Transcript การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่

Lecture 03
DATA AND SIGNAL
ข้ อมูลและสั ญญาณ
1
ประเภทของสั ญญาณรบกวน
สัญญาณรบกวนที่มาพร้อมกับสัญญาณข้อมูลบนสายสื่ อสารนั้นถือเป็ น
เรื่ องราวปกติ หรื ออาจกล่าวได้วา่ เป็ นเรื่ องธรรมชาติกย็ งั ได้
ลองนึ ก ดู ว่า ในขณะที่ ฟั ง การบรรยายจากอาจารย์ผูส้ อน มี สัญ ญาณ
รบกวนหรื อไม่ ?
คาตอบก็คือ ย่อมมีแน่นอน เช่น เพื่อนในห้องเรี ยนมีการพูดคุยส่ งเสี ยง
กัน เสี ยงโทรศัพท์ดงั บ้าง เสี ยงรถจักรยานยนต์ที่วิ่งบนท้องถนน หรื อเสี ยง
การทางานของเครื่ องปรับอากาศ เป็ นต้น
2
เทอร์ มัลนอยซ์ (THERMAL NOISE)
สัญญาณรบกวนชนิ ด Thermal Noise มีชื่อเรี ยกหลายชื่อ
ด้วยกัน เช่น White Noise หรื อ Gaussian Noise เป็ น
สัญญาณรบกวนที่เกิดจากความร้อนหรื ออุณหภูมิ ซึ่ งเป็ นสิ่ งทีห่ ลีกเลี่ยงไม่ได้
เลย เนื่ องจากเป็ นผลมาจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนบนลวดตัวนา โดย
หากมี อุ ณ หภู มิ สู ง ขึ้ น ระดับ ของสัญญาณรบกวนก็จ ะสู ง ขึ้ น ตาม สัญ ญาณ
รบกวนชนิดนี้ไม่มีรูปแบบแน่นอนและอาจมีการกระจายไปทัว่ ในย่านความถี่
ต่าง ๆ สาหรับการป้ องกันสัญญาณรบกวนชนิ ดนี้ อาจป้ องกันได้ดว้ ยการใช้
อุปกรณ์กรองสัญญาณ (Filters) สาหรับสัญญาณแอนะล็อก หรื ออุปกรณ์
Regenerate สัญญาณสาหรับสัญญาณดิจิตอล
3
อิมพัลส์ นอยซ์ (IMPULSE NOISE)
เป็ นเหตุการณ์ที่จะมีคลื่นสัญญาณโด่ง (Spiles) ขึ้นอย่างผิดปกติ
อย่างรวดเร็ ว จัดเป็ นสัญญาณรบกวนแบบไม่คงที่ซ่ ึ งยากต่อการตรวจสอบ
เนื่ อ งจากอาจเกิ ด ขึ้ น ในช่ ว งเวลาสั้ น ๆ แล้ว ก็ ห ายไป โดยมัก จะเกิ ด การ
รบกวนจากภายนอกแบบทันทีทนั ใด เช่ น ฟ้ าแลบ ฟ้ าผ่า ซึ่ งหากสัญญาณ
รบกวนชนิ ดนี้ ได้มีการแทรกแซงเข้ามากับสัญญาณดิ จิตอล และบ่อยครั้งที่
สัญญาณดิจิตอลสามารถที่จะทาการกูค้ ืนสัญญาณที่สูญเสี ยให้กลับมาอยู่ใน
รู ปแบบสัญญาณต้นฉบับได้ แต่ดว้ ยสัญญาณรบกวนแบบอิมพัลสน์นอยซ์ได้
ทาการลบล้างสัญญาณต้นฉบับออกไป ก็จะส่ งผลกระทบต่อข้อมูลบางส่ วนที่
อาจทาให้ขาดหายไปได้ และไม่สามารถทาการกูค้ ืน
สาหรับการป้ องกันสัญญาณรบกวนชนิ ดนี้ สามารถป้ องกันได้ดว้ ย
การใช้อุ ปกรณ์ กรองสัญญาณพิเ ศษที่ ใ ช้สาหรั บสัญญาณแอนะล็อ ก หรื อ
อุปกรณ์ประมวลผลสัญญาณดิจิตอลที่ใช้สาหรับสัญญาณดิจิตอล
4
ครอสทอล์ก (CROSSTALK)
