1 / 33

Data Communication and Network

Data Communication and Network. Modulation Technique Part 2. 2.Analog-to-Analog Modulation.

cosima
Download Presentation

Data Communication and Network

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Data Communication and Network Modulation Technique Part 2

  2. 2.Analog-to-Analog Modulation • การเข้ารหัสแบบแบบอนาล็อกเป็นอนาล็อก หมายถึง การแทนข้อมูลที่อยู่ในรูปอนาล็อกไปเป็น สัญญาณอนาล็อก ตัวอย่างของการเข้ารหัสแบบนี้ที่เราคุ้นเคย คือ ระบบวิทยุกระจายเสียงเพราะ เสียงเป็นสัญญาณแบบอนาล็อก เมื่อเข้าเครื่องส่งของสถานีซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนแปลงเป็นสัญญาณ อนาล็อกก่อนแพร่สัญญาณออกไป • วิธีการเข้ารหัสสัญญาณอนาล็อกเพื่อส่งผ่านไปในช่องทางสื่อสารอนาล็อกนั้นมี3 วิธี ด้วยกันคือ    1. การเข้ารหัสแบบแอมปลิจูด (Amplitude Modulation, AM)    2. การเข้ารหัสแบบความถี่ (Frequency Modulation, FM)   3. การเข้ารหัสแบบเฟส (Phase Modulation, PM)

  3. การเข้ารหัสแบบแอมปลิจูด (Amplitude Modulation, AM) • การเข้ารหัสแบบ AM เป็นวิธีการที่ดั้งเดิมที่สุดและสะดวกที่สุด • ตามรูปจะเห็นว่าความถี่ ของ สัญญาณ คลื่นพาห์จะคงที่และสูงกว่าความถี่ของสัญญาณข้อมูล เพื่อให้สามารถพาสัญญาณข้อมูลไปได้ระยะทางไกล ๆ • จะเห็นว่าสัญญาณ AM ที่เข้ารหัสแล้วจะมีความถี่เท่ากับ ความถี่ของสัญญาณคลื่นพาห์ โดยมีขนาดหรือแอมปลิจูดของสัญญาณเปลี่ยนแปลงไป ตามแอมปลิจูดของสัญญาณข้อมูล

  4. การเข้ารหัสแบบแอมปลิจูด (Amplitude Modulation, AM)

  5. การเข้ารหัสแบบแอมปลิจูด (Amplitude Modulation, AM) • แบนด์วิดท์ของการเข้ารหัสแบบ AM ขนาดของแบนด์วิดท์ของคลื่นแบบ AM เท่ากับ 2 เท่าของแบนด์วิดท์ของคลื่นต้นทาง (เสียง) และมีความถี่ของคลื่นพาห์เป็นจุดศูนย์กลางของแบนด์วิทด์ทั้งหมด • แบนด์วิดท์ของคลื่นเสียง เช่น คำพูดหรือเสียงดนตรีมีขนาดประมาณ 5 KHz ดังนั้น สถานีวิทยุเอเอ็มต้องใช้แบนด์วิทด์อย่างน้อย 10 KHz คณะกรรมการกลางกำกับดูแลกิจการ สื่อสารจึงอนุญาตให้สถานีวิทยุใช้แบนด์วิทด์เป็น 10 KHz ด้วยเช่นกัน • สถานีวิทยุ AM ใช้ คลื่นพาห์ที่มีความถี่อยู่ระหว่าง 530 และ 1700 KHz แต่ละสถานีจึงต้องตัดความถี่คลื่นพาห์ออกข้างละอย่างน้อย 10 KHz เพื่อใช้ป้องกันการรบกวนของสัญญาณอื่น

  6. การเข้ารหัสแบบความถี่ (Frequency Modulation, FM) • ตรงกันข้ามกับการเข้ารหัสแบบ AM สัญญาณเข้ารหัสแบบ FM จะมีแอมปลิจูดคงที่ แต่ความถี่ของสัญญาณจะไม่คงที่เปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ของสัญญาณข้อมูล • ข้อเสียของการเข้ารหัสแบบ FM คือ ต้องการแบนด์วิดท์ที่มีขนาดกว้างเนื่องจากสัญญาณข้อมูลมีหลายความถี่ ดังนั้นจึง ต้องหาวัสดุที่เป็นสายสื่อสารที่มีขนาดของแบนด์วิดท์กว้าง ทำให้ราคาของสายสื่อสารสูงขึ้นตามไปด้วย

  7. การเข้ารหัสแบบความถี่ (Frequency Modulation, FM)

