Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
พื้นฐานข้อมูลและสัญญาณ (Fundamental of Data and Signals) - Coggle Diagram
พื้นฐานข้อมูลและสัญญาณ
(Fundamental of Data and Signals)
ความแตกต่างระหว่างข้อมูลและสัญญาณ
ข้อมูล คือ สิ่งที่มีความหมายในตัว โดยข้อมูลทั่วไปที่ใช้งานในระบบคอมพิวเตอร์ จะเป็นข้อมูลชนิดตัวเลข ตัวอักษร ภาพนิ่ง รวมถึงภาพเคลื่อนไหวต่างๆ ในการส่งข้อมูลจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งผ่านทางสายสื่อสารหรือคลื่นวิทยุข้อมูลที่ต้องการส่งจะต้องได้รับการแปลงให้อยู่ในรูปแบบของสัญญาณที่เหมาะสมกับระบบการสื่อสารนั้นๆ ก่อน
สัญญาณ คือ ปริมาณใดๆ ที่สามารถเปลี่ยนแปลงและสัมพันธ์ไปกับเวลา โดยสัญญาณที่ใช้ในระบบสื่อสาร คือกระแสไฟฟ้า หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น การสนทนาผ่านระบบโทรศัพท์ การสั่งพิมพ์งาน การดาวน์โหลดข้อมูล เป็นต้น
สัญญาณแอนะล็อก และสัญญาณดิจิตอล
1. สัญญาณแอนะล็อก (Analog Signal)
และข้อมูลแอนะล็อก (Analog Data)
ป็นรูปคลื่นที่มีลักษณะต่อเนื่อง (สัญญาณจะแกว่งขึ้นลงอย่างต่อเนื่องและราบเรียบตลอดเวลา ไม่มีการเปลี่ยนแปลงแบบทันทีทันใด) ค่าระดับสัญญาณสามารถอยู่ในช่วงระหว่างค่าต่ำสุดและค่าสูงสุดของคลื่นได้ โดยค่าต่ำสุดและสูงสุดจะแทนด้วยหน่วยแรงดัน (voltage)
สัญญาณแอนะล็อก
ข้อมูลแอนะล็อกและสัญญาณแอนะล็อกสามารถถูกรบกวนได้ง่ายจากสัญญาณรบกวน (Noise) หากมีสัญญาณรบกวนปะปนมากับสัญญาณแอนะล็อกแล้ว จะส่งผลให้การส่งข้อมูลช้าลง และทำให้การจำแนกหรือตัดสัญญาณรบกวนออกจากข้อมูลต้นฉบับทำได้ยาก
พื้นฐานของสัญญาณแอนะล็อก
แอมพลิจูด (Amplitude)สัญญาณแอนะล็อก ที่มีการเคลื่อนที่ในลักษณะเป็นรูปคลื่นขึ้นลงสลับกัน และก้าวไปตามเวลาแบบสมบูรณ์นั้น เรียกว่า คลื่นซายน์ (Sine Wave)
ความถี่ (Frequency)
ความถี่ หมายถึง อัตราการขึ้นลงของคลื่น ซึ่งเกิดขึ้นจำนวนกี่รอบใน 1 วินาที โดยความถี่นั้น จะใช้แทนหน่วยวัดเป็นเฮิรตซ์ (Hertz : Hz)
คาบ (Period) เป็นระยะเวลาของสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงไปจนครบรอบ โดยจะมีรูปแบบซ้ำๆ กันในทุกช่วงเวลา โดยหน่วยวัดของคาบเวลาจะใช้เป็นวินาที และเมื่อคลื่นสัญญาณทำงานครบ 1 รอบ จะเรียกว่า Cycle
เฟส (Phase)
เฟส เป็นการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณ ซึ่งจะวัดจากตำแหน่งองศาของสัญญาณเมื่อเวลาผ่านไป โดยเฟสสามารถเปลี่ยนแปลงตำแหน่ง (Phase Shift) ในลักษณะเลื่อนไปข้างหน้าหรือถอยหลังก็ได้ การเลื่อนไปข้างหน้าจำนวนครึ่งหนึ่งของลูกคลื่น จะถือว่าเฟสเปลี่ยนแปลงไป 180 องศา
2. สัญญาณดิจิตอล (Digital Signal) และ
