(pdf)【 96304 】module 02 สัญญาณข้อมูลและการสื่อสารข้อมูล

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