Transcript การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ)

บทที่ 4
Modulation
วิชา... เทคโนโลยีไร้ สาย
Department of Applied Science, YRU
1
Outline
 คลื่นความถี่ที่ใช้ งานสากล
 การมอดูเลชัน่
 การมอดูเลชัน่ แบบแบนด์แคบ
 การมอดูเลชัน่ แบบกระจายสเปกตรัม
Department of Applied Science, YRU
2/28
คลื่นความถี่ท่ ใี ช้ งานสากล
 คลื่นความถี่บริ หารจัดการโดยคณะกรรมการผู้ดแู ลแต่ละประเทศ
 หน่วยงาน (FCC : Federal Communications Corporation) กาหนดช่วง
ความถี่ใช้ งานโดยไม่ต้องขออนุญาต
 ช่วงความถี่ ISM (Industrial, Science and Medical Frequency Band)
กาหนดแบ่งช่วงความถี่ออกเป็ น 3 ช่วง
902 MHz
2.4 GHz
5.7 GHz
26 MHz
83.5 MHz
125 MHz
902 928
MHz MHz
2.40
GHz
2.4835
GHz
รูปที่ 4.1 ย่านความถี่ไอเอสเอ็ม
Department of Applied Science, YRU
3/28
5.725
GHz
5.850
GHz
คลื่นความถี่ท่ ใี ช้ งานสากล (ต่ อ)
 ย่านความถี่ 902 MHz สื่อสารได้ ระยะทางไกล ราคาถูก ความเร็วต่า
 ย่านความถี่ 2.4 GHz ย่านความถี่ที่ยอมรับจากทัว่ โลก พัฒนาอุปกรณ์
เครื อข่ายไร้ สาย
 ย่านความถี่ 5.7 GHz อัตราความเร็วในการส่งข้ อมูลสูง แต่สญ
ั ญาณถูก
รบกวนได้ ง่าย ระยะทางใกล้ ส่วนใหญ่ใช้ ได้ ในแถบทวีปอเมริกาและญี่ ปนุ่
Department of Applied Science, YRU
4/28
การมอดูเลชั่น
 เมื่อต้ องการส่งข้ อมูลผ่านเครื อข่าย นักศึกษาคิดว่าจะต้ องมีกระบวนการ
อย่างไรบ้ าง ที่จะทาให้ ข้อมูลถึงปลายทาง ???
รูปที่ 4.2 การทางานของโมเด็ม
Department of Applied Science, YRU
5/28
การมอดูเลชั่น
รูปที่ 4.3 โครงสร้ างและส่วนประกอบทางสถาปั ตยกรรมเครื อข่ายไร้ สาย
Department of Applied Science, YRU
6/28
การมอดูเลชั่นแบบแบนด์ แคบ
 Narrow Band Modulation การแปลงข้ อมูลเป็ นสัญญาณแล้ วส่งไปด้ วย
กาลังการส่งค่าหนึง่ ในช่วงความถี่
 ใช้ ในการรับ-ส่งข้ อมูลระหว่างต้ นทางกับปลายทางเพียง 1 คูเ่ ท่านัน้
กาลังส่ง
สัญญาณที่ส่งออกมาในหนึ่งช่ วงความถี่
เช่ น สถานี Seed 97.5
ความถี่ที่ใช้ งาน
100 MHz
รูปที่ 4.4 การส่งข้ อมูลแบบแบนด์แคบ
Department of Applied Science, YRU
7/28
การมอดูเลชั่นแบบแบนด์ แคบ (ต่ อ)
 ระหว่างช่วงของความถี่ที่ใช้ งาน แต่ละสถานีที่ต้องการส่งข้ อมูลต้ องมีการเว้ น
ช่องว่างระหว่างความถี่ (Guard Band) ที่ไม่ทาให้ ความถี่ที่ใช้ งานรบกวนกัน
 ตัวอย่างการส่ง เช่น การกระจายสัญญาณวิทยุคลื่นเอเอ็มหรื อเอฟเอ็ม
รวมถึงการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์สถานีตา่ งๆ
รูปที่ 4.5 สัญญาณวิทยุคลื่นเอเอ็มหรื อเอฟเอ็ม
Department of Applied Science, YRU
