Weeek 6 : Physical Layer cont.

Digital subscriber line

ADSL
ย่อมาจาก Asymmetrical DSL จะมีอัตราเร็วที่ใช้ในการส่งข้อมูลออกไปยังอินเทอร์เน็ต (upstream) จะมีค่าน้อยกว่าอัตราเร็วของการส่งข้อมูลจากอินเทอร์เน็ต (downstream) มายังผู้ใช้
สาเหตุที่ADSLมีอัตราเร็วที่สูงกว่าการใช้โมเด็มแบบเดิมทั้งๆ ที่ใช้สายโทรศัพท์เหมือนกัน ก็เนื่องมาจากว่าระบบโทรศัพท์นั้นได้มีการใช้ตัวกรองสัญญาณ (filter) เพื่อที่จะจำกัดแบนด์วิดธ์ของผู้ใช้แต่ละรายให้อยู่ที่ 4 KHz ทั้งๆที่สายโทรศัพท์มีแบนด์วิดธ์ที่กว้างถึง 1.1 MHz จึงสามารถใช้แบนด์วิดธ์ของสายได้อย่างเต็มที่ แต่จะมีปัจจัยที่จะทำให้แบนด์วิดธ์มีค่าน้อยกว่า 1.1 MHz เช่น ระยะทางจากบ้านไปยังชุมสายโทรศัพท์ ขนาดของสาย สัญญาณที่ส่ง เป็นต้น

DMT (Discrete multitone technique)
เกิดจากเทคนิค QAM (quadrature amplitude modulation) และ FDM (Frequency-division multiplexing) โดยเมื่อสายมีแบนด์วิดธ์ 1.104 MHz จะทำการแบ่งออกเป็นช่องสัญญาณสื่อสารได้ 256 ช่อง แต่ละช่องจะมีแบนด์วิดธ์ 4.312 KHz

ADSL modem
ADSL ตามบ้านเรือนของผู้ใช้ จะเชื่อมโยงกับชุมสายโทรศัพท์ที่ใกล้ที่สุด โลคอลลูปจะเชื่อมต่อกับตัวกรองสัญญาณ ส่วนโมเด็ม ADSL จะใช้หลักในการมอดูเลชันแบบ DMT เพื่อสร้างช่องสื่อสารสัญญาณ

DSLAM
Digital subcriber line access multiplexer ทำหน้าที่ส่งข้อมูลที่ได้รับมาออกไปยังอินเทอร์เน็ตต่อไป


Multiplexing

Multiplexing คือ การผสมสัญญาณ ที่สามารถส่งสัญญาณต่าง ๆ ไปพร้อมกัน แต่ไม่ทำให้สัญญาณเกิดการรบกวนซึ่งกันและกัน

FDM (Frequency-division multiplexing)
FDM การผสมสัญญาณโดยแบ่งความถี่ เป็นเทคนิคในการรวมสัญญาณอะนาล็อกจากหลายแหล่งเข้าด้วยกัน แล้วส่งออกไปทางเดียวกัน โดยที่แบนด์วิดธ์ของเส้นทางที่ใช้ในการสื่อสารนั้นจะต้องกว่างพอ ซึ่งต้องมากกว่าแบนด์วิดธ์ของทุกสัญญาณที่นำมารวมกัน
Minimum bandwidth of the link = Channel x Bandwidth(KHz) + Guard band x KHz for Guard band

WDM (Wave-division multiplexing)
WDMการผสมสัญญาณโดยแบ่งความยาวคลื่น ได้ถูกออกแบบให้ใช้กับสายไฟเบอร์ออปติกจะมีแบนด์วิดธ์ที่กว้างมากและมีอัตราการส่งข้อมูลที่สูง แตกต่างจาก FDM ตรงที่ใช้แสงเป็นตัวนำส่งสัญญาณ

TDM (Time-division multiplexing)
TDM การผสมสัญญาณโดยแบ่งเวลา ใช้กับสัญญาณดิจิตอล จะทำการแบ่งเวลาในการส่งข้อมูลให้กับอุปกรณ์ ตามลำดับ เมื่อครบทุกเครื่องแล้วก็จะวนกลับไปที่เครื่องแรก และเรียงตามลำดับเพื่อทำการส่งข้อมูลอีกครั้ง ข้อมูลที่ถูกส่งมากจากทุกเครือ่งจะถูกนำมารวมกันเป็นเฟรม (Frame) และช่วงเวลาที่แบ่งให้กับแต่ละเครื่องเรียกว่า ช่องเวลา (Time slot)

STDM (Statistical time-division multiplexing)
STDM ใน synchronous จะมี slot เท่ากันทุกตัวและจะสร้าง slot ตามความต้องการของข้อมูล จะมีMultiplexing คอยตรวจสอบข้อมูลใน line และส่งข้อมูลจน frame เต็ม จะมีอัตรการข้อมูลที่ส่งต่ำกว่าอุปกรณ์ที่จะส่ง

IMUX (Inverse Multiplexing)
IMUX เป็นวิธีการส่งสัญญาณจากสื่อที่มีความเร็วสูง แยกลงสื่อที่มีความเร็วต่ำกว่าหลายๆเส้น

Week 5 : Physical Layer(2)&Error Detection and Correction

Physical Layer (2)


Noiselless Channel : Nyquist Bit Rate

การคำนวณอัตราการส่งบิตโดยที่ช่องสื่อสารไม่มีสัญญาณรบกวน ซึ่งเรียกได้ว่าเป็นอัตราเร็วสูงสุดของการส่งข้อมูล

- Bitrate = 2*bandwidth *log2L where

L is the number of signal levels used to represent data.


