การส่งข้อมูลด้วยสัญญาณอนาล็อก

การส่งข้อมูลด้วยสัญญาณอนาล็อก ASK PSK QAM

การมอดูเลตเชิงเลขทางแอมปลิจูด (Amplitude – Shift Keying : ASK)

การมอดูเลตวิธีนี้ ความถี่ของคลื่นพาหะ (Carrier Wave) ซึ่งทำหน้าที่นำสัญญาณแบบอนาล็อกผ่านตัวกลางสื่อสารนั้นจะคงที่ ลักษณะของสัญาณที่มอดูเลตนั้น เมื่อค่าของบิตของสัญญาณข้อมูลดิจิตอลมีค่าเป็น “1” ขนาดของคลื่นพาหะจะสูงกว่าตอนปกติ และเมื่อบิตมีค่าเป็น “0” ขนาดของคลื่นพาหะจะตกลงกว่าปกติ การมอดูเลตแบบ ASK มักจะไม่ค่อยได้รับความนิยม เพราะจะถูกรบกวนจากสัญญาณอื่นได้ง่าย

รูปที่ การแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นอนาล็อกแบบ ASK

การมอดูเลตเชิงเลขทางความถี่ (Frequency – Shift Keying : FSK)

ในการมอดดูเลตแบบ FSK ขนาดของคลื่นพาหะจะไม่เปลี่ยนแปลง ที่เปลี่ยนแปลงคือความถี่ของคลื่นพาหะ เมื่อบิตมีค่าเป็น “1” ความถี่ของคลื่นพาหะจะสูงกว่าตอนปกติ และเมื่อบิตมีค่าเป็น “0” ความถี่ของคลื่นพาหะจะสูงกว่าตอนปกติ และเมื่อบิตมีค่าเป็น “0” ความถี่ของคลื่นพาหะก็จะต่ำกว่าปกติ

รูปการแปลงสัญญาณ D/A แบบ FSK

การมอดูเลตเชิงเลขทางเฟส (Phase – Shift Keying : PSK)

หลักการของวิธี PSK คือ ค่าของขนาดและความถี่ของคลื่นพาหะจะไม่มีการเปลี่ยนแปลง แต่ที่จะเปลี่ยนแปลงคือเฟสของสัญญาณ กล่าวคือ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงสภาวะของบิตจาก “1” ไปเป็น “0” หรือเปลี่ยนจาก “0” ไปเป็น “1” เฟสของคลื่นจะเปลี่ยน (Shift) ไป 180 องศาด้วย

ในการมอดูเลตทั้งสามแบบที่กล่าวมาข้างต้น วิธีการแบบ PSK จะมีสัญญาณรบกวนเกิดขึ้นน้อยที่สุด ได้สัญญาณที่มีคุณภาพดีที่สุด แต่วงจรการทำงานจะซับซ้อนกว่าและราคาอุปกรณ์ก็แพงกว่า โดยปกติจะนำ PSK มาใช้กับโมเด็มที่มีความเร็วปานกลาง เช่น 2,400 หรือ 4,800 bps

การแปลงสัญญาณ D/A แบบ PSK

การมอดูเลตอีกวิธีหนึ่งที่มีความคล้ายคลึงกับ PSK คือ การมอดูเลตแบบ “DPSK” (Differential Phase Shift Keying) ซึ่งจะกำหนดให้เฟสเลื่อนไป 180 องศา ทุกครั้งที่ข้อมูลมีค่าเป็น “1” แม้จะเป็น “1” ที่ติดกันก็ตาม แต่ถ้าเป็น “0” ก็จะไม่เลื่อนเฟส

การมอดูเลตเชิงเลขทางขนาดและเฟส  (Quadrature Amplitude Modulation : QAM)

การแปลงสัญญาณแบบ QAM (Quadrature Amplitude Modulation) เป็นการปรับปรุงวิธีการส่งสัญญาณโดยการเปลี่ยนทั้งเฟสและความสูงของคลื่น โดยกำหนดให้ขนาดของสัญญาณแบ่งออกเป็น 2 ระดับ คือ สูงและต่ำ (H และ L) และกำหนดการแบ่งเฟส (F) ออกเป็น 4 เฟส (0, 90, 180, 270 องศา หรือ F1-4) และ 8 เฟส (0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315 องศา หรือ F1-8) เช่นเดียวกับการมอดูเลตแบบ PM

