ระบบ GPS ระบบบอกพิกัดตำแหน่งผ่านทางดาวเทียม

6:12 AM // by Boonnarat // // 0 comments
ระบบ GPS "Global Positioning System" ระบบบอกพิกัดตำแหน่งผ่านทางดาวเทียม
GPS คือ ระบบระบุตำแหน่งบนพื้นโลก ย่อมาจากคำว่า Global Positioning System เป็นระบบบอกพิกัดผ่านทางดาวเทียมซึ่งดาวเทียมจะบินโคจรสูงจากระดับพื้นโลกประมาณ 20,200 กิโลเมตร ดาวเทียมเหล่านี้จะคอยส่งสัญญาณให้กับเครื่องลูกข่าย เพื่อบอกพิกัด ตำแหน่ง บนผิวโลกได้ตลอด 24 ชั่วโมง โดยในช่วงแรกการใช้งานนั้น GPS จะถูกจำกัดอยู่ในทางการทหาร แต่ต่อมาทางสหรัฐอเมริกาซึ่งเป็นผู้สร้างและดูแลเครือข่ายดาวเทียมเหล่านี้ได้ทำการปลดล็อค ดาวเทียม เพื่อให้สามารถใช้ได้นอกเหนือจากการทหาร จึงเริ่มมีการใช้งานในวงกว้างขึ้น เช่น ใช้ในระบบการขนส่งการสำรวจทรัพยากรธรรมชาติการทำแผนที่และในปัจจุบันในวงการท่องเที่ยว ก็มีการนำ GPS มาใช้ในการเดินป่าอีกด้วย

ประวัติ GPS โดยย่อ
ตั้งแต่ในอดีตมนุษย์เราก็มีความพยายามที่จะสร้างเครื่องไม้เครื่องมือเพื่อบอกให้ได้ว่า เรากำลังอยู่ที่ใด เพื่อป้องกันการหลงทางและสามารถกลับไปยังจุดเดิมได้อย่างถูกต้อง ซึ่งในการเดินเรือสมัยแรก ๆ ก็มีการใช้ดวงดาวเป็นการบอกตำแหน่งและทิศทาง ต่อมาเมื่อเทคโนโลยีทันสมัยมากขึ้นก็ได้มีการคิดค้นประดิษฐ์เข็มทิศและเครื่องวัดระยะทาง หาเส้นรุ้งและเส้นแวง(Sextant)ขึ้นมาโดยเข็มทิศจะชี้ไปทางเหนือเสมอฉะนั้นไม่ว่า เราจะไม่รู้ตำแหน่งของเราแต่เราจะยังสามารถรู้ทิศทางที่กำลังเดินทางไปได้ ส่วนเครื่องวัดระยะทางหาเส้นรุ้งและเส้นแวง นั้นจะช่วยในการวัดมุมระหว่างดวงดาวกับพื้นดิน ในยุคแรก ๆ นั้นเครื่องมือนี้จะใช้ในการเดินเรือและสามารถบอกได้แต่เส้นรุ้งเท่านั้น ไม่สามารถบอกเส้นแวงได้ ต่อมาในศตวรรษที่17ประเทศอังกฤษก็ได้ตั้งกลุ่มนักวิทยาศาสตร์เพื่อทำการสร้าง เครื่องมือเพื่อหาเส้นแวงให้ได้ ซี่งกลุ่มที่ตั้งขึ้นมาถูกเรียกว่า Board of Longitude โดยมีรางวัลให้กับผู้ที่สามารถสร้างเครื่องมือที่ใช้หาเส้นแวงได้ ซึ่งในปี ค.ศ.1761 John Harrison ได้พัฒนาเครื่องมือที่สามารถใช้หาเส้นแวงได้ซึ่งเรียกว่า Chronometer ซึ่งต่อมาก็มีการใช้เครื่องมือ Sextant และChronometerร่วมกันในการเดินทางอย่างแพร่หลาย ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ได้มีการพัฒนาระบบการส่งสัญญาณวิทยุมาใช้งานกันมากขึ้น จนกระทั่งได้มีการนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสมัยสงครามโลกครั้งที่2โดยทั้งเรือและเครื่องบิน จะใช้ระบบการรับ-ส่งสัญญาณวิทยุจากสถานีภาคพื้นดินเป็นตัวนำทางการส่งสัญญาณวิทยุนั้น จะสามารถส่งได้ทั้งแบบความถี่สูงและความถี่ต่ำ แต่ข้อเสียก็คือหากส่งสัญญาณ ในช่วงความถี่สูงจะสามารถรับ-ส่งข้อมูลได้อย่างถูกต้องแต่ครอบคลุมได้เพียงพื้นที่จำกัด ส่วนการรับ-ส่งสัญญาณในช่วงความถี่ต่ำสามารถครอบคลุมพื้นที่ได้กว้างไกลกว่า แต่ความถูกต้องต่ำกว่า ในศตวรรษที่ 20 ดาวเทียมสปุตนิก (Sputnik) ของประเทศรัสเซียได้ถูกส่งออกสู่อวกาศ เมื่อวันที่ 4ตุลาคม ค.ศ.1957 และทำให้เราเริ่มตระหนักกันว่าเราสามารถใช้ดาวเทียมในการนำทาง ได้เช่นเดียวกับดวงดาวบนท้องฟ้าโดยนักวิจัยจากสถาบัน MITได้ติดตามวิถีการโคจรของ ดาวเทียมสปุตนิกและได้สังเกตเห็นว่าสัญญาณวิทยุจากดาวเทียมสปุตนิกจะสูงขึ้น เมื่อดาวเทียมโคจรเข้ามาใกล้และต่ำลงเมื่อดาวเทียมโคจรห่างออกไปจากข้อเท็จจริง ดังกล่าวที่ว่าเราสามารถจะติดตามตำแหน่งของดาวเทียมในขณะโคจรรอบโลกได้จาก ภาคพื้นดินนั้นจึงเป็นที่มาของสมมุติฐานที่ว่าในทางกลับกันเราก็น่าจะสามารถติดตาม หรือระบุตำแหน่งของวัตถุใดๆ บนพื้นโลกโดยการใช้สัญญาณวิทยุจากดาวเทียมได้เช่นกัน ต่อมาทางประเทศสหรัฐอเมริกาก็ได้มีการพัฒนาดาวเทียมนำร่องออกสู่อวกาศเช่นกัน โดยทางอเมริกาเรียกระบบนี้ว่าTransitซึ่งประกอบไปด้วยดาวเทียม6ดวงโคจรรอบโลกผ่านขั้วโลก ที่ความสูงประมาณ 1,100 กิโลเมตร โดยใช้สำหรับหาตำแหน่งของเรือเดินสมุทร และเครื่องบิน โดยระบบนี้รัฐบาลอเมริกาอนุญาตให้เอกชนบางรายใช้ในงานสำรวจเท่านั้นโดยยังไม่เปิด ให้บุคคลทั่วไปใช้งานแต่ระบบนี้ก็ใช้งานกันได้ไม่นานนักเนื่องจากการส่งสัญญาณช้าและ มีความถูกต้องต่ำจึงได้เริ่มมีการพัฒนาระบบGPSเพื่อให้มีการบอกตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ มากขึ้น โดยได้เริ่มมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้องส่งผลทำให้ระบบ GPS ที่สมบูรณ์ได้ถูกใช้งานเต็มรูปแบบจากดาวเทียม 24 ดวงในกลางปี 1990

ระบบ GPS ประกอบไปด้วย 3 ส่วนหลัก คือ
1. ส่วนอวกาศ ประกอบด้วยเครือข่ายดาวเทียม 3 ค่าย คือ
อเมริกา รัสเซีย ยุโรป ของอเมริกา ชื่อ NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging GPS) มีดาวเทียม 28 ดวง ใช้งานจริง 24 ดวง อีก 4 ดวงเป็นตัวสำรอง บริหารงานโดย Department of Defenses มีรัศมีวงโคจรจากพื้นโลก 20,162.81 กม.หรือ 12,600 ไมล์ ดาวเทียมแต่ละดวงใช้ เวลาในการโคจรรอบโลก 12 ชั่วโมง ยุโรป ชื่อ Galileo มี 27 ดวง บริหารงานโดย ESA หรือ European Satellite Agency จะพร้อมใช้งานในปี 2008 รัสเซีย ชื่อ GLONASS หรือ Global Navigation Satellite บริหารโดย Russia VKS (Russia Military Space Force) ในขณะนี้ภาคประชาชนทั่วโลกสามารถใช้ข้อมูลจากดาวเทียมของทางอเมริกา (NAVSTAR) ได้ฟรี เนื่องจากนโยบายสิทธิการเข้าถึงข้อมูลและข่าวสารสำหรับประชาชนของรัฐบาลสหรัฐ จึงเปิดให้ประชาชนทั่วไปสามารถใช้ข้อมูลดังกล่าวในระดับความแม่นยำที่ไม่เป็นภัยต่อความมันคงของรัฐ กล่าวคือมีความแม่นยำในระดับบวก / ลบ 10 เมตร

2. ส่วนควบคุม ( Control Segment )
ส่วนควบคุมจะประกอบไปด้วยสถานีซึ่งคอยตรวจสอบดูแลการทำงานของดาวเทียม โดยใช้เรดาร์ส่งสัญญาณไปยังดาวเทียม เพื่อให้ดาวเทียมอยู่ในวงโคจร ในความสูง ความเร็ว และตำแหน่งที่ถูกต้องและในทางกลับกันสถานทีเหล่านี้ยังทำหน้าที่รับสัญญาณจากดาวเทียม และส่งข้อมูลไปยังเครื่องลูกข่ายGPSเพื่อบอกตำแหน่งและข้อมูลของเครื่องลูกข่ายนั้นๆ อย่างถูกต้องด้วย สถานีที่ทำการควบคุมดาวเทียมจะมีอยู่ 5 แห่ง คือ สถานีหลักที่ Colorado สถานีบนเกาะ Ascension, สถานี Diego Garcia (มหาสมุทรอินเดีย) , Kwajalein และ Hawaii
รูปที่ 1 สถานีควบคุมดาวเทียมทั่วโลก

3. ส่วนผู้ใช้งาน ( User Segment )
ประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ๆคือส่วนที่ใช้งานด้านพลเรือน (Civilian) และส่วนที่ใช้งาน ทางการทหาร ( Military) ส่วนผู้ใช้งานประกอบด้วยเครื่องรับสัญญาณ หรือเครื่อง GPS แบบมือถือที่มีใช้กันอยู่ทั่วไปนั่นเองโดยในเครื่องGPSนั้นจะมีโปรแกรมคอมพิวเตอร์อยู่ในตัว เครื่องเพื่อให้เครื่องทราบว่าดาวเทียมอยู่ในตำแหน่งใด ในเวลานั้น ๆ โดยเครื่อง GPS จะทำการคำนวณ ตรวจสอบ และถอดรหัสสัญญาณที่ได้จากดาวเทียม เพื่อให้ได้ข้อมูลมา ซึ่งข้อมูลที่ได้โดยปรกติก็มักจะถูกประมวลผลโดยโปรแกรมและส่งข้อมูลออกมาทางหน้าจอ ของเครื่องGPSนั้นๆเพื่อให้ผู้ใช้ได้ทราบข้อมูลโดยการแสดงผลก็จะต่างกันขึ้นกับโปรแกรม ในเครื่อง GPS แต่ละรุ่นและแต่ละยี่ห้อ ทุกวันนี้บางท่านมักจะเข้าใจผิดว่า GPS เป็น GPRS ซึ่ง GPRS ย่อมาจากคำว่า General Packet Radio Service เป็นระบบสื่อสารแบบไร้สายสำหรับโทรศัพท์มือถือ หรือ PDA หรือ note bookเพื่อเชื่อมต่อกับ internet

