สัญญาณอนาล็อกและสัญญาณดิจิตอล

สัญญาณอนาล็อก

                   สัญญาณอนาล็อก (Analog Signal) เป็นสัญญาณแบบต่อเนื่อง มีลักษณะเป็นคลื่นไซน์ (sine wave) โดยที่แต่ละคลื่นจะมีความถี่และความเข้มของสัญญาณที่ต่างกัน เมื่อนำสัญญาณข้อมูลเหล่านี้ผ่านอุปกรณ์รับสัญญาณและแปลงสัญญาณก็จะได้ข้อมูลที่ต้องการ ตัวอย่างของการส่งข้อมูลที่มีสัญญาณแบบอนาล็อก คือ การส่งผ่านระบบโทรศัพท์
                    สัญญาณอนาล็อก เป็นสัญญาณที่มักเกิดขึ้นในธรรมชาติเป็นสัญญาณที่มีความต่อเนื่อง ไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว สัญญาณแบบนี้ เช่น เสียงพูด เสียงดนตรี เป็นต้น

สัญญาณคลื่นนำ (Carrier Wave)

             สัญญาณคลื่นนำ หมายถึง พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ช่วยนำสัญญาณข้อมูลเคลื่อนย้ายจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูง สามารถส่งผ่านสื่อกลางไปในระยะไกลๆได้

การแปลงข้อมูลอนาล็อกให้เป็นสัญญาณอนาล็อก

      - การมอดูเลตชนิดเปลี่ยนความสูงของคลื่นนำ (Amplitude Modulation: AM)

      - การมอดูเลตชนิดเปลี่ยนความถี่ของคลื่นนำ   (Frequency Modulation: FM )

      - การมอดูเลตชนิดเปลี่ยนเฟสของคลื่นนำ  (Phase Modulation: PM )

การแปลงข้อมูลดิจิตอลให้เป็นสัญญาณอนาล็อก

      - การมอดูเลตเชิงเลขชนิดเปลี่ยนความสูงของคลื่นนำ (Amplitude Shift Keying: ASM)

      - การมอดูเลตเชิงเลขชนิดเปลี่ยนความถี่ของคลื่นนำ (Ferquency Shift Keying: FSK)

      - การมอดูเลตเชิงเลขชนิดเปลี่ยนเฟสของคลื่นนำ (Phase Shift Keying: PSK)

โมเด็ม (Modem)

      - โมเด็ม เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการแปลงข้อมูลดิจิตอล ให้เป็นสัญญาณอนาล็อก เพื่อให้สามารถส่งผ่านสื่อกลางประเภทอนาล็อกได้

วิธีการส่งข้อมูลของโมเด็ม

      - การมอดูเลตเชิงเลขชนิเดเปลี่ยนความสูงของคลื่นนำ (Amplitude Shift Keying: ASM)
      - การมอดูเลตเชิงเลขชนิดเปลี่ยนความถี่ของคลื่นนำ (Frequency Shift Keying: FSK)
      - การมอดูเลตเชิงเลขชนิดเปลี่ยนเฟสของคลื่นนำ (Phase Shift Keying: PSK)

รูปแบบการส่งข้อมูลของโมเด็ม

      รูปแบบของข้อมูลที่โมเด็มทำการส่งไปในสื่อกลาง สามารถแบ่งได้ตามประเภทโมเด็ม คือ โมเด็มแบบอะซิงโครนัส และโมเด็มแบบซิงโครนัส

  

การอินเตอร์เฟซของโมเด็ม (Modem Interface)

      ในการใช้โมเด็มเพื่อทำการส่งหรือรับข้อมูล 

จะต้องทำการเชื่อมต่อกับพอร์ต (Port) ของอุปกรณ์การสื่อสารเช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งมาตราฐานในการเชื่อมต่อระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์และโมเด็มนิยมใช้ในปัจจุบัน คือ มาตราฐาน RS-232

การส่งสัญญาณด้วยดิจิตอล

              ในกรณีที่ต้องการส่งข้อมูลผ่านสื่อกลางประเภทดิจิตอล ไม่ว่าข้อมูลนั้นจะเป็นข้อมูลดิจิตอลหรือข้อมูลอนาล็อก จะต้องทำการเปลี่ยนข้อมูลเหล่านั้นให้เป็นสัญญาณดิจิตอล เพื่อให้สามารถส่งผ่านไปในสื่อกลางนั้นๆได้ ตัวอย่างเช่น การส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายโทรศัพท์ดิจิตอล (ISDN) 

การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณข้อมูลดิจิตอล (Digital Data to Digital Signal)
               ในการส่งข้อมูลด้วยสัญญาณดิจิตอล ถึงแม้ว่าข้อมูลดิจิตอลแล้วก็ตาม จะต้องทำการแปลงข้อมูลดิจิตอลนั้นให้เป็นสัญญาณดิจิตอล เพื่อทำการส่งไปในสื่อกลาง กระบวนการแปลงข้อมูลดิจิตอลให้เป็นสัญญาณดิจิตอล เรียกว่า การเข้ารหัส(Encoding)

การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณดิจิตอล มีวิธีการ ดังนี้คือ

1. การเข้ารหัสแบบขั้วเดียว(Unipolar Encoding)
               การเข้ารหัสแบบขั้วเดียวเป็นวิธีที่ง่ายและเป็นพื้นฐานมากที่สุด ปัจจุบันไม่นิยมนำมาใช้งาน แต่มีประโยชน์เพื่อเป็นพื้นฐานในการศึกษาวิธีการเข้ารหัสแบบอื่นที่ซับซ้อนขึ้นไป โดยมีหลักการทำงาน ดังนี้ คือ ทำการสร้างพัลส์ (Pulse) ที่ระดับความสูงระดับหนึ่งเพื่อใช้แทนเลข 1 ส่วนเลข 0 จะแทนด้วยสัญญาณระนาบ

