บทที่ 1 หลักการเบื่องต้นของการสื่อสาร

ความหมายของการสื่อสารข้อมูล

การสื่อสาร  หมายถึง  กระบวนการถ่ายทอดข้อมูลโดยผ่านช่องทางหรือสื่อระหว่างผู้ส่งและผู้รับ เพื่อให้เกิดความเข้าใจซึ่งกันและกัน

                การสื่อสารข้อมูล หมายถึง กระบวนการหรือวิธีการถ่ายทอดข้อมูลระหว่างผู้ส่งและผู้รับที่อยู่ห่างไกลกันด้วยระบบการสื่อสารโทรคมนาคม (Telecommunication) เป็นสื่อกลางในการส่งข้อมูล

                ระบบการสื่อสารโทรคมนาคมจะส่งข้อมูลผ่านสื่อหรือตัวกลาง เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนจากภายนอก โดยการเปลี่ยนข้อมูลเป็นสัญญาณหรือรหัส  เมื่อถึงปลายทางจะต้องถอดรหัส (สัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) เพื่อให้ผู้รับเข้าใจข้อมูลที่ถูกส่งมาถึง

พื้นฐานของการสื่อสารข้อมูล

การสื่อสารข้อมูลมีส่วนประกอบ 3 ส่วนคือ 
1). ตัวส่งสัญญาณหรือแหล่งกำเนิด (Source) 
2). ตัวกลางหรือพาหะนำสัญญาณ (Medium)
3). ตัวรับหรือผู้รับ (Sink) 

รูปแบบทิศทางของการส่งสัญญาณสื่อสารมี 3 รูปแบบ 
1). การส่งสัญญาณแบบทางเดี่ยว (Simplex) 
หมายถึง ผู้ส่งสามารถส่งข้อมูลข่าวสารผ่านตัวกลางไปให้ผู้รับได้ฝ่ายเดียวซึ่งผู้รับข่าวสารไม่สามารถโต้ตอบกลับไปได้ เช่น วิทยุกระจายเสียง , TV , ข่าวสารทางนิตยสารต่าง ๆ 
2). การส่งสัญญาณแบบกึ่งทางคู่ (Half – Duplex) 
หมายถึง ผู้ส่งสามารถส่งข่าวสารผ่านตัวกลางไปให้ผู้รับได้และผู้รับก็สามารถโต้ตอบกลับไปให้ผู้ส่งได้แต่ต้องผลัดกัน รับ – ส่ง เช่น วิทยุมือถือ , FAX 

3). การส่งสัญญาณแบบทางคู่ (Full – Duplex) 
หมายถึง การส่งสัญญาณที่ผู้รับและผู้ส่งสามารถโต้ตอบกันได้โดยทันทีทันใด เช่น การคุยโทรศัพท์ , สนทนา
สัญญาณ (signal) 
ก่อนจะอธิบายถึงช่องสัญญาณ เรามาทำความเข้าใจสัญญาณ (signal) ที่ใช้เป็นพาหนะสำหรับส่งข้อมูลสัญญาณที่ใช้แทนข้อมูล และนำพาข้อมูลผ่านสายส่ง มี 2 รูปแบบ คือ 
• สัญญาณดิจิตอล (digital) 
• สัญญาณอะนาล็อค (Analog) 
.1 . สัญญาณดิจิตอล (digital) 
สัญญาณดิจิตอล จะอยู่ในรูปของพัลส์ไฟฟ้าสี่เหลี่ยมบนช่องสัญญาณ ข้อมูลที่ถูกแปลงเป็นช่องสัญญาณดิจิตอล จะถูกนำเข้าช่องสัญญาณในอนุกรมของบิท 0 หรือ 1 ซึ่งแสดงด้วยค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าสูง หรือต่ำบนช่องสัญญาณ เช่น สัญญาณดิจิตอลบนช่องสัญญาณหนึ่งในช่วงเวลาหนึ่ง บิท 1 แสดงโดยค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า 5 voltsขณะที่ บิท 0 แทนด้วย 0 volts 



