Modulation

1. Modulation การมอดูเลตสัญญาณ

2. การมอดูเลตสัญญาณ เมื่อต้องการจะส่งสัญญาณหรือข้อมูลผ่านช่องทางการ สื่อสาร จำเป็นต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้าช่วยพาสัญญาณ เหล่านั้นให้เคลื่อนย้ายจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ขบวน การในการเพิ่มพลังงานไฟฟ้าดังกล่าว เรียกว่า “การ มอดูเลต” หรือการกล้ำสัญญาณที่เป็นพลังงานไฟฟ้าที่มี ความถี่สูงและคงที่ รวมทั้งแอมปลิจูด (ขนาด) สูงด้วย เรียกว่า “สัญญาณคลื่นพาห์” (Signal Carrier)

3. การมอดูเลตสัญญาณ (ต่อ) อุปกรณ์สำหรับมอดูเลตสัญญาณ (Modulator) จะ สร้างสัญญาณคลื่นพาห์ และรวมเข้ากับสัญญาณข้อมูล เพื่อให้สัญญาณมีความแรงพอที่จะส่งผ่านสื่อกลางไป ยังอีกจุดหนึ่ง เมื่อถึงปลายทางจะมีอุปกรณ์ในการแยก สัญญาณคลื่นพาห์ออก เรียกวิธีการแยกสัญญาณนี้ว่า “การดีมอดูเลต” (Demodulation)

4. การมอดูเลตสัญญาณ (ต่อ) วิธีการมอดูเลตสัญญาณอะนาล็อกเพื่อส่งผ่านไปใน ช่องทางสื่อสารอะนาล็อกมี 3 วิธี คือ 1. การมอดูเลตทางแอมปลิจูด (Amplitude Modulation : AM) 2. การมอดูเลตทางความถี่ (FrequencyModulation :FM) 3. การมอดูเลตทางเฟส (Phase Modulation :PM)

5. การมอดูเลตทางแอมปลิจูด (AM) สัญญาณของคลื่นพาห์จะมีความถี่สูงกว่าความถี่ของ สัญญาณข้อมูล เพื่อให้สามารถพาสัญญาณข้อมูลไปได้ ไกล ๆ สัญญาณ AM ที่มอดูเลตแล้วจะมีความถี่เท่ากับ ความถี่ของสัญญาณคลื่นพาห์ โดยมีขนาดหรือ แอมปลิจูดของสัญญาณเปลี่ยนแปลงไปตามแอมปลิจูด ของสัญญาณด้วย

6. การมอดูเลตทางแอมปลิจูด (AM) (ต่อ) ข้อเสียของการมอดูเลตแบบ AM คือ 1. แบนด์วิดท์ของสัญญาณ AM เป็นย่านความถี่ที่ไม่สูง ทำให้มีสัญญาณรบกวนจากภายนอกเข้ามาได้ง่าย 2. การส่งสัญญาณแบบ AM สิ้นเปลืองพลังงานมาก พลังงานส่วนใหญ่ใช้ในการส่งคลื่นพาห์

7. การมอดูเลตทางแอมปลิจูด (AM) (ต่อ) สัญญาณคลื่นพาห์ สัญญาณข้อมูล สัญญาณมอดูเลต AM

8. การมอดูเลตทางความถี่ (FM) สัญญาณ FM ที่มอดูเลตแล้วจะมีแอมปลิจูดคงที่ แต่ ความถี่ของสัญญาณจะไม่คงที่เปลี่ยนแปลงไปตาม แอมปลิจูดของสัญญาณข้อมูล

9. การมอดูเลตทางความถี่ (FM) (ต่อ) ข้อเสียของการมอดูเลตแบบสัญญาณ FM คือ 1. ต้องการแบนด์วิดท์ที่มีขนาดกว้าง เนื่องจากสัญญาณ ข้อมูลมีหลายความถี่ 2. คุณภาพดีกว่าการมอดูเลตแบบ AM แต่การทำงาน จะซับซ้อนกว่า

10. การมอดูเลตทางความถี่ (FM) (ต่อ) สัญญาณคลื่นพาห์ สัญญาณข้อมูล สัญญาณมอดูเลต FM

11. การมอดูเลตทางเฟส (PM) การมอดูเลตแบบ PM จะให้ครึ่งรอบของสัญญาณ เป็นมุม 180 องศา และเมื่อครบ 1 รอบ จะเป็น 360 องศา สัญญาณมอดูเลตจะมีการเปลี่ยน (กลับ) มุมเฟส ทุกครั้งที่มุมเฟสของสัญญาณข้อมูลต่างจากมุมเฟส ของสัญญาณคลื่นพาห์เท่ากับ 180 องศา