GPS ทำงานอย่าง ไร
ดาวเทียม GPS (Navstar) ประกอบด้วยดาวเทียม 24 ดวง โดยแบ่งเป็น 6 รอบวงโคจร การโคจรจะเอียงทำมุมเอียง 55 องศา กับเส้นศูนย์สูตร ( Equator )ในลักษณะสานกันคล้าย ลูกตะกร้อแต่ละวงโคจรมีดาวเทียม 4 ดวง รัศมีวงโคจรจากพื้นโลก 20,162.81 กม. หรือ 12,600 ไมล์ ดาวเทียมแต่ละดวงใช้ เวลาในการโคจรรอบโลก 12 ชั่วโมง GPS ทำงานโดยการรับสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวง โดยสัญญาณดาวเทียมนี้ประกอบไปด้วยข้อมูลที่ระบุตำแหน่งและเวลาขณะส่งสัญญาณ ตัวเครื่องรับสัญญาณ GPS จะต้องประมวลผลความแตกต่างของเวลาในการรับสัญญาณเทียบกับเวลาจริง ณ ปัจจุบันเพื่อแปรเป็นระยะทางระหว่างเครื่องรับสัญญาณกับดาวเทียมแต่ละดวง ซึ่งได้ระบุมีตำแหน่งของมันมากับสัญญาณดังกล่าวข้างต้น เพื่อให้เกิดความแม่นยำในการค้นหาตำแหน่งด้วยดาวเทียม ต้องมีดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวง เพื่อบอกตำแหน่งบนผิวโลก ซึ่งระยะห่างจากดาวเทียมทั้ง 3 กับเครื่อง GPS (ที่จุดสีแดง) จะสามารถระบุตำแหน่งบนผิวโลกได้หากพื้นโลกอยู่ในแนวระนาบแต่ในความเป็นจริงพื้นโลกมีความโค้งเนื่องจากสัณฐานของโลกมีลักษณะกลมดังนั้นดาวเทียมดวงที่ 4 จะทำให้สามารถคำนวณเรื่องความสูงเพื่อทำให้ได้ตำแหน่งที่ถูกต้องมากขึ้น การวัดระยะห่างระหว่างดาวเทียมกับเครื่องรับทำได้โดยใช้สูตรคำนวณ ระยะทาง = ความเร็ว * ระยะเวลา วัดระยะเวลาที่คลื่นวิทยุส่งจากดาวเทียมมายังเครื่องรับ GPS คูณด้วยความเร็วของคลื่นวิทยุจะเท่ากับระยะทางที่เครื่องรับ อยู่ห่างจากดาวเทียม โดยเวลาที่วัดได้มาจากนาฬิกาของดาวเทียมที่มีความแม่นยำสูงมีความละเอียดถึงนาโนวินาที และมีการสอบทวนเสมอๆกับสถานีภาคพื้นดิน องค์ประกอบสุดท้ายก็คือตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวงในขณะที่ส่งสัญญาณมาว่าอยู่ที่ใด(Almanac) มายังเครื่องรับ GPS โดยวงโคจรของดาวเทียมได้ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าแล้วเมื่อถูกส่งขึ้นสู่อวกาศ สถานีควบคุมจะคอยตรวจสอบการโคจรของดาวเทียมอยู่ตลอดเวลาเพื่อทวนสอบความถูกต้อง
รูปที่ 2 แสดงการคำนวณจุดพิกัดของตำแหน่ง
ความแม่นยำของการระบุตำแหน่งนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดาวเทียมแต่ละดวง กล่าวคือถ้าระยะห่างระหว่างดาวเทียมที่ใช้งานอยู่ห่างกันย่อมให้ค่าที่แม่นยำกว่าที่อยู่ใกล้กัน และยิ่งมีจำนวนดาวเทียมที่รับสัญญาณได้มากก็ยิ่งให้ความแม่นยำมากขึ้น ความแปรปรวนของชั้นบรรยากาศชั้นบรรยากาศประกอบด้วยประจุไฟฟ้า ความชื้น อุณหภูมิ และความหนาแน่นที่แปรปรวนตลอดเวลา คลื่นเมื่อตกกระทบ กับวัตถุต่างๆ จะเกิดการหักเหทำให้สัญญาณที่ได้อ่อนลง และสิ่งแวดล้อมในบริเวณรับสัญญาณเช่นมีการบดบังจากกระจก ละอองน้ำ ใบไม้ จะมีผลต่อค่าความถูกต้องของความแม่นยำ เนื่องจากถ้าสัญญาณจากดาวเทียมมีการหักเหก็จะทำให้ค่าที่คำนวณได้จากเครื่องรับสัญญาณเพี้ยนไป และสุดท้ายก็คือประสิทธิภาพของเครื่องรับสัญญาณว่ามีความไวในการรับสัญญาณแค่ไหนและความเร็วในการประมวณผลด้วย

GPS ใช้งานอย่างไร
ผู้ที่ใช้ระบบ GPS จะต้องมีเครื่องรับสัญญาณ GPS หน่วยประมวลผล โปรแกรมแผนที่และข้อมูลแผนที่ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งานในรูปแบบต่างๆ การรับสัญญาณจากดาวเทียมไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย ส่วนการใช้งานในรูปแบบที่ใช้ประกอบกับแผนที่จะมีค่าใช้จ่ายในเรื่องของแผนที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับบริษัทที่จัดทำแผนที่ ในประเทศไทยมีผู้จัดทำแผนที่เพื่อใช้กับ GPS รายใหญ่ๆได้แก่
• ABLE ITS (POWER MAP)
• ESRI (GARMIN)
• MAP POINT ASIA (SMARTMAP)
• BANGKOK GUIDE
• MapKing
• iGO
• SpeedNavi
• Mio Map
• Papago

แผนที่นำทางของแต่ละบริษัทจะมีข้อดีข้อด้อยแตกต่างกันไปและข้อมูลแผนที่ของแต่ละค่ายไม่สามารถนำมาใช้งานกับโปรแกรมของค่ายอื่นได้แม้ว่าจะมีพื้นฐานของข้อมูลใกล้เคียงกัน ทั้งนี้เป็นเพราะการรักษาสิทธิทางปัญญาของแต่ละบริษัท ทำให้แต่ละค่ายจะต้องทำการสำรวจภาคสนามเองหรือต้องซื้อข้อมูลจากบริษัทอื่น แผนที่ของไทยจึงมีข้อจำกัดในการพัฒนาเนื่องมาจากภาระในด้านต้นทุนและฐานจากจำนวนผู้ใช้งานยังมีน้อย ในบางประเทศรัฐบาลเป็นผู้สนับสนุน ข้อมูลทางภูมิศาสตร์นี้ให้กับภาคเอกชนจึงทำให้การพัฒนาแผนที่นำทางเป็นไปอย่างกว้างขวางและต่อเนื่อง นอกจากความเฉพาะของแนวนำทางจะไม่สามารถนำมาใช้ต่างค่ายได้แล้ว แผนที่ยังมีความเฉพาะสำหรับเครื่องแต่ละเครื่องด้วยคือไม่สามารถนำแผนที่จากเครื่องหนึ่งไปใช้กับเครื่องอื่นได้ จะต้องมีการป้อนรหัสที่ทางบริษัทจัดให้จึงจะสามารถใช้งานได้

การประยุกต์ใช้งาน
ปัจจุบันนี้ได้มีการใช้งาน GPS ในรูปแบบต่างๆดังนี้
• การกำหนดพิกัดของสถานที่ต่าง ๆ การทำแผนที่ งานสำรวจ โดยส่านใหญ่นิยมใช้อุปกรณ์ที่สามารถพกพาไปได้ง่าย มีความทนทาน กันน้ำได้ สามารถใช้กับถ่านไฟฉายขนาดมาตรฐานได้ ดูรายละเอียดเพิ่มที่นี่
• การนำทาง ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางมีหลากหลายแบบและขนาด สามารถนำทางได้ทั้งภาพและเสียง ใช้ได้หลายภาษา บางแบบมีภาพเสมือนจริง ภาพสามมิติ และประสิทธิภาพอื่นๆเพิ่มเติมเช่น multimedia Bluetooth handfree เป็นต้น ดูรายละเอียดเพิ่มที่นี่
• การวางแผนการใช้ประโยชน์ที่ดิน โครงข่ายหมุดดาวเทียม GPS ของกรมที่ดิน (DOLVRS)
• การกำหนดจุดเพื่อบรรเทาสาธารณะภัย เช่น เสื้อกั๊กชูชีพที่มีเครื่องส่งสัญญาณจีพีเอส
• การวางผังสำหรับการจัดส่งสินค้า
• การนำไปใช้ประโยชน์ในขบวนการยุติธรรม เช่นการติดตามบุคคล การติดตามการค้ายาเสพติด ฯลฯ ดูรายละเอียดเพิ่มที่นี่
• การนำไปใช้ประโยชน์ทางทหาร ดูรายละเอียดเกี่ยวกับอนาคตGPS ทางทหารจากกระทรวงกลาโหมสหรัฐที่นี่ The Future of the Global Positioning System
• การกีฬา เช่นใช้ในการฝึกฝนเพื่อวัดความเร็ว ระยะทาง แคลลอรี่ที่เผาผลาญ ดูรายละเอียดเพิ่มที่นี่ หรือ ใช้ในสนามกอล์ฟเอคำนวณระยะจากจุดที่อยู่ถึงหลุม
• การสันทนาการ เช่น กำหนดจุดตกปลา หาระยะเวลาที่เหมาะสมในการตกปลา การวัดความเร็วระยะทาง บันทึกเส้นทาง เครื่องบิน/รถบังคับวิทยุ
• ระบบการควบคุมหรือติดตามยานพาหนะ การติดตามบุคคล เพื่อให้ทราบว่ายานพาหนะอยู่ที่ใด มีการเคลื่อนที่หรือไม่ มีการแจ้งเตือนให้กับผู้ติดตามเมื่อมีการเคลื่อนที่เร็วกว่าที่กำหนดหรือเคลื่อนที่ออกนอกพื้นที่หรือเข้าสู่พื้นที่ที่กำหนด นอกจากนั้นยังสามารถนำไปใช้ในการป้องกันการโจรกรรมและติดตามทรัพย์สินคืน ดูรายละเอียดเพิ่มที่นี่
• การนำข้อมูล GPS มาประกอบกับภาพถ่ายเพื่อการท่องเที่ยว การทำรายงานกิจกรรม เป็นต้น โดยจะต้องมีเครื่องรับสัญญาณดาวเทียมติดตั้งอยู่กับกล้องบางรุ่น หรือการใช้ GPS Data Logger ร่วมกับ Software ดูรายละเอียดที่นี่