ดังนั้นการส่งข้อมูลแบบแบ่งเป็น 4 เฟส จึงสามารถจะกระทำได้ 2 x 4 = 8 รูปแบบ ซึ่งสามารถกำหนดข้อมูลเป็นเลขฐานสองได้ทีละ 3 บิต (มาจาก 23 = 8) แต่หากแบ่งเฟสเป็น 8 เฟส ก็จะกระทำได้ทั้งหมด 2 x 8 = 16 รูปแบบ ซึ่งสามารถกำหนดเป็นเลขฐานสองได้ทีละ 4 บิต (มาจาก 24 = 16)

ตารางที่  แสดงไบนารีของการมอดูเลต QAM แบบ 4 เฟส

(H,L) x F	LF1	HF1	LF2	HF2	LF3	HF3	LF4	HF4
เลขไบนารี	000	001	010	011	100	101	110	111

ตารางที่ 2.2 แสดงไบนารีของการมอดูเลต QAM แบบ 8 เฟส

(H,L) x F	LF1	HF1	LF2	HF2	LF3	HF3	LF4	HF4
เลขไบนารี	0000	001	0010	0011	0100	0101	0110	0111

(H,L) x F	LF5	HF5	LF6	HF6	LF67	HF7	LF8	HF8
เลขไบนารี	1000	1001	1010	1011	1100	1101	1110	1111

ดังนั้น ในการส่งข้อมูล QAM แบบ 8 เฟส ด้วยอัตราข้อมูล 2,400 บอดต่อวินาที จึงสามารถส่งข้อมูลด้วยอัตราบิตเท่ากับ 2,400 x 4 บิต = 9,600 bps) และจะมีอัตราบิตสูงสุดได้ถึง 19,200 bps สำหรับอัตราการส่งข้อมูล 4,800 บอดต่อวินาที และสูงสุด 14,400 bps เมื่อใช้กับเทคนิค

QAM แบบ 4 เฟส ทำให้มีการนำเทคนิคการมอดูเลตแบบ QAM มาใช้กับโมเด็มความเร็วสูง (ตั้งแต่ 9,600 bps ขึ้นไป) 

การส่งข้อมูลด้วยสัญญาณอนาล็อก การ Modulation

เมื่อต้องการจะส่งสัญญาณเสียงหรือข้อมูลผ่านช่องทางการสื่อสารจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้าช่วยพาสัญญาณเหล่านั้นให้เคลื่อนย้ายจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งขบวนการหรือขั้นต้อนในการเพิ่มพลังงานไฟฟ้าดังกล่าวเราเรียกว่าการมอดูเลต(Modulation) พลังงานไฟฟ้าซึ่งมีความถี่สูงและคงที่รวมทั้งมีแอมปลิจูด(ขนาด) สูงด้วยนั้นเราเรียกว่าสัญญาณคลื่นพาห์(Signal Carrier)

อุปกรณ์สำหรับมอดูเลตสัญญาณ(Modulator) จะสร้างสัญญาณคลื่นพาห์และรวมเข้ากับสัญญาณข้อมูลเพื่อให้สัญญาณมีความแรงพอที่จะส่งผ่านสื่อกลางไปยังอีกจุดหนึ่งที่อยู่ไกลออกไปได้และเมื่อถึงปลายทางก็จะมีอุปกรณ์ซึ่งทำหน้าที่แยกสัญญาณคลื่นพาห์ออกให้เหลือเพียงสัญญาณข้อมูลเราเรียกวิธีการแยกสัญญาณนี้ว่าการดีมอดูเลต(Demodulation)

เรื่องการมอดูเลตสัญญาณเป็นเรื่องที่สำคัญมากในการสื่อสารข้อมูลการเลือกวิธีการมอดูเลตและการดีมอดูเลตที่เหมาะสมจะช่วยให้ท่านทำการส่งข้อมูลข่าวสารได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การมอดูเลตสัญญาณอนาล็อก

วิธีการมอดูเลตสัญญาณอนาล็อกเพื่อส่งผ่านไปในช่องทางสื่อสารอนาล็อกนั้นมี 3 วิธีด้วยกันคือ