12. การมอดูเลตทางเฟส (PM) (ต่อ) การมอดูเลตแบบ PM นิยมใช้ในการแพร่ภาพสีทาง ทีวี แต่ AM กับ FM นิยมใช้ในการกระจายเสียงวิทยุ การมอดูเลตแบบ PM เป็นวิธีการที่ดีแต่วงจรค่อน ข้างจะซับซ้อนจึงไม่นิยมใช้ส่งสัญญาณข้อมูลอะนาล็อก การมอดูเลตแบบ PM มักจะนำมาใช้ในการส่ง สัญญาณข้อมูลคอมพิวเตอร์ที่ต้องการความเร็วในการ ส่งข้อมูลสูง

13. การมอดูเลตทางเฟส (PM) (ต่อ) สัญญาณคลื่นพาห์ สัญญาณข้อมูล สัญญาณมอดูเลต PM

14. การเข้ารหัสสัญญาณดิจิตอลการเข้ารหัสสัญญาณดิจิตอล การส่งข้อมูลดิจิตอลผ่านช่องทางสื่อสารแบบ ดิจิตอลจะต้องมีการเข้ารหัส เพื่อให้สามารถส่ง ข้อมูลไปได้อย่างปลอดภัย เกิดการผิดพลาดของ การส่งข้อมูลน้อย

15. การเข้ารหัสสัญญาณดิจิตอล (ต่อ) 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 NRZ-L NRZI Bipolar- AMI Psedoternary

16. การเข้ารหัสสัญญาณดิจิตอล (ต่อ) 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 Manchester Differential Manchester RZ

17. การเข้ารหัสสัญญาณดิจิตอล (ต่อ) NRZ-L (Nonreturn to Zero Level) 0 = high level ค่าสูง 1 = low level ค่าต่ำ NRZI (Nonreturn to Zero Inverted) 0 = ไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่บิตเริ่มต้น 1 = เปลี่ยนแปลงเป็นตรงกันข้าม

18. การเข้ารหัสสัญญาณดิจิตอล (ต่อ) Bipolar-AMI 0 = ไม่มีสัญญาณ 1 = สัญญาณเป็นบวกและลบสลับกัน Psedoternary 0 = สัญญาณเป็นบวกและลบสลับกัน 1 = ไม่มีสัญญาณ

19. การเข้ารหัสสัญญาณดิจิตอล (ต่อ) Manchester 0 = เปลี่ยนจากค่าสูงเป็นค่าต่ำในช่วงกลาง 1 = เปลี่ยนจากค่าต่ำเป็นค่าสูงในช่วงกลาง Differential Manchester จะมีการเปลี่ยนแปลงที่ช่วงกลางเสมอ 0 = เปลี่ยนเป็นสัญญาณตรงกันข้ามกับด้านหน้า 1 = ไม่เปลี่ยนแปลงสัญญาณจากด้านหน้า

20. การเข้ารหัสสัญญาณดิจิตอล (ต่อ) RZ (Return to Zero) 0 = ครึ่งบิตแรกเป็น 0 ครึ่งบิตหลังเป็น 0 1 = ครึ่งบิตแรกเป็น 1 ครึ่งบิตหลังเป็น 0

21. การแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณอะนาล็อกการแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณอะนาล็อก การส่งข้อมูลดิจิตอลผ่านช่องทางสื่อสารแบบ อะนาล็อก ได้แก่ การส่งข้อมูลคอมพิวเตอร์ผ่านทาง เครือข่ายโทรศัพท์ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แปลงสัญญาณ ข้อมูลดิจิตอลให้เป็นสัญญาณอะนาล็อก เรียกว่า “MODEM” (MOdulator-DEModulator)

22. การแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณอะนาล็อกการแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณอะนาล็อก เทคนิคการแปลงสัญญาณข้อมูลดิจิตอลให้เป็น สัญญาณอะนาล็อก มีอยู่ 3 วิธี คือ 1. การมอดูเลตเชิงเลขทางแอมปลิจูด (Amplitude - Shift Keying :ASK) 2. การมอดูเลตเชิงเลขทางความถี่ (Frequency-Shift Keying :FSK) 3. การมอดูเลตเชิงเลขทางเฟส (Phase-Shift Keying : PSK)

23. การมอดูเลตเชิงเลขทางแอมปลิจูด (ASK) ความถี่ของคลื่นพาห์ ซึ่งทำหน้าที่นำสัญญาณแบบ อะนาล็อกผ่านตัวกลางสื่อสารนั้นจะคงที่ ลักษณะของ สัญญาณมอดูเลตนั้น เมื่อค่าของบิตของสัญญาณข้อมูล ดิจิตอลมีค่าเป็น 1 ขนาดของคลื่นพาห์จะสูงขึ้นกว่า ปกติ การมอดูเลตแบบ ASK ไม่ได้รับความนิยม เพราะ ถูกรบกวนจากสัญญาณอื่นได้ง่าย