  8. การเข้ารหัสแบบความถี่ (Frequency Modulation, FM) • คุณภาพของสัญญาณที่ได้จากการเข้ารหัสแบบ FM นี้จะดีกว่าแบบ AM แต่ระบบการทำงานจะซับซ้อนกว่า • ในปัจจุบันได้มีการปรับปรุงวิธีการเข้ารหัสสัญญาณแบบ FM โดยการเพิ่มวงจร Phase-Lock-Loop เข้าไปในระบบ เพื่อปรับความถี่และเฟสของสัญญาณ ทำให้สัญญาณมีคุณภาพและถูกต้องยิ่งขึ้น

  9. การเข้ารหัสแบบเฟส (Phase Modulation, PM) • ในขณะที่การเข้ารหัสแบบ AM และ FM เป็นที่นิยมใช้ในการกระจายเสียงทางวิทยุ แต่วิธีการเข้ารหัสแบบ PM กลับนิยมใช้กันในการแพร่ภาพสีทางทีวี • วิธีการเข้ารหัสแบบ PM ใช้วิธีการเปลี่ยนแปลงเฟสของสัญญาณ ซึ่งจริง ๆ แล้วทำได้ง่ายกว่าวิธีเข้ารหัสแบบ FM เสียอีก แม้จะเป็น วิธีที่ดีแต่วงจรค่อนข้างจะซับซ้อนกว่าจึงไม่นิยมใช้ส่งสัญญาณข้อมูลอนาล็อก

  10. การเข้ารหัสแบบเฟส (Phase Modulation, PM)

  11. การเข้ารหัสแบบเฟส (Phase Modulation, PM) • การเข้ารหัสมักจะนำมาใช้ในการส่งสัญญาณข้อมูลคอมพิวเตอร์ที่ต้องการความเร็วในการส่งข้อมูลสูง ทั้งนี้เนื่องจากสัญญาณดิจิตอลมีการเปลี่ยนแปล ง เฟส 2 ระดับสัญญาณ แบบ ทันทีทันใด( คือจาก +5 Vdc เป็น -5 Vdc) ซึ่งจะคล้องกับวิธีเข้ารหัสทางเฟสที่จะกลับเฟส สัญญาณ แบบทันทีทันใด เช่นกัน • ตัวอย่างเช่น การส่งข้อมูลคอมพิวเตอร์ผ่านระบบโทรศัพท์ อนาล็อกโดย ใช้โมเด็ม ที่การเข้ารหัสสัญญาณทางเฟสเป็นอุปกรณ์ส่งข้อมูล

  12. 3. Digital-to-Analog Modulation • ในปัจจุบันการส่งสัญญาณข้อมูลดิจิตอลโดยผ่านช่องทางสื่อสารแบบอนาล็อกที่เราคุ้นเคยกัน ได้แก่ การส่งข้อมูลคอมพิวเตอร์ผ่านทางเครือข่ายโทรศัพท์สาธารณะ เครือข่ายโทรศัพท์ ถูกออกแบบมา เพื่อทำการสลับสวิตซ์และส่งสัญญาณอนาล็อกซึ่งเป็นย่านความถี่ของเสียงหรือประมาณ 300 – 3400 เฮิรตซ์ • อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่แปลงสัญญาณข้อมูลดิจิตอลให้เป็นสัญญาณอนาล็อกย่านความถี่เสียงเราเรียกว่า โมเด็ม (MODEM) • สำหรับเทคนิคการเข้ารหัสสัญญาณข้อมูลดิจิตอลให้เป็นสัญญาณอนาล็อกนั้นมีอยู่ด้วยกัน 3 วิธีคือ    1. การเข้ารหัสเชิงเลขทางแอมปลิจูด (Amplitude – Shift Keying หรือ ASK)    2. การเข้ารหัสเชิงเลขทางความถี่ (Frequency – Shift Keying หรือ FSK)   3. การเข้ารหัสเชิงเลขทางเฟส (Phase – Shift Keying หรือ PSK)

  13. Amplitude Shift Keying (ASK) • ความถี่ของคลื่นพาห์ (Carrier Wave) ซึ่งทำหน้าที่นำสัญญาณแบบอนาล็อก ผ่านตัวกลางสื่อสารนั้นจะคงที่ • ลักษณะของสัญญาณเข้ารหัสนั้น เมื่อค่าของบิตของสัญญาณข้อมูลดิจิตอลมีค่าเป็น “ 1 ” ขนาดของคลื่นพาห์ (Amplitude) จะสูงขึ้นกว่าตอนปกติ และเมื่อบิตมีค่าเป็น “ 0 ” ขนาดของคลื่นพาห์จะตกลงกว่าตอนปกติ • การเข้ารหัสแบบ ASK มักจะไม่ค่อยได้รับความนิยม เพราะจะถูกรบกวน จากสัญญาณ อื่นได้ง่าย

