Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
Module 02
สัญญาณข้อมูล การสื่อสารข้อมูล ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ สาขาวิ ช าวิ ท ยาศาสตร์ แ ละเทคโนโลยี มหาวิ ท ยาลั ย สุ โ ขทั ย ธรรมาธิ ร าช
96304 Data Communications and Networking
1
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
สัญญาณข้อมูล การสื่อสารข้อมูล ประกอบด้วย 2 ส่วน 1) สัญญาณข้อมูล 2) การสื่อสารข้อมูล
96304 Data Communications and Networking
2
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
ความเป็นมา
สัญญาณข้อมูล
มนุษย์รับรู้สารสนเทศจากภายนอกด้วยอวัยวะที่มีเส้นประสาท ทําหน้าที่เป็นตัวรับรู้หรือเซนเซอร์ (sensor) ได้แก่ ประสาทสัมผัสทั้ง 5 คือ ตา หู จมูก ลิ้น และผิวหนัง
วิทัศน์ สารสนเทศเสียง
กลิน ่
สมอง
รสชาติ การสัมผัส
ผิวหนัง
96304 Data Communications and Networking
3
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
ความหมาย
สัญญาณข้อมูล
• คลื่นที่เป็นตัวแทนข้อมูลที่แสดงสารสนเทศที่มีใจความ และมีความหมาย หรือคลื่นที่แสดงข้อมูลที่ไม่มีความหมาย • คุณลักษณะของคลื่น ประกอบด้วย คาบ แอมพลิจูด ความถี่ และเฟส • สัญญาณซึ่งมีรูปร่างเป็นคลื่นบนแกนเวลา มีรูปร่างที่เหมือนกัน ยาวต่อเนื่องมีลักษณะเป็นคลื่นที่ตั้งอยู่บนแกนเวลา รูปร่างที่เหมือนกันและซํ้ากันบนลูกคลื่น คือ คาบ • คาบของสัญญาณวางเรียงต่อกันเป็นคลื่นของสัญญาณ จํานวนคาบในช่วงเวลา 1 วินาที คือ ความถี่ (frequency) มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์ (Hertz) เช่น ในช่วง 1 วินาที คลื่นของสัญญาณประกอบด้วย 2 คาบ (period) จึงมีความถี่เป็น 2 เฮิรตซ์ ความสูงในแนวตั้งของ คลื่นสัญญาณเรียกว่า แอมพลิจูด (amplitude) 96304 Data Communications and Networking
4
นิยามของคาบ แอมพลิจูด และความถี่ (ภาพ ก) และ นิยามของเฟส (ภาพ ข)
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
ประเภทสัญญาณข้อมูล แบบต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่อง • สัญญาณที่แสดงสารสนเทศ ไม่จําเป็นต้องอยู่ในรูปแบบของเส้นที่ต่อเนื่อง ในแกนนอนและแกนตั้งเสมอไป • สามารถแสดงสัญญาณที่อยู่ในรูปต่อเนื่องได้ มีเงื่อนไข ความห่างของจุดในแกนเวลาที่เก็บข้อมูล ในแกนตัง ้ ต้องมีระยะห่างไม่มากเกินไป ข้อมูลที่ไม่ต่อเนื่องและมีระยะห่างในแกนนอนไม่มากเกินที่กําหนด สามารถคํานวณกลับไปเป็นสัญญาณที่เป็นเส้นที่ต่อเนื่องได้
96304 Data Communications and Networking
6
ประเภทสัญญาณข้อมูล แบบต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่อง
ก) ต่อเนื่องในเชิงเวลาและต่อเนื่องในเชิงแอมพลิจูด ข) ไม่ต่อเนื่องในเชิงเวลาแต่ต่อเนื่องในเชิงแอมพลิจูด
ค) ต่อเนื่องในเชิงเวลาและไม่ต่อเนื่องในเชิงแอมพลิจูด
การสุ่มสัญญาณ • ทําการสุ่มสัญญาณในแกนนอน ซึ่งแสดงเวลา • ทําการควอนไตซ์สัญญาณเดียวกันในแกนตั้ง ซึ่งแสดงแอมพลิจูด • ทําให้ได้สัญญาณที่ไม่ต่อเนื่องทั้งในแกนเวลาและแกนแอมพลิจูด
ประเภทสัญญาณข้อมูล แบบแอนะล็อกและดิจิทัล
การแปลงสัญญาณ จากแอนะล็อก
ดิจิทัล
การแปลงสัญญาณข้อมูล แอนะล็อก
ดิจิทัล
