การมอดูเลชั่นแบบกระจายสเปกตรัม (ต่อ)
Download
Report
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