1. การมอดูเลตทางแอมปลิจูด(Amplitude Modulation, AM)
2. การมอดูเลตทางความถี่(Frequency Modulation, FM)
3. การมอดูเลตทางเฟส(Phase Modulation, PM)

การมอดูเลตทางแอมปลิจูด(AM)

การมอดูเลตแบบAM เป็นวิธีการที่ดั้งเดิมที่สุดและสะดวกที่สุดตามรูป 3.1 จะเห็นว่าความถี่ของสัญญาณคลื่นพาห์จะคงที่และสูงกว่าความถี่ของสัญญาณข้อมูลเพื่อให้สามารถพาสัญญาณข้อมูลไปได้ระยะทางไกลๆ จะเห็นว่าสัญญาณ AM ที่ มอดูเลตแล้วจะมีความถี่เท่ากับความถี่ของสัญญาณคลื่นพาห์โดยมีขนาดหรือแอมปลิจูดของสัญญาณเปลี่ยนแปลงไปตามแอมปลิจูดของสัญญาณข้อมูล ข้อเสียของการมอดูเลตแบบAM คือ แบนด์วิดท์ของสัญญาณAM เป็นย่านความถี่ที่ไม่สูงนักทำให้สัญญาณรบกวน (Noise) จากภายนอกสามารถเข้ามารบกวนได้ง่าย     คลื่นพาห์จะตก

การมอดูเลตทางความถี่(FM)

ตรงกันข้ามกับการมอดูเลตแบบ AM สัญญาณมอดูเลตแบบFM (ดูรูป 3.2) จะมีแอมปลิจูดคงที่แต่ความถี่ของสัญญาณจะไม่คงที่เปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ของสัญญาณข้อมูลข้อเสียของการมอดูเลตแบบFM คือ ต้องการแบนด์วิดท์ที่มีขนาดกว้างเนื่องจากสัญญาณข้อมูลมีหลายความถี่ดังนั้นจึงต้องหาวัสดุที่เป็นสายสื่อสารที่มีขนาดของแบนด์วิดท์กว้างทำ ให้ราคาของสายสื่อสารสูงขึ้นตามไปด้วย

การมอดูเลตทางเฟส(PM)

ในขณะที่การมอดูเลตแบบAM และ FM เป็นที่นิยมใช้ในการกระจายเสียงทางวิทยุวิธีการมอดูเลตแบบPM กลับ นิยมใช้กันในการแพร่ภาพสีทางทีวีวิธีการมอดูเลตแบบPM ออกจะเป็นเรื่องที่ยุ่งยากกว่าแต่ก็เป็นวิธีที่ดีในการส่ง สัญญาณข้อมูลคอมพิวเตอร์ที่ต้องความเร็วในการส่งข้อมูลสูงนิยมใช้การมอดูเลตแบบPM โดยส่งผ่านระบบโทรศัพท์ ในการมอดูเลตแบบPM ครึ่งรอบของสัญญาณเราคิดเป็นมุมเฟสเท่ากับ180 องศา และเมื่อครบรอบจะคิดเป็น360 องศา สัญญาณมอดูเลตจะมีการเปลี่ยน(กลับ) มุมเฟสทุกครั้งที่มุมเฟสของสัญญาณข้อมูลต่างจากมุมเฟสของสัญญาณคลื่นพาห์เท่ากับ180 องศา

การส่งข้อมูลด้วยสัญญาณอนาล็อก Interface

การส่งข้อมูลผ่านสายส่งและการอินเตอร์เฟซ

(Data Transmission and Interface

พื้นฐานข้อมูลและสัญญาณ (Fundamental of Data and Signals)

 ข้อมูล (Data)

 สิ่งที่มีความหมายในตัว เช่น ไฟล์ข้อมูลที่เก็บรายละเอียดพนักงาน

 สัญญาณ (Signals)

 ข้อมูลที่ได้ผ่านการเข้ารหัส เพื่อให้อยู่ในรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อส่งผ่านไปยังระบบสื่อสาร