เป็ นเหตุ ก ารณ์ ที่เ กิ ด ขึ้ น จากการเหนี่ ย วน าของสนามแม่ ไ ฟฟ้ า ที่ เข้าไป
รบกวนสัญญาณข้อมูลที่ส่งผ่านเข้าไปในสายส่ ง ตัวอย่างเช่น สายคู่บิดเกลียวที่
ใช้กบั สายโทรศัพท์ มักก่อให้เกิดสัญญาณที่เรี ยกว่าครอสทอล์กได้ง่าย เมื่อมีการ
นาสายเหล่านั้นมัดรวมกัน ทาให้เกิดการเหนี่ยวนาทางไฟฟ้ า เนื่ องจากในระบบ
ส่ งสัญญาณที่ มีสายส่ งหลายเส้น และมีการติ ดตั้งบนระยะทางไกล ๆ ดังนั้น
โอกาสที่สัญญาณเดินทางในแต่ละเส้นจะมีโอกาสที่จะรบกวนซึ่งกันและกันได้
ตัวอย่างเช่น ในบางครั้ง ขณะที่เราพูดคุยทางโทรศัพท์กบั เพื่อน แต่กลับได้ยิน
เสี ย งพูด คุ ย จากคู่ ส ายอื่ น อยู่เ บื้ อ งหลัง เป็ นต้น ส าหรั บ การป้ องกัน สัญ ญาณ
รบกวนชนิดนี้ สามารถป้ องกันได้ดว้ ยการใช้สายสัญญาณที่มีฉนวน หรื อมีชีลด์
เพื่อป้ องกันสัญญาณรบกวน
5
เอคโค (ECHO)
เอคโคเป็ นสัญญาณที่ถูกสะท้อนกลับ (Reflection) ซึ่ งมีลกั ษณะ
เดียวกันกับการที่เราตะโกนเสี ยงใส่ ในห้องว่างเปล่า และเสี ยงที่ตะโกนนั้นก้อง
กลับมาให้เราได้ยิน โดยสัญญาณที่ส่งไปบนสายโคแอกเชียลได้เดินทางไปยัง
สุ ดปลายสาย และมี การสะท้อนกลับ ซึ่ งจะส่ งผลกระทบต่อโหนดใกล้เคี ย ง
กล่าวคือโหนดใกล้เคียงจะได้ยินเสี ยงสัญญาณสะท้อนกลับ และพลันนึ กว่าสาย
ส่ งสัญญาณในขณะนั้นไม่วา่ ง ทาให้ตอ้ งรอส่ งข้อมูลแทนที่จะสามารถ
6
สัญญาณรบกวนที่เกิดจากอุปกรณ์ เป็ นแหล่งกาเนิดความร้อน (Thermal: “white
noise”)
 มีลก
ั ษณะการแผ่กระจายคลื่นความร้อนรบกวน ในแบบคงที่ยากต่อการ
ป้ องกัน
 สัญญาณรบกวนเกิดจากการอุปกรณ์ที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้ า เช่น มอเตอร์
(Induced Noise)
 สัญญาณคลอสทอกส์ (Crosstalk) : เกิดจากการส่ งสัญญาณไปในสายส่ งที่อยู่
ใกล้ชิดกัน
 สัญญาณเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของระดับแรงดันกระแสไฟฟ้ าอย่าง
กระทันหัน ( Impulse noise)
 ฟ้าผา,
่ อุปกรณ์มอเตอร์ไฟฟ้ า

7
การแบ่ งปั นสื่อกลางด้ วยวิธี Multiplexing
เป็ นเทคนิคในการช่วยจัดการและแบ่งปันทรัพยากร สื่ อกลาง หรื อ
ช่องทางในการขนส่ งข้อมูลร่ วมกัน ทาให้เครื่ องคอมพิวเตอร์ ตน้ ทาง
มากกว่า 1 เครื่ องสามารถขนส่ งข้อมูลผ่านช่องทางหรื อช่องสัญญาณ
เดียวกันได้
เทคนิคเบื้องต้นมีอยู่ 3 แบบ FDM, TDM และ WDM
8
9
MULTIPLEXING เกิดขึน้ เมื่อใด
- เมื่อใดก็ตามที่ความจุของสายสื่ อสารมีการส่ งมากกว่า 1อุปกรณ์มีการส่ งออก