  14. Amplitude Shift Keying (ASK)

  15. Frequency Shift Keying (FSK) • ในการเข้ารหัสแบบ FSK ขนาดของคลื่นพาห์จะไม่เปลี่ยนแปลง ที่เปลี่ยนแปลงคือ ความถี่ของ คลื่นพาห์ นั้นคือ • เมื่อบิตมีค่าเป็น “ 1 ” ความถี่ของคลื่นพาห์จะสูงกว่าตอนปกติ • เมื่อบิตมีค่าเป็น “ 0 ” ความถี่ของคลื่นพาห์ก็จะต่ำกว่าปกติ

  16. Frequency Shift Keying (FSK)

  17. Phase Shift Keying (PSK) • หลักการของ Phase Shift Keying (PSK) คือ ค่าของขนาดและ ความถี่ของคลื่นพาห์ จะไม่มี การเปลี่ยนแปลง แต่ที่จะเปลี่ยนคือเฟสของสัญญาณ กล่าวคือ • เมื่อมีการเปลี่ยนแปลง สภาวะของ บิตจาก “ 1 ” ไปเป็น “ 0 ” หรือเปลี่ยนจาก “ 0 ” ไปเป็น “ 1 ” เฟสของคลื่นจะเปลี่ยน (Shift) ไป 180 องศาด้วย • ในการเข้ารหัสเพื่อเปลี่ยนสัญญาณข้อมูลดิจิตอลให้เป็นสัญญาณอนาล็อกทั้ง 3 แบบ วิธีการแบบ PSK จะมีสัญญาณรบกวนเกิดขึ้นน้อยที่สุด ได้สัญญาณที่มีคุณภาพดีที่สุด แต่วงจรการทำงานจะซับซ้อนกว่าและราคาอุปกรณ์ก็แพงกว่า โดยปกติจะ PSK จะนำมาใช้กับโมเด็ม ความ เร็วปานกลาง เช่น 2,400 หรือ 4,800 bps

  18. Phase Shift Keying (PSK) 90° 0 180° 0° 1 270°

  19. Phase Shift Keying (PSK)

  20. Quandrature PSK (QPSK) 10 01

  21. 4-PSK and 8-PSK

  22. Quadrature Amplitude Modulation(QAM) • วิธี PSK ต้องอาศัยการเปลี่ยนแพลงเฟสแทนค่าบิต ถ้าต้องการส่งข้อมูลให้เร็วขึ้น ต้องแบ่งเฟสออกเป็นองศาขนาดเล็กลงซึ่งต้องอาศัยอุปกรณ์ที่สามารถแยกความแตกต่างของสัญญาณที่มีเฟสต่างให้ได้ • การเปลี่ยนแปลงคลื่นซายน์เป็นการเปลี่ยนแปลงเพียงอย่างใดอย่างหนึ่ง เช่น เปลี่ยนแอมพลิจูดหรือเปลี่ยนความถี่หรือเฟสเพียงอย่างใดอย่างหนึ่งเพียงอย่างเดียว • ถ้าสามารถสร้างการเปลี่ยนแปลงทั้ง 2 อย่างมารวมกัน จะสามารถส่งข้อมูล ได้เร็วขึ้น • แต่ถ้าผสมผสานแบบ FSK กับแบบอื่นๆ แบนด์วิทด์จะถูกจำกัดเช่นเดิม

  23. 90° 010 011 001 000 180° 0° 100 101 111 110 270° Quadrature Amplitude Modulation(QAM) • ASK + PSK วาดรูป sine wave

  24. 4. Analog-to-Digital Modulation • ในบางครั้งต้องแปลงสัญญาณ Analog เป็น Digital เช่น เสียงคนที่ต้องส่งในระยะทางไกลจะต้องแปลงเสียงเป็น Digital เสียก่อน เช่นนี้เรียกว่า analog - to - digital เป็นการแปลงสัญญาณอนาล๊อกไปเป็นสัญญาณดิจิตอล โดยผ่านวิธีการ Codec ( Coder -Decoder )