ในทางอุดมคติแล้ว การส่งสัญญาณดิจิตอลน่าจะเป็นวิธีการการส่งข้อมูลระหว่างคอมพิวเตอร์ผ่านสายสัญญาณที่ดีที่สุด เนื่องจากข้อมูลที่เก็บในคอมพิวเตอร์จะอยู่ในรูปของไบนารี คืออนุกรมของเลข 0 หรือ 1 อยู่แล้ว 
แต่ในทางปฏิบัติแล้ว เรายังเผชิญปัญหาความผิดเพี้ยนของสัญญาณที่ผกผันไปตามระยะทางมากขึ้นเมื่อเดินทางบนสายสัญญาณที่ความเร็วสูงขึ้น กล่าวคือ เมื่อสัญญาณถูกส่งด้วยความเร็วสูงขึ้น มันหมายความว่า ช่องว่างระหว่างพัลส์ไฟฟ้ายิ่งแคบน้อยลง ยิ่งระยะทางไกลโอกาสที่กำลังของสัญญาณไฟฟ้าอ่อนลงยิ่งมีมาก เป็นผลให้ตัวรับสัญญาณไฟฟ้าไม่สามารถแยกสัญญาณได้ถูกต้อง 
เพื่อจัดการกับปัญหาการลดลงของระดับสัญญาณ เราจะติดตั้งอุปกรณ์ทวนสัญญาณ (Repeater) อยู่เป็นระยะ ๆ บนสายส่งระหว่างอุปกรณ์ปลายทางและต้นทาง เมื่ออุปกรณ์ทวนสัญญาณตรวจรู้ว่าระดับคุณภาพของสัญญาณลดลง (Degrade) เมื่อนั้นอุปกรณ์ทวนสัญญาณจะสร้างสัญญาณที่รับเข้ามาใหม่ก่อนส่งต่อไปบนช่องสัญญาณ 
2.สัญญาณอะนาล็อค (Analog) 
สัญญาณอะนาล็อคใช้ค่าต่อเนื่องของความต่างศักย์ไฟฟ้าบนช่องสัญญาณแทนข้อมูล เราสามารถใช้สัญญาณอะนาล็อคส่งข้อมูลด้วยบิท 0 หรือ 1 หรือส่งสัญญาณหลากหลาย เช่น สัญญาณเสียงและภาพ 
แสง เสียง คลื่นวิทยุ และสัญญาณอะนาล็อคอื่น ๆ สามารถเดินทางผ่านอากาศในรูปของคลื่นความถี่ได้เหมือนเดินทางผ่านสาย 
ลักษณะของคลื่นจะกำหนดโดยขนาด หรือ แอมปลิจูด (amplitude) และความถี่ (frequency) 



แอมปลิจูด คือ ความสูงของคลื่น แอมปลิจูดของคลื่น ขึ้นอยู่กับช่วงของความต่างศักย์ไฟฟ้าบนสายสัญญาณ เช่น ช่วงกว้างความต่างศักย์ไฟฟ้า ระหว่าง -5 ถึง +5 volts จะสร้างคลื่นที่มีขนาดใหญ่กว่า ช่วงกว้างความต่างศักย์ -3 กับ +3 volts 
ความถี่ (frequency) หมายถึง จำนวนครั้งที่เกิดคลื่นซ้ำ ในรูปแบบเดิมในช่วงเวลาหนึ่ง คลื่นจะถูกแกว่งตามความถี่ที่กำหนด หน่วยของจำนวนครั้งที่คลื่นแกว่ง ในเวลาหนึ่งวินาทีเรียกว่า เฮิร์ทซ์ (Hertz: Hz) ตัวอย่างเช่น ถ้าคลื่นแกว่งซ้ำไปมาในรูปแบบเดิม 30 ครั้งในหนึ่งวินาที หมายความว่าคลื่นแกว่งที่ 30 รอบต่อ 1 วินาที หรือ 30 Hz ถ้าคลื่นแกว่งด้วยความถี่สูงในหลักพันรอบต่อวินาที จะมีหน่วยวัดเป็น กิโลเฮิร์ทซ์ (KHz) ถ้าเป็นหลักล้านรอบ หน่วยวัดเป็น เมกกะเฮิร์ทซ์ (MHz) และหลักพันล้านรอบมีหน่วยวัดเป็น กิกะเฮิร์ทซ์ (GHz) 
โหมดของการส่งผ่านข้อมูล (Tranmission Mode) 
สามารถแบ่งวิธีการส่งผ่านข้อมูลได้ 2 รูปแบบ 
1). การส่งข้อมูลแบบขนาน (Parallel Transmistion)
ในการส่งข้อมูลแบบขนานทุกบิตที่เข้ารหัสแทนข้อมูลจะถูกส่งผ่านไปตามสายขนานกันและพร้อมกัน จำนวนสายส่งจะสองเท่ากับจำนวนบิตที่นำมาเข้ารหัส เช่น 8 บิต ต้องมีสายส่ง 8 เส้น เช่น ถ้าใช้รหัส ASCII 1 ตัวอักษรถูกแทนด้วย 8 บิต 



