หน่วยที่ 3 การทำงานเครือข่ายไร้สาย
เนื้อหาที่เรียนวันนี้
- พื้นฐานเครือข่ายไร้สาย
- ข้อมูลถูกส่งไปกลับคลื่น
- เสาอากาศ
- อุปกรณ์รับสัญญาณ
- อุปกรณ์ส่งสัญญาณ
พื้นฐานเครือข่ายไร้สาย
1.ข้อมูลหลาย ๆ ชนิดสามารถส่งแบบไร้สายได้ เช่น การส่งข้อมูลคอมพิวเตอร์ เสียง โทรศัพท์ การส่งสัญญาณโทรทัศน์และวิทยุ ในขั้นตอนแรกข้อมูลที่ถูกส่งจะถูกสร้างจากอุปกรณ์ที่สร้าง ข้อมูล เช่น คอมพิวเตอร์มือถือ สถานีวิทยุ หรือโทรศัพท์มือถือ เป็นต้น
2.ส าหรับข้อมูลที่จะถูกส่งมันจะต้องผสมไปกับคลื่นความถี่วิทยุ (RF) (ซึ่งเรียกว่า “สัญญาณ” หรือ SIGNAL) โดยกระบวนการโมดูเลชัน (MODULATION) สัญญาณที่จะเป็นตัวส่งข้อมูลเรียกว่าคลื่น ตัวน า (CARRIER WAVE) ข้อมูลจะถูกผสมไปกับคลื่นตัวน า โดยอุปกรณ์ที่เรียกว่าโมดูเลเตอร์ (MUDULATOR) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีวิธีการหลายวิธีในการโมดูเลตข้อมูลไปกับคลื่นตัวน าโมดูเลเตอร์ อาจจะรวมอยู่กับอุปกรณ์ที่สร้างข้อมูลอย่างเช่น โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์มือถือ
3.สัญญาณจะถูกส่งโดยอุปกรณ์ส่งสัญญาณที่จะน าสัญญาณและส่งออกไปโดยผ่านทาง อากาศ อุปกรณ์ส่งสัญญาณนั้นมีหลายแบบโดยขึ้นอยู่กับชนิดข้อมูลที่จะส่งระยะทาง และความแรงของ สัญญาณ และขนาดนั้นอาจเล็กมากเหมือนที่อยู่ในโทรศัพท์มือถือหรืออาจจะใหญ่มากเหมือนเสาอากาศ ส่งสัญญาณของโทรทัศน์
4.อุปกรณ์รับสัญญาณสามารถรับสัญญาณได้โดยตรง หรืออาจผ่านทางระบบเครือข่ายโดย ขึ้นกับชนิดของข้อมูลที่ส่ง ในกรณีของโทรศัพท์มือถือ หรือคอมพิวเตอร์มือถือเมื่อจะติดต่อกับ อินเตอร์เน็ตมันจะส่งสัญญาณไปที่เครือข่ายและส่งต่อไปนังผู้รับโดยใช้อุปกรณ์ส่งสัญญาณ (TRANSMITTERS)
5.ที่จุดรับสัญญาณ เสาอากาศหรือสายอากาศรับสัญญาณที่ส่งมาให้อุปกรณ์รับสัญญาณ เสา อากาศหรือสายอากาศจะรับคลื่นวิทยุที่ต้องการและไม่รับคลื่นที่เหลือ อุปกรณ์รับสัญญาณจะใช้แอมพลิ ไฟเออร์ (AMPLIFIER) เพื่อเพิ่มความเข้มของสัญญาณเนื่องจากสัญญาณที่รับมานั้นจะอ่อนมาก
6.โมดูเลเตอร์ (หรืออาจเรียกว่าดีโมดูเลเตอร์) จะท าการแปลสัญญาณและแยกคลื่นตัวน า ออกจากข้อมูลที่ถูกส่งมาพร้อมกัน เพื่อที่จะเปลี่ยนกลับไปเป็นข้อมูลดังเดิมที่ส่งมา
7.ข้อมูลที่ส่งมายังอุปกรณ์รับสัญญาณ เช่น โทรศัพท์มือถือ ชุดรับโทรทัศน์ หรือคอมพิวเตอร์ มือถือ ซึ่งตอนนี้สามารถแสดงข้อมูลที่ส่งมาได้แล้ว
 |
| ข้อมูลถูกส่งไปกับคลื่น |
1.ข้อมูลที่ต้องการจะส่งนั้นจะถูกผสมไปกับคลื่นตัวน า ในกระบวนการ โมเลชัน (MODULATION)
2.สัญญาณของข้อมูลอาจจะต้องมีการประมวลผลของสัญญาณโดยกระบวนการประมวลผล หรือ SIGNAL PROCESSING เพื่อให้การส่งข้อมูลมีประสิทธิภาพดี โดยขึ้นกับชนิดของข้อมูลที่จะส่ง ตัวอย่างเช่น ในกรณีของการส่งสัญญาณเสียง หลายความถี่ในสัญญาณสามารถที่จะถูกก าจัดออกไป เนื่องจากหูของมนุษย์ไม่สามารถได้ยินเสียงที่มีความถี่สูงหรือต่ าขนาดนั้นได้ ดังนั้นความถี่เหล่านั้นจะถูก ก าจัดออกไป ตัวประมวลผลสัญญาณเสียงจะจัดการกับการส่งข้อมูลเสียง และตัวประมวลผลดิจิตอลจะ จัดการกับการส่งแบบดิจิตอล ตัวประมวลผลสัญญาณนั้นมีหลายชนิด และมีเทคโนโลยีหลายแบบ ส าหรับตัวประมวลผล เช่น ชิปในเครื่องคอมพิวเตอร์ เป็นต้น
3.ก่อนการส่งสัญญาณ ตัวสัญญาณเองอาจต้องถูกขยายสัญญาณเพื่อท าให้ที่ปลายทาง สามารถรับสัญญาณได้ดีขึ้น
4.เพื่อให้เราแน่ใจว่าสัญญาณมีความแรงเพียงพอเสาอากาศที่ถูกติดตั้งจะท าหน้าที่เพิ่ม เกน (GAIN) ให้กับสัญญาณ เสาอากาศไม่ได้ท าการเพิ่มความแรงของสัญญาณ แต่ถ้าสัญญาณมีการเดินทาง ไปในทิศทางเดียวกันก็จะท าให้สัญญาณมีความแรงมากขึ้นโดยไม่มีการกระจายของสัญญาณ
5.สาเหตุที่ต้องเพิ่มความเข้มของสัญญาณก่อนการส่งนั้น ก็เนื่องจากจะมัสัญญาณรบกวนที่ เรียกว่า นอยซ์ (NOISE) ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เรียกว่า เอร์มอล นอยซ์ (THERMAL NOISE) หรือ ไวท์นอยซ์ (WHITE NOISE) ซึ่งปกติจะมาจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ ส่วนอีกชนิด หนึ่งเรียกว่า อิมพัลซ์ นอยซ์ (IMPUISE NOISE) ซึ่งเกิดจากเครื่องก าเนินแสง เครื่องจักร การส่งสัญญาณ จากอุปกรณ์ส่งสัญญาณต่าง ๆ เป็นต้น ส าหรับสัญญาณที่เราส่งนั้นจะต้องเข้มกว่าสัญญาณรบกวน อัตราส่วนระหว่างสัญญาณที่ส่งต่อสัญญาณรบกวนเรียกว่า SIGNAL-TO NOISE RATIO
6.ขณะที่คลื่นเดินทาง คลื่นจะมีสัญญาณอ่อนลงเนื่องจากกระบวนการที่เรียกว่า การสูญเสีย ลดทอน หรือ PROPAGATION LOSS ทุกอย่างที่คลื่นไปสัมผัส อย่างเช่น โมเลกุลของอากาศ ไอน้ า และ สายฝน จะท าให้คลื่นนั้นอ่อนลงจากกระบวนการทีเรียกว่า กระบวนการดูดซับ หรือ ABSORPTION ยิ่ง คลื่นเดินทางไปไกลเท่าใด การสูญเสียก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น โดยทั่วไปถ้ามีความถี่สูง การสูญเสียก็จะ มาก ถ้าความถี่ต่ า การสูญเสียก็จะน้อย ดังนั้นคลื่นวิทยุเอเอ็มจึงสามารถเดินทางได้ไกลกว่าคลื่นวิทยุเอฟ เอ็มเนื่องจากถูกส่งสัญญาณที่มีความถี่ต่ ากว่า
 |
| เสาอากาศ |
การส่งสัญญาณและการรับสัญญาณ เสาอากาศใช้ส าหรับส่งและรับสัญญาณคลื่นวิทยุหรือ คลื่น RF เมื่อเสาอากาศถูกใช้ส าหรับส่งสัญญาณมันจะเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นคลื่น RF ซึ่ง สัญญาณไฟฟ้านั้นถูกสร้างมาจากอุปกรณ์ส่งสัญญาณ (TRANSMITTER) และสัญญาณไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ ไปยังเสาอากาศและเมื่อพบกับความต้านทานของเสาอากาศมันจะสร้างคลื่น RF ออกมาและถูกส่งออก ไป
การรับสัญญาณ เมื่อเสาอากาศถูกใช้ในการรับสัญญาณ การท างานจะตรงกันข้ามกับการส่ง มันจะรับคลื่น RF และเปลี่ยนเป็นสัญญาณไฟฟ้า เนื่องจากสัญญาณที่ส่งมาอาจจะไม่แรงเพียงพอ เสา อากาศบางประเภทจะมีตัวขยายสัญญาณเบื้องต้น หรือ PREAMPLIFIER ที่ท าหน้าที่เพิ่มความแรงของ สัญญาณก่อนที่จะส่งต่อไปยังอุปกรณ์รับสัญญาณต่อไป
เสาอากาศแบบรองทิศทางแบบกับแบบมีทิศทาง (OMNIDIRECTIONAL และ DIRECTIONAL) เสาอากาศมีสองชนิดคือ เสาอากาศแบบรอบทิศทางกับเสาอากาศแบบมีทิศทาง เสา อากาศแบบรอบทิศทางจะส่งสัญญาณในทุก ๆ ด้านไม่เจาะจง ขณะที่แบบมีทิศทางจะส่งแบบมีทิศทาง แน่นอน เสาอากาศแบบมีทิศทางนั้นมีวัตถุประสงค์ในการใช้ เช่น กรณีที่มีภูเขาหรือเนินเขาอยู่ด้านหลัง เสาอากาศ การส่งแบบมีทิศทางจะเหมาะสมกว่า เนื่องจากไม่ต้องสูญเสียพลังงานในการส่งสัญญาณไป ด้านหลังเนื่องจากมีภูเขาบังสัญญาณอยู่ โดยจะท าการส่งสัญญาณในทิศทางเดียวและใช้พลังงานอย่าง คุ้มค่า
ชนิดของเสาอากาศ เสาอากาศมีการออกแบบที่ซับซ้อน ส่วนการออกแบบก็มีหลายแบบ โดยขึ้นอยู่กับความยาวของคลื่น RF ความแรงของสัญญาณ วัตถุประสงค์ของตัวส่งสัญญาณหรือตัวรับ สัญญาณ ราคา หรืออาจจะเป็นเฉพาะตัวรับหรือตัวส่งเท่านั้น และยังมีอีกหลายปัจจัย รูปที่เห็นอยู่แสดง แบบของเสาอากาศ 2-3 แบบ เสาอากาศแบบ “ยากี” (YAGI) จะใช้ส าหรับการรับสัญญาณโทรทัศน์และ วิทยุสมัครเล่น เสาอากาศแบบ “วิพส์” (WHIPS) ใช้ส าหรับโทรศัพท์และรับคลื่นวิทยุ และอื่ นๆ ซึ่งมีทั้ง ความถี่ระดับกลางหรือ MF (MEDIUM FREQUENCY) และช่วงกว้างอื่น ๆ เป็นต้น
ขนาดของเสาอากาศ ขนาดของเสาอากาศนั้นจะขึ้นกับความถี่ของสัญญาณที่จะรับ ถ้า ความถี่มีความมากเท่าไรความยาวคลื่นก็จะน้อย ดังนั้นคลื่นที่มีความถี่สูงจะมีความยาวคลื่นต่ า และถ้ามี ความถี่ต่ าจะมีความยาวคลื่นสูง ขนาดของเสาอากาศจะขึ้นกับความยาวของความยาวคลื่นเป็นหลัก ดังนั้นหากความยางคลื่นมากหรือมีความถี่ต่ า เสาอากาศที่ใช้ก็จะต้องมีขนาดใหญ่ด้วย นั่นคือสาเหตุที่ว่า ท าไมโทรศัพท์มือถือจึงมีเสาอากาศขนาดเล็ก ก็เนื่องจากคลื่นที่ใช้นั้นมีความถี่สูงหรือความยาวคลื่นต่ า เสาอากาศจึงมีขนาดเล็กมาก แต่ในการใช้งานจริงนั้นขนาดของเสาอากาศจะมีขนาดไม่เท่ากับความยาว คลื่นอย่างพอดี แต่จะเป็นอัตราส่วนแทน เช่น 1/2 หรือ 1/4 เป็นต้น
 |
| อุปกรณ์รับสัญญาณ |
1.อุปกรณ์รับสัญญาณมีการท างานเหมือนกับอุปกรณ์ส่งสัญญาณมาก แต่เป็นกระบวนการที่ ตรงข้ามกัน เริ่มจากเสาอากาศรับสัญญาณ และจะเปลี่ยนคลื่น RF ไปเป็นสัญญาณไฟฟ้า
2.สัญญาณไฟฟ้าอาจจะอ่อน และจ าเป็นต้องท าให้เข้มขึ้นโดยการขยายสัญญาณ ดังนั้น สัญญาณไฟฟ้าจะเดินทางไปที่อุปกรณ์ขยายสัญญาณ (AMPLIFIER) ตัวขยายสัญญาณในอุปกรณ์รับ สัญญาณเรียกว่า อุปกรณ์ขยายสัญญาณรบกวนต่ า หรือ LOW-NOISE AMPLIFIER เนื่องจากอุปกรณ์นี้ จะรับสัญญาณที่มีสัญญาณรบกวนต่ า (LOW NOISE) และท าการขยายสัญญา
3.สัญญาณไฟฟ้าที่รับการขยายแล้วจะเดินทางไปที่อุปกรณ์กรองสัญญาณ ซึ่งจะท าการ กรอบสัญญาณที่เกินมาและสัญญาณ RF ด้วย เสาอากาศจะรับสัญญาณ RF เข้ามาซึ่งสัญญาณเหล่านี้ อาจส่งมาจากโทรศัพท์มือถือดาวเทียมสื่อสาร หรือดวงอาทิตย์ ซึ่งสัญญาณเหล่านี้มีความถี่ที่แตกต่างกัน อุปกรณ์รับสัญญาณนั้นจะแปลงสัญญาณที่มีความถี่ที่ได้มานั่นคือตัวกรองจะท าการกรองสัญญาณที่ไม่ จ าเป็นออกไป ในตัวอย่างของเรา ตัวกรองจะก าจัดสัญญาณทุกตัวออกไปยกเว้นที่ความถี่ 900 MHZ เท่านั้น ซึ่งเป็นความถี่ที่คลื่นนั้นถูกส่งมา
4.อุปกรณ์รับสัญญาณในขณะนี้จ าเป็นต้องแยกข้อมูลในสัญญาณออกจากคลื่นตัวน า ดังนั้น สัญญาณจะถูกส่งไปยังอุปกรณ์ผสมสัญญาณหรือ MIXER ซึ่งท าหน้าที่ในการแยกคลื่นออกมา
5.เพื่อที่จะแยกข้อมูลออกมา คลื่นที่มีความถี่เฉพาะนั้นจ าเป็นต้องถูกสร้างมาจาก ออสซิสเลเตอร์ ในตัวอย่าง ข้อมูลที่มีความถี่ 350 MHZ และสัญญาณทั้งหมดที่ส่งมานั้นมีความถี่อยู่ที่ 900 MHZ ดังนั้น ออสซิลเลเตอร์จ าเป็นต้องสร้างสัญญาณความถี่ที่ 550 MHZ
6.สัญญาณที่ 2 ความถี่เดินทางออกจากอุปกรณ์ผสมสัญญาณที่ความถี่ 1,450 MHZ (มา จาก 900+550) และความถี่ที่ 350 MHZ (มาจาก 900-550) อุปกรณ์รับสัญญาณไม่ตั้องการที่ความถี่ 1,450 MHZ ดังนั้นสัญญาณจะถูกส่งไปยังตัวกรองตัวที่ 2 ที่จะกรองสัญญาณความถี่ 1,450 MHZ ออกไป
7.ขณะนี้กระบวนการดิโมดูเลชัน (DEMODULATION) จะถูกน ามาใช้ โมดูเลเตอร์เปลี่ยน ข้อมูลข่าวสารในคลื่นไปเป็นข้อมูลเริ่มต้นที่ส่งมา อย่างเช่น การออกอาการเสียง โมดูเลเตอร์ท างาน หลาย ๆ อย่างขึ้นกับข้อมูลที่ก าลังส่งมาส่วนมากจะใช้ตัวประมวลสัญญาณแบบดิจิตอลในการเปลี่ยน กลับไป
8.หลังจากผ่านกระบวนการของอุปกรณ์กรอบสัญญาณและอุปกรณ์ผสมสัญญาณแล้ว จะท า ให้สัญญาณที่ได้นั้นอ่อนลง จึงจ าเป็นต้องท าให้สัญญาณแรงขึ้นโดยการส่งไปยังแอมพลิไฟเออร์ตัวที่สอง ตอนนี้สัญญาณก็สามารถน ามาใช้ได้แล้ว เช่น รับฟังเสียงจากล าโพง หรือโทรศัพท์มือถือ เป็นต้น
 |
| อุปกรณ์ส่งสัญญาณ |
1.อุปกรณ์ส่งสัญญาณถูกออกแบบมาเพื่อส่งสัญญาณที่มีความถี่แน่นอน ยกตัวอย่างเช่น เรา พูดด้วยสัญญาณเสียงที่มีความถี่ 900 MHZ เริ่มต้นจากข้อมูลที่ต้องการส่งจะถูกสร้างขึ้นก่อน เช่น คน พูดผ่านเข้าไปในไมโครโฟนหรือโทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์เหล่านี้จะท าการสร้างความถี่เฉพาะ ในตัวอย่าง นี้จะสร้างความถี่ที่ 350 MHZ สัญญาณที่สร้างขึ้นนี้ถูกสร้างโดยการกระตุ้นของกระแสไฟฟ้าไม่ใช่ คลื่นวิทยุ
2.สัญญาณจะต้องถูกขยายโดยแอมพลิไฟเออร์ก่อนที่จะส่งต่อไปยังส่วนที่เหลือของตัวขยาย สัญญาณ มิฉะนั้นจะไม่สามารถส่งสัญญาณนั้นออกไปได้
3.ในตัวอย่างนี้ สัญญาณคือเสียงร้องเพลงของคนจะต้องถูกใส่ไปในคลื่นตัวน า (พาหะ) เพื่อที่จะถูกส่งต่อไป ความถี่ของคลื่นที่ได้จากการรวมกันคือ 900 MHZ ดังนั้น คลื่นตัวน าจ าเป็นต้องถูก สร้างขึ้น โดยออสซิลเลเตอร์ (OSCILLATOR) จะสร้างคลื่นตัวน า ซึ่งจะสร้างคลื่นที่สมบูรณ์ที่สุดเท่าที่จะ ท าได้ ในตัวอย่างสัญญาณจากตัวขยายสัญญาณคือ 350 MHZ แต่เนื่องจากความถี่คลื่นที่จะส่งโดย อุปกรณ์ส่งสัญญาณนั้นต้องการอยู่ที่ 900 MHZ ดังนั้นออสซิลเลเตอร์จะสร้างคลื่นที่สมบูรณ์และมี ความถี่อยู่ที่ 550 MHZ
4.ทั้งคลื่นที่ได้จากออสซอลเลเตอร์ที่มีความถี่ 550 MHZ และคลื่นที่ได้จากตัวขยายสัญญาณ ที่มีความถี่ 350 MHZ จะถูกส่งไปที่ตัวผสมสัญญาณหรือ MIXER เพื่อรวมคลื่นทั้งสองเข้าด้วยกัน คลื่นที่ ผสมแล้วจะถูกส่งออกมา โดยจะมีอยู่สองส่วนคือส่วนที่ได้จากการรวมกันได้ 900 MHZ (350+550) และส่วนที่ได้จากการลบกันคือ 200 MHZ (550-350)
5.ก่อนที่คลื่นจะถูกส่งไปได้ คลื่นนั้นจะต้องไม่มีการรบกวนของคลื่นความถี่ที่ไม่ต้องการอยู่ ด้วย อุปกรณ์ส่งสัญญาณถูกออกแบบมาให้ส่งคลื่นความถี่ 900 MHZ ดังนั้นจะต้องมีวิธีการที่จะก าจัด คลื่นความถี่ 200 MHZ ออกไป อุปกรณ์กรองสัญญาณ (FILLER) ซึ่งมีอยู่ 4 ชนิด คือ LOW PASS ซึ่งจะ ให้คลื่นที่มีความถี่ต่ ากว่าก าหนดเท่านั้นผ่านได้ และก าจัดความถี่อื่น ๆ ออกไป ตัวกรองชนิด HIGH PASS จะให้คลื่นที่มีความถี่สูงกว่าผ่านไปได้ นอกจากนั้นจ าก าจัดทิ้งไป ส่วนตัวกรองชนิด BAND PASS จะให้ความถี่ที่อยู่ในช่วงที่ก าหนดผ่านได้เท่านั้น ตัวกรองชนิด BAND REJECT จะให้ความถี่ที่อยู่ระหว่าง นอกเหนือที่ก าหนดผ่านไปได้นอกจากนั้นจะก าจัดทิ้งไป
6.เมื่อเข้าใจการส่งสัญญาณแล้ว แต่สัญญาณนั้นยังอ่อนอยู่มากที่จะถูกส่งไปยังที่ไกล ๆ ได้ ดังนั้นสัญญาณจะเดินทางผ่านเข้าไปยังตัวขยายสัญญาณอีกตัวหนึ่งซึงมีก าลังขยายที่ดีกว่าตัวแรก ตัว ขยายสัญญาณในอุปกรณ์ส่งสัญญาณเรียกว่า ตัวขยายสัญญาณก าลังสูง หรือ HIGH POWER AMPLIFIERS (HAP) ซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อเพิ่ม (BOOST) ความเข้มของสัญญาณเท่าที่จะท าได้ การเพิ่ม ความเข้มนั้นจะขึ้นกับอุปกรณ์และระยะทางที่ต้องการส่งสัญญาณ ตัวอย่างเช่น สถานีฐานของ โทรศัพท์มือถือจะมีการเพิ่มความเข้มของสัญญาณถึง 50 เท่า เพื่อส่งไปยังโทรศัพท์มือถือที่ใช้อยู่ เป็น ต้น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น