• การแปลงสัญญาณแอนะล็อก สัญญาณดิจิทัล หรือการแปลงสัญญาณที่ต่อเนื่อง สัญญาณที่ไม่ต่อเนื่อง • เปรียบเสมือนการย่อข้อมูลในสัญญาณ ที่เป็นจุดทศนิยมให้เป็นเลขจํานวนเต็ม
การสุ่มตัวอย่าง
การควานไตซ์ แอนะล็อก ดิจิทัล
การทําการควอนไตซ์ การแปลงเป็นรหัส บีซีดี แสดงด้วยเลขฐาน 10
หลักการสื่อสารข้อมูล ü จําเป็นต้องแปลงข้อมูลหรือสารสนเทศ ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า เพื่ อเตรียมส่ง ü ใช้ความต่างศักย์ของไฟฟ้าเพี ยงเล็กน้อย ก็สามารถแสดงสัญญาณในรูปแบบที่ต่างกัน ของสารสนเทศได้ ü ข้อมูลต่าง ๆ สามารถแสดงในรูปของเลขฐาน 2 ü การแสดงเลขฐาน 2 ใช้หลักการของการมีและไม่มี แรงดันไฟฟ้า ทําให้สามารถใช้ไฟฟ้าที่มีแรงดันตํ่า สําหรับแสดงข้อมูลสารสนเทศ ü สัญญาณไฟฟ้าที่แสดงข้อมูลสารสนเทศดังกล่าว ไม่สามารถส่งผ่านสื่อกลางได้ทันที เนื่องจากมีพลังงานน้อยเกินไป ü การสื่อสารจึงจําเป็นต้องมีพลังงานไฟฟ้า มากพอสมควร จึงจะส่งสัญญาณไปยังที่ไกล ๆ ได้ ü พลังงานดังกล่าวนี้มีค่าแปรผันกับค่าความถี่ ค่าเฟส และขนาดแอมพลิจูดของสัญญาณ จําเป็นต้องเพิ่ มพลังงานให้กับสัญญาณ
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
เงื่อนไขในการกําหนดการสื่อสาร • การเข้ารหัสที่ลดความซํ้าซ้อน (redundancy) ของบิต ซึ่งไม่มีหรือมีการสูญเสียโดยเปล่าประโยชน์น้อย • การกําหนดช่องสื่อสาร (channel) ที่กว้างพอสมควร • การป้องกันและแก้ไขสัญญาณรบกวน (noise)
96304 Data Communications and Networking
15
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
การสื่อสารข้อมูลแบบแอนะล็อก แบบเอเอ็ม แบบเอฟเอ็ม แบบพี เอ็ม
96304 Data Communications and Networking
16
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
การสื่อสารข้อมูลแบบเอเอ็ม
(Amplitude Modulation : AM)
เป็นการใช้แอมพลิจูดเป็นปัจจัยในการปรับสัญญาณ ที่แสดงสารสนเทศ (information signal) หรือ ข่าวสาร (message signal) ให้มีรูปแบบสัญญาณตรงกับข้อกําหนด ของช่องสัญญาณ และสามารถส่งผ่านช่องสัญญาณได้
96304 Data Communications and Networking
17
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
การสื่อสารข้อมูลแบบเอฟเอ็ม
(Frequency Modulation : FM)
• การมอดดูเลตแบบเอฟเอ็ม เป็นวิธีการปรับหรือมอดดูเลตสัญญาณ ที่แสดงสารสนเทศในเชิงความถี่ซ่ง ึ ซับซ้อนขึ้น ทําให้ทนทานต่อสัญญาณรบกวน ้ นการปรับสัญญาณ • การมอดดูเลตแบบเอฟเอ็มนีเป็ ที่แสดงสารสนเทศที่เดิมมีความถี่ตํ่าให้สูงขึ้น ตามความถี่ของสัญญาณพาห์ (Carrier)
96304 Data Communications and Networking
18
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
การสื่อสารข้อมูลแบบพี เอ็ม
(Phase Modulation : PM)
• เป็นการปรับสัญญาณของข่าวสาร ให้สามารถส่งผ่านช่องสื่อสาร โดยปรับสัญญาณพาห์ตามการเปลี่ยนแปลง ของแอมพลิจูดของสัญญาณของข่าวสาร • ถ้าแอมพลิจูดมีการเพิ่ มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป สัญญาณพาห์ ณ เวลานั้นจะเพิ่ มความถี่ขึ้น • ในทางกลับกัน ณ เวลาที่แอมพลิจูดของสัญญาณ ของข่าวสารลดลง สัญญาณพาห์จะลดความถี่ลง • เป็นการสอดแทรกสัญญาณที่แสดงสารสนเทศ ลงในสัญญาณพาห์ โดยการนําเอาความต่าง หรือ การเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดในเวลาข้างเคียง ไปปรับความถี่ของสัญญาณพาห์ให้สูงหรือตํ่า ตามการเปลี่ยนแปลงนั้น 96304 Data Communications and Networking