2). การส่งผ่านข้อมูลแบบเรียงลำดับ (Serial Transmission) 
การส่งข้อมูลแบบนี้ ทุกบิตที่ถูกเข้ารหัสจะถูกส่งออกไปเรียงกันตามลำดับก่อนหลังตามกันไปโดยใช้สายเส้นเดียว 
การส่งผ่านข้อมูลแบบเรียงลำดับแบ่งออกเป็น 2 ประเภท
1). การชิงโคนัส (Synchronization) 
การส่งแบบชิงโดนัสจะส่งข้อมูลไปพร้อมกันโดยไม่มีช่องว่างแต่ต้องมีสัญญาณนำเพื่อให้ผู้รับทราบว่าจะเริ่มทำการส่งข้อมูล 



2). การส่งข้อมูลแบบอะชิงโคนัส (Asynchronous) 
การส่งข้อมูลแบบนี้จะต้องมีสัญญาณ Start ตามด้วยข้อมูลและ Stop ปิดท้ายข้อมูล 



รหัสข้อมูล ( Data Code ) จากที่ผ่านมา เราได้เรียนรู้การส่งข้อมูลดิจิตอลที่ใช้บนเครื่องคอมพิวเตอร์ไปบนสายสัญญาณ ด้วยเทคนิคการเข้าสัญญาณแบบต่าง ๆ ข้อมูลจะต้องถูกแปลงเป็นชุดของตัวเลขบิท 0 และ 1 
หน่วยของข้อมูลเช่น อักขระ ( character ) จะถูกแทนด้วยชุดของบิท 0 และ 1 จำนวนหนึ่ง เราเรียกชุดของบิท 0 และ 1 นี้ว่า รหัส 
รหัสที่นิยมใช้กันในระบบสื่อสารข้อมูลมี 2 แบบ คือ 
• รหัส ASCII 
• รหัส EBCDIC 
1. รหัส ASCII 
ASCII ( American Standard Code for Information Interchange ) หรือ ที่รู้จักกันในนาม International Alphabet Number 5 
ASCII ใช้รหัส 7 บิท แทนอักษรและอักขระควบคุม เพื่อให้อุปกรณ์ปลายทางสามารถสื่อสารกับคอมพิวเตอร์ได้ 
ตัวอย่างเช่น อักษร “B” ASCII = 66 แปลงเป็นฐานสอง แทนด้วยบิท 1000010 
ตัวเลข “ 1 ” แทนด้วย บิท 0110001 เป็นต้น 
ASCII ใช้เลข 7 บิท แทนตัวอักขระ และเติมบิทที่ 8 สำหรับควบคุมการผิดพลาด หรือตรวจสอบพาริตี้ ( parity ) ในระบบสื่อสารข้อมูล สามารถใช้พาริตี้คู่ หรือ พาริตี้คี่ เพื่อตรวจสอบว่าข้อมูลถูกส่งผ่านไปถึงผู้รับที่ปลายทางเหมือนกับที่ต้นทางทุกประการ
การส่งรหัสข้อมูลลงบนช่องสัญญาณ จะส่งจากขวาไปซ้าย คือ บิท b 1 อยู่ขวาสุดถูกส่งก่อนตามด้วย b 2 จนถึง b 7 จากนั้นจะเต็มบิทที่ 8 สำหรับควบคุม กรณีเลือกพาริตี้คี่ ( add parity ) บิทที่ 8 จะถูกเติมด้วยบิท 0 หรือ 1 ที่ทำให้ผลรวมของจำนวนบิท “ 1 ” ในอักขระที่เป็นเลขคี่ 
ตัวอย่างเช่น เลข 7 บิทที่แทนอักษร “B” คือ 1000010 ดังนั้น บิทที่ 8 นี้จะทำให้ผลรวมของทุกบิทสำหรับรหัสนี้เป็นพาริตี้คี่ ต้องเป็น “ 1 ” นั้นคือ เติม “ 1” ที่ซ้ายสุดของรหัสชุดนี้ 11000010 
เมื่อสถานีรับรหัส ASCII ที่ใช้พาริตี้บิทคี่เข้ามา จะตรวจผลรวมของเลข “ 1” ของชุดรหัสที่แทนอักขระนั้นว่าเป็นเลขคี่หรือไม่ ถ้าไม่ถูกต้อง ก็จะถือว่ามีข้อผิดพลาดจากการส่งสัญญาณ จากนั้นกระบวนการแก้ไขระดับความผิดพลาด ( link level error recovery ) เพื่อส่งให้มีสัญญาณใหม่อีกครั้ง กรณีพาริตี้คู่ พาริตี้บิทเติมด้วยเลข “ 0” หรือ “ 1” เพื่อทำให้ผลการรวมของจำนวนบิท “ 1” ของรหัสที่แทนอักขระนั้นเป็นเลขคู่ เช่น อักษร “B” พาริตี้บิทจะถูกเติมด้วย “ 0” 
การตรวจสอบพาริตี้บิท เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการตรวจหาความผิดพลาดของการส่งสัญญาณ ถึงแม้ว่าไม่สามารถคลอบคลุมได้ทุกข้อผิดพลาดก็ตาม 
2. รหัส EBCDIC
EBCDIC ( Extended Binary Coded Decimal lnterchange ) IBM เป็นผู้คิดค้นรหัสนี้ขึ้นใช้กับเครื่อง IBM System/360 ในปี 1960 โดยใช้รหัส 8 บิท แทนอักขระทั้ง 256 ตัว และอักขระควบคุม
ตัวอย่างเช่น อักษร “b” แทนด้วยรหัส 10000010 และ “ 1” แทนด้วยรหัส 11110001 รหัส EBCDIC ไม่ใช้การตรวจสอบพาริตี้ แต่ใช้วิธีอื่นในการตรวจหาระดับความผิดพลาดของการส่งสัญญาณ ซึ่งโปรโตคอลสำหรับระดับการเชื่อมโยง ( Link-Level Protocol ) EBCDIC ไม่ใช้กันแพรหลายนัก แต่ก็มีความสำคัญเนื่องจากเป็นรหัสที่ใช้กับเครื่อง IBM 
ช่องสัญญาณสื่อสารหมายถึง สื่อตัวกลางที่ข้อมูลเดินทางผ่านไปมาตัวอย่างได้แก่ สายไฟ , สาย UTP , STP , สายโดแอกเชียว , เคเบิลใยแก้วนำแสงและอากาศ เป็นต้น ซึ่งสื่อแต่ละชนิดจะมีสมรรถนะในการส่งข้อมูลแตกต่างกันไป 
1. สาย UTP , STP