ระบบนำทางด้วย GPS ทำงานอย่างไร
ก่อนอื่นผู้ใช้จะต้องมีเครื่องรับสัญญาณดาวเทียมหรือมีอุปกรณ์นำทาง เมื่อผู้ใช้นำเครื่องไปใช้งานมีการเปิดรับสัญญาณ GPS แล้วคัวโปรแกรมจะแสดงตำแหน่งปัจจุบันบนแผนที่ แผนที่สำหรับนำทางจะเป็นแผนที่พิเศษที่มีการกำหนดทิศทางการจราจร เช่น การจราจรแบบชิดซ้ายหรือชิดขวา ข้อมูลการเดินรถทางเดียว จุดสำคัญต่างๆ ข้อมูลทางภูมิศาสตร์ต่างๆ ฝังไว้ในข้อมูลแผนที่ที่ได้ทำการสำรวจและตั้งค่าไว้แล้ว ในแต่ละทางแยกก็จะมีการกำหนดค่าเอาไว้ด้วยเช่นกันเพื่อให้ตัวโปรแกรมทำการเลือกการเชื่อมต่อของเส้นทางจนถึงจุดหมายที่ได้เลือกไว้ เสียงนำทางก็จะทำงานสอดคล้องกับการเลือกเส้นทาง เช่นถ้าโปรแกรมเลือกเส้นทางที่จะต้องไปทางขวาก็จะกำหนดให้มีการแสดงเสียงเตือนให้เลี้ยวขวา โดยแต่ละโปรแกรมก็จะมีการกำหนดเตือนไว้ล่วงหน้าว่าจะเตือนก่อนจุดเลี้ยวเท่าใด ส่วนการแสดงทิศทางก็จะมีการบอกไว้ล่วงหน้าเช่นกันแล้วแต่ว่าจะกำหนดไว้ล่วงหน้ากี่จุด บางโปรแกรมก็กำหนดไว้จุดเดียว บางโปรแกรมกำหนดไว้สองจุด หรือบางโปรแกรมก็สามารถเลือกการแสดงได้ตามความต้องการของผู้ใช้ การคำนวณเส้นทางนี้จะถูกคำนวณให้เสร็จตั่งแต่แรก และตัวโปรแกรมจะแสดงผลทั้งภาพและเสียงตามตำแหน่งจริงที่อยู่ ณ.จุดนั้นๆ หากมีการเดินทางออกนอกเส้นทางที่ได้กำหนดไว้ เครื่องจะทำการเตือนให้ผู้ใช้ทราบและจะคำนวณให้พยายามกลับสู่เส้นทางที่ได้วางแผนไว้ก่อน หากการออกนอกเส้นทางนั้นอยู่เกินกว่าค่าที่กำหนดไว้ก็จะมีการคำนวณเส้นทางให้ใหม่เองอัตโนมัติ เมื่อเครื่องคำนวณเส้นทางให้ผู้ใช้สามารถดูเส้นทางสรุปได้ล่วงหน้า หรือแสดงการจำลองเส้นทางก็ได้ โปรแกรมนำทางบางโปรแกรมมีความสามารถกำหนดจุดแวะได้หลายจุดทำให้ผู้ใช้สามารถกำหนดให้การนำทางสอดคล้องกับการเดินทางมากที่สุด หรืออาจใช้ในการหลอกเครื่องเพื่อให้นำทางไปยังเส้นทางที่ต้องการแทนที่เส้นทางที่เครื่องคำนวณได้ บางโปรแกรมก็มีทางเลือกให้หลีกเลี่ยงแบบต่างๆเช่น เลี่ยงทางผ่านเมือง เลี่ยงทางด่วน เลี่ยงทางกลับรถ เป็นต้น

อุปกรณ์ที่ใช้ร่วมกับการนำทางด้วย GPS ประกอบด้วยอะไรบ้าง
ตัวรับสัญญาณ หน่วยประมวลผล โปรแกรม และข้อมูลแผนที่ ปัจจุบันนี้มีเครื่อง GPS ที่มีครบทุกอย่างในตัวเอง ซึ่งจะมีความสะดวกในการใช้งานและมีความเสถียรสูงได้แก่ PND (Personal / Portable Navigation Device) หรือแบบที่ใช้ GPS receiver ร่วมกับ PDA (Personal Digital Assistant) Pocket PC โน๊ตบุ๊ค PC Smart phone เป็นต้น แต่ในปัจจุบันได้มีการติดตั้ง GPSใน smart phone เพิ่มขึ้นหลายรุ่น ทำให้สะดวกในการใช้งานยามหลงทางหรือใช้งานหาสถานที่ใกล้เคียง อกจากอุปกรณ์หลักแล้วยังมีอุปกรณ์เสริม เช่นเสารับสัญญาณภายนอกแบบติดเฉพาะเครื่องต่อเครื่อง หรือตัวกระจายคลื่น (GPS radiator) เพื่อให้สามารถใช้GPSได้ในที่อับสัญญาณ เช่นในรถที่ติดฟิล์มที่มีสารโลหะอยู่ (หรือที่เรียกกันว่า"ฉาบปรอท") หรือในอาคาร

ประโยชน์ของ GPS สำหรับบุคคลทั่วไป
สามารถนำทางไปในสถานที่ต่าง ๆ ค้นหาสถานที่ต่าง ๆ ที่สำคัญ ๆ กำหนดจุดสนใจต่าง ๆ ได้ ใช้ในการวัดพื้นที่ การสำรวจ การเดินป่า การเดินเรือ ซึ่งสามารถนำทางกลับสู่ตำแหน่งตั้งต้นได้ และการบันทึกข้อมูลสำหรับการเล่นกีฬากลางแจ้ง ในเรื่องการขนส่งมีการนำ GPS ไปใช้เป็นระบบติดตามรถยนต์ เพื่อควบคุมดูแลตลอดจนบันทึกเส้นทาง ลักษณะการขับรถ และการควบคุมเครื่องมืออุปกรณ์ในรถ เช่น อุณหภูมิ ตู้แช่สินค้า ทำให้สามารถบริหารจัดการการขนส่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประหยัดค่าใช้จ่าย และในด้านความปลอดภัยก็สามารถทราบถึงตำแหน่งของรถว่าอยู่ที่ไหน เกิดอะไรขึ้น สะดวกต่อการตรวจสอบติดตาม

การใช้ระบบ GPS ในต่างประเทศ
ทุกวันนี้ในต่างประเทศมีการใช้อุปกรณ์ GPS กันอย่างกว้างขวาง และประชาชนมีความรู้เรื่อง GPS เป็นอย่างดี เพราะได้มีการใช้งานมาหลายปีแล้วและมีระบบเชื่อมโยงข้อมูลการจราจรในรูปแบบของดิจิตอล ประกอบกับมีการวางผังเมืองอย่างเป็นระเบียบทำให้การพัฒนาระบบ GPS เป็นไปได้อย่างรวดเร็ว เช่น ในรถแท็กซี่จะพบอุปกรณ์ GPS ประจำอยู่แทบทุกคัน เพื่อหลีกเลี่ยงเส้นทางที่มีการจราจรคับคั่ง หรือการขับรถเพื่อท่องเที่ยวก็จะมีการแนะนำเส้นทางท่องเที่ยวพร้อมสถานที่น่าสนใจต่างๆ เช่น ร้านอาหาร ที่พัก จุดชมวิว แหล่งท่องเที่ยว เป็นต้น และนักเดินทางก็มักจะพกอุปกรณ์ GPS ในรูปแบบ PDA หรือ Pocket PC กันเป็นส่วนมาก แทนการพกพาสมุดแผนที่อย่างในอดีต ปัจจุบันนี้ระบบ GPS สามารถค้นหาถึงระดับบ้านเลขที่หรือเบอร์โทรศัพท์และนำทางไปสู่เป้าหมายได้อย่างถูกต้อง
แนวโน้มหรืออนาคตของ GPS ในประเทศไทย
สำหรับ GPS ยังเป็นของใหม่มากและรู้จักกันในหมู่ผู้ใช้งานในวงแคบ ๆ แต่ก็เป็นนิมิตหมายที่ดีในการที่จะแพร่หลายต่อไปในอนาคตปัจจุบันนี้ได้มีรถแท็กซี่บางค่ายได้นำ GPS ไปติดตั้ง ในปัจจุบันนอกจากฟังก์ชั่นการนำทางพื้นฐานแล้วก็ยังมีการเตือนทางโค้ง จุดด่านเก็บเงิน จุดที่มักจะมีการตรวจจับความเร็ว ตำแหน่งกล้องตรวจจับการฝ่าฝืนกฎจราจร การกำหนดความเร็วในถนนแต่ละสาย ข้อมูลการท่องเที่ยวพร้อมรายละเอียดพร้อมภาพประกอบ ข้อมูลร้านอาหารอร่อย ภาพเสมือนจริง ข้อมูลจราจร TMC หรือ (Traffic Message Channel) การใช้ GPS ในการติดตามรถบรรทุก รถยนต์ ซึ่งต่อไปน่าจะแพร่หลายไปถึงรถแท็กซี่ รถพยาบาล รถตำรวจ รถโรงเรียน รถขนส่งสาธารณะ ฯลฯ การแสดงสภาพการจราจรที่คาดว่าในอนาคตจะมี จุดที่ต้องระวังในการขับขี่ เช่น โค้งอันตราย เขตชุมชนลดความเร็ว เป็นต้น

เครื่องรับสัญญาณจีพีเอส ( GPS Receiver)
ทำหน้าที่รับสัญญาณจากดาวเทียมแล้วนำสัญญาณดังกล่าวมาประมวลผลเพื่อหา พิกัดปัจจุบัน ซึ่งภายในเครื่องรับสัญญาณจีพีเอส ประกอบไปด้วยอุปกรณ์หลักๆ ดังนี้
• ภาค RF ทำหน้าที่รับสัญญาณอนาลอกจากดาวเทียมจีพีเอส ผ่านกระบวนการแปลงสัญญาณไปเป็นสัญญาณดิจิตอล เพื่อส่งไปประมวลผลในภาค
• ภาค Baseband ทำหน้าที่ประมวลผลสัญญาณที่รับมาจากภาค RF เพื่อที่จะนำข้อมูลต่างๆ ไปคำนวณหาค่าพิกัดตำแหน่งต่อไป
• ส่วน Microprocessor ทำหน้าที่ติดต่อกับภาค Baseband เพื่อประมวลผลหาพิกัดตำแหน่ง และติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอก เช่น คอมพิวเตอร์ เป็นต้น
จะเห็นได้ว่าเบื้องหลังการใช้งานเครื่อง GPS นั้น มีส่วนประกอบที่สำคัญอื่น ๆ ที่ทำให้เราสามารถใช้งานเครื่อง GPS ได้ ซึ่งในส่วนผู้ใช้งานเองแค่มีเพียง GPS Reciever เครื่องเดียวก็เพียงพอแล้ว โดยในส่วนอื่น ๆ นั้นก็จะมีหน่วยงานที่เกี่ยวข้องคอยดูแลเพื่อให้ระบบนั้นสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การบอกตำแหน่งมี 2 แบบ คือ
1. การบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐาน (Standard Positioning Service, SPS) การบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐานนี้เปิดให้ใช้โดยเสรีไม่มีการเข้ารหัสใดๆ แต่ข้อมูลที่ได้จากการบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐานจะมีความคลาดเคลื่อน มากกว่าการบอกตำแหน่งโหมดละเอียด คือ 100 เมตร ในแนวนอน 156 เมตร ในแนวตั้ง และความคลาดเคลื่อนของ Coordinated Universal Time (UTC) 340 nsec
2. การบอกตำแหน่งโหมดละเอียด( Precise Positioning Service, PPS)
การบอกตำแหน่งโหมดละเอียดถูกออกแบบมาเพื่อใช้กับงานทางทหารหรืองาน ที่ได้รับอนุญาตเป็นพิเศษจารกระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกาเท่านั้นข้อมูลที่ได้จะ ถูกเข้ารหัสไว้เพื่อไม่ให้ผู้ที่ไม่ได้รับอนุญาตลักลอบนำข้อมูลไปใช้ข้อมูลที่ได้มีความเที่ยงตรง กว่าการบอกตำแหน่งโหมดมาตรฐานมากคือ 22 เมตร ในแนวนอน และ 27.7 เมตร ในแนวตั้ง และความคลาดเคลื่อนของ UTC 200 nsec

วิธีการหาพิกัดตำแหน่งโดยใช้ระบบ GPS
เครื่องรับแบบนำหน
เครื่องรับแบบนำหน (Navigation Receiver) รับสัญญาณที่เป็นคลื่นวิทยุจากดาวเทียม ในขณะเดียวกันก็สร้างรหัส C/A (Coarse/Acquisition) ขึ้นมาเปรียบเทียบกับรหัสที่ถอดได้จากสัญญาณ เมื่อเปรียบเทียบได้รหัสที่ตรงกัน จะทำให้รู้เวลาที่คลื่นวิทยุใช้ในการเดินทางจากดาวเทียมมายังเครื่องรับ ในการหาตำแหน่ง (แบบสามมิติ) ต้องวัดระยะทางไปยังดาวเทียมพร้อมกัน 4 ดวง หากจำนวนดาวเทียมน้อยกว่า 3 ดวง ค่าตำแหน่งที่ได้จะไม่มีความน่าเชื่อถือ และในกรณีที่มีดาวเทียมอยู่ในท้องฟ้ามากกว่า 4 ดวง เครื่องรับจะเลือกดาวเทียม 4 ดวง ที่มีรูปลักษณ์เชิงเรขาคณิตที่ดีที่สุด หรือมีค่า PDOP ต่ำที่สุดมาใช้ในการคำนวณตำแหน่งของเครื่องรับ