มาไปยังผูร้ ับที่มากกว่า 1 เครื่ อง
เมื่อนั้น link สามารถที่จะ share สายสื่ อสารให้สามารถส่ งออกไป
พร้อมกันได้โดยแยกไปส่ งผูร้ ับแต่ละคน
- Multiplexing จะยอมให้ผสู ้ ่ งหลายคนสามารถที่จะ share ความจุ
ของสายสื่ อสารร่ วมกัน
- ปัญหาเกี่ยวกับการติดขัด เมื่อผูใ้ ช้มากก็ทาให้ติดขัดมากขึ้น จะแก้ปัญหาโดย
การใช้ link ที่กว้าง เช่น coaxial
cable , optical fiber , terrestrial หรื อ sateline
microwave
10
เปรี ยบเทียบระบบการส่ งสัญญาณที่
ไม่ใช้มลั ติเพล็กซ์ และใช้มลั ติเพล็กซ์
11
มัลติเพล็กซ์และคอนเซ็นเตรเตอร์
การลดค่าใช้จ่าย
ในระบบเครื อข่าย
การจัดระบบเครื อข่าย
มัลติเพล็กซ์เซอร์
คอนเซ็นเตรเตอร์
ฯลฯ
12
แสดงการใช้มลั ติเพล็กซ์เซอร์ เมื่อส่ งข้อมูลจากหลายเทอร์ มินลั
13
การมัลติเพล็กซ์
การมัลติเพล็กซ์โดยการแบ่งความถี่
(Frequency division multiplexing)
มัลติเพล็กซ์โดยการใช้สัญญาณแสง
(Wave division multiplexing)
มัลติเพล็กซ์โดยการแบ่งเวลา
(Time division multiplexing)
4
14
การมัลติเพล็กซ์ แบบแบ่ งความถี่ ( Frequency-division multiplexing: FDM)
คือ การส่ งสัญญาณจากผูส้ ่ งหรื อสถานีส่งจานวนหลายๆ สถานีไป
ในช่องสัญญาณเดียวกัน ด้วยการใช้เทคนิคแบบอะนาล็อกที่เกี่ยวกับ
ช่องสัญญาณของสื่ อนาสัญญาณ โดยสัญญาณต่างๆ จะสร้างขึ้นด้วยการมอ
ดูเลตกับพาหะที่มีความถี่ต่างกัน กล่าวคือ เป็ นการแบ่งความถี่ของ
ช่องสัญญาณของสื่ อนาสัญญาณออกเป็ นช่องสัญญาณหรื อช่องความถี่
ย่อยๆ (Sub Channel) สาหรับนาข้อมูลของแต่ละสถานีส่ง ซึ่งแต่
ละสถานีส่งจะส่ งข้อมูลภายในช่องสัญญาณหรื อความถี่ที่ได้รับเท่านั้น และ
ระหว่างช่องความถี่จะมีการ์ดแบนด์ (Guard Band) เพื่อป้ องกันไม่
แต่ละช่องความถี่เกิดการแทรกแซงสัญญาณระหว่างกัน ตัวอย่างของการ
มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่ เช่น การส่ งสัญญาณคลื่นวิทยุกระจายเสี ยง
โทรทัศน์
15
หลักการเบื้องต้นในการมัลติเพล็ซ์แบบการแบ่งความถี่
16
แสดงการใช้การ์ดแบนด์ และการจัดแบนด์วิดท์
ของการมัลติเพล็กซ์โดยการแบ่งความถี่
17
ข้อดีของการมัลติเพล็กซ์โดยการแบ่งความถี่
ใช้วธิ ี การมัลติเพล็กซ์ที่ค่อนข้างง่าย ไม่ซบั ซ้อนและมีโมเดม อยูใ่ นตัวจึงมีราคาถูก
ข้อเสี ยของการมัลติเพล็กซ์โดยการแบ่งความถี่
โดยทัว่ ไปมีประสิ ทธิ ภาพต่าเนื่องจาก
1.ทางานโดยแบ่งความสามารถในการส่ งข้อมูลของสื่ อกลาง