  25. Analog-to-Digital Modulation • ในกรณีถ้าระบบเครือข่ายของเราเป็นแบบดิจิตอล คือสามารถส่งผ่านสัญญาณ ดิจิตอล สู่ช่องทาง สื่อสารดิจิตอลได้โดยตรง เช่น การส่งไปรษณีอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Mail) ผ่านเครือข่าย โทรศัพท์ดิจิตอลสาธารณะ (ISDN) เราสามารถส่งสัญญาณดิจิตอลที่ออกจาก คอมพิวเตอร์สู่ เครือข่ายได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านโมเด็ม • และในทำนองเดียวกันก็สามารถจะส่งสัญญาณอนาล็อกผ่านเข้าไปในระบบเครือข่ายดิจิตอล ได้โดยการเปลี่ยนแปลงสัญญาณอนาล็อก ให้เป็นสัญญาณดิจิตอลเสียก่อนโดยใช้อุปกรณ์ที่ทำงานตรงกันข้ามกับโมเด็มคือ โคเดก (CODEC หรือ COder / DECoder) • เทคนิคการเปลี่ยนแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอลแบ่งออกเป็น 2 วิธีคือ  1. การเข้ารหัสทางแอมปลิจูดของพัลส์ หรือ PAM (Pulse AmplitudeModulation)  2. การมอดูเลตแบบรหัสพัลส์ หรือ PCM (Pulse Code Modulation)

  26. Pulse Amplitude Modulation (PAM) • โดยอาศัยหลักการ “ แซมปิง ” หรือการชักตัวอย่าง (Sampling) ของสัญญาณที่เป็น อนาล็อก( ต่อเนื่อง) ตามช่วงเวลาให้สัญญาณนั้นขาดจากกันเป็นพัลส์ ๆ โดยขนาดของ แต่ละพัลส์จะเท่า กับขนาดของสัญญาณเดิมในช่วงเวลานั้น ๆ • ทางทฤษฎีการแซมปิงจะทำด้วยอัตราสองเท่าของแบนด์วิดท์ของสัญญาณอนาล็อก เป็นจำนวน ครั้งต่อวินาที ( อัตราแซมปิง = 2 BW เฮิรตซ์ ) ยิ่งถ้าแซมปิงสัญญาณด้วยอัตราน้อยเท่าไร เรา ก็จะได้สัญญาณพัลส์ที่ใกล้เคียงกับสัญญาณเดิมมากที่สุด แต่ถ้าอัตราน้อยเกิน ไปสัญญาณ ก็จะ กลับไปเป็นสัญญาณอนาล็อกเหมือนเดิม

  27. Pulse Amplitude Modulation (PAM) • ขั้นแรกของการ PCM จะต้องทำ PAM ก่อน คือการเอาข้อมูลที่เป็น analog มาทำการ Sampling

  28. Pulse Amplitude Modulation (PAM)

  29. Pulse-Code Modulation (PCM) • เนื่องจากขนาดของพัลส์ในแบบ PAM ยังคงเป็นแบบต่อเนื่อง การส่งสัญญาณแบบ PAM จึงไม่ได้ ต่างอะไรกับการส่งสัญญาณอนาล็อกเลย ดังนั้นในวิธีการส่งแบบ PCM จึงมีขั้นตอนการทำให้ขนาดของสัญญาณข้อมูลเป็นแบบไม่ต่อเนื่องก่อนด้วยวิธีการตัดตอนสัญญาณ ที่เรียกว่า “ การควอนไทซ์ ” (Quantize) ขั้นตอนการแปลงสัญญาณอนาล็อก ให้เป็นสัญญาณดิจิตอล โดยวิธี PCM

  30. Pulse-Code Modulation (PCM)

  31. Pulse-Code Modulation (PCM) • เมื่อสัญญาณ PCM ถูกส่งไปถึงปลายทางก็จะถูกเปลี่ยนกับมาเป็นสัญญาณ PAM แล้วจึงแปลงกลับมาเป็นสัญญาณอนาล็อกอย่างเดิมอีกทีการทำ “ ควอนไทซ์ ” จะทำให้สัญญาณ ที่ปลายทาง ไม่เหมือนทางต้นทางทีเดียว อีกทั้งในช่วงระหว่างการ “ แซมปิง ” แต่ละครั้งสัญญาณรบกวนจากแหล่งอื่นสามารถแทรกเข้ามาได้ แต่อย่างไรก็ตามการเข้ารหัสแบบ PCM ก็ให้ประสิทธิภาพดี กว่าแบบ PAM และได้สัญญาณข้อมูลเป็นดิจิตอลจริง ๆ

  32. Pulse-Code Modulation (PCM)

More Related