บทที่ 4

1. บทที่ 4 Modulation วิชา... เทคโนโลยีไร้สาย Department of Applied Science, YRU

2. Outline • คลื่นความถี่ที่ใช้งานสากล • การมอดูเลชั่น • การมอดูเลชั่นแบบแบนด์แคบ • การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม

3. คลื่นความถี่ที่ใช้งานสากลคลื่นความถี่ที่ใช้งานสากล • คลื่นความถี่บริหารจัดการโดยคณะกรรมการผู้ดูแลแต่ละประเทศ • หน่วยงาน (FCC : Federal Communications Corporation) กำหนดช่วงความถี่ใช้งานโดยไม่ต้องขออนุญาต • ช่วงความถี่ ISM (Industrial, Science and Medical Frequency Band) กำหนดแบ่งช่วงความถี่ออกเป็น 3 ช่วง 5.7 GHz 2.4 GHz 902 MHz 26 MHz 83.5 MHz 125 MHz 902 928 2.40 2.4835 5.725 5.850 MHz MHz GHz GHzGHzGHz รูปที่ 4.1 ย่านความถี่ไอเอสเอ็ม

4. คลื่นความถี่ที่ใช้งานสากล (ต่อ) • ย่านความถี่ 902 MHz สื่อสารได้ระยะทางไกล ราคาถูก ความเร็วต่ำ • ย่านความถี่ 2.4 GHz ย่านความถี่ที่ยอมรับจากทั่วโลก พัฒนาอุปกรณ์เครือข่ายไร้สาย • ย่านความถี่ 5.7 GHz อัตราความเร็วในการส่งข้อมูลสูง แต่สัญญาณถูกรบกวนได้ง่าย ระยะทางใกล้ ส่วนใหญ่ใช้ได้ในแถบทวีปอเมริกาและญี่ปุ่น

5. การมอดูเลชั่น • เมื่อต้องการส่งข้อมูลผ่านเครือข่าย นักศึกษาคิดว่าจะต้องมีกระบวนการอย่างไรบ้าง ที่จะทำให้ข้อมูลถึงปลายทาง ??? รูปที่ 4.2 การทำงานของโมเด็ม

6. การมอดูเลชั่น รูปที่ 4.3 โครงสร้างและส่วนประกอบทางสถาปัตยกรรมเครือข่ายไร้สาย

7. การมอดูเลชั่นแบบแบนด์แคบการมอดูเลชั่นแบบแบนด์แคบ • Narrow Band Modulation การแปลงข้อมูลเป็นสัญญาณแล้วส่งไปด้วยกำลังการส่งค่าหนึ่งในช่วงความถี่ • ใช้ในการรับ-ส่งข้อมูลระหว่างต้นทางกับปลายทางเพียง 1 คู่เท่านั้น กำลังส่ง สัญญาณที่ส่งออกมาในหนึ่งช่วงความถี่ เช่น สถานี Seed 97.5 ความถี่ที่ใช้งาน 100 MHz รูปที่ 4.4 การส่งข้อมูลแบบแบนด์แคบ

8. การมอดูเลชั่นแบบแบนด์แคบ (ต่อ) • ระหว่างช่วงของความถี่ที่ใช้งาน แต่ละสถานีที่ต้องการส่งข้อมูลต้องมีการเว้นช่องว่างระหว่างความถี่ (Guard Band) ที่ไม่ทำให้ความถี่ที่ใช้งานรบกวนกัน • ตัวอย่างการส่ง เช่น การกระจายสัญญาณวิทยุคลื่นเอเอ็มหรือเอฟเอ็ม รวมถึงการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์สถานีต่างๆ รูปที่ 4.5 สัญญาณวิทยุคลื่นเอเอ็มหรือเอฟเอ็ม

9. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัมการมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม • เป็นรูปแบบการส่งที่กระจายกำลังส่งไปในหลายช่วงความถี่ สามารถลดปัญหาที่เกิดจากสัญญาณรบกวนที่แรงและมีความถี่ที่ตรงกับความถี่ที่ใช้งาน การมอดูเลชั่นแบบแบนด์แคบ กำลังส่ง สัญญาณรบกวนที่มีความถี่เดียวกัน การกระจายสเปกตรัม ความถี่ รูปที่ 4.6 สัญญาณรบกวนกับการมอดูเลชั่นแบบแบนด์แคบและแบบกระจายสเปกตรัม

10. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) • การมอดูเลชั่นแบบกระกายสเปกตรัม มี 3 เทคนิค คือ • แบบกระโดดความถี่ (FHSS : Frequency Hopping Speed Spectrum • แบบลำดับตรง (DSSS : Direct Sequence Spread Spectrum) • แบบโอเอฟดีเอ็ม(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing ความถี่ รูปที่ 4.4 สัญญาณรบกวนกับการมอดูเลชั่นแบบแบนด์แคบและแบบกระจายสเปกตรัม

11. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบกระโดดความถี่ FHSS • หลักการ : การเปลี่ยนความถี่จากค่าหนึ่งไปเป็นความถี่อื่นตลอดเวลา • โดยการเปลี่ยนความถี่นี้เป็นการกระโดดจากความถี่หนึ่งไปอีกความถี่หนึ่งตามฟังก์ชันของเวลา • เมื่อเวลาเปลี่ยน ความถี่ที่ใช้ก็จะเปลี่ยนไป ต้องมีการกำหนดความถี่ต่างๆ ที่ใช้งาน รวมถึงลำดับการใช้งานความถี่ • FCC ได้กำหนดการกระโดดหรือเปลี่ยนความถี่ จำนวนมากกว่า 75 ความถี่ต่อการส่ง โดยจะมีเวลาที่อยู่ที่ความถี่ค่าหนึ่งไม่เกิน 400 มิลลิวินาที

12. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบกระโดดความถี่ FHSS (ต่อ) ลำดับการกระโดด: C A B C B การชน สัญญาณรบกวน สัญญาณรบกวน รูปที่ 4.7 การมอดูเลชั่นแบบกระโดดความถี่

13. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบกระโดดความถี่ FHSS (ต่อ) • ความเร็วในการส่งข้อมูลมีค่าจำกัดได้ถึง 2 Mbps • การมอดูเลชั่นแบบนี้ไม่เป็นที่นิยมใช้ในการส่งข้อมูลเครือข่ายไร้สายความเร็วสูง • สามารถส่งข้อมูลของเครือข่ายระดับบุคคล (PAN : Personal Area Network) • จากรูปแบบลำดับการใช้ความถี่ สามารถใช้งานมากกว่าหนึ่งชุดลำดับการใช้งานในช่วงความถี่เดียวกัน โดยไม่รบกวน • วิธีนี้สามารถลดผลจากสัญญาณรบกวน และป้องกันการโจมตีจากผู้ไม่หวังดีในการส่งสัญญาณขัดจังหวะ รูปที่ 4.4 การมอดูเลชั่นแบบกระโดดความถี่

14. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบลำดับตรง DSSS • หลักการ : ใช้เทคนิคการรวมสัญญาณข้อมูลที่ต้องการส่งเข้ากับสัญญาณการส่งข้อมูลอีกชุดหนึ่งที่มีอัตราการส่งที่สูงขึ้น • แต่ละบิตข้อมูลจะถูกขยายสัญญาณเป็นหลายบิตแล้วนำไป XOR : Exclusive-OR กับสัญญาณอีกชุดหนึ่งที่ได้จากการสุ่มขึ้นมาจำนวน n บิต เรียก ลำดับเอ็นบิต (n-bit Sequence) ว่า รหัสชิปปิ้ง (Chipping Code)

15. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบลำดับตรง DSSS (ต่อ) 1 0 1 5 บิต 5 บิต 5 บิต

16. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบลำดับตรง DSSS(ต่อ) • กรณีมีสัญญาณรบกวนเกิดขึ้น • ข้อสังเกต ลำดับเอนบิต (n-bit Sequence) 1000100000 01000 01101 11000 10111 1110011000 11111

17. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบโอเอฟดีเอ็มOFDM • จากพื้นฐานของ FDM ที่ใช้ในการส่งข้อมูล สามารถใช้งานหลายความถี่ได้พร้อมกัน แต่ละความถี่ที่ใช้งาน ไม่ซ้อนทับกัน โดยต้องมีช่องว่างระหว่างความถี่ กำลังส่ง ความถี่ รูปที่ 4.8 การส่งแบบเอฟดีเอ็ม

18. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบโอเอฟดีเอ็มOFDM (ต่อ) กำลังส่ง ความถี่ รูปที่ 4.9 การส่งแบบเอฟดีเอ็ม

19. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบโอเอฟดีเอ็มOFDM • จากพื้นฐานของ FDM ที่ใช้ในการส่งข้อมูล สามารถใช้งานหลายความถี่ได้พร้อมกัน แต่ละความถี่ที่ใช้งาน ไม่ซ้อนทับกัน โดยต้องมีช่องว่างระหว่างความถี่ • แต่การส่งแบบนี้จะสินเปลื้องแบนด์วิดธ์ จึงพัฒนาการส่งที่ใช้สัญญาณย่อย (Sub-Carrie) เพื่อส่งออกข้อมูลไปพร้อมกัน • การส่งโดยไม่ต้องคำนึงถึงช่องว่างระหว่างความถี่ คือ ออกแบบให้ลักษณะของสัญญาณย่อยที่ใช้งานในสัญญาณซิงค์(Sinc) ที่มีค่าเป็น Sin(x)/x แล้วส่งสัญญาณยอ่ยดังกล่าวออกไปแบบขนาน • การส่ง ขณะที่สัญญาณย่อยที่ 1 มีค่ากำลังส่งเป็นค่าสูงสูด สัญญาณย่อยส่วนอื่นๆ จะไม่มีค่า (Null) ทั้งหมด ทำให้ไม่รบกวนสัญญาณ

20. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบโอเอฟดีเอ็มOFDM รูปที่ 4.10 สัญญาณซิงค์Sin(x)/x

21. การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ) แบบโอเอฟดีเอ็มOFDM รูปที่ 4.11 การมอดูเลชั่นแบบโอเอฟดีเอ็ม

22. การพิจารณาเลือกใช้การมอดูเลชั่นการพิจารณาเลือกใช้การมอดูเลชั่น • จะต้องคำนึงถึงปัญหาทางด้านประสิทธิภาพและคลื่นรบกวน ก็ควรใช้วิธี DSSS • ถ้าต้องการใช้อะแดปเตอร์ไร้สายขนาดเล็กและราคาไม่แพง สำหรับเครื่องโน๊ตบุ๊ค หรือ เครื่อง PDA ก็ควรเลือกแบบ FHSS