2. การเข้ารหัสแบบมีขั้ว(Polar Encoding)
              การเข้ารหัสแบบนี้ทำได้หลายรูปแบบ แต่ที่ได้รับความนิยมในปัจจุบัน คือ วิธีไม่มีค่าศูนย์(Non Return to Zero Encoding : NRZ) และวิธีมีค่าเป็นศูนย์(Return to Zero Encoding : RZ)
วิธีไม่มีค่าศูนย์ (NRZ) เป็นวิธีที่ใช้สัญญาณที่มีค่าเป็นบวกแทนเลข 1 และสัญญาณที่มีค่าเป็นลบแทนเลข 0
วิธีมีค่าเป็นศูนย์ RZ
              ในการส่งข้อมูลด้วยสัญญาณดิจิตอล กรณีที่บิตของข้อมูลมีค่าเป็น 1 หรือ 0 ติดต่อกันหลายๆบิตผู้รับอาจได้รับสัญญาณไม่ครบถ้วนทุกบิต ดังนั้นเพื่อป้องกันการผิดพลาดจึงต้องมีการส่งสัญญาณการเข้าจังหวะไปด้วย ดังนั้นระดับของสัญญาณจึงมี 3 ระดับ คือ สัญญาณที่มีค่าเป็นบวกแทนเลข 1 สัญญาณที่มีค่าเป็นลบแทนเลข 0 และสัญญาณที่มีค่าเป็นกลางมีไว้สำหรับคั่นกลางระหว่างแต่ละบิต

3.การเข้ารหัสแบบสองขั้ว (Bipolar Encoding)
เป็นวธีการเข้ารหัสที่ได้รับความนิยมมากที่สุด โดยใช้ระดับของสัญญาณ 3 ระดับ คือ ข้อมูลที่เป็นเลข 0 แทนด้วยสัญญาณที่มีค่าเป็นกลาง ส่วนข้อมูลที่เป็นเลข 1 จะใช้สัญญาณสลับระหว่างค่าบวกและค่าลบ

การแปลงข้อมูลอนาล็อกให้เป็นสัญญาณดิจิตอล (Analog Data Digital Signal)
                        กระบวนการแปลงอนาล็อกให้เป็นสัญญาณดิจิตอล เรียกว่า โค้ดเดอร์ (Coder) และกระบวนการแปลงสัญญาณดิจิตอลให้เป็นข้อมูลเดิม เรียกว่า ดีโค้ดเดอร์ (Decoder) และอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่โค้ดเดอร์และดีโค้ดเดอร์ เรียกว่า โคเด็ก (CODEC)
การแปลงข้อมูลอนาล็อกให้เป็นสัญญาณดิจิตอล มีวิธีการดังนี้คือ
1. Pulse Amplitude Modulation (PAM)
- ทำการสุ่มตัวอย่าง (Sampling) สัญญาณอนาล็อกตามช่วงเวลาที่เท่ากัน เพื่อให้ได้สัญญาณที่ขาดจากกันเป็น      ช่วงๆ เรียกว่า Pulse โดยที่ความสูงของแต่ละ Pulse เท่ากับความสูง (Amplitude) ของสัญญาณเดิม
- การสุ่มตัวอย่างในที่นี้ หมายถึง การวัดความสูงข้อสัญญาณอนาล็อก
- นำตัวอย่างที่ได้ที่มีลักษณะเป็น Pulse ที่ไม่ต่อเนื่อง มาสร้างเป็นสัญญาณดิจิตอล แล้วทำการส่งสัญญาณนี้ไปตามสื่อกลางดิจิตอล
- ผู้รับปลายทางจะนำ Pulse ซึ่งเป็นสัญญาณที่ไม่ต่อเนื่อง มาแปลงเป็นสัญญาณอนาล็อกที่ต่อเนื่อง
- วิธี PAM นี้ ไม่นิยมนำไปประยุกต์งานโดยตรง แต่จะใช้เป็นพื้นฐานในการพัฒนาวิธีการแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลวิธีอื่น
2. Pulse Code Modulation (PCM)
เทคนิคการแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลโดยวิธี PCM แบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอน คือ
ขั้นตอนที่ 1 ทำการสร้าง Pulse โดยวิธี PAM
ขั้นตอนที่ 2 Quantized
           - เป็นการกำหนดค่าความสูงของ Pulse ซึ่งระดับความสูงของ Pulse ขึ้นอยู่กับจำนวนบิตของข้อมูล    ที่นำมาเข้ารหัส
             ตัวอย่าง : ถ้าใช้การเข้ารหัสเลขฐานสองจำนวน 8 บิต เพื่อแทน 1 อักขระ โดยบิตแรกเป็น Sign Bit       ดังนั้นความสูงของ Pulse จะมีค่าอยู่ในช่วง -127 ถึง +127
ขั้นตอนที่ 3 Binary Encoding
                     เป็นการแปลง Pulse ให้อยู่ในรูป Binary Digit
ขั้นตอนที่ 4 Digital /Digital Encoding
                   เป็นการแปลง Binary Digit ให้อยู่ในสัญญาณดิจิตอล

สรุปท้ายบท
การแปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณดิจิตอล
- การเข้ารหัสแบบขั้วเดียว(Unipolar Encoding)
- การเข้ารหัสแบบมีขั้ว(Polar Encoding)
- การเข้ารหัสแบบสองขั้ว (Bipolar Encoding)
การแปลงข้อมูลอนาล็อกให้เป็นสัญญาณดิจิตอล
- Pulse Amplitude Modulation (PAM)
- Pulse Code Modulation (PCM)