ข้อมูลดิจิตอล(Digital Data)เป็นคลื่นแบบไม่ต่อเนื่อง มีรูปแบบของระดับแรงดันไฟฟ้าเป็นคลื่นสี่เหลี่ยม โดยสัญญาณสามารถเปลี่ยนแปลงจาก 0 เป็น 1 หรือจาก 1 เป็น 0 ซึ่งเป็นการเปลี่ยนสัญญาณในลักษณะก้าวกระโดด
ข้อดีของสัญญาณดิจิตอล
คือ สามารถสร้างสัญญาณด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า และทนทานต่อสัญญาณรบกวนได้ดีกว่า และยังสามารถจำแนกระหว่างข้อมูลกับสัญญาณได้ง่ายกว่า หากมีสัญญาณรบกวนไม่มาก ก็ยังสามารถคงรูปสัญญาณเดิมได้
ข้อเสียของสัญญาณดิจิตอล
คือ สัญญาณจะถูกลดทอนหรือเบาบางลง เมื่อถูกส่งในระยะทางไกลๆ ซึ่งในการส่งข้อมูลระยะไกลๆ นั้น สัญญาณแอนะล็อกจะทำได้ดีกว่า สำหรับอุปกรณ์ที่ช่วยยืดระยะทางในการส่งข้อมูลดิจิตอล เรียกว่า เครื่องทวนสัญญาณ(Repeater) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้า regenerate สัญญาณที่ถูกลดทอนลงให้คงรูปเดิมเหมือนต้นฉบับ และสามารถส่งสัญญาณได้ระยะไกลขึ้น
หน่วยวัดความเร็วในการส่งข้อมูล
อัตราบิต (Bit Rate/Data Rate) คือ จำนวนบิตที่สามารถส่งได้ภายในหนึ่งหน่วยเวลา ซึ่งมีหน่วยเป็นบิตต่อวินาที (bps)
อัตราบอด (Baud Rate) คือ จำนวนของสัญญาณที่สามารถส่งได้ต่อการเปลี่ยนสัญญาณในหนึ่งหน่วยเวลา (baud per second)
การแปลงข้อมูลให้เป็นสัญญาณ
โดยปกติแล้วสัญญาณดิจิตอลจะรับส่งข้อมูลดิจิตอล และสัญญาณแอนะล็อกก็จะรับส่งข้อมูลแอนะล็อก แต่เราสามารถใช้สัญญาณแอนะล็อกเพื่อรับส่งข้อมูลดิจิตอล และใช้สัญญาณดิจิตอลเพื่อรับส่งข้อมูลแอนะล็อกได้
การแปลงข้อมูลแอนะล็อกเป็นสัญญาณแอนะล็อก
การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณดิจิตอล
การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณแอนะล็อก
การแปลงข้อมูลแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล
การแปลงข้อมูลแอนะล็อกเป็นสัญญาณแอนะล็อก
สัญญาณพาหะ มีคุณสมบัติพิเศษคือ เป็นคลื่นความถี่สูง และเป็นคลื่นสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถส่งออกผ่านสื่อกลางได้บนระยะทางไกลๆ เมื่อมีการนำสัญญาณพาหะมารวมกับสัญญาณ จะเรียกว่า การมอดูเลต (Modulate) เมื่อสถานีส่งทำการส่งสัญญาณที่ผ่านการมอดูเลตไปแล้ว สถานีรับจะต้องมีวิธีในการแยกสัญญาณพาหะออกจากสัญญาณเสียง เรียกว่า การดีมอดูเลต (Demodulate)
. 1.การมอดูเลตทางขนาด (Amplitude Modulation : AM)
ที่ใช้กับคลื่นวิทยุ AM ซึ่งขนาดของคลื่นพาหะจะมีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามรูปสัญญาณที่ต้องการส่ง
