สารบัญ
 อภิธานศัพท์ (Glossary)
 บทคัดย่อ (ไทย อังกฤษ)
 บทนำ
ความรู้เบื้องต้นในการเทียบจังหวะสัญญาณ
 การส่งข้อมูลดิจิทัล
 การปรับเทียบสัญญาณระดับบิต
 การปรับเทียบสัญญาณระดับเฟรม
 การแยกสัญญาณนาฬิกา
 บรรณานุกรม
บทสารานุกรมฯ อื่น ๆ
โทรคมนาคม: นิยามและความหมาย
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๑ - โทรเลขและโทรศัพท์
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๒ - คลื่นวิทยุและการสื่อสารไร้สาย
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๓ - การ
สื่อสารด้วยแสงและการสื่อสารข้อมูลผ่านดาวเทียม
ประวัติการสื่อสาร
โทรคมนาคมโลก ๔-การสื่อสารข้อมูลและเครือข่าย
อินเทอร์เน็ต
ประวัติศาสตร์การสื่อสารไทย: ยุคอดีต
ประวัติศาสตร์การสื่อสาร
โทรคมนาคมไทย: วิวัฒนาการโทรเลขและโทรพิมพ์
ประวัติศาสตร์การสื่อสาร
โทรคมนาคมไทย: องค์การโทรศัพท์แห่งประเทศไทยกับกิจการโทรคมนาคม
ประวัติศาสตร์การสื่อสาร
โทรคมนาคมไทย: ยุคเครือข่าย
อินเทอร์เน็ต
พื้นฐานร่วมเทคโนโลยี
โทรคมนาคมกับการสื่อสาร
มวลชน
พื้นฐานกฎหมายเกี่ยวกับการประกอบกิจการโทรคมนาคม
ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้านสื่อสาร
วิทยาการการทดสอบทางโทรคมนาคม

วิทยาการวางแผนและการสร้างแผนที่นำทางเทคโนโลยี
โทรคมนาคม

เศรษฐศาสตร์โทรคมนาคม

โซ่คุณค่าของอุตสาหกรรมการสื่อสารโทรคมนาคม
พื้นฐานดัชนีวรรณกรรมสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าสื่อสารและ
แขนงที่เกี่ยวข้อง
วิวัฒนาการวิทยุโทรศัพท์ โทรศัพท์เคลื่อนที่และมาตรฐานโทรคมนาคมที่เกี่ยวข้อง
สมาคมวิชาการไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ โทรคมนาคมและสารสนเทศกับกิจกรรมวิชาการ
ชมรมไฟฟ้าสื่อสาร สมาคมสถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและความถี่วิทยุเพื่อการสื่อสาร
การบริหารจัดการทรัพยากรการสื่อสารวิทยุเบื้องต้น
รหัสมอร์สเพื่อการสื่อสาร
กล้ำสัญญาณพื้นฐานเพื่อ
การสื่อสาร
พื้นฐานเทคโนโลยีรหัสควบคุมความผิดพลาดสำหรับการ
สื่อสาร
พื้นฐานการแผ่สเปกตรัมสำหรับการสื่อสาร
หลักการของซีดีเอ็มเอ
หลักการเทียบจังหวะสัญญาณโทรคมนาคม
หลักการของปริมาณการใช้งานวงจรสื่อสารและหมายเลขโทรคมนาคม
โครงข่ายการสื่อสารข้อมูลความเร็วสูงเอสดีเอช
พื้นฐานคุณภาพการบริการในเครือข่ายการสื่อสาร
เครือข่ายเฉพาะที่
เทคโนโลยีเอทีเอ็ม 
อินเทอร์เน็ตโพรโทคอล
เวอร์ชัน ๖
โครงข่ายโทรคมนาคมยุคหน้า
 พื้นฐานสายส่งสัญญาณสำหรับการสื่อสาร
 วิทยาการโทรศัพท์พื้นฐานและโครงข่าย
 เทคโนโลยีชุมสายโทรศัพท์พื้นฐาน
หลักการของระบบตรวจสอบคู่สายโทรศัพท์พื้นฐาน
พื้นฐานระบบเทเลกซ์
หลักการทำงานเบื้องต้นของเครื่องโทรสาร
เทคโนโลยีสื่อสารผ่านสายความเร็วสูง: ดีเอสแอล
การสื่อสารผ่านสายไฟฟ้า
โทรเลขเชิงแสง
พื้นฐานการสื่อสารเชิงแสง
พื้นฐานระบบสื่อสารด้วยเส้นใยนำแสง
พื้นฐานระบบเส้นใยนำแสงสู่บ้าน
ระบบสื่อสัญญาณแสงหลายช่องแบบ DWDM
พื้นฐานสายอากาศวิทยุเพื่อการสื่อสาร
สายอากาศฉลาด
เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายระยะใกล้
ระบบการระบุด้วยคลื่นวิทยุหรืออาร์เอฟไอดี
วิทยาการเครือข่ายไร้สายแบบไวไฟ
วิทยุสมัครเล่น
วิทยาการเครือข่ายตรวจวัดสัญญาณแบบไร้สาย
อัลตราไวด์แบนด์สำหรับการสื่อสารไร้สาย
ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ ๔๗๐ เมกกะเฮิรตซ์
การสื่อสารเหนือพื้นน้ำ
เครือข่ายเคเบิลใต้น้ำและ
การเชื่อมต่อในประเทศไทย
การแพร่ภาพโทรทัศน์พื้นฐาน
การพัฒนาเทคโนโลยี
เครือข่ายโทรทัศน์ไทยทีวีสี ช่อง
เทเลเท็กซ์
การสื่อสารบรอดแบนด์
การสื่อสารบรอดแบนด์ความเร็วสูงผ่านสายไฟฟ้า
เครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย
พื้นฐานโครงข่ายการสื่อสารร่วมระบบดิจิทัล
เทคโนโลยีเครือข่ายส่วนตัวแบบเสมือน
เครือข่ายคอมพิวเตอร์เพื่อโรงเรียนไทย
เทคโนโลยีการสื่อสารสำหรับระบบควบคุมการจำหน่ายไฟฟ้า
พื้นฐานระบบสื่อสารสำหรับการจ่ายไฟฟ้า
วิทยาการการสื่อสารข้อมูลจราจรผ่านคลื่นวิทยุกระจายเสียงเอฟเอ็ม
พื้นฐานระบบการสื่อสารเพื่อการบริหารทรัพยากรน้ำ
ระบบโทรมาตรเพื่อการ
ชลประทาน
ระบบการสื่อสารเพื่อการเตือนภัยสึนามิ
ระบบการสื่อสารเพื่อการแจ้งภัยและความปลอดภัยทางทะเล
ของโลก
พื้นฐานการสื่อสารกับหอเตือนภัย
เครือข่ายโทรคมนาคมเพื่อโครงการการพัฒนาภูเก็ต
ระบบสื่อสารกองทัพไทย
พื้นฐานการสื่อสารผ่าน
ดาวเทียม
ประวัติและพัฒนาการของดาวเทียมสื่อสาร
วิทยาการดาวเทียมธีออส
ดาวเทียมไทพัฒ
ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรประเทศไทย
การรังวัดด้วยดาวเทียมจีพีเอสเพื่อการสำรวจทางการแผนที่
ระบบสำรวจข้อมูลทางสมุทรศาสตร์และสภาพ
แวดล้อมทางทะเลโดยใช้เทคโนโลยีทุ่นลอยสื่อสารผ่านดาวเทียม

  หลักการเทียบจังหวะสัญญาณโทรคมนาคม
 
(Basic Synchronization for Telecommunications)

   สมศักดิ์ อภิรักษ์สมบัติ
   มหาวิทยาลัยกรุงเทพ

  ๑. อภิธานศัพท์ (Glossary)

 

  การส่งสัญญาณดิจิทัลแถบฐาน (Baseband Digital Transmission)

         วิธีการส่งสัญญาณที่ใช้แถบความถี่ของตัวกลาง ตั้งแต่ค่าความถี่ฐาน (ความถี่ค่าศูนย์) จนถึงค่าความถี่สูงสุดที่สัญญาณต้องการ คลื่นของสัญญาณ
         ที่ส่งมีรูปคลื่นเป็นสี่เหลี่ยมและมีระดับแรงดันขึ้นอยู่กับรูปแบบของรหัสสัญญาณที่ใช้

  การแยกสัญญาณนาฬิกา (Clock Extraction)

         กระบวนการทำงานของวงจรแยกสัญญาณนาฬิกาของภาครับสัญญาณ ด้วยกระบวนการรับส่งสัญญาณดิจิทัลแถบฐาน ซึ่งมีการสื่อสารแบบอนุกรม
         โดยทำหน้าที่แยกข้อมูลเชิงเวลาของขบวนบิตข้อมูล แบบอนุกรมที่ได้รับ เพื่อสร้างสัญญาณนาฬิกาใหม่ซึ่งใช้กำหนดตำแหน่งเวลา ที่เหมาะสมที่สุด
         ในการสุ่มระดับแรงดันไฟฟ้า ของขบวนบิตข้อมูลทำให้การตัดสินใจ (Decision) แทนระดับแรงดันที่สุ่มได้ด้วยลอจิก “1” หรือ “0”  มีความถูกต้อง
         ตามข้อมูลต้นทาง ดังนั้น สัญญาณนาฬิกา ที่ไม่มีเสถียรภาพ อาจทำให้ตำแหน่งเวลา ในการสุ่มผิดไป ซึ่งจะทำให้ขบวนข้อมูล ที่แยกออกมาได้
         ผิดพลาดตามไปด้วย

  เฟสล็อคลูป (Phase Locked Loop)

         วงจรอิเล็กทรอนิกส์ ที่ทำหน้าที่ รับสัญญาณอินพุต และสร้างสัญญาณใหม่ ที่มีความถี่เท่ากับหรือเป็นสัดส่วนกับความถี่ ของสัญญาณอินพุต ซึ่ง
         ประกอบด้วยวงจรเปรียบเทียบเฟส (Phase Comparator) วงจรกำเนิดสัญญาณความถี่ ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า (Voltage Controlled Oscillator:
         VCO ) และวงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Low Pass Filter : LPF) โดยนำสัญญาณอินพุตเปรียบเทียบ กับสัญญาณจากวงจร กำเนิดสัญญาณความถี่
         ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าทางเฟสและเข้าวงจรกรองความถี่ต่ำผ่านทำให้ได้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแปรผันตรงกับความต่างเฟส ต่อไป ป้อนแรงดัน
         ไฟฟ้า ที่ได้ให้กับกำเนิดสัญญาณความถี่ควบคุม ด้วยแรงดันไฟฟ้าเพื่อปรับความถี่ให้เข้าใกล้ความถี่ของสัญญาณอินพุตเมื่อวงจรเข้าสู่สถานะคงตัว
         ทำให้สร้างสัญญาณใหม่ที่ไม่มีสัญญาณรบกวนปนเปื้อนเหมือนสัญญาณอินพุตที่เข้ามา
 

  ๒. บทคัดย่อ up

        การสื่อสารข้อมูลดิจิทัลได้มุ่งสู่การสื่อสารแบบอนุกรมเพื่อการสื่อสารระยะไกล เนื่องจากมีการพัฒนาไปสู่การสื่อสารความเร็วสูงและการสร้างช่องสื่อสารได้เป็นจำนวนมากในขบวนสัญญาณข้อมูลเดียวได้ โดยการเชื่อมการสื่อสารข้อมูลแบบอนุกรมระหว่างภาคส่งและภาครับต้องมีความสอดคล้องกันเพื่อให้ภาคส่งและภาครับทราบว่า เริ่มมีการส่งและหยุดส่งข้อมูลเมื่อไหร่ด้วยกระบวนการเปรียบเทียบจังหวะสัญญาณหรือการซิงโครไนเซชั่น (Synchro- nization) ที่ทำให้ภาครับอ่านบิตข้อมูลทุกบิตที่ไหลเข้ามาแบ่งขบวนข้อมูลที่ไหลเข้ามาอย่างต่อเนื่องเป็นลำดับของเฟรมข้อมูลและแยกกลุ่มของบิตข้อมูลในเฟรมข้อมูลได้ถูกต้อง ซึ่งส่งผลให้การสื่อสารข้อมูลดิจิทัลมีประสิทธิภาพ


  Abstract
 up

       Synchronization is one of those essential techniques embedding in digital communications. In order to establishing a communication linkage between transmitter and receiver, synchronization must accomplish its scheme acknowledging both sides of “start and stop” of the data sequence. Basically, data processing of both ends bases on parallel style and then transmitted through each other in a single communication channel by being converted into the serial format. Those sequences must be referred on the same based-clock signal. Principle of synchronization also includes line coding, clock extraction, and time recovery.


  ๓. บทนำ (Introduction) up

      การปรับเทียบสัญญาณโทรคมนาคม หรือการซิงโครไนซ์นำมาใช้ในการสื่อสารหลายด้าน โดยเฉพาะการซิงโครไนซ์ที่ใช้ในการสื่อสารข้อมูลดิจิทัลแบบอนุกรมเพื่อการสื่อสารระยะไกลและความเร็วสูง ยกตัวอย่างการส่งข้อมูลจากชุมสาย ณ กรุงเทพมหานครไปยังตำบลมาบตาพุด จังหวัดระยอง ผ่านทางการสื่อสารไมโครเวฟ รวมทั้งชุมสายเคเบิ้ลใต้น้ำข้ามประเทศที่มาเชื่อมโยงการสื่อสารดาวเทียมข้ามทวีปและการเชื่อมโยงจากช่องทางสื่อสารอื่นๆ ที่มาต่อเข้าด้วยกัน ต้องมีการปรับเทียบจังหวะสัญญาณจึงทำให้สื่อสารกันได้ โดยข้อมูลอนุกรมจากหลายแหล่งหรือจากผู้ส่งไปยังผู้รับต้องมีการเคาะจังหวะสัญญาณที่สอดคล้องกันเพื่อให้ผู้ส่งและผู้รับทราบว่า เริ่มการส่งข้อมูล การหยุดพักการส่งและทำการส่งข้อมูลเสร็จเมื่อใด
      การสื่อสารข้อมูลดิจิทัลแบบอนุกรมเป็นการส่งข้อมูลที่แปลงจากรูปแบบขนานจากต้นทาง(ภาคส่ง)ผ่านตัวกลางไปยังปลายทาง(ภาครับ)โดยส่งข้อมูลไปทีละบิตอย่างต่อเนื่องฝ่ายรับมีการทำงานสองส่วนคือ กระบวนการเทียบจังหวะสัญญาณระดับบิตหรือการซิงโครไนซ์ระดับบิต (Bit synchronization) ที่มีหน้าที่ อ่านข้อมูลแต่ละบิตถูก และกระบวนการเทียบจังหวะสัญญาณ ระดับเฟรม หรือการซิงโครไนซ์ระดับเฟรม (Frame synchronization) ที่มีหน้าที่แบ่งช่วงบิตจัดกลุ่มบิตข้อมูล และแปลงข้อมูลกลับ เป็นรูปแบบขนาน โดยเรียกกระบวนทั้งสองว่า กระบวนการเทียบจังหวะสัญญาณ หรือการซิงโครไนซ์ (Synchronize) ซึ่งมีการแยกบิตข้อมูลจากภาคส่งที่มีความถูกต้องทำให้มีสำคัญ ต่อการสื่อสารข้อมูลดิจิทัลอนุกรม และเพื่อให้ภาครับทราบว่าบิตข้อมูลเริ่มต้นและสิ้นสุดเมื่อใด ทำให้มีสัญญาณนาฬิกาที่มีความสัมพันธ์เชิงเวลากับบิตข้อมูลที่รับได้ควบคุม โดยการสื่อสารระยะไกล ใช้วิธีการฝังรวมสัญญาณนาฬิกากับข้อมูลก่อนส่ง ที่เรียกว่าการเข้ารหัส (Encoder)ทำให้ข้อมูลกลายเป็นสัญญาณดิจิทัล (Digital signal)และภาครับนำสัญญาณดิจิทัล ที่รับได้เข้าสู่กระบวนการแยกสัญญาณนาฬิกา (Clock extraction) หรือการกู้คืนจังหวะเวลา (Timing recovery) หรือการกู้คืนสัญญาณนาฬิกา (Clock recovery) ต่อมาใช้สัญญาณนาฬิกานี้สุ่มอ่านเพื่อแยกและแบ่งบิตข้อมูลอนุกรมเป็นช่วงๆ ตามโครงสร้างของข้อมูลอย่างถูกต้องที่เรียกว่าเฟรมข้อมูล (Data frame) ทำให้ขั้นตอนการแยกข้อมูลกลับมาไม่ซับซ้อน ดังนั้น การสื่อสารข้อมูลแบบอนุกรมต้องอาศัยการปรับเทียบจังหวะสัญญาณเพื่อความถูกต้องของข้อมูลด้วย


  ๔. ความรู้เบื้องต้นในการเทียบจังหวะสัญญาณ
 up

     การส่งข้อมูลดิจิทัลจากวงจรหนึ่งไปอีกวงจรหนึ่งในรูปแบบอนุกรมประกอบด้วยภาคส่งที่ทำหน้าที่แปลงข้อมูลดิจิทัลในรูปของสัญญาณไฟฟ้าแบบขนานเป็นแบบอนุกรมโดยวงจรแปลงข้อมูลแบบขนานเป็นแบบอนุกรม (Parallel in–serial out register) ด้วยการเลื่อนข้อมูลออกจากวงจรแบบบิตต่อบิตทำให้อัตราบิตข้อมูลที่ถูกเลื่อนขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณนาฬิกาโดยระยะเวลา ๑ ช่วงบิตเท่ากับระยะเวลา ๑ คาบของสัญญาณนาฬิกา และภาครับที่ทำหน้าที่แปลงข้อมูลที่รับได้กลับเป็นแบบขนานโดยนำข้อมูลเข้าสู่วงจรแปลงข้อมูลแบบอนุกรมเป็นแบบขนาน (Serial in–parallel out register) ที่มีอัตราบิตข้อมูลที่เข้าสู่วงจรเท่ากับความถี่ของสัญญาณนาฬิกาและอ่านข้อมูลแต่ละบิตที่เข้ามาเสร็จภายใน ๑ คาบสัญญาณนาฬิกา ด้วยอัตราความถี่ ของสัญญาณนาฬิกาเท่ากับภาคส่ง เพื่อให้อ่านบิตข้อมูลได้ครบถ้วนโดยไม่มีบิตข้อมูลสูญหายไป ดังที่รูป ๔.๑




                                             

  รูปที่ ๔.๑ หลักการเทียบจังหวะสัญญาณเบื้องต้น
เพื่อการสื่อสารที่สอดคล้อง ระหว่างภาคส่งและภาครับ

 

      กระบวนการทั้งหมดเรียกว่า กระบวนการเทียบจังหวะสัญญาณ ทำให้ภาครับเปลี่ยนขบวนข้อมูล แบบอนุกรมจากภาคส่งเป็นแบบขนาน ได้ถูกต้องเหมือนต้นฉบับ โดยสัญญาณนาฬิกาของภาคส่งกับภาครับต้องมีความถี่เท่ากันและมีความสัมพันธ์ทางเฟสที่แน่นอน


  ๕. การส่งข้อมูลดิจิทัล up

       การส่งข้อมูลดิจิทัลจากต้นทาง ไปปลายทางต้องอาศัยตัวกลาง เป็นทางผ่าน ของสัญญาณไฟฟ้า ที่มีทั้งแบบใช้สาย (wire) เช่น สายเคเบิล สาย
ตีเกลียว เส้นใยนำแสง เป็นต้น และแบบไร้สาย (wireless) โดยลักษณะของตัวกลางเป็นตัวกำหนดรูปแบบและวิธีการสร้างสัญญาณไฟฟ้า ถ้าแถบความถี่ของตัวกลางตอบสนองความถี่ได้ต่ำถึงความถี่ฐาน (ความถี่ค่าศูนย์) เช่น สายนำสัญญาณ เส้นใยนำแสง เป็นต้น สัญญาณที่ส่งผ่านมีรูปร่างเช่นเดียวกับสัญญาณดิจิทัลทั่วไป เนื่องจากมีแถบความถี่ครอบคลุมถึงความถี่ฐาน เรียกว่า สัญญาณเบสแบนด์ (Baseband signal) และเรียกการส่งสัญญาณลักษณะนี้ว่า การส่งสัญญาณเบสแบนด์ (Baseband transmission) แต่ถ้าแถบความถี่ของตัวกลางตอบสนองความถี่ได้ไม่ถึงค่าความถี่ฐาน ต้องนำข้อมูลดิจิทัลไปปรับเปลี่ยนคุณลักษณะทางความถี่ให้มีความถี่อยู่ในช่วงที่ตัวกลางนั้นตอบสนองที่เรียกว่า การมอดูเลชั่นหรือการกล้ำสัญญาณ (Modulation)



                       
                               
             

  รูป ๕.๑ การส่งข้อมูลดิจิทัลแบบอนุกรม
 

      การส่งข้อมูลดิจิทัลในรูปแบบอนุกรมดังรูปที่ ๕.๑ ซึ่งแทนความถี่สัญญาณนาฬิกาด้วย โดยเริ่มต้นด้วยภาคส่งจัดข้อมูลเป็นเฟรมข้อมูล ซึ่งประกอบด้วยข้อมูลขนานจำนวน “n” ข้อมูลและข้อมูลที่ใช้อ้างอิงที่เรียกว่า เฟรมอไลเมนต์เวอร์ด (Frame alignment word:FAW) จำนวน ๑ ข้อมูล ทำให้ ๑ เฟรมข้อมูลมีข้อมูลจำนวน n+1 ข้อมูล ถ้าแต่ละข้อมูลมีขนาด ๘ บิต เฟรมข้อมูลต้องมีจำนวนบิตเท่ากับ 8x(n+1) บิต ดังรูปที่ ๕.๒ ตัวอย่างเช่น         ใน ๑ เฟรมข้อมูลมี ๑๒ ข้อมูลและแต่ละข้อมูลมีขนาด ๘ บิต ดังนั้น ๑ เฟรมข้อมูลประกอบด้วยจำนวนบิตทั้งหมด 8x(12+1) เท่ากับ ๑๐๔ บิต




                                                                                                                             

       รูป ๕.๒ ตัวอย่างการจัดเฟรมข้อมูล
 

        ต่อไปส่งเฟรมข้อมูล ที่ได้เข้าสู่วงจรแปลงข้อมูลขนาน เป็นอนุกรมและส่งต่อไปส่วนเข้ารหัสสัญญาณเพื่อส่งในสาย (Line coding) โดยเป็นการปรับเปลี่ยนรูปร่างของข้อมูลดิจิทัลให้เหมาะสมเพื่อให้กระบวนการปรับเทียบสัญญาณระดับบิตที่ภาครับทำได้อย่างมีเสถียรภาพข้อมูลอนุกรมที่ผ่านการเข้ารหัสเรียกว่า สัญญาณดิจิทัล (Digital signal)

        ณ ภาครับดังรูปที่ ๕.๑ ได้รับสัญญาณดิจิทัลและส่งเข้าสู่กระบวนการปรับเทียบสัญญาณระดับบิต ซึ่งแบ่งสัญญาณเป็นสองส่วน ส่วนแรกเข้าสู่วงจรถอดรหัสสัญญาณในสาย เพื่อแปลงสัญญาณดิจิทัลกลับเป็นข้อมูลดิจิทัลแบบอนุกรม ส่วนที่สองเข้าสู่วงจรแยกสัญญาณนาฬิกาเพื่อสร้างสัญญาณนาฬิกาที่มีความสัมพันธ์เชิงเวลากับสัญญาณดิจิทัล ที่ได้รับซึ่งจำเป็นสำหรับวงจรถอดรหัสสัญญาณดิจิทัลและวงจรที่ทำหน้าที่ในระดับเฟรมข้อมูล ต่อไปส่งข้อมูลเข้าสู่กระบวนการปรับเทียบสัญญาณระดับเฟรมที่มีการตรวจหาเฟรมอไลเมนต์เวอร์ด (FAN) เพื่อใช้อ้างอิงตำแหน่งของข้อมูลภายในเฟรม ถัดมาเข้าสู่วงจรแปลงข้อมูลอนุกรมเป็นแบบขนานและแยกข้อมูลแต่ละส่วนภายในเฟรมออกมาทำให้ได้ข้อมูลที่เหมือนกับข้อมูลต้นฉบับ

 
  ๖. การปรับเทียบสัญญาณระดับบิต
 up

        การปรับเทียบสัญญาณระดับบิตมีเป้าหมาย เพื่อให้ภาครับทราบจังหวะเวลาในการสุ่มอ่านบิตข้อมูลจากสัญญาณนาฬิกาที่มีความสัมพันธ์เชิงเวลากับข้อมูลอนุกรมที่ส่งมาจากภาคส่งดังรูปที่ ๕.๑ โดยวงจรแยกสัญญาณนาฬิกา (Clock extraction) ทำการแยกสัญญาณนาฬิกาจากสัญญาณดิจิทัล (Digital signal) จากภาคส่งที่นำข้อมูลดิจิทัลแบบอนุกรมที่ต้องการส่งมาเข้ารหัสสร้างสัญญาณรูปคลื่นใหม่ที่มีความถี่ของสัญญาณนาฬิกาภาคส่งเป็นองค์ประกอบในแถบความถี่ รหัสที่ใช้ในการแปลงข้อมูลดิจิทัลเป็นสัญญาณดิจิทัลมีหลายแบบเช่น รหัสดิจิทัลปกติหรือเอนอาร์แซซ (Non Return to Zero: NRZ) รหัสไบโพลาร์ (Bipolar) และรหัสแมนเชสเตอร์ (Manchester) เป็นต้นโดยทั้งสามแบบมีลักษณะของรูปคลื่นสัญญาณและค่าพลังงานที่กระจายตามองค์ประกอบความถี่ต่างๆ (Power density) ดังรูปที่ ๖.๑ และ ๖.๒ ตามลำดับ ทั้งนี้จะทำให้มีความเหมาะสม ในการใช้งานที่แตกต่างกัน ดังนี้



                                                                                                 
  รูป ๖.๑ ตัวอย่างรหัสไบโพลาร์ และรหัสแมนเชสเตอร์
เปรียบเทียบกับรหัสดิจิทัลปกติ

 

 



                                                                                                                                
  รูป ๖.๒ แสดงพลังงานที่ความถี่ต่างๆ ของรหัสแต่ละชนิด
 เพื่อการเลือกใช้งานที่เหมาะสมกับการสื่อสารแต่ละประเภท

 

      ๖.๑ รหัสดิจิทัลปกติหรือเอนอาร์แซซ (Non Return to Zero: NRZ)

       รหัสดิจิทัลปกติเป็นรหัสที่มีรูปคลื่นสัญญาณสองระดับคือค่าบวกและค่าศูนย์ โดยมีคุณลักษณะที่สำคัญดังนี้
       ก) กำหนดให้ลอจิก “1” เป็นระดับแรงดันค่าบวก และลอจิก “0” เป็นระดับแรงดันค่าศูนย์
       ข) ค่าพลังงานกระจายต่ำกว่าความถี่สัญญาณนาฬิกาทำให้การใช้แถบความถี่มีประสิทธิภาพและมีความถี่ศูนย์เป็นองค์ประกอบ
       ค) หากมีขบวนข้อมูลที่เป็นลอจิก “1” หรือ “0” ติดต่อกันจะทำให้เกิดแรงดันไฟตรงในสาย และไม่มีพัลส์เกิดขึ้น ภาครับจึงปรับเทียบสัญญาณไม่ได้
       ง) วิธีการเข้ารหัสและถอดรหัสไม่ซับซ้อน

      ๖.๒ รหัสไบโพลาร์ (Bipolar)

       รหัสไบโพลาร์เป็นรหัสที่มีรูปคลื่นสัญญาณ ๓ ระดับคือ ค่าบวก ศูนย์และลบ โดยมีคุณลักษณะที่สำคัญดังนี้
       ก) กำหนดให้ลอจิก “1” เป็นระดับแรงดันค่าบวกหรือลบสลับกัน และลอจิก “0” เป็นระดับแรงดันค่าศูนย์
       ) ค่าพลังงานกระจายต่ำกว่าครึ่งหนึ่งของความถี่สัญญาณนาฬิกาทำให้การใช้แถบความถี่มีประสิทธิภาพละไม่มีความถี่ศูนย์ เป็นองค์ประกอบเนื่อง
จากรูปคลื่น มีการสลับระดับแรงดันทำให้ไม่มีแรงดันไฟตรง
       ค) หากมีขบวนข้อมูลที่เป็นลอจิก“0” ติดต่อกันทำให้แรงดันไฟตรงในสายมีค่าเท่ากับศูนย์และไม่มีพัลส์เกิดขึ้น ภาครับจึงจะปรับเทียบสัญญาณไม่ได้

       ๖.๓ รหัสแมนเชสเตอร์ (Manchester)

       รหัสแมนเชสเตอร์เป็นรหัสที่มีรูปคลื่นสัญญาณ ๒ ระดับคือค่าบวกและค่าลบ โดยมีคุณลักษณะที่สำคัญดังนี้
       ก) กำหนดให้ลอจิก “1” เป็นระดับแรงดันค่าบวกที่ช่วง T/2 แรกและค่าลบที่ช่วง T/2 หลัง และลอจิก “0” เป็นระดับแรงดันค่าลบที่ช่วง T/2 แรกและค่าบวกที่ช่วง T/2 หลัง ทำให้มีการเปลี่ยนสถานะที่ช่วง T/2 ของทุกคาบ ภาครับจึงไม่พบปัญหาในการปรับเทียบสัญญาณกรณีขบวนข้อมูลที่เป็นลอจิก “0” หรือ “1” ติดต่อกัน
       ข) ค่าพลังงานกระจายมีช่วงกว้างถึง ๑.๖ เท่าของความถี่ซึ่งมีค่าเกินความถี่สัญญาณนาฬิกาทำให้การใช้แถบความถี่ไม่มีประสิทธิภาพ และไม่มีความถี่ค่าศูนย์เป็นองค์ประกอบ
       ค) ใช้ในระบบอินเทอร์เน็ตความเร็ว ๑๐ เมกะบิตต่อวินาที(Mbps) และมาตรฐานเครือข่ายบริเวณเฉพาะที่(Local Area Network: LAN)

      รหัสที่ใช้ในการแปลงข้อมูลดิจิทัลเป็นสัญญาณดิจิทัลทำหน้าที่ เป็นตัวกำหนดเทคนิคที่ใช้ในการแยกสัญญาณนาฬิกาของวงจรแยกสัญญาณนาฬิกา (Clock extraction)ในกระบวนการปรับเทียบระดับบิตที่มีความสำคัญต่อกระบวนการปรับเทียบระดับเฟรม เนื่องจากการปรับเทียบระดับเฟรม มีการค้นหา FAN ที่เป็นกลุ่มของบิตข้อมูล ถ้าหากการอ่านบิตข้อมูลไม่ถูกต้องจะทำให้การอ่าน FAN ที่มีการรวมกันของบิตข้อมูลหลายบิตไม่ถูกต้องไปด้วย
 

  ๗. การปรับเทียบสัญญาณระดับเฟรม up

       การปรับเทียบสัญญาณระดับเฟรม ดังรูปที่ ๕.๑ เริ่มต้นด้วยการที่ภาครับ มีส่วนปรับเทียบสัญญาณระดับเฟรมทำหน้าที่ค้นหา FAN ซึ่งใช้อ้างอิงตำแหน่งของข้อมูลต่างๆ ภายในเฟรมนั้นๆ โดยทำการป้อนข้อมูลดิจิทัลแบบอนุกรมจากวงจรถอดรหัสสัญญาณในสายเข้าสู่วงจรแปลงข้อมูลอนุกรมให้เป็นแบบขนานและตรวจสอบข้อมูลว่ารหัสเหมือนกับรหัสของ FAN ที่กำหนดด้วยวงจรเปรียบเทียบรหัสหรือไม่ แต่เนื่องจากข้อมูลมีรูปแบบ ที่ไม่แน่นอนอาจมีบางตำแหน่งที่มีรูปแบบข้อมูลเหมือนกับรหัสของ FAN ที่กำหนดไว้ที่เรียกว่า เฟรมอไลเมนต์เวอร์ดเทียม ทำให้เกิดความผิดพลาดได้จึงมีวิธีตรวจหา FAN จริงด้วยกระบวนการปรับเทียบเฟรมหรืออไลเมนต์เฟรม (Frame alignment)

         ๗.๑ กระบวนการปรับเทียบเฟรมหรืออไลเมนต์เฟรม
(Frame alignment)

       กระบวนการปรับเทียบเฟรม หรืออไลเมนต์เฟรมใช้หลักการของเฟรมอไลเมนต์เวอร์ดจริง ที่มีตำแหน่งที่แน่นอน ทำให้เฟรมข้อมูลที่อยู่ติดกันมีระยะห่างของเฟรมอไลเมนต์เวอร์ดเท่ากับ ๑ เฟรมข้อมูลเสมออยู่ในวงจรแยกเฟรมข้อมูลโดยมีวงจรควบคุมการทำงานทั้งหมด ๗ สถานะ คือ A B C D E F และ G ดังรูปที่ ๗.๑



                                                                                                 
  รูป ๗.๑ แผนผังตัวอย่างกระบวนการอไลเมนต์
หรือปรับเทียบเฟรมข้อมูล [๓]

 

       กระบวนการปรับเทียบเฟรม หรือการอไลเมนต์เฟรมทำให้ระบบปรับเทียบสัญญาณระดับเฟรมมีความแม่นยำและน่าเชื่อถือ แต่ข้อมูลที่เกิดซ้ำเป็นชุดๆ เป็นเวลานานพบว่าเฟรมอไลเมนต์เวอร์ดเทียม มีตำแหน่งคงที่คล้ายเฟรมอไลเมนต์เวอร์ดจริง ทำให้เกิดความผิดพลาดขึ้น จึงต้องมีการปรับเปลี่ยนรูปแบบเฟรมข้อมูลเพื่อลดความผิดพลาด เช่น การเพิ่มจำนวน FAN มากกว่า ๑ ตัวโดยแต่ละตัวมีรหัสและตำแหน่งที่ต่างกัน เป็นต้น การเลือกรหัสเฟรมอไลเมนต์เวอร์ดก็สำคัญ โดยรหัสที่ดีต้องมีโอกาสที่เกิดการข้อมูลซ้ำต่ำ ซึ่งทดสอบได้ด้วยการหาค่าสหสัมพันธ์ (Autocorrelation) [๑]


  ๘.
การแยกสัญญาณนาฬิกา up

       ตัวอย่างการแยกสัญญาณนาฬิกาด้วยรหัสดิจิทัลปกติและรหัสไบโพลาร์ที่ไม่มีความถี่สัญญาณนาฬิกาเป็นองค์ประกอบภายในแถบความถี่มีการทำงานดังรูปที่ ๘.๑ แต่มีความถี่ครึ่งหนึ่งของความถี่สัญญาณนาฬิกา เป็นองค์ประกอบ ดังรูปที่ ๖.๒ เมื่อเข้าสู่วงจรไม่เชิงเส้นที่เหมาะสม เช่น วงจรกำลังสอง (Square-law device) หรือวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น (Full-wave rectifier) เป็นต้น ทำให้ได้สัญญาณที่มีองค์ประกอบความถี่ ๒ เท่าคือ และความถี่อื่น ๆ และเข้าสู่วงจรกรองแถบความถี่แคบผ่าน (Narrow band pass filter) โดยกรองผ่านเฉพาะ หรือวงจรเฟสล็อคลูปแถบความถี่แคบ (Narrow-band phase locked loop) ที่สร้างสัญญาณนาฬิกา ใหม่และติดตามสัญญาณนาฬิกา ที่ตรวจพบด้วย ต่อไปเข้าสู่วงจรเปรียบเทียบ (Comparator) เพื่อปรับรูปคลื่นเป็นรูปสี่เหลี่ยม [๒]



                                                                                                                                                        
  รูป ๘.๑ ตัวอย่างการแยกสัญญาณนาฬิกา
สำหรับรหัสดิจิทัลปกติและรหัสไบโพลาร์
 

       ขบวนข้อมูลดิจิทัลที่เป็นลอจิก “0” หรือ “1” ติดต่อกันของรหัสทั้งสองทำให้สัญญาณไม่มีการเปลี่ยนแปลงระดับจึงเกิดปัญหาในการแยกสัญญาณขึ้น ขบวนข้อมูลที่เข้าสู่วงจรเข้ารหัสสัญญาณเพื่อส่งในสาย (Line coding) จึงต้องมีความเป็นเชิงสุ่ม (Random) คือโอกาสที่ข้อมูลมีค่าเป็นลอจิก “0” หรือ ลอจิก “1”เท่ากันโดยนำขบวนข้อมูลดิจิทัลเข้าสู่วงจรสแครมเลอร์แบบซิงโครไนซ์ตัวเอง (Self-synchronize scrambler) และวงจรเข้ารหัสสัญญาณ (Line coding) ที่ทำหน้าที่สร้างลำดับเชิงสุ่มเทียม(Pseudorandom Binary Sequence: PRBS) เพื่อผสมกับขบวนข้อมูลดิจิทัล  ด้วยการเพิ่มวงจรสแครมเบลอร์ที่ภาคส่งทำให้ขบวนข้อมูลมีความเป็นเชิงสุ่ม และเพิ่มวงจรดีสแครมเบลอร์แบบซิงโครไนซ์ตัวเอง (Self-synchronize descrambler) ที่ภาครับหลังวงจรถอดรหัส (Line decoding) เพื่อกำจัดความเป็นเชิงสุ่มของขบวนข้อมูลออกทำให้ได้ขบวนข้อมูลต้นฉบับกลับมา ดังรูปที่ ๘.๒ [๑]



                                                                                                                                
  รูป ๘.๒ การเพิ่มตัวสแครมเบลอร์และดีสแครมเบลอร์
 

       การเทียบจังหวะสัญญาณ เป็นกระบวนการที่มีความสำคัญ ต่อระบบการสื่อสารข้อมูลดิจิตอล แบบอนุกรม เนื่องจากข้อมูลที่ภาคส่งต้องการส่ง และภาครับได้รับ ต้องมีความสอดคล้องกันโดยการเปรียบเทียบจังหวะสัญญาณ (Synchronization) เพื่อให้ภาคส่งและภาครับทราบว่า เริ่มมีการส่งและหยุดส่งข้อมูลเมื่อไหร่ ซึ่งมีการประยุกต์ใช้งานด้านโทรคมนาคมโดยเฉพาะ เช่น ระบบการสื่อสารข้อมูลดิจิตอล การสร้างสัญญาณนาฬิกา เป็นต้น ทำให้ระบบการสื่อสารมีประสิทธิภาพ


  ๙.
บรรณานุกรม up
[๑] David R. Smith. Digital Transmission Systems. Second Edition. Van Nostrand Reinhold, 1993.

[๒] Edwin Jones. DIGITAL TRANSMISSION. McGraw-Hill, 1993.

[๓] Frank F. E. Owen. PCM and Digital Transmission Systems. McGraw-Hill, 1982