24. การมอดูเลตเชิงเลขทางแอมปลิจูด (ASK) สัญญาณข้อมูล สัญญาณคลื่นพาห์ สัญญาณมอดูเลต ASK

25. การมอดูเลตเชิงเลขทางความถี่ (FSK) การมอดูเลตแบบ FSK ขนาดของคลื่นพาห์จะไม่ เปลี่ยนแปลง ลักษณะของสัญญาณมอดูเลตนั้น เมื่อค่า ของบิตของสัญญาณข้อมูลดิจิตอลมีค่าเป็น 1 ความถี่ ของคลื่นพาห์จะสูงกว่าปกติ และเมื่อบิตมีค่าเป็น 0 ความถี่ของคลื่นพาห์ก็จะต่ำกว่าปกติ

26. การมอดูเลตเชิงเลขทางความถี่ (FSK) สัญญาณข้อมูล สัญญาณคลื่นพาห์ สัญญาณมอดูเลต FSK

27. การมอดูเลตเชิงเลขทางเฟส (PSK) การมอดูเลตแบบ PSK ค่าของขนาดและความถี่ ของคลื่นพาห์จะไม่มีการเปลี่ยนแปลง แต่ที่เปลี่ยนคือ เฟสของสัญญาณ เมื่อมีการเปลี่ยนสภาวะจากบิต 1 เป็น 0 หรือเปลี่ยนจาก 0 เป็น 1 เฟสของคลื่นจะ เปลี่ยนไป 180 องศา

28. การมอดูเลตเชิงเลขทางเฟส (PSK) สัญญาณข้อมูล สัญญาณคลื่นพาห์ สัญญาณมอดูเลต PSK

29. การแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณอะนาล็อกการแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณอะนาล็อก การมอดูเลตเพื่อเปลี่ยนสัญญาณข้อมูลดิจิตอลให้ เป็นสัญญาณอะนาล็อกทั้ง 3 วิธี วิธีแบบ PSK จะมี สัญญาณรบกวนเกิดขึ้นน้อยที่สุด สัญญาณคุณภาพดี ที่สุด แต่วงจรการทำงานจะซับซ้อนและราคาอุปกรณ์ แพง

30. การแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลการแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล การแปลงสัญญาณอะนาล็อกให้เป็นสัญญาณดิจิตอล จะใช้อุปกรณ์ที่ทำงานตรงกันข้ามกับโมเด็ม คือ โคเด็ก (CODEC หรือ COder/DECoder)

31. การแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลการแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล เทคนิคการเปลี่ยนแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็น สัญญาณดิจิตอล แบ่งเป็น 2 วิธี คือ 1. การมอดูเลตทางแอมปลิจูดของพัลส์ (Pulse Amplitude Modulation : PAM) 2. การมอดูเลตแบบรหัสพัลส์ (Pulse Code Modulation : PCM)

32. การมอดูเลตทางแอมปลิจูดของพัลส์ (PAM) อาศัยหลักการ “แซมปิง” หรือการชักตัวอย่าง (Sampling) ของสัญญาณที่เป็นอะนาล็อก (ต่อเนื่อง) ตามช่วงเวลาให้สัญญาณขาดจากกันเป็นพัลส์ ๆ โดย ขนาดของแต่ละพัลส์จะเท่ากับขนาดของสัญญาณเดิม ในช่วงเวลานั้น ๆ

33. การมอดูเลตทางแอมปลิจูดของพัลส์ (PAM) (ต่อ) ทฤษฎีการแซมปิงจะทำด้วยอัตราสองเท่าของ แบนด์วิดท์ของสัญญาณอะนาล็อกเป็นจำนวนครั้งต่อ วินาที ถ้าแซมปิงสัญญาณด้วยอัตราน้อยเท่าไร จะได้ สัญญาณพัลส์ที่ใกล้เคียงกับสัญญาณเดิมมากที่สุด ถ้าอัตราน้อยเกินไป สัญญาณจะกลับไปเป็นสัญญาณ อะนาล็อกตามเดิม

34. การมอดูเลตทางแอมปลิจูดของพัลส์ (PAM) (ต่อ) ขนาดของพัลส์ของแต่ละแซมปิงจะเป็นอัตราส่วน โดยตรงกับสัญญาณเดิม และสัญญาณใหม่ที่ได้จะเป็น แบบไม่ต่อเนื่อง (Discrete) แต่ขนาดของสัญญาณ พัลส์ก็ยังเป็นแบบต่อเนื่องและเหมือนสัญญาณเดิม ในการส่งสัญญาณ PAM ในระยะทางไกล ๆ ยังเกิด สัญญาณรบกวนได้ง่ายเช่นเดียวกับการส่งสัญญาณ แบบ AM