19
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
การสื่อสารข้อมูลแบบดิจิทัล
การแปลงข้อมูลเป็นสัญญาณดิจิทัล
สัญญาณ ่ ูกสุ่มตัวอย่าง ทีถ
การควอนไตซ์
ข้อมูล โดยใช้เลขฐานสอง
การเปลี่ยนเป็นรหัส
96304 Data Communications and Networking
20
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
การมอดดูเลตสัญญาณดิจิทัล • สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 กลุ่มใหญ่ ๆ ดังนี้ 1) แบบเอเอสเค 2) แบบเอฟเอสเค 3) แบบพี เอสเค 4) แบบคิวเอเอ็ม • 3 แบบแรกเป็นการปรับคุณลักษณะของสัญญาณ ซึ่งได้แก่ แอมพลิจูด ความถี่ และเฟส เพื่ อให้เกิดรูปแบบที่แตกต่างของสัญญาณ สําหรับแสดงรหัส • แบบคิวเอเอ็มเป็นการมอดดูเลต ที่ใช้คุณลักษณะ 2 ประเภท ได้แก่ แอมพลิจูด และเฟส
96304 Data Communications and Networking
21
การมอดดูเลต
แบบเอเอสเค
(ASK: Amplitude-shift keying)
• เป็นการปรับสัญญาณที่แสดงสารสนเทศ • โดยคูณด้วยสัญญาณพาห์ ทําให้สัญญาณที่แสดงสารสนเทศขยายแอมพลิจูดขึ้น ่ ่ยนแปลง • ไม่ทําให้ความถีและเฟสเปลี
การมอดดูเลต
แบบเอฟเอสเค
(FSK: Frequency-shift keying)
ตัวอย่างของสัญญาณที่ผ่านการมอดดูเลตแบบเอฟเอสเค • แสดงรหัส 0101 โดยใช้ความถี่ต่าํ แสดง 0 และความถี่สูงแสดง 1 และใช้อัตราบอดที่ 4 รูปแบบสัญญาณต่อวินาทีและอัตราบิตที่ 4 บิตต่อวินาที
การมอดดูเลต
แบบพี เอสเค
(PSK: Phase-shift keying)
• เป็นการปรับเฉพาะเฟสของสัญญาณให้มีความแตกต่างกัน • ยังคงค่าเดิมของความถี่และแอมพลิจูด • จํานวนรูปแบบของสัญญาณที่ถูกปรับให้แตกต่างกัน เป็นตัวกําหนดจํานวนบิตที่แสดงได้ • เฟสของสัญญาณนี้มีขนาด 0 – 360 องศา • ถ้ากําหนดให้สัญญาณมีเฟสเป็น 0 องศา แสดง 0 และเฟส 180 องศา แสดง 1
การมอดดูเลต
แบบคิวเอเอ็ม
(QAM: Quadrature Amplitude Modulation) • เป็นการมอดดูเลตแบบแอมพลิจูดเข้ากับเฟส • การมอดดูเลตซึ่งเป็นการเพิ่ มพลังงานให้กับสัญญาณ ที่แสดงสารสนเทศเพื่ อให้เข้ากับช่องสื่อสารนั้น • มีการปรับแอมพลิจูด หรือปรับความถี่ หรือปรับเฟสให้เข้ากับช่องสื่อสาร • การรวมคุณลักษณะของสัญญาณให้มากกว่าหนึ่ง จะทําให้มีรูปแบบในการแสดงของสัญญาณ และรหัสเพิ่ มขึ้น • ถ้ารวมคุณลักษณะของสัญญาณ 2 คุณลักษณะเข้าด้วยกัน ระหว่างความถี่กับแอมพลิจูดกับเฟส เป็นการรวมของคุณลักษณะในระนาบเวลา กับระนาบความถี่ซึ่งต่างระนาบกัน • ถ้ารวมกันระหว่างคุณลักษณะแอมพลิจูดกับเฟส ซึ่งอยู่ในระนาบเดียวกัน จะได้รูปแบบที่ต่างกันเพิ่ มขึ้นมา • การรวมคุณลักษณะของแอมพลิจูดกับเฟสของสัญญาณนี้ แล้วทําการมอดดูเลต เรียกว่า คิวเอเอ็ม
Module 02 ▶ สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล ผู้สอน ▶ ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย x อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ
Module 02
สัญญาณข้อมูล การสื่อสารข้อมูล ศาสตราจารย์ ดร.โกสินทร์ จํานงไทย อาจารย์ภิรมย์ คงเลิศ สาขาวิ ช าวิ ท ยาศาสตร์ แ ละเทคโนโลยี มหาวิ ท ยาลั ย สุ โ ขทั ย ธรรมาธิ ร าช
96304 Data Communications and Networking
26