หลักการระบบสื่อสาร(7/12)bucroccs.bu.ac.th/courses/documents/crcc9/s07.pdf ·...
TRANSCRIPT
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
หลักการระบบสื่อสาร (7/12)
คณะวิศวกรรมศาสตร ม.กรุงเทพ
ม.ค.–พ.ค. 2563
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 1 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
4 บิตขอมูล4.1 การแสดงขอมูลดวยบิต
กอนหนา (ในสไลดชุดที่ 1): รหัสแอสกีขยาย (Extended ASCII)สำหรับอักษรภาษาอังกฤษ แปลงแตละตัวอักษรเปน 8 บิต4 บิตจากหมายเลขแถว ตามดวย 4 บิตจากหมายเลขคอลัมน
รหัส UTF-16 (UTF ยอมาจาก Unicode Transformation Format)สำหรับอักษรในภาษาตาง ๆ รวมถึงภาษาไทย แปลงแตละตัวอักษรเปน 16 บิต
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 2 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
รหัส UTF-16 สำหรับอักษรไทย12 บิตจากหมายเลขแถว ตามดวย 4 บิตจากหมายเลขคอลัมน
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F0E0 ก ข ฃ ค ฅ ฆ ง จ ฉ ช ซ ฌ ญ ฎ ฏ0E1 ฐ ฑ ฒ ณ ด ต ถ ท ธ น บ ป ผ ฝ พ ฟ0E2 ภ ม ย ร ฤ ล ฦ ว ศ ษ ส ห ฬ อ ฮ ฯ0E3 ะ ั า ำ ิ ี ึ ื ุ ู ฺ ฿0E4 เ แ โ ใ ไ ๅ ๆ ็ 0E5 ๐ ๑ ๒ ๓ ๔ ๕ ๖ ๗ ๘ ๙
ตัวอยาง (การเขารหัส UTF-16):ตัวอักษร → เลขฐาน 16 → บิต (เลขฐาน 2)
แปด → 0E41 0E1B 0E14→ 0000 1110 0100 0001
0000 1110 0001 10110000 1110 0001 0100 ■
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 3 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
การแปลงขอมูลสัญญาณแบบตอเนื่องการแปลงขอมูลสัญญาณแบบตอเนื่อง (เชน คลื่นเสียง) เปนบิตขอมูล ทำไดโดยการชักคาสัญญาณ (sampling) และ การควอนไทซ (quantization)การชักคาสัญญาณ: สัญญาณขอมูล → คาชักสัญญาณ (sample)
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
-1
-0.5
0
0.5
1
0 10 20 30 40 50
-1
-0.5
0
0.5
1
เวลา
สัญญาณขอมูล
คาชักสัญญาณ
ดัชนีคาชักสัญญาณ ไมมีหนวย
ในรูป อัตราชักคาสัญญาณ (แทนดวย fs) คือ 1 kHz (หรือ 1000 sample/s)ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 4 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
การควอนไทซ: คาชักสัญญาณ → บิตขอมูล
0 10 20 30 40 50
-1
-0.875
-0.75
-0.625
-0.5
-0.375
-0.25
-0.125
0
0.125
0.25
0.375
0.5
0.625
0.75
0.875จุดวงกลม คาชักสัญญาณ จุดสี่เหลี่ยม ผลการควอนไทซ
คาสัญญาณสําหรับการควอนไทซ
บิตขอมูล
1111111011011100101110101001100001110110010101000011001000010000
ในรูป จำนวนบิตตอคาชักสัญญาณ คือ 4 (หรือ 4 bit/sample)ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 5 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
จากตัวอยางในรูป บิตขอมูลที่ไดคือ
0101 1000 1011 1110 ...
จำนวน คาสัญญาณในการควอนไทซ คือ 2 ยกกำลังจำนวนบิตตอคาชักสัญญาณซึ่งเทากับ 24 = 16 ในรูป
การคำนวณ อัตราบิตขอมูล (bit rate) ที่ไดจากการแปลงสัญญาณเปนบิตนำอัตราชักคาสัญญาณ ( fs ) มาคูณกับจำนวนบิตตอคาชักสัญญาณ
1,000 samples × 4 bit
sample = 4,000 bits = 4 kbps
หมายเหตุ: bps ยอมาจาก bit per second หรือ bit/s
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 6 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
ตัวอยาง (ระบบโทรศัพทสายสง):ใช fs = 8 kHz และ 8 bit/sample
อัตราบิตขอมูล = 8,000 samples × 8 bit
sample = 64 kbps■
ตัวอยาง (แผน CD):ใช fs = 44.1 kHz และ 16 bit/sample และอัดเสียงดวยไมโครโฟน 2 ตัว (ระบบ stereo)
อัตราบิตขอมูล = 44,100 samples × 16 bit
sample × 2 = 1.4112 Mbps
สำหรับแผน CD ที่อัดเสียงได 70 นาที
จำนวนบิตขอมูลรวม = (70× 60) s× 1.4112 Mbps ≈ 5.9 Gb ■
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 7 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
ทฤษฎีชักคาสัญญาณ
ทฤษฎีชักคาสัญญาณ (sampling theorem): สำหรับสัญญาณขอมูลที่มีแบนดวิดท Bถาใช fs ≥ 2B จะสามารถแปลงคาชักสัญญาณกลับเปนสัญญาณเดิมได
ถา fs < 2B การชักคาสัญญาณอาจทำใหเกิดปรากฎการณ aliasingซึ่งหมายถึงกรณีที่ สัญญาณหลายตัว ทำใหเกิดคาชักสัญญาณชุดเดียวกันจึงไมสามารถแปลงกลับเปนสัญญาณตั้งตนได (ดูตัวอยางในหนาถัดไป)
เสียงพูดมี B ≈ 4 kHz จึงใช fs = 2× 4 = 8 kHz ในระบบโทรศัพทเสียงเพลงมี B ≈ 20 kHz จึงควรใช fs = 2× 20 = 40 kHzมาตรฐานแผน CD ใช 44.1 kHzหมายเหตุ: เพื่อเลี่ยง aliasing เรามักผานสัญญาณขอมูลเขาตัวกรอง lowpassแลวจึงชักคาสัญญาณ ในระบบ CD ตัวกรอง lowpass มีแบนดวิดท 22.05 kHz(แทน 20 kHz เพื่อสรางไดงาย) ทำให B = 22.05 kHz และ fs = 2B = 44.1 kHz
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 8 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
ตัวอยาง (ปรากฎการณ aliasing):(ก) คาชักสัญญาณจาก fs = 1 kHz สำหรับสัญญาณไซนความถี่ 1 kHz(ข) สัญญาณไซนความถี่ 0.5 kHz ซึ่งมีคาชักสัญญาณเหมือนกับ (ก)
0 1 2 3 4
-1
-0.5
0
0.5
1
0 1 2 3 4
-1
-0.5
0
0.5
1
คาสัญญาณ
คาสัญญาณก
ข
(ms)
(ms) ■ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 9 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
4.2 เลขฐาน 2 8 และ 16
ควรแปลงไปกลับไดระหวางฐานเหลานี้
ฐาน 2 ↔ ฐาน 8:แปลงครั้งละ 3 บิต
ฐาน 2 ↔ ฐาน 16:แปลงครั้งละ 4 บิต
บิตขอมูล เลขฐาน 8 บิตขอมูล เลขฐาน 16000 0 0000 0001 1 0001 1010 2 0010 2011 3 0011 3100 4 0100 4101 5 0101 5110 6 0110 6111 7 0111 7
1000 81001 91010 A1011 B1100 C1101 D1110 E1111 F
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 10 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
4.3 จำนวนและอัตราบิตขอมูล
รหัสบิตขอมูลยาว b บิต มีไดทั้งหมด 2b รหัส
ถาตองการ N รหัสที่แตกตางกัน จำนวนบิตในรหัส อยางต่ำ หาไดดังตอไปนี้
2 b ≥ N ⇒ b ≥ log2 N ⇒ b = ⌈log2 N⌉
หมายเหตุ: ⌈x⌉ = จำนวนเต็มที่นอยที่สุดที่ ≥ x (ปดเศษขึ้น ถามีเศษ)
ตัวอยาง (รหัส นศ.)ถาตองการรหัสตัวเลข 00000 ถึง 99999 จะตองใชจำนวนบิตอยางต่ำ⌈log2 100,000⌉ = 17 บิตคำเตือน: เวลากดเครื่องคิดเลข ตองใชฐานของ log ใหถูกตอง ■
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 11 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
ควรตระหนักถึงความแตกตางระหวาง จำนวนบิต และ อัตราบิต
ตัวอยาง (จำนวนบิตและอัตราบิต):การอัดเสียงพูดดวย fs = 32 kHz และใช 12 bit/sample
ถาอัด 30 นาที จำนวนบิตขอมูลที่ไดคือ
32,000 samples × 12 bit
sample × (30× 60) s = 691.2 Mb
ถาตอสายสงบิตขอมูลที่ไดจากการอัด ตองใชสายสงที่มีอัตราบิตอยางต่ำเทากับ
32,000 samples × 12 bit
sample = 384 kbps■
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 12 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
4.4 แพ็กเกตขอมูลบิตขอมูลมักถูกสงเปนกลุม แตละกลุมเรียก แพ็กเกต (packet)บางครั้งเรียก เฟรม (frame) ขึ้นอยูกับมาตรฐานระบบ
โครงสรางทั่วไปของแพ็กเกตขอมูล
สวนหัว(header)
สวนทาย(trailer)
payload
สวนหัว (header): บอกหมายเลขแพ็กเกต หมายเลข address ประเภทขอมูลลำดับความสำคัญ ฯลฯpayload: บิตขอมูลสวนทาย (trailer): บิตเพิ่มเติมสำหรับเขารหัสเพื่อตรวจจับ/แกไขบิตผิดพลาด
บิตอื่น ๆ ที่ไมใชบิตขอมูล (ใน payload) เรียกวา overheadในระบบที่มี overhead อัตราบิตขอมูล จะต่ำกวา อัตราบิตที่ถูกสง
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 13 / 14
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
...
.
ตัวอยาง (อัตราบิตในระบบที่มี overhead):สง 500 packet/s แพ็กเกตขนาด 250 บิต โดยขนาด payload คือ 200 บิต
อัตราบิตขอมูล (ไมรวม overhead)
200 bitpacket × 500 packet
s = 100 kbps
อัตราบิตที่ถูกสง (รวม overhead)
250 bitpacket × 500 packet
s = 125 kbps
% ของ overhead =250− 200
250 × 100% = 20% ■
ภูมิพัฒ แสงอุดมเลิศ (ม.กรุงเทพ) หลักการระบบสื่อสาร ม.ค.–พ.ค. 2563 14 / 14