงจะมีความยาวคลื่นสั้น และความถี่ต่ำจะมีความยาวคลื่นยาว ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วคลื่นวิทยุ (ความเร็วแสง), ความถี่ และความยาวคลื่น สามารถแสดงได้ด้วยสมการ c = fλ
• แอมพลิจูด (Amplitude)
  คือความแรงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งวัดได้จากค่าสูงสุดและต่ำสุดของคลื่น
• สเปกตรัม (Spectrum)
  คือช่วงความถี่ทั้งหมดที่สามารถใช้ในการส่งคลื่นวิทยุ ซึ่งขยายไปถึงประมาณ 300 GHz หรือสูงกว่านั้นเล็กน้อย
• แบนด์วิดท์ (Bandwidth)
  คือช่วงความถี่ที่คลื่นวิทยุครอบคลุม ซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่ความถี่พาหะ แบนด์วิดท์แสดงถึงความกว้างของช่องสัญญาณที่ใช้ในการส่งข้อมูล

โหมดการแพร่กระจายคลื่น (Propagation Modes)

คลื่นวิทยุสามารถเดินทางได้หลายวิธี ซึ่งขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่น

• คลื่นความถี่ต่ำ (VLF และ LF)
  สามารถเดินทางได้ในระยะทางไกล โดยคลื่นจะแนบไปกับพื้นผิวโลก หรือสะท้อนกับชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์
• คลื่นความถี่สูง (HF)
  จะเดินทางเป็นเส้นตรง และสามารถทะลุผ่านชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ไปได้ ซึ่งเหมาะสำหรับการสื่อสารแบบเห็นเส้นตรง (Line of Sight: LOS) เครือข่ายโทรศัพท์มือถือส่วนใหญ่ใช้ความถี่ในย่าน UHF และสูงกว่า ซึ่งเป็นคลื่นที่เดินทางแบบ LOS อย่างไรก็ตาม คลื่นเหล่านี้สามารถสะท้อนและหักเหได้ในระยะทางสั้นๆ ทำให้สามารถไปถึงพื้นที่ที่ไม่มีการมองเห็นโดยตรงได้
• มัลติพาธ (Multipath)
  คือปรากฏการณ์ที่คลื่นวิทยุเดินทางถึงผู้รับด้วยเส้นทางที่แตกต่างกัน ทำให้เกิด “เสียงสะท้อน” หลายชุด ซึ่งอาจจะรวมกันเป็นสัญญาณที่แรงขึ้น หรือหักล้างกันเองทำให้สัญญาณอ่อนลง ปรากฏการณ์มัลติพาธนี้อาจเป็นปัญหาในการสื่อสาร โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีสิ่งกีดขวางมาก
• การรบกวน (Interference)
  คลื่นวิทยุอาจถูกรบกวนจากแหล่งกำเนิดคลื่นอื่นๆ ซึ่งอาจทำให้คุณภาพของสัญญาณลดลง

ระบบส่งสัญญาณ (Transmission Systems)

• อะนาล็อก (Analogue)
  เป็นระบบส่งสัญญาณที่นำข้อมูลดิบ เช่น เสียง ไปซ้อนทับบนคลื่นพาหะวิทยุโดยตรง ระบบอะนาล็อกมีความไวต่อการรบกวน ทำให้คุณภาพสัญญาณไม่ดีนักเมื่อมีสัญญาณรบกวน
• ดิจิทัล (Digital)
  เป็นระบบส่งสัญญาณที่แปลงข้อมูลเป็นเลขฐานสอง (0 และ 1) และเข้ารหัสบนคลื่นพาหะวิทยุ การเข้ารหัสนี้สามารถทำได้โดยการปรับเปลี่ยนความถี่, แอมพลิจูด หรือเฟสของคลื่น ระบบดิจิทัลมีความทนทานต่อการรบกวนมากกว่า และสามารถปรับปรุงคุณภาพและความปลอดภัยของสัญญาณได้

คลื่นความถี่วิทยุ (Radio Spectrum)

• แถบความถี่ (Bands)
  คือช่วงความถี่ที่ถูกกำหนดให้ใช้งานเฉพาะสำหรับการสื่อสารประเภทต่างๆ ซึ่งแต่ละประเทศจะมีหน่วยงานกำกับดูแลการใช้งานคลื่นความถี่
• ช่องสัญญาณ (Channels)
  คือช่วงความถี่ที่แคบลงไปอีก ซึ่งใช้ในการส่งข้อมูลของแต่ละเครือข่ายหรือผู้ให้บริการ

ผลกระทบของความถี่ต่อการแพร่กระจาย (Effects of Frequency on Propagation) โดยทั่วไป คลื่นความถี่ต่ำจะเดินทางได้ไกลกว่าคลื่นความถี่สูง ที่กำลังส่งเท่ากัน คลื่นความถี่ต่ำจะใช้พลังงานน้อยกว่าในการเดินทาง และสามารถเดินทางผ่านสิ่งกีดขวางได้ดีกว่า ในขณะที่คลื่นความถี่สูงจะถูกดูดซับและสะท้อนได้ง่ายกว่า

การทำความเข้าใจทฤษฎีคลื่นวิทยุเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญในการวิเคราะห์ข้อมูลคลื่นความถี่ที่ใช้ในการสืบสวนทางนิติวิทยาศาสตร์ และเพื่อให้เข้าใจถึงปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน