โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคม

มหาวทยาลยราชภฏนครปฐม

การสอสารดจทล

บทนา (1)

Assoc.Prof.Piya Kovintavewat, Ph.D.Data Storage Technology Research CenterNakhon Pathom Rajabhat University http://home.npru.ac.th/piya 

“Do your best for today, and perhaps you may be able to do it even better tomorrow”

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

Course InformationInstructor: Assoc.Prof. Piya Kovintavewat, Ph.D.Office Hours: Before/After class 30 min.

Book: ปยะ โควนททววฒน, การสอสารดจทลกบการประยกตใชโปรแกรม SCILAB, 2555.

Bernard Sklar, Digital Communication and Its Application, 2001.

Reference: http://home.npru.ac.th/piya/DigitalComm

Grading:Attendance 10% Homework & Project 20%

Midterm Exam 30% Final Exam 40%

2

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

Course SyllabusCourse description: ทฤษฎการสมตวอยาง กระบวนการสมและความนาจะเปน การเขารหสไลนโคด การปรบรปรางของสญญาณพลส การตรวจหาสญญาณ การสงผานสญญาณดจทลแบบแถบความถฐาน การกลาสญญาณดจทลแบบเอเอสเค พเอสเค และเอฟเอสเค การสงผานสญญาณดจทลแบบแบนพาส การวเคราะหสมรรถนะของระบบสอสารดจทล พนฐานของทฤษฎขาวสาร การเขารหสตนทาง การเขารหสชองสญญาณ การใชโปรแกรมประยกตในการจาลองระบบ

Q&A Session: Should one has any question or help on the homework, ask me after class or email me at piya@npru.ac.th

Homework: Be distributed weekly. HW is due at the beginning of the next class. No late HW is accepted.

Absence of Exams: Please tell me in advance if you will be absent, only legitimate reasons are noticed. In case of sickness, bring proof together with the doctor’s phone number

3

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

แผนการสอนบทท 1 บทนา 1 (อาทตย)บทท 2 พนฐานสญญาณและระบบ 1บทท 3 ตวแปรสมเเละกระบวนการสม 1บทท 4 การกลารหสพลส 1บทท 5 การกลาสญญาณแถบความถฐาน 1บทท 6 วงจรภาครบเหมาะทสดสาหรบการสงขอมลไบนาร 2บทท 7 พนฐานการกลาสญญาณผานแถบ 1.5บทท 8 การกลาสญญาณผานแถบแบบเอม-อาร 1.5บทท 9 การสงผานสญญาณพลสแถบความถฐาน 1.5บทท 10 ทฤษฎขาวสารและการเขารหสแหลงตนทาง 1.5บทท 11 การเขารหสชองสญญาณ 2

4

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

Outline – Chapter 1พนฐานระบบสอสารเทคโนโลยการสอสารดจทลประวตความเปนมายานความถทใชงานทาไมตองใชการสอสารดจทล แบบจาลองโอเอสไอ แบบจาลองระบบสอสารดจทลตวชบอกสมรรถนะของระบบแบบจาลองทางคณตศาสตร

5

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

พนฐานระบบสอสารระบบสอสารมสองความหมายคอ ระบบทสงผานขอมลจากจดหนง (ตนทาง) ไปยงอกจดหนง (ปลายทาง) เชน ระบบรบสงคลนวทย ระบบโทรศพทเคลอนท เปนตน

ระบบทสงผานขอมลจากชวงเวลาหนง (ตนทาง) ไปยงอกชวงเวลาหนง (ปลายทาง) ไดแก ระบบการบนทกขอมลเชงแสงหรอเชงแมเหลก (เชน ซด ดวด หรอ HDD)

ในทางปฏบตขอมลทรบสงในระบบสอสารจะเปนอะไรกได เชน เสยง รปภาพ วดโอ เพลง อเมล เวปเพจ

จดมงหมายหลกของระบบสอสารกคอวงจรภาครบตองสามารถตรวจหา (detect) และถอดรหส (decode) ใหไดวาขอมลทถกสงมาจากวงจรภาคสง (transmitter) คออะไร โดยไมเกดขอผดพลาด (error) หรอมขอผดพลาดเกดขนภายในขอบเขตทยอมรบได

6

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

เทคโนโลยการสอสารดจทลในปจจบนระบบสอสารดจทลมใหเลอกใชงานเปนจานวนมากระบบเครอขายคอมพวเตอร (LAN, MAN, WAN, Internet)ระบบโทรศพทเคลอนท 3G และ 4G ทใชเทคโนโลย GSM, EDGE, CDMA, OFDM, MIMOระบบการสอสารไรสาย เชน Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX, UWBระบบการจายเสยงดจทล (DAB) ระบบการจายภาพดจทล (DVB)