รูปที่ 3 แสดงชนิดของเครื่องรับ GPS แบบนำหน

เครื่องรับแบบรังวัด
การทำงานของเครื่องรับแบบรังวัดมีหลักการสำคัญ 3 ประการ คือ ประการแรก การใช้คลื่นส่งวัดระยะแทนการใช้รหัส C/A วัดระยะ ทำให้การวัดระยะมีความถูกต้องมากขึ้นเป็นพันเท่า ประการที่สอง คือ การใช้วิธีการวัดแบบสัมพัทธ์เป็นวิธีการขจัดความคลาดเคลื่อนแบบมีระบบ (Systematic Errors) ที่อยู่ในข้อมูลหรือที่เกิดขึ้นในการวัดระยะทางให้หมดไปหรือลดน้อยลงได้ ด้วยเหตุนี้ความคลาดเคลื่อนทางตำแหน่งจึงลดลง ประการที่สาม การวัดระยะด้วยคลื่นส่ง เครื่องรับสัญญาณวัดระยะระหว่างเครื่องรับกับดาวเทียมได้เพียงบางส่วนเท่านั้น จำเป็นต้องอาศัยการประมวลผลช่วยหาระยะที่ขาดหายไป

รูปที่ 4 แสดงชนิดของเครื่องรับ GPS แบบรังวัด

วิธีการทำงานคือ นำเครื่องรับแบบรังวัดไปวางที่หมุดที่ต้องการหาตำแหน่งเปรียบเทียบกันเป็นเวลาตั้งแต่ 30 นาทีขึ้นไป จากนั้นนำข้อมูลที่ได้จากการรับสัญญาณมาประมวลผลได้เป็น เส้นฐาน และนำข้อมูลดังกล่าว มาประมวลผลร่วมกับข้อมูลที่ได้จากการรังวัดตำแหน่งอื่นๆ ที่ต้องการทราบค่าเพื่อหาค่าพิกัดที่ถูกต้องของตำแหน่งนั้น การทำงานรังวัด


ปกติ GPS เพียงเครื่องเดียว พร้อมแบตเตอรี่อัลคาไลน์ ก็เพียงพอสำหรับการใช้งานเบื้องต้นได้แล้ว แต่สำหรับผู้ที่ต้องการใช้งานที่ซับซ้อนมากยิ่งขึ้น และสามารถโหลดข้อมูลเพื่อขึ้นไปเก็บไว้บน PC ได้ ก็ควรจะมีอุปกรณ์เสริมเพิ่มเติมเข้ามาด้วย ดังนี้
 เปิดใช้ในรถยนต์ขณะเดินทาง ควรมีเสาอากาศภายนอก สายต่อที่จุดบุหรี่ และแท่นติดตั้งในรถยนต์
 ใช้ต่อกับเครื่อง Notebook ในรถยนต์ ควรมีสารต่อเข้า PC และที่จุดบุหรี่ในตัวเดียวกัน
 ใช้ในขณะขับขี่จักรยาน ควรมีแท่นติดตั้งบนมือจับจักรยาน
 โหลดข้อมูล/แผนที่ขึ้น-ลง PC ควรมีสายต่อเข้า PC และซอฟต์แวร์แผนที่ทั่วโลก โดยนำค่า X,Y,Z ที่ได้นำเข้าสู่โปรแกรม GIS เช่น ARCVIEW เป็นต้น
 ในกรณีที่ไม่มีสายโหลดหรือต้องการบันทึกรายละเอียดเฉพาะตำแหน่งสำคัญที่ต้องการ (Waypoint) สามารถจัดเตรียมตารางบันทึกตำแหน่ง พร้อมรายละเอียดของข้อมูลภาคสนามได้เช่นกัน ดังตัวอย่างตาราง

รูปที่ 5 แสดงตัวอย่างการนำเข้าข้อมูล GPS สู่โปรแกรม ARCVIEW


รูปที่ 6 แสดงตัวอย่างสร้างตำแหน่งในโปรแกรม ARCVIEW


รูปที่ 7 แสดงตัวอย่างผลลัพธ์ในโปรแกรม ARCVIEW พร้อมกับการเชื่อมโยงภาพจากภาคสนาม


ระบบ GPS แบบ Tracking คือระบบติดตามยานพาหนะหรือระบบติดตามบุคคล ในปัจจุบันได้มีการนำ Tracking GPS มาใช้อย่างแพร่หลาย สำหรับการนำมาใช้งานในภาคธุรกิจ การติดตั้ง Tracking GPS เป็นเรื่องง่ายมาก เพียงแค่ติดตั้งกล่องดำ GPS ในรถขององค์กรแค่นี้ เราก็สามารถตรวจสอบได้แล้วว่ารถคันดังกล่าวอยู่ที่ตำแหน่งใด โดยตรวจสอบผ่านจอ Computer
GPS แบบ Tracking เป็นเทคโนโลยีที่ถูกพัฒนาขึ้นเพื่ออำนวยความสะดวกแก่มนุษย์ ในองค์กรและหน่วยงานต่างๆที่มีความต้องการการบริหาร พนักงานและยานพาหนะในองค์กร ให้ทำงานไปอย่างมีประสิทธิภาพทำงานระบบ GPS แบบ Tracking เข้ามามีบทบาท ในการตรวจสอบพฤติกรรม และในการวัดผลต่างๆ ด้วยเหตุว่ามีความรวดเร็วและถูกต้อง แม่นยำ ของระบบติดตามยานพาหนะหรือ GPS แบบ Tracking จะทำให้ผู้ดูแลระบบสามารถทราบพฤติกรรมของพนักงาน เสมือนอยู่กับเขาตลอดเวลา


1. ทราบถึงปัจจุบัน สถานะต่างๆ ของสิ่งที่เราติดตามไม่ว่าจะเป็นคน หรือยานพาหนะ ซึ่งเป็นข้อมูลที่สำคัญ เช่นตำแหน่งในปัจจุบัน
2. ทราบถึงอดีตรายงานย้อนหลัง หลายๆ อย่างในระบบยานพาหนะได้ เช่นการคำนวณการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงต่อวัน ระยะทางที่วิ่งต่อวัน เนื่องจากทั่วไป ระบบ Tracing GPS ส่วนใหญ่จะมีรายงานย้อนหลัง เพื่อใช้ในการวิเคราะห์สำหรับผู้ดูแลระบบ
3. เพิ่มความปลอดภัยในการขนส่ง เนื่องจากในหลายๆ ผู้ผลิต Tracking GPS เราสามารถทราบตำแหน่ง และความเร็วของยานพาหนะเราในปัจจุบันได้ ทำให้สามารถเตือนผู้ขับขี่ได้ เมื่อมีพฤติกรรมเสี่ยงต่อการประสบอุบัติเหตุ บางผู้ผลิตสามารถมีระบบแจ้งเตือนอัตโนมัติมายังผู้ควบคุมและไปยังพนักงานขับรถได้โดยทันที ที่มีปัจจัยเสี่ยงตามเงื่อนไข เช่น วิ่งเร็วเกินที่กำหนด หรือวิ่งออกนอกเส้นทางที่วางแผนไว้
4. วางแผนเส้นทางทำงานล่วงหน้า ผู้ผลิต Tracking GPS บางราย ระบบสามารถวางแผนงานไว้ล่วงหน้าก่อนการเดินทางจะมาถึง และระบบสามารถวิเคราะห์แจ้งเตือน เมื่อมีการทำงานนอกแผนที่วางไว้
5. ลดการทุจริต ผู้ผลิต Tracking GPS บางราย ระบบติดตามยานพาหนะสามารถตรวจสอบระดับน้ำมันเชื้อเพลิง และสรุปการจอดยานพาหนะทั้งหมดได้ ซึ่งข้อมูลอย่างดีในกรณี การขโมยน้ำมันเชื้อเพลิง หรือแอบขายอะไหล่ได้


ประเภทของ GPS แบบ Tracking สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทดังนี้
1. GPS Tracking แบบ Off line เป็นการนำเทคโนโลยี GPS มาผสมกับหน่วยความจำ (Memory) ซึ่งจะทำให้ผู้ดูแลระบบ สามารถทราบอดีตของข้อมูลยานพาหนะที่ติดตามโดยมีหลักการทำงานดังนี้



รูปที่ 8 แสดงระบบการทำงาน Off line tracking GPS system

a. อุปกรณ์ GPS Tracking แบบ Off line จะรับข้อมูลตำแหน่งยานพาหนะ GPS และข้อมูล Sensor อื่นๆ ภายในรถเช่น ระดับน้ำมันเชื้อเพลิง, ปริมาณระดับความร้อนของเครื่องยนต์, สัญญาณการติดเครื่องยนต์, สัญญาณการเปิดเครื่องปรับอากาศ, สัญญาณการเปิดตู้สินค้า, ซึ่งการรับข้อมูลต่างๆ จากยานพาหนะนี้ จะถูกจัดเก็บตลอดการทำงาน
b. ข้อมูลทั้งหมดจะถูกจัดเก็บในหน่วยความจำ (Memory) ภายในอุปกรณ์โดยปกติจะสามารถเก็บไว้ได้เป็นเวลาหลายๆ วัน
c. เมื่อยานพาหนะกลับมาถึงบริษัท ผู้ดูแลระบบ GPS Tracking แบบ Off line ก็จะนำข้อมูลที่เป็นอุปกรณ์เก็บไว้ตลอดระยะเวลาเดินทาง มาเก็บไว้ใน Computer ซึ่งโดยเทคโนโลยีปัจจุบันสามารถทำได้หลายวิธีเช่น เดินไปหยิบ Memory ไปเสียบเข้ากับ Computer ได้โดยตรง, มีอุปกรณ์วิทยุรับ-ส่งข้อมูลมายัง Computer ที่มีเครื่องรับ โดยส่วนใหญ่จะไม่ไกลกันมากนัก
d. เมื่อข้อมูลในอดีตของยานพาหนะถูกเก็บเข้าระบบ Computer เราก็สามารถนำข้อมูลมาใช้งานได้ เช่น ดูการเดินรถย้อนหลัง และรายงานอื่นๆ
2. GPS Tracking แบบ On line เป็นอีกขั้นหนึ่งของเทคโนโลยี GPS คือมีการนำเอาระบบกำหนดตำแหน่งของโลก GPS มารวมกับระบบโครงข่ายสื่อสาร เช่น วิทยุ, SMS, GPRS ซึ่งเป็นการพัฒนาต่อยอดจากระบบ Off line ทำให้ระบบ GPS Tracking แบบ On line สามารถแสดงตำแหน่งยานพาหนะในปัจจุบันได้ทันที เป็นการอำนวยความสะดวกแก่ผู้ดูแลระบบอย่างมาก โดยมีหลักการทำงานดังนี้
รูปที่ 9 แสดงระบบการทำงาน Off line tracking GPS system

a. อุปกรณ์ GPS Tracking แบบ On line จะรับข้อมูลตำแหน่งยานพาหนะ GPS และข้อมูล Sensor อื่นๆ ภายในรถเช่น ระดับน้ำมันเชื้อเพลิง, ปริมาณระดับความร้อนของเครื่องยนต์, สัญญาณการติดเครื่องยนต์, สัญญาณการเปิดเครื่องปรับอากาศ, สัญญาณการเปิดตู้สินค้า, ซึ่งการรับข้อมูลต่างๆ จากยานพาหนะนี้ จะถูกจัดเก็บตลอดการทำงาน
b. ข้อมูลทั้งหมดจะถูกจัดเก็บในหน่วยความจำ (Memory) ภายในอุปกรณ์โดยปกติจะสามารถเก็บไว้ได้เป็นเวลาหลายๆ วัน
c. ข้อมูลจะถูกส่งออกจากอุปกรณ์ไปยัง Server กลาง ในทันที โดยไม่ต้องรอให้ยานพาหนะกลับมายังบริษัท โดยโครงข่ายสื่อสารเช่น วิทยุ, SMS แต่ที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากคือ ระบบ GPRS (General Package Radio Service) เพราะสามารถส่งข้อมูลได้ในปริมาณมากๆ โดยที่มีค่าใช้จ่ายที่ไม่สูงนัก
d. ผู้ดูแลระบบสามารถดูข้อมูลของรถในปัจจุบัน และในอดีตได้ และสามารถนำมาวิเคราะห์ได้โดยทันที