เป็ นแบบสถิต (statical location)
2. อัตราการส่ งข้อมูลโดยรวมต่า ซึ่ งปกติจะต่ากว่า 2,000 bps
18
V สัญญาณโทรศัพท์ 1 ช่องเสี ยง
ใช้คลื่นพาห์ที่มีช่วง V
ความถี่ห่างกัน 4 KHz
จานวน 12 คลื่น
8140
V
ใช้คลื่นพาห์ที่มีช่วง V
ความถี่ห่างกัน 48KHz
จานวน 5 คลื่น
V
60
108
12 channel group
321
552
5 group =1 super group(60 channels)
V One super group
การจัดใช้ความถี่แบบ
FDM ของโทรศัพท์ 312
ระบบคลื่นพาห์
8188
60
2540 group
10 super group =1 master
= 600 channels
564
17,548
1,800 channel 6 master groups = 1 jumbo group
= 3,600 channels
19
แสดงการดีมลั ติเพล็กซ์ FDM ด้านรับด้วย time domain
20
แสดงการมัลติเพล็กซ์ FDM ด้านส่ งด้วย frequency domain
21
แสดงการดีมลั ติเพล็กซ์ FDM ด้านรับด้วย frequency domain
22
การมัลติเพล็กซ์ แบบแบ่ งเวลา(Time Division Multiplexing: TDM)
การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลา เป็ นการแบ่งเวลาในการใช้สาย
ส่ งเพื่อใช้ส่งข้อมูล เหมาะกับสัญญาณข้อมูลแบบดิ จิตอล เนื่ องจาก
สั ญ ญาณดิ จิ ต อลมี ช่ ว งเวลาที่ แ น่ น อนของบิ ต แต่ ล ะบิ ต จึ ง ท าให้
สามารถมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลาให้มีความสอดคล้องกับเวลาของ
บิตได้ โดยอาจคิดเป็ นอัตราเร็ วของบิตได้คือ สัญญาณที่มี อตั ราเร็ วต่า
หลายๆ สัญญาณสามารถนามามัลติเพล็กซ์รวมกันเป็ นสัญญาณที่ มี
อัตราบิตสู งขึ้นได้ ซึ่ งการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลา ยังสามารถแบ่ง
ออกเป็ น “การมัล ติ เ พล็ก ซ์ แ บบแบ่ ง เวลาในแบบซิ งโครนัส ” และ
“การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลาในรู ปแบบสถิติ”
23
การการมัลติเพล็กซ์โดยแบ่งช่วงเวลา
( Time Division Multiplexing : TDM )
ศูนย์คอมพิวเตอร์ (กรุ งเทพ)
T
T
T
T
T = เทอร์ มินลั ต่างจังหวัด
การเชื่อมโยงสถานีปลายทางกับศูนย์กลางแบบ Point-to-Point
24
ศูนย์คอมพิวเตอร์
(กรุ งเทพ)
T
T
T
T
T = เทอร์ มินลั ต่างจังหวัด
การเชื่อมโยงสถานีปลายทางกับศูนย์กลางแบบ Multidrop
25
แสดงการจัดความเร็ วในการส่ งสัญญาณของการ
มัลติเพล็กซ์
โดยการแบ่งด้วยเวลา
26
การมัลติเพล็กซ์ แบบแบ่ งความยาวคลืน่ (Wavelength-division multiplexing: WDM)
การนาสัญญาณที่มีความยาวคลื่นต่างกันมารวมกัน แล้วทาการส่ งเข้าไปในเส้นใย