การมอดูเลตทางความถี่ (Frequency Modulation : FM) ที่ใช้กับคลื่นวิทยุ FM ซึ่งความถี่ของคลื่นพาหะจะมีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณที่มอดูเลต โดยขนาดของรูปคลื่นสัญญาณที่ต้องการจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงไปตามการลดของระดับสัญญาณ
การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณดิจิตอล
การเข้ารหัสแบบ NRZ-L(NonReturn-to-Zero-Level)
เป็นวิธีที่ง่ายที่สุด โดยสัญญาณจะขึ้นอยู่กับสถานะของบิต เช่น หากบิตข้อมูลมีค่าเป็น 1 จะแทนระดับแรงดันต่ำ หรือหากบิตข้อมูลมีค่าเป็น 0 จะแทนระดับแรงดันสูง ซึ่งวิธีนี้เป็นวิธีที่ตรงไปตรงมา
การเข้ารหัสแบบ NRZ-I(NonReturn-to-Zero-Invert)
เป็นเทคนิคการเข้ารหัสที่คล้ายกับการเข้ารหัสแบบ NRZ-L แต่จะแม่นยำกว่า โดยการเปลี่ยนแปลงสัญญาณจะเกิดขึ้น ณ จุดเริ่มต้นของบิต และการเปลี่ยนแปลงสัญญาณจะเกิดขึ้นต่อเมื่อพบบิตข้อมูลที่มีค่าเป็น 1 และหากพบบิตที่มีค่าเป็น 0 ก็จะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ
การเข้ารหัสแบบเมนเชสเตอร์ (Manchester)
มีการใช้เทคนิคนี้บนเครือข่ายท้องถิ่น (Ethernet) ซึ่งการเข้ารหัสแมนเชสเตอร์จะมีการเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่จุดกึ่งกลางของบิต เพื่อนำไปใช้ทั้งการแทนบิตข้อมูลและกำหนดจังหวะโดยการเปลี่ยนแปลงจากต่ำไปสูงจะแทนค่า 1 ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงจากสูงไปต่ำจะแทนค่า 0
การเข้ารหัสแบบดิฟเฟอเรนเชียลแมนเชสเตอร์ (Differential Manchester)
การเข้ารหัสนี้จะเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่จุดกึ่งกลางของบิต แต่จะนำไปใช้เพื่อการกำหนดจังหวะเท่านั้น โดยการเปลี่ยนสัญญาณจะเกิด ณ จุดเริ่มต้นของบิตข้อมูลที่มีค่าเป็น 0 เท่านั้น
การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณแอนะล็อก
วิธี ASK (Amplitude-Shift Keying)
สัญญาณพาหะจะถูกเปลี่ยนไปตามแอมพลิจูด
วิธี FSK (Frequency-Shift Keying)
สัญญาณพาหะจะเปลี่ยนไปตามความถี่
วิธี PSK (Phase-Shift Keying)
สัญญาณพาหะจะเปลี่ยนไปตามเฟส
การสูญเสียสัญญาณจากการส่งผ่านข้อมูล
การอ่อนกำลังของสัญญาณ(Attenuation)เมื่อสัญญาณข้อมูลเดินทางผ่านสื่อกลาง ไม่ว่าจะเป็นสายโคแอกเชียล สายคู่บิดเกลียว หรือสายไฟเบอร์ออบติกไปในระยะทางไกลๆ ย่อมเกิดการสูญเสียพลังงาน ทำให้ความเข้มของสัญญาณลดลง และลดลงมากขึ้นหากระยะทางไกลขึ้นไปอีก
สัญญาณเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างกัน (Distortion)
เป็นเหตุการณ์ที่สามารถเกิดขึ้นได้กับสัญญาณประเภท Composite Signal ที่สัญญาณแต่ละความถี่เคลื่อนที่ผ่านสื่อกลางด้วยความเร็วแตกต่างกัน คือ สัญญาณแต่ละความถี่ได้ถูกลดทอนลงในอัตราที่แตกต่างกันภายในสื่อกลาง และเกิดการรวมกันของสัญญาณขึ้น