35. การมอดูเลตทางแอมปลิจูดของพัลส์ (PAM) (ต่อ)

36. การมอดูเลต์แบบรหัสพัลส์ (PCM) การส่งแบบ PCM จะมีขั้นตอนในการทำให้ขนาด ของสัญญาณข้อมูลเป็นแบบไม่ต่อเนื่อง เรียกว่า “การควอนไทซ์” (Quantize)

37. การมอดูเลต์แบบรหัสพัลส์ (PCM) (ต่อ) การส่งแบบ PCM จะมีขั้นตอนในการทำให้ขนาด ของสัญญาณข้อมูลเป็นแบบไม่ต่อเนื่อง เรียกว่า “การควอนไทซ์” (Quantize) ขั้นตอนการมอดูเลตแบบ PCM มี 3 ขั้นตอน คือ 1. การควอนไทซ์ 2. การแซมปิง 3. การเข้ารหัส

38. การมอดูเลต์แบบรหัสพัลส์ (PCM) (ต่อ) 1. ทำการควอนไทซ์สัญญาณอะนาล็อก โดยทำให้ค่า ขนาดของสัญญาณเป็นค่าที่ไม่ต่อเนื่อง 2. ทำการแซมปิงสัญญาณด้วยอัตราที่เหมาะสม คือ สองเท่าของแบนด์วิดท์ จะได้สัญญาณ PAM ซึ่ง ในแต่ละพัลส์จะสามารถกำหนดรหัสแทนพัลส์ด้วย รหัสของเลขฐานสอง 3. รหัสของแต่ละพัลส์จะถูกส่งออกไปในรูปเลขฐานสอง

39. การมอดูเลต์แบบรหัสพัลส์ (PCM) (ต่อ) 7 6 5 4 3 2 1 0 การควอนไทซ์สัญญาณอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล 3 บิต

40. การมอดูเลต์แบบรหัสพัลส์ (PCM) (ต่อ) 7 6 5 4 3 2 1 0 101 100 100 011 วิธีการแซมปิงสัญญาณควอนไทซ์

41. การมอดูเลต์แบบรหัสพัลส์ (PCM) (ต่อ) 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 การกำหนดรหัส (Code) ให้แต่ละพัลส์สัญญาณ

42. การเปรียบเทียบการส่งสัญญาณแบบอะนาล็อกและดิจิตอลการเปรียบเทียบการส่งสัญญาณแบบอะนาล็อกและดิจิตอล 1. สัญญาณรบกวน (Noise) ในการส่งสัญญาณแบบ อะนาล็อกจะถูกขยายเมื่อสัญญาณถูกขยาย แต่การส่ง สัญญาณแบบดิจิตอล สัญญาณรบกวนจะไม่ถูกขยาย สัญญาณ

43. การเปรียบเทียบการส่งสัญญาณแบบอะนาล็อกและดิจิตอลการเปรียบเทียบการส่งสัญญาณแบบอะนาล็อกและดิจิตอล 2. การมัลติเพล็กซ์ (Multiplex) การส่งสัญญาณจาก แหล่งกำเนิดหลาย ๆ แหล่ง โดยผ่านตัวกลางสายส่ง เดียวกัน เป็นการประหยัดค่าใช้จ่าย โดยใช้เทคนิค ที่เรียกว่า มัลติเพล็กซ์ (Multiplex) และ ดีมัลติเพล็กซ์ (Demultiplex) เพื่อแยกสัญญาณออกจากกันเมื่อถึง ปลายทาง ค่าใช้จ่ายในการมัลติเพล็กซ์ของการส่ง สัญญาณแบบอะนาล็อกแพงกว่าแบบดิจิตอลมาก

44. การเปรียบเทียบการส่งสัญญาณแบบอะนาล็อกและดิจิตอลการเปรียบเทียบการส่งสัญญาณแบบอะนาล็อกและดิจิตอล 3. ความเร็ว ในการส่งสัญญาณข้อมูลในเครือข่ายแบบ ดิจิตอลทำได้เร็วและส่งได้มากกว่าในเครือข่ายแบบ อะนาล็อก

45. สรุป การสื่อสารข้อมูลคอมพิวเตอร์ ระบบการสื่อสาร ดิจิตอลจะมีข้อได้เปรียบมากกว่าระบบสื่อสารอะนาล็อก ทั้งด้านคุณภาพและปริมาณก็ตาม แต่ระบบสื่อสาร อะนาล็อกก็ยังเป็นสิ่งจำเป็นในปัจจุบัน เพราะยังมีแหล่ง ข้อมูลหลายชนิดที่เป็นข้อมูลอะนาล็อก เช่นเสียง วิดีโอภาพเคลื่อนไหว เป็นต้น