แก้วนาแสง เทคโนโลยี WDM เป็ นเทคโนโลยีที่ใช้เพิ่มขนาดแบนด์วิท การส่ งข้อมูลบน
เครื อข่ายใยแก้วนาแสง โดยการรวมส่ งข้อมูลหลายชุดพร้อมกันโดยใช้วธิ ี ผสมแสงแถบ
ความถี่แคบๆเข้าด้วยกัน เป็ นแถบกว้างคล้าย FDM คือ ทา MUX ข้อมูลโดยใช้
สัญญาณพาหะต่างความถี่ต่างกันที่ความถี่น้ นั ค่าสู งมาก โดยข้อมูลแต่ละชุดใช้แสงที่มีความ
ยาวคลื่นที่แตกต่างกันลงบนสายใยแก้วเส้นเดียว ปั จจุบนั เทคโนโลยี WDM ได้เข้ามา
เป็ นส่ วนสาคัญบนอุปกรณ์เครื อข่ายใยแก้วนาแสง เพราะด้วยแบนด์วทิ ที่เพิ่มขึ้นมาก ทาให้
สามารถใช้งานแอปพลิเคชันใหม่ได้อย่างรวดเร็ ว อีกทั้งยังสามารถติดตั้งเข้ากับโครงสร้าง
พื้นฐานของระบบเดิมที่มีอยูก่ ่อนได้ง่าย และด้วยการที่ WDM เป็ นเทคโนโลยีในชั้น
กายภาพ จึงสามารถใช้เทคโนโลยีน้ ีกบั ระบบต่างๆ ได้ เช่นทั้งอุปกรณ์ SONE, ATM
switch หรื อแม้แต่ IP router
27
ในการทางาน WDM จะต้องมีตอ้ งส่ งและรับสัญญาณดังนี้
ทางด้านส่ ง (MUX) ต้องการรวมแสงที่ความยาวคลื่นต่างกันเข้าด้วยกัน mux ที่ใช้
ในการรวมแสงมีหลายลักษณะ เช่น คับเปลอร์ เส้นใยแก้ว คับเปลอร์ แบบระนาบ
ทางด้านรับ (DEMUX) ต้องการแยกแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันออกจากกัน
ข้อเสี ยของระบบ WDM คือจะเป็ นการยากในการออกแบบระบบสถานีทวนสัญญาณ
เชิงแสง เนื่องจากค่าความยาวคลื่นที่ต่างกันจะทาให้ ระยะทางของสถานีทวนสัญญาณแต่
ละความยาวคลื่นนั้นแตกต่างกัน ดั้งนั้นจึงทาให้กาเนิ ดระบบ DWMD เกิดขึ้นเพื่อลด
ข้อจากัดทางการออกแบบวงจรของสถานีทวนสัญญาณเชิงแสง จึงได้คิดค้นที่จะทาการ
ทดลองโดยใช้หมู่ธาตุหายากโดยใช้ธาตุ Erbium ที่ทาให้ความยาวคลื่นที่ 1550 nm
สามารถขยายสัญญาณในช่วงความถี่ดงั กล่าวโดยเหมือนกับว่าเป็ นสถานีทวนสัญญาณเชิง
แสงนั้นเอง
28
การมัลติเพล็กซ์โดยการแบ่งเวลาแบบซิงโครนัส
29
การดีมลั ติเพล็กซ์โดยการแบ่งเวลาแบบซิงโครนัส
30
แสดงรู ปแบบการจัดบิทซิงโครนัสของ T1
31
แสดงการส่ งเฟรมของ TDM
32
โฮสต์
คอมพิวเ ตอร์
Front
End
โมเดม
STDM
5 8
เฟรม 52 บิต
โมเดม
แอดเดรส
ตัวอักษร
5 8
แอดเดรส
ตัวอักษร
5 8
แอดเดรส
ตัวอักษร
แอดเดรส
ตัวอักษร
แบนด์วิดธ์ของสัญญาณเสี ยง
5 8
วิดีโอเทอร์มินลั
12 ตัว
STDM
ตัวอย่างของ STDM สาหรับเทอร์มินลั 12 ตัว
33
3 x 2,400
A
A
A
4,800 bps
3 x 2,400
A
A
A
โฮสต์
2,400
SYNC
2,400 bps
SYNC
ตัวอย่างการใช้งานของ STDM ร่ วมกับ TDM
34
โฮสต์ 1
เทอร์มินลั 1