แหล่งที่มาของข้อมูล: http://www.global5thailand.com/thai/gps.htm
>>

ระบบการสื่อสารผ่านดาวเทียม (Satellite Communication System)

2:48 AM // by Boonnarat // // 0 comments
ความเป็นมาเบื้องต้นของระบบดาวเทียม
การสื่อสารผ่านดาวเทียมนับว่าเป็นวิธีการส่งข้อมูลข่าวสารในปัจจุบันที่นิยมกันมาก ซึ่งอำนวยความสะดวกในการใช้งานได้อย่างกว้างขวาง และรวดเร็วเป็นการสื่อสารที่วิวัฒนาการมาจากการสื่อสารแบบไมโครเวฟ ในช่วงแรกๆ ดาวเทียมได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นมาเพื่อใช้ในด้านการทหากและพัฒนามาใช้ทางด้านการพยากรณ์อากาศ การค้นหาทรัพยากรธรณี และการสื่อสารคือ ดาวเทียมสื่อสาร ที่ใช้ในวงการระบบโทรทัศน์ ดาวเทียมสื่อสารที่ถูกส่งไปครั้งแรกในปี พ.ศ. 2508 โดยองค์การโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (International Telecommunications Satellite Organization) หรือเรียกย่อว่า INTELSAT

ระบบการสื่อสารผ่านดาวเทียม (Satellite Communication System)
ดาวเทียมสื่อสารมีต้นกำเนิดมาจากความคิดของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ชื่อ อาร์เธอร์ ซี.คลาร์ก (Arthur C. Clarke) ซึ่งเขียนบทความเรื่อง “Extra Terrestrial Relays ” ลงในนิตยสาร Wireless World เมื่อ พฤษภาคม ค.ศ.๑๙๔๕ โดย อาร์เธอร์ ซี.คลาร์ก ได้เสนอแนวความคิดในการติดต่อสื่อสารรอบโลก โดยใช้สถานีถ่ายทอดสัญญาณในอวกาศที่ความสูงระยะประมาณ ๔๒,๐๐๐ กิโลเมตร จากจุดศูนย์กลางโลก โดยมีความเร็วเท่ากับความเร็วที่โลกหมุนรอบตัวเอง ๑ รอบ และใช้เพียง ๓ สถานีก็จะครอบคลุมพื้นที่รอบโลกทั้งหมด ซึ่งตรงกับหลักการของดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า (GEO Stationary Orbit)ในเวลาต่อมา


รูปที่ ๑ แสดงดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจากแนวความคิดของอาร์เธอร์ ซี.คลาร์ก (Arthur C. Clarke)

ดาวเทียมแบ่งเป็นประเภทใหญ่ๆได้ ๕ ประเภท ดังนี้
๑. ดาวเทียมระหว่างประเทศ (International Communication Satellite)เป็นดาวเทียมที่ใช้ในกิจการโทรคมนาคมระหว่างประเทศ เช่น ดาวเทียม INTELSAT
๒. ดาวเทียมภายในประเทศหรือภูมิภาค (Domestic and regional Satellite) เป็นดาวเทียมที่ใช้ภายในแต่ละประเทศหรือภายในกลุ่มประเทศใกล้เคียงในภูมิภาคเดียวกัน เช่น ดาวเทียม PALAPA ของอินโดนีเซีย, ASIASAT ของฮ่องกง, THAICOM ของไทย เป็นต้น
๓. ดาวเทียมทางทหาร (Military Communication Satellite) เป็นดาวเทียมเพื่อใช้ในทางทหารโดยเฉพาะปกติใช้ย่านความถี่ X- band (๘/๗ GHz) เช่น ดาวเทียม DSCS( Defense Satellite Communication System) ของสหรัฐอเมริกาที่ใช้ในการสื่อสารทางทหารทั่วโลก เป็นต้น
๔. ดาวเทียมสำหรับการส่งโทรทัศน์และความมุ่งหมายพิเศษ ( Broadcast and Special purpose satellite)เป็นดาวเทียมที่ออกแบบมาใช้ทั้งภายในประเทศและภูมิภาค เพื่อส่งสัญญาณโทรทัศน์กำลังสูงมายังจานสายอากาศรับสัญญาณขนาดเล็กของผู้ชมจำนวนมาก นิยมใช้ย่านความถี่KU- band ส่วนดาวเทียมที่ใช้ในความมุ่งหมายพิเศษ เช่น MARISAT หรือ INMARSAT ในปัจจุบันใช้ในการนำทาง ( Navigation ) ติดต่อกับยานพาหนะเคลื่อนที่ทางบก ทางเรือ,และทางเครื่องบิน ดาวเทียม NAVSTAR GPS เพื่อกำหนดตำแหน่ง
๕. ดาวเทียมเพื่อการทดลอง (Experimental Satellite) เป็นดาวเทียมที่ใช้ในการทดลองต่างๆ


วงโคจรดาวเทียม (Satellite Orbit) สามารถแบ่งได้ดังนี้
๑. ดาวเทียมแบ่งตามเส้นทางวงโคจรได้ ๓ แบบ คือ วงโคจรตามแนวเส้นศูนย์สูตร (Equatorial Orbit), วงโคจรเฉียง (Inclined Orbit) ทำมุมกับเส้นศูนย์สูตรและวงโคจรขั้วโลก (Polar Orbit) ตามแนวขั้วโลกเหนือใต้
๒. การแบ่งประเภทตามรูปร่างตามลักษณะวงโคจร ยังแบ่งได้เป็น ๒ ลักษณะ คือ วงโคจรวงกลม (Circular Orbit) ซึ่งระยะความสูงจากพื้นโลกใกล้เคียงกันโดยตลอด และวงโคจรรี (Elliptical Orbit) ซึ่งความสูงจกพื้นโลกต่างกันมากโดยระยะห่างจากโลกมากที่สุด เรียก Apogee และระยะห่างจากโลกใกล้สุดเรียก Perigee
๓. แบ่งประเภทตามความสูงของวงโคจร ได้ ๓ แบบ คือ ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า (GEO Synchronous หรือ GEO Stationary Orbit: GEO) อยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ ๒๒,๓๐๐ ไมล์ หรือ ๓๖,๐๐๐ กม.,ดาวเทียมวงโคจรต่ำ (Low – Earth Satellite: LEO) ความสูงต่ำกว่า ๑,๒๕๐ไมล์,ส่วนดาวเทียมวงโคจรปานกลาง (Medium – Earth Satellite: MEO)จะอยู่ระหว่างความสูงของวงโคจร LEO กับวงโคจร GEO สำหรับวงโคจรที่นิยมใช้ในการสื่อสารมี ๓ วงโคจร ซึ่งปัญหาที่พบเกี่ยวกับวงโคจรดาวเทียมนั้นเกิดจาก ในปัจจุบันมีดาวเทียมเป็นจำนวนมากในอวกาศ ทำให้ ตำแหน่งอาจทับซ้อนกันโดยเฉพาะดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า ดังนั้น ITU จึงกำหนดให้ดาวเทียมประเภทนี้มีตำแหน่งในวงโคจรให้ห่างกันอย่างน้อย ๒ องศา เพื่อไม่ให้สัญญาณรบกวนกัน สำหรับประเทศไทยได้ถูกกำหนดให้อยู่ใกล้กับจีน ITU (International Telecommunication Union) ได้กำหนดรูปแบบการให้บริการดาวเทียม เป็น ๒ แบบ ได้แก่


๑. ดาวเทียมสำหรับผู้ใช้บริการประจำที่ (Fixed Satellite Service: FSS) ได้แก่ สถานีภาคพื้นดินที่ จานดาวเทียมติดตั้งประจำที่ สามารถพบเห็นได้ในกิจการทั่วไป ดาวเทียมหลักที่ให้บริการแบบนี้ เช่น INTELSAT, EUTELSAT, THAICOM เป็นต้น
๒. ดาวเทียมสำหรับผู้ใช้บริการเคลื่อนที่ ( Mobile Satellite Service: MSS) ได้แก่ดาวเทียมที่ใช้สถานีดาวเทียมภาคพื้นดินติดตั้งอยู่บนยานพาหนะบนบก เรียกดาวเทียม LMS ( Land Mobile Satellite), ติดตั้งอยู่บนเครื่องบินเรียกดาวเทียม AMS(Airborne Mobile Satellite) หรือติดตั้งบนเรือดาวเทียมที่ให้บริการแบบนี้เช่น INMARSAT เป็นต้น
นอกจากนี้ ITU ได้จัดสรรและควบคุมการใช้ความถี่ในกิจการต่างๆทั้งในประเทศ และระหว่างประเทศ เพื่อไม่ให้เกิดการซับซ้อนและรบกวนกัน ความถี่ที่ใช้กับดาวเทียมจะใช้หลักการเรียกชื่อคล้ายกับที่ใช้ในเรดาร์และไมโครเวฟ แต่ความถี่ใช้งานอาจแตกต่างกันบ้างตามภารกิจและวิธีการใช้ความถี่ เช่น L-band, C-band, Ku-band, X-band, Ka –band เป็นต้น ความถี่ที่นิยมใช้กันมากคือย่าน C-band สัญญาณย่านขาขึ้น (Uplink) ใช้ย่านความถี่ ๖ GHz และสัญญาณขาลง (Downlink) ใช้ย่านความถี่ ๔ GHz จึงนิยมเรียกว่า ๖/๔ GHz ความถี่ C-band นี้อาจรบกวนกับการสื่อสารผ่านคลื่นไมโครเวฟบนภาคพื้นดินได้ง่าย อีกความถี่ที่ใช้งานมากคือ  Ku-bandใช้ความถี่ขาขึ้น ๑๒- ๑๔ GHz และความถี่ขาลง ๑๑ –๑๒ GHzโดยประมาณซึ่งนิยมใช้ในกิจการส่งสัญญาณโทรทัศน์โดยตรง (Direct Broadcast System: DBS) แต่มีข้อเสียหลักคือ สัญญาณจะถูกลดทอนกำลังจากเม็ดฝนค่อนข้างมาก ความถี่ย่าน X –band (๘/๗ GHz) ใช้ในกิจการทหารส่วนความถี่ย่าน Ka-band (๔๐/๒๐ GHz) มีแนวโน้มจะนำมาใช้มากในอนาคตเพื่อแก้ปัญหาความแออัดของความถี่ใช้งาน เช่น โครงการ IP-Star ของบริษัท ไทยคม
สำหรับความกว้างของแถบความถี่ (Bandwidth) การใช้งานปกติ C-band กว้าง ๕๐๐MHz โดยทั่วไปแบ่งได้ ๑๒ ช่อง ดาวเทียม (Transponder) กว้างช่องละ ๔๐ MHz ซึ่งเพียงพอในการส่งสัญญาณโทรทัศน์ได้
๑ ช่อง หรือส่งสัญญาณเสียงอนาล็อกได้ ๑๕๐๐ ช่องการสื่อสาร หรือสัญญาณโทรทัศน์ข้อมูลขนาด ๕๐ – ๑๐ เมกกะบิท (Megabit)ได้ ความกว้างของแบนด์อาจกว้างขึ้นได้ถึง ๑ GHz หรือ ๒ GHz เช่นในย่านความถี่ EHF (Ka-band) ที่จะนำมาใช้ในอนาคต โดยทั่วไปดาวเทียมแต่ละดวงจะถูกจำกัดด้วยความกว้างของความถี่ใช้งาน (Bandwidth) เช่น ย่านความถี่ C-band ซึ่งกว้าง ๕๐๐ MHz แบ่งได้ ๑๒ ทรานสพอนเดอร์(Transponder) ขนาดกว้าง ๔๐๐ MHz การทำให้ดาวเทียมสามารถใช้งานได้มากขึ้นเรามีเทคนิคที่เรียกว่า ความถี่ซ้ำ (Frequency Re-use) ซึ่งมีเทคนิคหลักๆอยู่ ๒ วิธี ( Batchelor: ๑๙๙๒,๙-๑๐ ) ต่อไปนี้