ในการส่งสัญญาณข้อมูลข่าวสารนั้นจะสำเร็จได้ต้องขึ้นอยู่กับคุณภาพของสัญญาณ และคุณลักษณะของสายสื่อสาร ซึ่งสัญญาณที่จะส่งนั้นจะมีอยู่ 2 ลักษณะคือ สัญญาณและอนาล็อก (Analog) และ สัญญาณดิจิตอล (Digital) โดยการส่งสัญญาณไม่ว่าจะเป็น Analog หรือ Digital นั้นสามารถใช้ส่งสัญญาณได้เหมือนกัน เพียงแต่ต้องมีการแปรรูปแบบสัญญาณให้สมบูรณ์เสียก่อนที่จะเข้าไปในระบบสื่อสาร ด้วยวิธีการที่เรียกว่า “ การกล้า ” หรือ “ การมอดูเลตสัญญาณ ” (Signal Modulation)

สัญญาณและอนาล็อก (Analog Signal)

 ลักษณะของการส่งสัญญาณที่ออกไปนี้มีความต่อเนื่องกันตลอดเวลา เมื่อส่งสัญญาณออกไปเรื่อย ๆ ความเข้มข้นของสัญญาณจะอ่อนลงไป

 ทาให้ต้องมีอุปกรณ์ช่วยในการทวนสัญญาณระหว่างการส่ง ซึ่งเรียกว่า แอมพลิไฟเออร์ (Amplifier) ใช้เพิ่มกาลังให้กับสัญญาณ แต่ในการใช้เครื่องขยายสัญญาณนั้นมี ข้อเสีย อยู่ตรงที่ทาให้เกิดสัญญาณรบกวน ขึ้น

 ดังนั้นในการส่งข้อมูลแบบ Analog นั้นจึงต้องมี Filter หรือตัวกรองสัญญาณรบกวนประกอบอีกด้วย สัญญาณและอนาล็อก ได้แก่ สัญญาณเสียง เสียงพูด เสียงดนตรี วิดีโอ เป็นต้น จะเป็นสัญญาณแบบลักษณะต่อเนื่อง (Continuous Waveforms)

สัญญาณจะมีความหมายที่แตกต่างกัน การส่งสัญญาณแบบนี้จะถูกรบกวนทาให้มีการแปลความหมายผิดพลาดได้ง่าย เนื่องจากค่าทุกค่าถูกนามาใช้งาน

การส่งข้อมูลด้วยสัญญาณอนาล็อก Throughput

ในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ throughput คือจำนวนงานรวมของงานที่คอมพิวเตอร์สามารถทำในช่วงเวลาที่ให้ ตามความเป็นมา throughput มีการวัดประสิทธิภาพเชิงเปรียบเทียบของคอมพิวเตอร์เชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ที่ทำงานหลายโปรแกรมพร้อมกัน การวัด throughput ช่วงแรกเป็นจำนวน batch job ที่ทำสำเร็จในหนึ่งวัน การเร็วในช่วงปัจจุบัน มีข้อสมมติการผสมซับซ้อนมากกว่าของงานหรือความสนใจกับการปฏิบัติงานเฉพาะของคอมพิวเตอร์ ขณะที่ “ค่าใช้จ่ายต่อหนึ่งล้านคำสั่งต่อวินาที” (cost per million instructions per second หรือ MIPS) ให้ฐานสำหรับการเปรียบเทียบต้นทุนของการคำนวณดิบตามช่วงเวลาหรือโดยผู้ผลิต แต่ในทฤษฎี throughput บอกคุณถึง ประโยชน์ที่ MIPS กำลังผลิตขึ้น

อีกการวัดผลิตภาพของคอมพิวเตอร์คือ performance คือ ความเร็วซึ่งหนึ่งหรือชุดของโปรแกรมทำงานด้วยภาระงานแน่นอนหรือ จำนวนคำขอผู้ใช้ปฏิสัมพันธ์ได้รับการจัดการเพื่อการตอบสนอง จำนวนรวมของเวลาระหว่างคำขอผู้ใช้เดี่ยวกำลังเข้าสู่และได้รับการตอบสนองจากโปรแกรมประยุกต์เรียกว่า response time benchmark สามารถใช้เป็นการวัด throughput ในการส่งผ่านข้อมูล throughput เป็นจำนวนรวมข้อมูลที่เคลื่อนสำเร็จจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งในช่วงเวลาที่กำหนด