9,600
STDM
A
9,600
2
3
4
5
9,600
STDM
C
โฮสต์ 2
เทอร์มินลั 6
เทอร์มินลั 7
STDM ในรู ปแบบของวงแหวน
35
คอนเซนเตรเตอร์ ( Concentrator )
มีกระบวนการในการทางานหลายขั้นตอนดังนี้
1. การใช้บฟั เฟอร์ ( Buffering )
2. จองเนื้อที่หน่วยความจาและควบคุมการจัดคิว
(Allocation of Storage and Control of Queues )
3. รับข่าวสารจากอุปกรณ์รับส่ งข้อมูล
ปลายทาง
4. แปลงรหัสข้อมูล
36
5. รวมข้อมูลเพื่อส่ งผ่านในสายส่ งความเร็ วสูง
6. ส่ งผ่านข้อมูลไปตามสายส่ งความเร็ วสูง
รู ปแบบของซิ งโครนัส
รหัสตาแหน่งของ Control unit
บอกจุดจบ ของ
ข้อมูล
บอกการตรวจจับ
รหัสตาแหน่งของอุปกรณ์รับ-ส่ ง
ข้อผิดพลาด
รหัสบอกว่ายังมีขอ้ มูลกลุ่มอื่นๆ
ตามมาหรื อไม่
111 111
ข้อมูล 98 ตัวอักษร
จะถูกนาไปเก็บบัฟเฟอร์ของ Control Unit
ด้วยขนาด 100 ตัวอักษร
37
7. ตรวจสอบข้อผิดพลาด
8. การหยัง่ เสี ยงของสายส่ งความเร็ วสูง
(Polling on the High-speed Lines)
9. การหยัง่ เสี ยงของสายส่ งความเร็ วต่า
(Polling on the Low-speed Lines)
38
RJE
คอนเซนเตรเตอร์
สายส่ งความเร็ วสู ง
RJE= Remote job entry
การใช้คอนเตรเซนเตอร์ ในเครื อข่ายสื่ อสารคอมพิวเตอร์
39
อุปกรณ์
M
ควบคุมกลุ่ม
T T
M
M
M
M
อุปกรณ์
ควบคุม
การสื่ อสาร
โฮสต์
คอมพิวเตอร์
อุปกรณ์
ควบคุมกลุ่ม
T T
T
การเชื่อมต่ออุปกรณ์ในกรณี ไม่ใช้คอนเซ็นเตร
เตอร์
40
T
T
T
อุปกรณ์
ควบคุมกลุ่ม
T T
อุปกรณ์
ควบคุมกลุ่ม
คอนเซ็น M
เตรเตอร์
ระยะไกล M
อุปกรณ์
ควบคุมกลุ่ม
อุปกรณ์
ควบคุมกลุ่ม
T
T
T
T
T
คอนเซ็น
เตรเตอร์
ระยะไกล
M
อุปกรณ์
โฮสต์
ควบคุม
M คอนเซ็น การสื่ อสาร คอมพิวเตอร์
เตรเตอร์
M ท้องถิ่น
M
การเชื่อมต่ออุปกรณ์ในกรณี
ใช้คอนเซ็นเตรเตอร์
41
2,400
อัตราส่ ง
2,400 ถึง
9,600 bps
64 Kbps Z
Z 64 Kbps
D
D
1 1.544 Mbps 1
M
M
หรื
อ
2.
048
Mbps
D
D
E
E
M
E
M
E
2,400
CP
อัตราส่ ง
2,400 ถึง
9,600 bps
ZDME = Zero order multiplexer
1 DME = First order multiplexer
การมัลติเพล็กซ์สญ
ั ญาณข้อมูลจากเทอร์มินลั ขึ้นหลายๆ ชั้น
42
92.5 Mbps
ข้อมูลสัญญาณ
ภาพทีวีสี
ข้อมูลสัญญาณเสี ยง
ระดับมาสเตอร์กรุ๊ ป
ข้อมูลสัญญาณ
ภาพขาวดา
1.5 Mbps
สัญญาณเสี ยง
ข้อมูลจากเทอร์
มินลั
T1
46 Mbps
มัลติเพล็ก 281Mbps
ระดับM34 T4
6 Mbps
มัลติเพล็ก
T2 ระดับM23
46 Mbps
6 Mbps
มัลติเพล็ก
ระดับM12
1.5 Mbps
การมัลติเพล็กซ์สญ
ั ญาณหลายรู ปแบบ
43