๑. ใช้เทคนิค Spatial Isolation คือ การใช้จานสายอากาศเป็นตัวแยกลำคลื่น (beam) ให้ครอบคลุมพื้นที่ต่างกัน เช่น ถ้าปกคลุมครึ่งโลก เรียก Hemispheric beam, ครอบคลุมเฉพาะย่านหรือภูมิภาคเรียก Zone beam หรือครอบคลุมเป็นจุดเฉพาะแห่งเรียก Spotbeam เป็นต้น สถานีภาคพื้นดินที่อยู่ในพื้นที่ครอบคลุมของสัญญาณคนละลำคลื่นไม่มีการเหลื่อมกัน จะสามารถตืดต่อได้พร้อมกันโดยไม่มีการรบกวนกัน
๒. ใช้เทคนิคแยกขั้วสัญญาณการแพร่กระจายคลื่น (Polarization) ซึ่งปกติจะแยกเป็นการแพร่กระจายคลื่นในแนวนอน (Horizontal Polarization) การแพร่กระจายคลื่นในแนวตั้ง (Vertical Polarization) หรือ การแพร่กระจายคลื่นเป็นวงกลม ( Circular Polarization )ซึงอาจแยกเป็นวงกลมเวียนขวา ( Righthand Circular Polarization: RHCP ) หรือ เวียนซ้าย (Lefthanded Circular Polarization: LHCP) สถานีที่ใช้ขั้วการแพร่กระจายคลื่นต่างกัน แม้จะใช้ความถี่เดียวกันก็จะไม่รบกวนกัน เช่นในดาวเทียม INTELSAT ๖ จะมีการใช้ความซ้ำถึง ๖ ค่า (ไพศาล วิมูลชาติ ๒๕๓๙: ๑๙ – ๓๓)

เทคนิคการเข้าถึงหลายทาง (Multiple Access Technique)
เนื่องจากทรัพยากรด้านดาวเทียมเป็นทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัด เช่น จำนวนดาวเทียมในวงโคจรค้างฟ้าที่มีอยู่ ๓๖๐ องศา ห่างกัน ๒ องศาเป็นอย่างน้อย จึงดาวเทียมเพียงประมาณ ๑๘๐ ดวงเท่านั้น นอกจากนี้
ทรานสปอนเดอร์ (Transponder) ที่ใช้งานในดาวเทียมแต่ละดวงก็มีจำกัด แม้จะใช้หลักการความถี่ซ้ำเข้าช่วยแล้ว จึงต้องพัฒนาเทคนิคการเข้าถึงหลายทางเพื่อให้สามารถเข้าไปใช้งานช่องดาวเทียมได้อย่างเต็มที่ และให้ผู้ใช้เข้าใช้ ทรานสปอนเดอร์ (Transponder) ดาวเทียมเดียวกันพร้อมกันได้มากมายโดยไม่รบกวนกันปัจจุบันมีเทคนิคที่นิยมใช้กันอยู่ ๓ แบบ คือ

๑. การเข้าถึงหลายทางแบบแบ่งความถี่ (Frequency Division Multiple Access: FDMA ) ผู้ใช้แต่ละรายจะได้รับการจัดสรรช่องความถี่มาให้แม้ช่องความถี่ว่างไม่มีผู้ใช้งาน ผู้อื่นก็ไม่สามารถเข้ามาใช้งานได้ซึ่งเป็นข้อจำกัดประการหนึ่ง แต่ก็มีใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากหลักการง่ายคือ สถานีภาคพื้นดินที่อยู่ในข่ายสื่อสารดาวเทียมจะทำการส่งคลื่นพาห์หนึ่งคลื่น หรือ หลายคลื่นความถี่ในทรานสปอนเดอร์ (Transponder) ใดทรานสปอนเดอร์ (Transponder) หนึ่ง คลื่นพาห์แต่ละคลื่นจะประกอบด้วยแถบความถี่ทีมีความกว้างตามที่กำหนดในกิจการนั้นๆ เช่น ใช้ความกว้างของแบนด์ ๓๖ KHz สำหรับการส่งแบบ SCPC (Single Carrier Per Channal) หรือกว้าง ๓๐ MHz สำหรับการส่งสัญญาณโทรทัศน์ ทรานสปอนเดอร์ (Transponder) บนดาวเทียมจะรับสัญญาณ แล้วขยายและแปลงความถี่สัญญาณนั้นส่งกลับมายังสถานีภาคพื้นโลกสถานีภาคพื้นดินที่อยู่ภายใต้พื้นที่ที่สัญญาณครอบคลุม จะเลือกรับเฉพาะคลื่นพาห์ที่นำข่าวสารมาถึงตนเท่านั้น ปัญหาสำคัญสำหรับการเข้าถึงแบบ FDMA คือ การเกิด Intermodulation ภายใน เนื่องจากต้องใช้กำลังขยายสูงสุดเกิดเป็นคลื่นที่ไม่ต้องการไปรบกวนสถานีภาคพื้นดินปกติ FDMA ที่ใช้หลักๆมีระบบ SCPC (Single Carrier Per Channel) และ MCPC (Multiple Carrier Per Chanel)



รูปที่ ๒ ภาพแสดงการใช้ช่องการสื่อสารร่วมกันโดยใช้เทคนิค FDMA
๒. การเข้าถึงหลายทางแบบแบ่งเวลา ( Time Division Multiple Access : TDMA ) ผู้ใช้จำนวนมากสามารถใช้ช่องสัญญาณความถี่ร่วมกันได้ แต่จะส่งข้อมูลเฉพาะช่วงเวลาที่ได้รับการจัดสรรมาให้เท่านั้น วิธีการ คือ ทุกสถานีในข่ายการสื่อสารดาวเทียมจะใช้ความถี่คลื่นพาห์เดียวกัน ในการส่งสัญญาณแบต่างๆผ่าน ทรานสปอนเดอร์ (Transponder) ใด ทรานสปอนเดอร์ (Transponder) หนึ่ง ทุกสถานีที่ใช้ทรานสปอนเดอร์ (Transponder) ร่วมกันจะสื่อสารกันได้เฉพาะช่วงเวลาที่กำหนดให้เท่านั้นหรือ อาจเรียกได้ว่าเป็นการแบ่ง TIME SLOT มาให้ ดังนั้นแต่ละสถานีจึงต้องมีการเข้าจังหวะ ( Synchronization ) กันเป็นอย่างดีเพื่อให้ข้อมูลไปถึง ทรานสปอนเดอร์ (Transponder) ไม้ซ้ำเวลากันโดยจะมีการเว้นช่องว่างเวลาตามที่กำหนด ทำให้ทุกสถานีภาคพื้นดินสามารถใช้แถบคลื่นความถี่และกำลังขยายในทรานสปอนเดอร์ (Transponder) นั้นได้อย่างเต็มที่ เนื่องจากทรานสปอนเดอร์ (Transponder) ขยายสัญญาณครั้งละสถานีจึงไม่เกิดการ Intermodulation TDMA เป็นการเข้าถึงที่เหมาะกับการใช้งานในระบบดิจิตอลที่มีสถานีใช้งานร่วมกันจำนวนมาก และสามารถใช้กำลังสูงสุดได้แต่ข้อเสียประการสำคัญคือ การเข้าจังหวะ ( Synchronization ) ต้องมีการะเวลา (Timing) อย่างแม่นยำและเที่ยงตรง ประสิทธิภาพจึงถูกลดทอนไปจากการส่งสัญญาณเข้าจังหวะนี้ จึงเหมาะสำหรับการสื่อสารขนาดใหญ่
รูปที่ ๓ ภาพแสดงการใช้ช่องการสื่อสารร่วมกันโดยใช้เทคนิค TDM

๓. การเข้าถึงหลายทางแบบสุ่ม (Random Multiple Access : RMA) หรือ แบบแบ่งรหัส (Code Division Multiple Access: CDMA) สถานีภาคพื้นดินใช้ความถี่ร่วมกันและจะส่งเวลาใดก็ได้โดยใช้ช่องสัญญาณร่วมกันหลายสถานีโดยผู้รับสามารถแยกแยะข้อมูลที่ส่งมาถึงตนได้ เนื่องจากมีรหัส (Code) เป็นของตนเอง วิธีการเข้าถึงหลายทางแบบแบ่งรหัสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ Spread Spectrum Multiple Access : SSMA วิธีนี้ผู้ใช้แต่ละรายจะถูกกำหนดให้ใช้ Code sequence ไม่ซ้ำกัน ซึ่งเมื่อปรุงคลื่นกับคลื่นพาห์ไปพร้อมกับข้อมูลดิจิตอลแล้วส่งไปในช่องสัญญาณที่ผู้ใช้ทุกรายใช้ร่วมกัน การที่ Multiple Access : TDMA ) มีความยาวมาก และ Code symbols / data symbols มีค่าสูงมีผลทำให้ความกว้างของแถบคลื่นสัญญาณที่ใช้ขยายกว้างขึ้นจึงเรียกว่า การแผ่ขยายแถบคลื่นความถี่ ( spread spectrum ) อัตราส่วนระหว่างความกว้างของแบนด์ของสัญญาณที่ส่งออกไป (transmitted signal bandwidth)  ต่อความหกว้างของแบนด์ของข่าวสาร (message signal bandwidth) เราเรียก GP ซึ่ง GP จะเป็นตัวบ่งบอกอัตราขยายการประมวลผล (Processing Gain) ของระบบ SSMA - CDMA ด้วยเหตุที่ผู้ใช้แต่ละรายจะถูกระบุ Code sequence โดยวิธีสุ่มจึงเรียกว่า การเข้าถึงหลายทางแบบสุ่ม (RMA) (ทักษิณ ทัศนา ๒๕๓๕, ๙ – ๑๓)
นอกจากเทคนิคการเข้าถึงหลายทาง (Multiple Access) ยังมีแบบแผนการแบ่งมอบ (Assignment Schemes ) ที่นำมาใช้ร่วมกับเทคนิคการเข้าถึงหลายทาง อีก ๒ แบบ ที่นิยมกันแพร่หลายคือ แบบแบ่งมอบล่วงหน้า (Pre Assignment) และ การแบ่งมอบตามความต้องการ (Demand Assignment)