Noisy Channel : Shannon Capacity


คำนวณหาอัตราการส่งบิตข้อมูลภายในช่องสื่อสารที่มีสัญญาณรบกวน


- Capacity = bandwidth * log2(1+SNR)

- SNR = Signal to Noise Ration

Error Detection and Correction

Network errors caused by problems in transmission

- Network errors
- Human errors

Categories of Network Errors

- Corrupted (data changed)
- Lost data

Type of Error

- Single-Bit Error เป็นการส่งข้อมูลผิดพลาดแค่บิตเดียว

- Burst error

Major functions

- Preventing errors

- Detecting errors

- Correcting errors

Differential Manchester

จะคล้ายกับวิธี manchester คือจะมีการเปลี่ยนสัญญาณช่วงตรงกลางบิตข้อมูล แต่จะไม่สนใจว่าแรงดันไฟฟ้าจะเป็นบวกหรือลบ จะเปลี่ยนสัญญาณเมื่อบิตมีค่าเป็น "0" ถ้ามีค่าเป็น "1" ไม่ต้องมีการเปลี่ยนแปลงสัญญาณ

Pulse Amplitude Modulation (PAM)

ใช้สำหรับแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล คือ pulse amplitude modulation จะทำการสุ่มสัญญาณอะนาล็อกตามช่วงเวลาต่าง ๆ โดยจะแบ่งแต่ละช่วงเวลาของการสุ่มให้เท่าๆ กัน ผลที่ได้จากการสุ่มจะเป็นลักษณะลำดับของ pulse และ ขนาดของ pulse จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับสัญญาณอะนาล็อก ดังนั้น pulse ที่ได้จะแทนถึงสัญญาณอะนะล็อก

Pulse Code Modulation (PCM)

เป็นการแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลได้โดยสมบูรณ์ การแปลงสัญญาณแบบ PCM สัญญาณอะนาล็อกจะถูก Quantization หรือ กำหนดค่าตัวเลขให้กับ pulse ตัวเลขที่กำหนดให้กับ pulse นั้นจะได้มาจากขนาดของสัญญาณอะนาล็อกที่ถูกสุ่มสัญญาณ ขนาดของ pulse ที่ได้จาการสุ่มสัญญาณ จะถูกเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของเลขฐานสอง เมื่อได้กลุ่มตัวเลขที่เป็นบิตของข้อมูลแล้วก็จะสามารถที่จะแปลงให้เป็นสัญญาณดิจิตอลได้ โดยการใช้เทคนิคของ line coding จะแสดงตัวอย่างของผลที่ได้จาก PCM โดยใช้วิธีการแบบ unipolar ในการแปลงบิตข้อมูลให้เป็นสัญญาณดิจิตอล
วิธีการของ PCM นั้นสรุปกระบวนการทำงานได้ดังนี้
1. PAM
2. Quantization
3. Binary encoding
4. Line coding

Sampling Rate
Highest frequency = x Hz
Sampling rate = 2x samples/s

Transmission Modes
- Parallel mode เป็นการส่งข้อมูลออกไปพร้อมๆกันได้คราวละหลายบิต ทำให้ส่งขอ้มูลได้เร็ว
- Serial mode เป็นการส่งข้อมูลที่ใช้สายส่งเพียงเส้นเดียว บิต่ถูกส่งออกจะเรียงตามลำดับกันไป

Types of Serial Transmission

- Asynchronous ส่งข้อมูลครั้งละไบต์ (1 Byte = 8 bit) ในแต่ลไบต์ที่ถูกส่งออกไปจึงต้องมีบิตเริ่มต้น (Start bit) ซึ่งจะกำหนดค่าเป็น "0" และบิตสิ้นสุด (Stop bit) ซึ่งจะกำหนดค่าใหเป็น "1"

- Synchronous ใช้การนับจำนวนบิตของข้อมูลที่เข้ามาให้ได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ การส่งแบบ Synchronous จะมีความเร็วของการรับส่งข้อมูลได้เร็วกว่าแบบ Asynchronous เนื่องจากไม่ต้องมีบิตพิเศษเพิ่มเติมเข้ามา และไม่มีช่องว่างเกิดขึ้นระหว่างไบต์ของข้อมูลอีกด้วย

- Isochronous

Digital to analog conversion

- Bit rate คือ จำนวนของบิตข้อมูลที่สามารถส่งได้ใน 1 วินาที มีหน่วยเป็น bps

- Baud rate คือ อัตราการเปลี่ยนแปลงสัญญาณใน 1 วินาที มีหน่วยเป็น baud/s

Amplitude Shift Keying (ASK)

เป็นเทคนิคในการแปลงบิตข้อมูลให้เป็นสัญญาณอะนาล็อก โดยหลักการ Modulat บิตข้อมูลกับสัญญาณคลื่นพาห์แบบ ASK นั้นจะให้ความถี่ และเฟสคงที่ แต่จะให้แอมพลิจูดเปลี่ยนไปตามบิตข้อมูล

Phase Shift Keying (PSK)

เป็นเทคนิค Modulat บิตข้อมูลกับสัญญาณคลื่นพาห์แบบ PSK นั้นจะให้เฟสของสัญญาณเปลี่ยนแปลงไปตามบิตข้อมูล โดยให้แอมพลิจูด และความถี่คงที่ ดังนั้นเทคนิคแบบ PSK นี้บิตข้อมูลจะเป็นตัวกำหนดว่าจะให้เฟสของสัญญาณมีค่าเท่าไหร่

PSK จะสามารถทนต่อสัญญาณรบกวนได้ดีกว่าแบบ ASK