8/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม
 เป็ นรูปแบบการส่งที่กระจายกาลังส่งไปในหลายช่วงความถี่ สามารถลด
ปั ญหาที่เกิดจากสัญญาณรบกวนที่แรงและมีความถี่ที่ตรงกับความถี่ที่ใช้
งาน
การมอดูเลชั่นแบบแบนด์ แคบ
กาลังส่ง
สัญญาณรบกวนที่มีความถี่เดียวกัน
การกระจายสเปกตรั ม
ความถี่
รูปที่ 4.6 สัญญาณรบกวนกับการมอดูเลชัน่ แบบแบนด์แคบและแบบกระจายสเปกตรัม
Department of Applied Science, YRU
9/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
 การมอดูเลชัน่ แบบกระกายสเปกตรัม มี 3 เทคนิค คือ
1. แบบกระโดดความถี่ (FHSS : Frequency Hopping Speed Spectrum
2. แบบลาดับตรง (DSSS : Direct Sequence Spread Spectrum)
3. แบบโอเอฟดีเอ็ม (OFDM: Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
ความถี่
รูปที่ 4.4 สัญญาณรบกวนกับการมอดูเลชัน่ แบบแบนด์แคบและแบบกระจายสเปกตรัม
Department of Applied Science, YRU
10/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
 หลักการ : การเปลี่ยนความถี่จากค่าหนึง่ ไปเป็ นความถี่อื่นตลอดเวลา
 โดยการเปลี่ยนความถี่นี ้เป็ นการกระโดดจากความถี่หนึง่ ไปอีกความถี่หนึง่
ตามฟั งก์ชนั ของเวลา
 เมื่อเวลาเปลี่ยน ความถี่ที่ใช้ ก็จะเปลี่ยนไป ต้ องมีการกาหนดความถี่ตา่ งๆ ที่
ใช้ งาน รวมถึงลาดับการใช้ งานความถี่
 FCC ได้ กาหนดการกระโดดหรื อเปลี่ยนความถี่ จานวนมากกว่า 75 ความถี่ตอ่
การส่ง โดยจะมีเวลาที่อยูท่ ี่ความถี่คา่ หนึง่ ไม่เกิน 400 มิลลิวินาที
Department of Applied Science, YRU
11/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
ลาดับการกระโดด : C A B C B
การชน
สัญญาณ
รบกวน
สัญญาณ
รบกวน
รูปที่ 4.7 การมอดูเลชัน่ แบบกระโดดความถี่
Department of Applied Science, YRU
12/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
 ความเร็วในการส่งข้ อมูลมีคา่ จากัดได้ ถงึ 2 Mbps
 การมอดูเลชัน่ แบบนี ้ไม่เป็ นที่นิยมใช้ ในการส่งข้ อมูลเครื อข่ายไร้ สายความเร็ว
สูง
 สามารถส่งข้ อมูลของเครื อข่ายระดับบุคคล (PAN : Personal Area Network)
 จากรูปแบบลาดับการใช้ ความถี่ สามารถใช้ งานมากกว่าหนึ่งชุดลาดับการใช้
งานในช่วงความถี่เดียวกัน โดยไม่รบกวน
 วิธีนี ้สามารถลดผลจากสัญญาณรบกวน และป้องกันการโจมตีจากผู้ไม่หวังดี
ในการส่งสัญญาณขัดจังหวะ
รูปที่ 4.4 การมอดูเลชัน่ แบบกระโดดความถี่
Department of Applied Science, YRU
13/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
 หลักการ : ใช้ เทคนิคการรวมสัญญาณข้ อมูลที่ต้องการส่งเข้ ากับสัญญาณการ
ส่งข้ อมูลอีกชุดหนึ่งที่มีอตั ราการส่งที่สงู ขึ ้น