๑. การแบ่งมอบล่วงหน้า (Pre Assignment) นำมาใช้กันมากในการส่งสัญญาณเสียง โดยมีหลักการเบื้องต้นว่า จะจัดสรรความถี่หรือช่วงเวลาให้กับสถานีคู่ใดคู่หนึ่ง เพื่อใช้ในการติดต่อกันไม่ว่าจะมีการส่งข่าวสารหรือไม่ ช่วงเวลาหรือความถี่นั้นจะสงวนไว้สถานีอื่นไม่สามารถนำไปใช้งานได้ จะมีประโยชน์ในข่ายการเก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์ที่มีการเรียกเก็บข้อมูลสม่ำเสมอระหว่างสถานีต่างๆเป็นระบบการแบ่งมอบที่ง่าย แต่ข้อเสียคือ ระบบการสื่อสารจะขาดการอ่อนตัว เกิดการสูญเปล่าของช่องสัญญาณ จึงไม่เหมาะในการนำไปใช้ในข่ายการสื่อสารที่มีข้อมูลเปลี่ยนแปลงขึ้นลงอย่างมาก แต่จะมีประโยชน์ที่สามารถตอบสนองการใช้งานได้ทันที ถ้าแบ่งมอบกการใช้งานล่วงหน้าถาวร ผู้ใช้ต้องมีปริมาณการส่งข้อมูลจึงจะมีประสิทธิภาพ
๒. การแบ่งมอบตามความต้องการ (Demand Assignment: DA) ระบบนี้ไม่มีการจัดสรรความถี่หรือช่วงเวลาถาวร จะแบ่งมอบเมื่อต้องการใช้งานเท่านั้น ซึ่งจะกระทำเมื่อมีคำขอจองสัญญาณล่วงหน้าผ่านช่องสัญญาณร่วม จึงต้องมีสถานีกลางไม่น้อยกว่า ๑ สถานีคอยควบคุมการแบ่งมอบสัญญาณตามคำขอ
วิธีกำหนดหน้าในข่าย SCPC ของสถานี VSAT สถานีจะใช้คลื่นพาห์ที่ได้รับการแบ่งมอบล่วงหน้าส่งข่าวไปยังสถานีกลาง (Substation) แล้วส่งต่อไปยังปลายทางอีกความถี่หนึ่ง ทำให้สถานี VSAT ไม่ต้องมีอุปกรณ์แปลงความถี่ต้นทุนถูกลง แต่ถ้าเป็นการแบ่งความถี่ตามต้องการ (DA) สถานี VSAT จะถูกแบ่งมอบความถี่ใดความถี่หนึ่งในข่ายมาให้ก็ได้ สถานี VSAT จะต้องมีอุปกรณ์แปลงความถี่ให้ตรงกับที่แบ่งมอบ จึงทำให้ราคาสูงขึ้น แต่ข้อดีคือใช้ประโยชน์ทรานสปอนเดอร์ (Transponder)ได้สูงสุด คุ้มค่าและมีประสิทธิภาพ
นอกจากนี้ยังมีเทคโนโลยีใหม่ในการเข้าถึง คือ Frequency and Time Division Multiple Access (FTDMA) เป็นเทคโนโลยีแบบหนึ่งในการเชื่อมต่อ (Access Scheme) สัญญาณดาวเทียมระหว่าง ดาวเทียมสื่อสาร (Communication Satellite) และสถานีดาวเทียมภาคพื้นดิน (VSAT - Very Small Aperture Antenna) เทคโนโลยีนี้ได้รับการยอมรับจากผู้เชี่ยวชาญด้านระบบสื่อสัญญาณผ่านดาวเทียมทั่วโลกว่า เป็นระบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพในการเชื่อมต่อสัญญาณดาวเทียมสูงกว่าเทคโนโลยีเดิม คือ TDMA และ SCPC (FDMA) ในอดีต การเชื่อมต่อสัญญาณดาวเทียมมีการใช้เทคโนโลยีดั้งเดิมที่เรียกว่า SCPC (Single Channel Per Carrier) ซึ่งเป็นการจัดสรรความถี่ (Frequency Division) ดังรูป เพื่อเชื่อมต่อสัญญาณดาวเทียมแบบง่ายๆ โดยจัดสรรความถี่ที่คงที่ให้สถานีภาคพื้นดินติดต่อกัน แต่ประสิทธิภาพการใช้วงจรดาวเทียม (Transponder) ต่ำมาก ส่งผลให้มีการสิ้นเปลืองการใช้วงจรดาวเทียม (Transponder)

รูปที่ ๔ เทคโนโลยี SCPC

ต่อมา เทคโนโลยี TDMA (Time Division Multiple Access) ได้ถูกนำมาใช้โดยมีการจัดสรรเวลา (Time Division) ดังแสดงในรูปที่ ๒ ให้เป็นหลักในการเชื่อมต่อสัญญาณดาวเทียมโดยสถานีภาคพื้นดินติดต่อถึงกันภายในความถี่ที่คงที่แต่มีการสลับช่วงเวลาในการติดต่อ ซึ่งช่วยให้ประสิทธิภาพในการใช้งานดีขึ้นบ้าง ส่งผลให้การสิ้นเปลืองการใช้วงจรดาวเทียมลดลง แต่ไม่สามารถลดปัญหาที่เกิดจากการรบกวนอย่างรุนแรงของคลื่นความถี่ (Harmful Interference) จากดาวเทียมดวงอื่น

รูปที่ ๕ เทคโนโลยี TDMA
FTDMA (Frequency & Time Division Multiple Access) (ข้อมูลจาก บริษัท Gilat ประเทศไทย จำกัด, ๒๕๔๗) เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ได้รับการพัฒนาโดยการนำ เทคโนโลยี TDMA ซึ่งใช้การจัดสรรเวลา (Time) และเทคโนโลยี FDMA ซึ่งใช้การจัดสรรความถี่ (Frequency) มาทำการผสมผสานกัน (Multiplexing) ดังแสดงในรูปที่ ..... ทำให้สถานีดาวเทียมภาคพื้นดินสามารถจัดสรรแบบสุ่มเวลาและความถี่ช่วงใดช่วงหนึ่งเพื่อเชื่อมต่อสถานีภาคพื้นดินเข้าหากันได้เองโดยอัตโนมัติ เทคโนโลยี FTDMA จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งานช่องสัญญาณดาวเทียมให้ดียิ่งขึ้น ส่งผลให้เกิดการประหยัดการใช้ช่องสัญญาณดาวเทียมได้มากกว่าเดิม นอกจากนี้ เทคโนโลยี FTDMA ช่วยลดปัญหาที่เกิดจากการรบกวนอย่างรุนแรงของคลื่นความถี่ (Harmful Interference) จากดาวเทียมดวงอื่น โดยการสุ่มเวลาและความถี่ที่ปราศจากการรบกวน แล้วจัดสรรให้แก่สถานีดาวเทียมภาคพื้นดินไปใช้งานโดยอัตโนมัติ

รูปที่ ๖ เทคโนโลยี FTDMA


เทคโนโลยี FTDMA ได้รับการยอมรับจากผู้ใช้ทั่วโลก เช่น US Postal Service ในประเทศสหรัฐอเมริกา จำนวน ๒๖,๐๐๐ แห่ง Global Village Telecom (GVT) ในประเทศโคลัมเบีย จำนวน ๔,๕๐๐ แห่ง Telkom SA ในประเทศแอฟริกาใต้ จำนวน ๓,๐๐๐ แห่ง Xinjiang PTA ในประเทศสาธารณรัฐประชาชนจีน จำนวน ๑,๐๕๐ แห่ง เป็นต้น
ดังนั้น เทคโนโลยี FTDMA จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายและได้พิสูจน์แล้วว่า FTDMA ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ช่องสัญญาณวงจรดาวเทียม (Transponder) ให้ประหยัดมากขึ้น อันเป็นการช่วยลดค่าใช้จ่ายในการเช่าช่องวงจรดาวเทียมให้แก่องค์กร การเชื่อมต่อสถานีภาคพื้นดินได้ง่ายและรวดเร็วยิ่งขึ้น รวมถึงการช่วยลดปัญหาที่เกิดจากการรบกวนอย่างรุนแรงของคลื่นความถี่จากดาวเทียมดวงอื่น

รูปที่ ๗ ภาพแสดงเครือข่าย VSAT ที่ใช้เทคนิคการเข้าถึงแบบ FTDMA

องค์ประกอบระบบสื่อสารดาวเทียม (Satellite System)
ในระบบการสื่อสารดาวเทียมจะมีองค์ประกอบหลัก ๓ ส่วน คือ ดาวเทียมอยู่ในอวกาศ, ระบบควบคุมและสั่งการ และสถานีดาวเทียมภาคพื้นดิน โดยมีการทำงานง่ายๆ ดังนี้ สถานีภาคพื้นดินจะส่งสัญญาณขาขึ้น (Uplink) กำลังส่งสูงผ่านจานสายอากาศไปยังจานสายอากาศไปยังจานสายอากาศและเครื่องบนดาวเทียม ทำการขยายสัญญาณ, แปลงความถี่ แล้วขยายให้กำลังสูงส่งผ่านจานสายอากาศเป็นสัญญาณขาลง (Downlink) มายังจานสายอากาศรับสถานีภาคพื้นดิน สถานีรับจะทำการขยายสัญญาณแล้วดำเนินกรรมวิธีนำข้อมูลต่างๆ ไปใช้งาน

ก. สถานีภาคพื้นดิน (Earth Station) ประกอบด้วยส่วนหลักๆ คือระบบจานสายอากาศ, ระบบการส่ง, ระบบการรับ และอุปกรณ์ช่องสัญญาณ โดยมีภาคย่อยที่สำคัญ คือ (ประสิทธิ์ ทีฆพุฒิ , ๑๐๐ – ๑๓๘)


๑) จานสายอากาศ (Antenna) ทำหน้าที่แพร่กระจายคลื่นสัญญาณขาขึ้นไปยังดาวเทียม และทำหน้าที่รับคลื่นสัญญาณขาลงมาเข้าเครื่องรับจานสายอากาศที่ดีต้องมีคุณสมบัติ อัตราขยายกำลังสูง, ลำคลื่น (Beamwidth) แคบ , ลำคลื่นข้าง (Sidelobe) ต่ำ, ค่า Noise Temperature ต่ำ และมีความเที่ยงตรงสูง สามารปรับทิศทางไปยังตำแหน่งดาวเทียมได้ตามต้องการ ปกตินิยมใช้สายอากาศแบบพาราโลลอยด์เป็นตัวสะท้อนสัญญาณ (Reflector) เพื่อให้รวมลำคลื่นได้แคบ ขนาดของจานสายอากาศโดยทั่วไปขึ้นกับความถี่ใช้งาน ความถี่ยิ่งสูงขนาดจานสายอากาศยิ่งเล็ก เช่น จานสายอากาศย่านความถี่ Ku-band จะเล็กกว่าย่านความถี่ C-band นอกจากนี้ยังขึ้นกับอัตราขยายกำลัง (Gain) ของสายอากาศ ถ้าต้องการอัตราขยายกำลังขยายสูง จานสายอากาศจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อให้สามารถติดตามตำแหน่งดาวเทียมได้แม่นยำ จะต้องมีระบบควบคุมการหันของจานสายอากาศทั้งทางมุมทิศ (Azimuth) และทางมุมสูง (Elevation) อย่างดี ค่า G/T หรือ Gain ต่อ Thermal noise จะเป็นตัวกำหนดคุณภาพของจานสายอากาศ
๒) ภาคขยายกำลังสูง (High Power Amplifier:HPA) ทำหน้าที่ขยายกำลังให้สูงก่อนส่งกำลังออกอากาศ อาจใช้หลอด Klystron, TWT (Travelling Wave Tube) หรือ Solid State เป็นภาคขยายกำลังก็ได้โดยหลอด Klystron จะให้กำลังขยายค่อนข้างสูงแต่ค่อนข้างยุ่งยากในการใช้งานแบบ Solid State ที่เรียกว่า SSPA (Solid State Power Amplifier) ให้กำลังขยายไม่สูงหนักแต่สะดวกในการใช้งาน ส่วนภาคขยายปานกลางและมีใช้งานมาพอสมควร
๓) ภาคขยายสัญญาณรบกวนต่ำ (Low Noise Amplifier: LNA) ทำหน้าที่ขยายสัญญาณกำลังต่ำมากๆ ที่เครื่องรับรับได้เพื่อให้มีกำลังพอที่จะนำมาใช้งาน โดยให้มีสัญญาณรบกวน ต่ำที่สุดซึ่งจะดูคุณสมบัติได้จากค่า Noise Temperature
๔) ภาคแปลงความถี่ขาขึ้น (Up Converter) และภาคแปลงความถี่ขาลง (Down Converter) ภาคแปลงความถี่ขาขึ้น ทำหน้าที่แปลงความถี่ IF ให้เป็นความถี่ RF ก่อนส่งอากาศ และภาคแปลงความถี่ IF เพื่อให้สะดวกในการขยายสัญญาณ
ข. ดาวเทียม (Satellite) ดาวเทียมมีส่วนประกอบที่สำคัญ คือ ระบบควบคุมตำแหน่งและวงโคจร, ระบบตรวจจับและสั่งการดาวเทียม (TT&C), ระบบจ่ายกำลังไฟฟ้า, ระบบสื่อสารของดาวเทียมและระบบสายอากาศดาวเทียม