เทคโนโลยการสอสารดจทลยงคงมการพฒนาอยตลอดเวลา เพอใหบรรลเปาประสงคของการใชงานในทกท (anywhere), ทกเวลา (anytime), ทกสง (anything) และทกคน (anybody)

7

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

ประวตความเปนมา

8

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

ประวตความเปนมา (ตอ)

9

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

ยานความถทใชงาน

10

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

ทาไมตองใชการสอสารดจทลระบบสอสารแบงออกเปน 2 ประเภทคอ ระบบสอสารแอนะลอก ⇒ วงจรภาครบทาหนาทในการสรางรปคลนสญญาณใหมใหเหมอนกบรปคลนสญญาณตนฉบบทถกสงมาจากวงจรภาคสงo ตวชบอกสมรรถนะ ⇒ ความสมบรณของสญญาณทสรางกลบคนมา

ระบบสอสารดจทล ⇒ วงจรภาครบจะพจารณาวารปคลนสญญาณใดทถกสงมาจากวงจรภาคสง (โดยไมสนใจวาสญญาณทสงมามรปรางอยางไร) o ตวชบอกสมรรถนะ ⇒ ความนาจะเปนของขอผดพลาด (หรอ BER) ทอาจเกดขน เมอวงจรภาครบตดสนใจผดพลาด

ระบบสอสารดจทลไมเปนทนยมใชงานในอดต เพราะใชแบนดวดทอยางสนเปลอง A/D converter มราคาแพงมาก

11

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

ทาไมตองใชการสอสารดจทล (ตอ)ปจจยสาคญททาใหระบบสอสารดจทลเปนทนยมมากขนคอ การพฒนาอลกอรทมตางๆ (บบอดขอมล และแกไขขอผดพลาด) การพฒนาระบบประมวลผลสญญาณดจทล การพฒนาวงจรรวม

ปจจบน ระบบสอสารดจทลไดถกนามาใชเปนมาตรฐานของระบบสอสารตางๆ เชน ระบบเครอขายคอมพวเตอร ระบบสอสารผานดาวเทยม ระบบโทรศพทเคลอนท และระบบสอสารไรสาย เปนตน

12

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

ขอดของการสอสารดจทลสญญาณดจทลมความทนทานตอความผดเพยนและการแทรกสอดสญญาณดจทลสามารถสรางใหกลบคนมาไดอยางสมบรณโดยงายวงจรอเลกทรอนกสทใชงานกบสญญาณดจทลมความยดหยนและราคาถกเทคนคการรวมสญญาณดจทลดวยวธการมลตเพลกซแบบแบงเวลา (TDM) มความซบซอนนอยกวาการรวมสญญาณแอนะลอกดวยวธการมลตเพลกซแบบแบงความถ (FDM)ขอมลตางๆ เชน เสยง รปภาพ เพลง และอเมล เปนตน สามารถแปลงใหอยในรปของสญญาณดจทลได จงทาใหงายตอการรวมสญญาณเทคนคการประมวลผลสญญาณแบบใหมๆ เพอรองรบการใชงานสญญาณดจทล (การเขารหสแกไขขอผดพลาด การบบอดขอมล) ทาใหสญญาณดจทลทสงไปมประสทธภาพและมความนาเชอถอสง

13

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

ขอเสยของการสอสารดจทลระบบสอสารดจทลจาเปนตองใชกระบวนการสาหรบการประสานเวลา (synchronization) ของบต, สญลกษณ (symbol), และเฟรม (frame) ซงวงจรททาหนาทนมความซบซอนและราคาแพงระบบสอสารดจทลจะมสมรรถนะลดลงอยางรวดเรว เมอระบบทางานทคาSNR ตากวาคาขดเรมเปลยน (threshold level) ทกาหนด สมรรถนะของระบบสอสารแอนะลอกจะลดลงอยางชาๆ

เครองทวนสญญาณ (repeater) ทใชในระบบสอสารดจทลมความซบซอนและราคาแพงมากกวาเครองทวนสญญาณทใชในระบบสอสารแอนะลอก

อยางไรกตามโดยภาพรวมแลว ระบบสอสารดจทลในปจจบนถอวามสมรรถนะดกวาระบบสอสารแอนะลอก

14

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

แบบจาลองโอเอสไอแบบจาลองโอเอสไอ (OSI: Open Systems Interconnection) เปนมาตรฐานในการอธบายกระบวนการตดตอสอสารและโพรโทคอล (protocol) ของระบบเครอขายคอมพวเตอร พฒนาขนโดยองคกร ISO (international organization for standardization) แบงออกเปน 7 ชน

Physical layer นยามขอกาหนดทางไฟฟาและทางกายภาพของอปกรณทใชในการรบสงขอมล รวมทงความสมพนธระหวางอปกรณและตวกลาง เชน ตวกลางแบบใชสาย (เชน สายทองแดง สายตเกลยวค เสนใยนาแสง) หรอแบบไมใชสาย (เชน อากาศ), ใชกาลงไฟฟาเทาใด, ใชตวตอประสาน (interface) แบบใด, และใชความเรวในการรบสงขอมลเทาใด เปนตน

15

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

แบบจาลองโอเอสไอ (ตอ)

16

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

แบบจาลองโอเอสไอ (ตอ)Data link layer ทาหนาทจดเตรยมขอมลทจะสงผานตวกลาง และควบคมการถายโอนขอมลระหวางโหนดเพอใหไดสมรรถนะสงสด มชนยอยทเรยกวา MAC (medium access control) ทควบคมการสอสารแบบการเขาถงหลายทาง

Network layer รบผดชอบกระบวนการตดตอสอสารระหวางเครอขาย ซงทาใหสามารถสงขอมลระหวางโหนดขามเครอขายได

IP address, routing, QoS, flow control

Transport layer รบผดชอบกระบวนการสงขอมลจากโหนดหนงไปยงอกโหนดหนง (ตางเครอขายกได)การแบงสวน (segmentation) และการรวมขอมล (assembly)

17

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

แบบจาลองโอเอสไอ (ตอ)Session layer รบผดชอบการควบคมการเชอมตอระหวางโหนด โดยทาหนาทจดตง/จดการ/ยกเลกการโตตอบระหวางกระบวนการPresentation layer รบผดชอบการกาหนดรปแบบการรบสงขอมล (เชน ASCII, EBCDIC หรอ Binary) การแปลขอมล การเขาและถอดรหส และการบบอดขอมลApplication layer ทาหนาทตดตอกบผใชโดยตรง นนคอจะรบคาสงตางๆ จากผใช แลวสงใหคอมพวเตอรแปลความหมายและทางานตามคาสงทไดรบในระดบโปรแกรมประยกต

วชานจะเนนทฤษฎพนฐานทเกดขนเฉพาะภายใน Physical layer ของระบบสอสารดจทลเทานน

Modulation, demodulation, source coding, channel coding, etc.

18

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

แบบจาลองระบบสอสารดจทล

19

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

ตวชบอกสมรรถนะของระบบSNR ถาใหระบบ 2 ระบบมสมรรถนะในรปของ BER วดทดานขาออกของวงจรตรวจหาเทากน ระบบใดใชกาลงสงขอมลนอยกวา (ใช SNR นอยกวา) กถอวามสมรรถนะดกวาBER ถาใหระบบ 2 ระบบใช SNR เทากน ระบบใดมคา BER วดทดานขาออกของวงจรตรวจหานอยกวา กถอวามสมรรถนะดกวา คา BER เปนฟงกชนของ SNR ⇒ SNR ↑ BER ↓

ระบบทางานทระดบ SNR สงๆ ไมได เพราะตองเสยคาใชจายมาก

สญญาณเสยง (voice) มคณภาพด ⇒ BER ≤ 10–3, สญญาณขอมล (data) มคณภาพด ⇒ BER ≤ 10–5, สญญาณผานเสนใยนาแสงมคณภาพด ⇒ BER ≤ 10–12, ระบบประมวลผลสญญาณของ HDD มคณภาพด ⇒ BER ≤ 10–20

20

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

แบบจาลองทางคณตศาสตร

21

ชองสญญาณทมสญญาณรบกวนแบบบวก

หรอชองสญญาณ AWGN

ชองสญญาณตวกรองเชงเสน

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )∞

−∞= ∗ + = − +∫r t s t h t w t s t h d w tτ τ τ

ชองสญญาณตวกรองเชงเสนทแปรเปลยนตามเวลา

( ) ( ) ( )1

;=

= −∑ L

k kkh t tτ α δ τ τ

โปรแกรมวศวกรรมโทรคมนาคมรศ.ดร.ปยะ โควนททววฒน

Homeworkอานทบทวนเนอหาบทท 1 ในหนงสออานบทท 2 ในหนงสอ (ทบทวนพนฐานวชาสญญาณและระบบ)เตรยมพรอมการใชงานโปรแกรม SCILAB

http://home.npru.ac.th/piya/webscilab (ฟร E-book)

22