 แต่ละบิตข้ อมูลจะถูกขยายสัญญาณเป็ นหลายบิตแล้ วนาไป XOR :
Exclusive-OR กับสัญญาณอีกชุดหนึง่ ที่ได้ จากการสุม่ ขึ ้นมาจานวน n บิต
เรี ยก ลาดับเอ็นบิต (n-bit Sequence) ว่า รหัสชิปปิ ง้ (Chipping Code)
Department of Applied Science, YRU
14/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
1
0
1
5 บิต
5 บิต
5 บิต
Department of Applied Science, YRU
15/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
 กรณีมีสญ
ั ญาณรบกวนเกิดขึ ้น
10001 00000 01000
01101 11000 10111
11100 11000 11111
 ข้ อสังเกต ลาดับเอนบิต (n-bit Sequence)
Department of Applied Science, YRU
16/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
 จากพื ้นฐานของ FDM ที่ใช้ ในการส่งข้ อมูล สามารถใช้ งานหลายความถี่ได้
พร้ อมกัน แต่ละความถี่ที่ใช้ งาน ไม่ซ้อนทับกัน โดยต้ องมีช่องว่างระหว่าง
ความถี่
กาลังส่ง
รูปที่ 4.8 การส่งแบบเอฟดีเอ็ม
Department of Applied Science, YRU
17/28
ความถี่
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
กาลังส่ง
รูปที่ 4.9 การส่งแบบเอฟดีเอ็ม
Department of Applied Science, YRU
18/28
ความถี่
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
 จากพื ้นฐานของ FDM ที่ใช้ ในการส่งข้ อมูล สามารถใช้ งานหลายความถี่ได้
พร้ อมกัน แต่ละความถี่ที่ใช้ งาน ไม่ซ้อนทับกัน โดยต้ องมีช่องว่างระหว่าง
ความถี่
 แต่การส่งแบบนี ้จะสินเปลื ้องแบนด์วิดธ์ จึงพัฒนาการส่งที่ใช้ สญ
ั ญาณย่อย
(Sub-Carrie) เพื่อส่งออกข้ อมูลไปพร้ อมกัน
 การส่งโดยไม่ต้องคานึงถึงช่องว่างระหว่างความถี่ คือ ออกแบบให้ ลกั ษณะ
ของสัญญาณย่อยที่ใช้ งานในสัญญาณซิงค์ (Sinc) ที่มีคา่ เป็ น Sin(x)/x แล้ ว
ส่งสัญญาณยอ่ยดังกล่าวออกไปแบบขนาน
 การส่ง ขณะที่สญ
ั ญาณย่อยที่ 1 มีคา่ กาลังส่งเป็ นค่าสูงสูด สัญญาณย่อยส่วน
อื่นๆ จะไม่มีคา่ (Null) ทังหมด
้
ทาให้ ไม่รบกวนสัญญาณ
Department of Applied Science, YRU
19/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
รูปที่ 4.10 สัญญาณซิงค์ Sin(x)/x
Department of Applied Science, YRU
20/28
การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่ อ)
รูปที่ 4.11 การมอดูเลชัน่ แบบโอเอฟดีเอ็ม
Department of Applied Science, YRU
21/28
การพิจารณาเลือกใช้ การมอดูเลชั่น
 จะต้ องคานึงถึงปั ญหาทางด้ านประสิทธิภาพและคลื่นรบกวน ก็ควรใช้ วิธี
DSSS
 ถ้ าต้ องการใช้ อะแดปเตอร์ ไร้ สายขนาดเล็กและราคาไม่แพง สาหรับเครื่ อง
โน๊ ตบุ๊ค หรื อ เครื่ อง PDA ก็ควรเลือกแบบ FHSS
Department of Applied Science, YRU
22/28