๑) ระบบควบคุมตำแน่งและวงโคจรดาวเทียม ปกติจะประกอบด้วยมอเตอร์จรวดที่คอยทำหน้าที่ปรับเปลี่ยนวงโคจรดาวเทียม ให้อยู่ในวงโคจรถูกต้องเมื่อเกิดการคลาดเคลื่อน (Beam) มายังตำแหน่งบนพื้นโลกอย่างถูกต้อง ระบบการควบคุมตำแหน่งอาจใช้ตัวดาวเทียมหมุน ที่เรียกว่า spinners หรือ ใช้ Momentum wheels ช่วย วิธีหลังนี้นิยมใช้ในปัจจุบัน เพราะทำให้ลดขนาดแผงโซล่าเซลล์ลงได้ถึง ๑/๓ เท่า ส่วนระบบควบคุมวงโคจรนั้นเราใช้ Gas Jet ควบคุมวงโคจรให้อยู่ในระนาบเส้นศูนย์สูตร
๒) ระบบตรวจจับและสั่งการดาวเทียม (Telemetry, Tracking and Command:TT&C) ระบบนี้มีทั้งส่วนที่อยู่บนดาวเทียมและบนพื้นดินทำงานสัมพันธ์กัน โดย Telemetry จะส่งข้อมูลได้จากการตรวจจับ (Sensor) สัญญาณควบคุมต่างๆ บนดาวเทียม แล้วส่งกลับมายังสถานีภาคพื้นดิน ระบบ Tracking บนภาคพื้นดินจะติดตามดาวเทียมและรับสัญญาณจากระบบ Telemetry ส่งให้ระบบ Command นำเอาสัญญาณไปประมวลในระบบคอมพิวเตอร์เป็นสัญญาณสั่งการส่งไปยังดาวเทียม เพื่อปรับแก้ตำแหน่งวงโคจรและระบบควบคุมต่างๆ ในตัวดาวเทียมให้ถูกต้อง
๓) ระบบจ่ายกำลังไฟฟ้า ดาวเทียมทุกแบบได้รับพลังงานมาจากแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Cells) เพื่อนำไปใช้ในระบบสื่อสารของดาวเทียมโดยเฉพาะภาคส่งพลังงานที่เหลือจะนำไปใช้ในส่วนอื่นๆ ซึ่งเรียกว่า Housekeeping เพื่อสนับสนุนดาวเทียมให้ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ
๔) ระบบสื่อสารดาวเทียม เป็นส่วนประกอบหลักของดาวเทียมสื่อสารระบบอื่นเป็นเพียงส่วนสนับสนุนระบบนี้จะประกอบด้วยจานสายอากาศที่คอบรับส่งสัญญาณแบนด์กว้าง , ภาครับ-ส่ง และขยายกำลังของสัญญาณ ที่เรียกว่า Transponder ซึ่งเป็นหน่วยรับ-ส่งสัญญาณแต่ละช่องในตัวดาวเทียม
๕) ระบบสายอากาศ ระบบนี้อาจถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของระบบสื่อสารดาวเทียมโดยแยกออกมาจาก ทรานสปอนเดอร์ (Transponder) ปัจจุบันดาวเทียมมีระบบจานสายอากาศที่ซับซ้อนเพื่อให้สามารถแยกลำคลื่น (beam) ส่งมาครอบคลุมพื้นโลกในรูปแบบต่างๆ ได้ตามต้องการ


บริการหลักที่จัดให้มีขึ้นโดยการใช้การสื่อสารดาวเทียมภายในประเทศ ได้แก่
๑. การสื่อสารระบบโทรศัพท์ ซึ่งเป็นแบบจุดถึงจุดโดยใช้เป็นเครือข่ายเพิ่มเติมหรือ ทดแทนเครือข่ายการสื่อสารที่มีอยู่
๒. การสื่อสารแบบจุดถึงหลาย ๆ จุด (Point To Multipoint Transmission)
๓. การสื่อสารแบบเครือข่ายมีการสื่อสารไม่มากนัก (Thin Route) โดยใช้เป็นเครือข่ายเชื่อมโยงไปหาพื้นที่ที่อยู่โดดเดี่ยว เช่น ในหุบเขาหรือหมู่เกาะ เป็นต้น
๔. การสื่อสารข้อมูล ซึ่งอาจเป็นจุดถึงจุดหรือจุดถึงหลายๆ จุด
๕. บริการพิเศษ ได้แก่ การประชุมเห็นกันได้ (Video Conference) โทรทัศน์เพื่อการศึกษา และการเชื่อมโยงเข้ากับวิทยุติดรถยนต์ วิทยุมือถือ หรือเรือ
๖. การแพร่ภาพโทรทัศน์ (TV Boardcast)


ต่อไปจะขอยกตัวอย่างของการบริการการสื่อสารผ่านดาวเทียมในประเทศไทย คือ IPSTAR โดยโครงสร้างของระบบเครือข่าย IPSTAR จะเป็นแบบดาวกระจาย คือ ทุกๆอุปกรณ์ปลายทางของผู้ใช้ จะต้องติดต่อกับเกตเวย์ (Gateway) ซึ่งจะทำหน้าที่เชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายอินเตอร์เน็ต (Internet) ชุมสายโทรศัพท์ หรือ เกตเวย์ (Gateway) ในระบบ IPSTAR ในประเทศอื่นๆ (ข้อมูลจากhttp://www.thaicom.com)

รูปที่ ๘ แสดงโครงสร้างของระบบเครือข่าย IPSTAR

ด้วยเทคโนโลยีที่ล้ำหน้าของ IPSTAR ในการจัดรูปแบบคลื่นวิทยุ และภาคติดต่อ (Wave Forms and Air Interface) ที่ใช้ในทั้งภาคส่งและรับ ซึ่งทำให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดแก่ทั้งระบบนั้น ส่งผลให้อุปกรณ์พื้นดินของ IPSTAR นั้นมีต้นทุนราคา ที่ต่ำกว่า ระบบต่างๆที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน สำหรับอุปกรณ์ภาครับส่งสัญญาณปลายทางรูปแบบสัญญาณของภาครับใช้เทคโนโลยีแบบ CFDM/TDM เทคโนโลยีดังกล่าว จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดให้การส่งข้อมูลมีความเร็วที่สูงขึ้น (มีขีดความสามารถในการรับสัญญาณสูงสุดเท่ากับ ๑๑ Mbps ต่อหนึ่งช่องสัญญาณ) ใช้กำลังส่งอย่างเหมาะสม เพื่อสามารถรองรับจำนวนผู้ใช้งานได้จำนวนมากขึ้นที่อัตราความเร็ว ใช้งานต่างๆกันได้ รูปแบบสัญญาณของภาคส่งจะใช้เทคโนโลยีใน ๒ รูปแบบ คือ แบบ Slotted Aloha สำหรับการใช้งานอินเตอร์เน็ต (Internet) ทั่วไป และแบบ TDMA สำหรับการใช้งานที่ต้องการความเร็วสูงมากๆ (มีขีดความสามารถในการส่งสัญญาณสูงสุดเท่ากับ ๔ Mbps ต่อหนึ่งช่องสัญญาณ) อุปกรณ์ปลายทางของ IPSTAR สามารถถูกนำไปใช้งานได้ในหลายวัตถุประสงค์ โดยขึ้นกับประเภทของอุปกรณ์ปลายทางที่มีหลายรุ่นให้เลือก และอุปกรณ์ หรือเครื่องใช้ต่างๆ ที่นำมาเชื่อมต่อ เช่น คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล, คอมพิวเตอร์เครือข่ายขององค์กร, เครือข่ายระบบโทรศัพท์, โทรทัศน์ เป็นต้น



รูปที่ ๙ แสดงการเชื่อมต่อเข้ากับอุปกรณ์ปลายทางของระบบ IPSTAR

จุดเด่นของระบบ IPSTAR

๑. ได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับ การให้บริการอินเตอร์เน็ตแก่ผู้ใช้บริการปลายทางหรือที่เรียกว่า Last Mile User โดยเฉพาะทำให้ โครงการมีศักยภาพที่สูงกว่าดาวเทียมปัจจุบัน ในด้านการให้บริการที่ถึงตรงแก่ผู้บริโภครายย่อย และการให้บริการเสริมต่างๆ
๒. ใช้ดาวเทียมแบบวงจรค้างฟ้า ไม่ใช้เทคโนโลยีที่ยังมีความเสี่ยง หรือ ต้นทุนสูง เช่น ดาวเทียมวงโคจรระดับกลาง หรือ ระดับต่ำ ระบบประมวลผลบนอวกาศ (On-board Processing) หรือ ระบบติดต่อเชื่อมโยงระหว่างดาวเทียม เป็นต้น และใช้ความถี่ย่าน เคยู แบนด์ (Ku-Band) ในส่วนที่ติดต่อกับผู้ใช้บริการ ทำให้ดาวเทียม IPSTAR มีความได้เปรียบในด้านต้นทุนและมีความเสี่ยงทางเทคโนโลยีต่ำ
๓. นอกจากนี้ เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพในการให้บริการสูงสุด IPSTAR ได้ถูกปรับปรุงและใช้เทคโนโลยีใหม่ๆที่สำคัญต่างๆ ดังนี้


๓.๑. ตัวดาวเทียม (IPSTAR)
๓.๓.๑. ใช้เทคโนโลยีการกระจายคลื่นแบบรังผึ้ง เหมือนกับที่ใช้ในระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ผนวกกับ ระบบจานสายอากาศดาวเทียมแบบ ใหม่ทำให้ดาวเทียม IPSTAR สามารถนำความถี่กลับมาใช้งานใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งทำให้ได้ประสิทธิภาพในการรับส่ง สัญญาณเพิ่มขึ้นมาก
๓.๓.๒. ใช้ระบบบริหารกำลังส่งตามสภาพความต้องการ เพื่อทำให้การส่งสัญญาณบนดาวเทียม มีประสิทธิภาพสูงสุด โดยระบบจะจัดการบริหารกำลังส่งให้สอดคล้องกับความต้องการในการใช้งานของผู้ใช้ ให้เหมาะสมกับสภาพสภาวะอากาศต่างๆ
๓.๒. อุปกรณ์ปลายทาง และกระบวนการรับส่งสัญญาณ (Satellite Modem) ใช้เทคโนโลยีการเข้ารหัสและการปรับแต่งสัญญาณแบบใหม่ ทำให้สามารถเพิ่มความสามารถในการรับส่งสัญญาณ โดยใช้กำลังส่งที่ต่ำลง ซึ่งมีผลให้สามารถลดขนาดจานสายอากาศ กำลังส่งและค่าใช้จ่ายในส่วนอุปกรณ์ปลายทาง
๔. เทคโนโลยีการรับส่งสัญญาณแบบใหม่ที่ได้ถูกนำมาใช้ดังกล่าวนี้ ทำให้ IPSTAR มีระบบการสื่อสารแบบใหม่ ที่มีความสามารถพิเศษดังนี้
๔.๑. สามารถจัดสรรแถบความถี่ในการใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด โดยให้ผู้ใช้สามารถใช้งานร่วมกันได้ ซึ่งเหมาะสมกับรูปแบบการใช้บริการอินเตอร์เน็ต ที่เป็น Asymmetric และ Bursty Traffic
๔.๒. สามารถปรับเปลี่ยนการเข้ารหัส ให้เหมาะสมกับตามสภาพสภาวะอากาศต่างๆ เพื่อไม่ให้เกิดการขาดการติดต่ออันเนื่องจากสภาวะอากาศรบกวนการรับ-ส่งสัญญาณ


จากเทคโนโลยีต่างๆของ IPSTAR ที่ได้ถูกปรับปรุงให้ดีขึ้นนี้ ทำให้ IPSTAR เป็นทางออกที่มีประสิทธิภาพ และประหยัด ทางด้านต้นทุน ให้แก่การบริการหรือธุรกิจต่างๆที่ต้องความเร็วสูงในการรับส่งข้อมูล อย่างเช่น การประชุมผ่านวิดีทัศน์ (Video Conference) หรือ การบริการวิดีทัศน์ตามความต้องการ (Video on Demand) ให้มีโอกาสความเป็นไปได้ทางธุรกิจสูงขึ้น
>>