สัญญาณรบกวน (Noice)
เป็นผลกระทบอีกด้านหนึ่งที่ทำให้สัญญาณข้อมูลเกิดความสูญเสีย โดยสัญญาณรบกวนมีอยู่หลายชนิด ประกอบด้วย
3.1 เทอร์มัลนอยส์ (Thermal Noice)
ป็นสัญญาณรบกวนที่เกิดจากความร้อนหรืออุณหภูมิ ซึ่งเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เนื่องจากเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนบนลวดตัวนำ โดยหากอุณหภูมิสูงขึ้น
3.2 อิมพัลส์นอยส์ (ImpluseNoice)เป็นเหตุการณ์ที่ทำให้คลื่นสัญญาณโด่ง (Spikes) ขึ้นอย่างผิดปกติอย่างรวดเร็ว จัดเป็นสัญญาณรบกวนแบบไม่คงที่ ตรวจสอบได้ยาก เนื่องจากอาจเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ แล้วหายไป ส่วนใหญ่เกิดจากการรบกวนของสิ่งแวดล้อมภายนอกแบบทันทีทันใด
3.3 ครอสทอล์ก (Crosstalk)
ป็นเหตุการณ์ที่เกิดจากการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เข้าไปรบกวนสัญญาณข้อมูลที่ส่งผ่านเข้าไปในสายสื่อสาร เช่น สายคู่บิดเกลียวที่ใช้กับสายโทรศัพท์ มักก่อให้เกิดสัญญาณครอสทอล์กได้ง่าย
3.4 เอกโค (Echo)เป็นสัญญาณที่ถูกสะท้อนกลับ (Reflection) โดยเมื่อสัญญาณที่ส่งไปบนสายโคแอกเชียลเดินทางไปยังสุดปลายสาย และเกิดการสะท้อนกลับ โหนดใกล้เคียงก็จะได้ยิน และนึกว่าสายส่งสัญญาณขณะนั้นไม่ว่าง ทำให้ต้องรอส่งข้อมูล แทนที่จะสามารถส่งข้อมูลได้ทันที
3.5 จิตเตอร์ (Jitter)
เป็นเหตุการณ์ที่ความถี่ของสัญญาณได้มีการเปลี่ยนแปลงไปอย่างต่อเนื่อง ซึ่งก่อให้เกิดการเลื่อนเฟสไปเป็นค่าอื่นๆ อย่างต่อเนื่องด้วย
การป้องกันสัญญาณรบกวน
ใช้สายเคเบิลชนิดที่มีฉนวนป้องกันสัญญาณรบกวน ซึ่งเป็นเทคนิคหนึ่งที่ช่วยลดการแทรกแซงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และครอสทอล์กได้เป็นอย่างดี
สายโทรศัพท์ควรอยู่ในสภาวะที่เหมาะสม เช่น มีอุปกรณ์กรองสัญญาณที่ช่วยลดสัญญาณที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งบริษัทที่รับผิดชอบโครงข่ายโทรศัพท์สามารถจัดหาให้ได้ หรือใช้สายเช่าความเร็วสูง
ใช้อุปกรณ์ใหม่ที่มีประสิทธิภาพและทันสมัยกว่า เพื่อทดแทนอุปกรณ์เดิมที่หมดอายุการใช้งาน ประสิทธิภาพต่ำ ถึงอุปกรณ์จะมีราคาแพง แต่ก็ได้ผลของการส่งผ่านข้อมูลที่ดีขึ้น
เมื่อต้องการเพิ่มระยะทางในการส่งข้อมูลดิจิตอล ให้ใช้รีพีตเตอร์ หรือใช้แอมพลิไฟเออร์ หากส่งข้อมูลแอนะล็อก ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวจะช่วยเพิ่มระยะทาง และมีส่วนช่วยลดข้อผิดพลาดของสัญญาณลงได้
พิจารณาข้อกำหนดและข้อจากัดของสายสัญญาณแต่ละชนิด เช่น UTP สามารถเชื่อมโยงได้ไม่เกิน 100 เมตร และส่งข้อมูลด้วยอัตราความเร็วสูงสุดที่ 100 Mbps