ความรู้พื้นฐานของการสื่อสารข้อมูลทางอิเล็กทรอนิกส์

การสื่อสารข้อมูลทางอิเล็กทรอนิกส์ คือ การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างต้นทางและปลายทาง โดยใช้อุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเชื่อมต่อกันอยู่ด้วยสื่อกลางชนิดใดชนิดหนึ่งระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ คือ ระบบการเชื่อมโยงระหว่างคอมพิวเตอร์ตั้งแต่สองตัวขึ้นไป เพื่อให้สามารถทำการสื่อสารแลกเปลี่ยนข้อมูลทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างกันได้

ชนิดของสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์สามารถแบ่งได้เป็น

1 ชนิดของสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์ สามารถแบ่งได้เป็น

1.1 สัญญาณอนาล็อก

 

สัญญาณอนาล็อก(Analog Signal) หมายถึง สัญญาณที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลแบบต่อเนื่อง(Continuous Data) ที่มีขนาดไม่คงที่ มีลักษณะเป็นเส้นโค้งต่อเนื่องกันไป โดยการส่งสัญญาณแบบอนาล็อกจะถูกรบกวนให้มีการแปลความหมายผิดพลาดได้ง่าย เช่น สัญญาณเสียงในสายโทรศัพท์ เป็นต้น

1.2 สัญญาณดิจิตอล

สัญญาณดิจิตอล(Digital Signal) หมายถึง สัญญาณที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลแบบไม่ต่อเนื่อง(Discrete Data) ที่มีขนาดแน่นอนซึ่งขนาดดังกล่าวอาจกระโดดไปมาระหว่างค่าสองค่า คือ สัญญาณระดับสูงสุดและสัญญาณระดับต่ำสุด ซึ่งสัญญาณดิจิตอลนี้เป็นสัญญาณที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการทำงานและติดต่อสื่อสารกัน

2 ทิศทางการสื่อสารข้อมูล
สามารถแบ่งทิศทางการสื่อสารข้อมูลได้เป็น 3 แบบ คือ
2.1 แบบทิศทางเดียว(Simplex) ข้อมูลจะถูกส่งจากทิศทางหนึ่งไปยังอีกทิศทางหนึ่ง โดยไม่สามารถส่งย้อนกลับมาได้ เช่น ระบบวิทยุ หรือโทรทัศน์

2.2 แบบกึ่งสองทิศทาง(Half Duplex) ข้อมูลสามารถส่งสลับกันได้ทั้ง 2 ทิศทาง โดยต้องผลัดกันส่งครั้งละทิศทางเท่านั้น ตัวอย่างเช่น วิทยุสื่อสารแบบผลัดกันพูด

2.3 แบบสองทิศทาง(Full Duplex) ข้อมูลสามารถส่งพร้อมๆ กันได้ทั้ง 2 ทิศทางอย่างอิสระ ตัวอย่างเช่น ระบบโทรศัพท์

3. การสื่อสารข้อมูลแบบอนุกรมและแบบขนานการสื่อสารข้อมูลแบบอนุกรมจะเป็นการส่งข้อมูลทีละบิตต่อครั้งผ่านสายสื่อสาร ขณะที่การสื่อข้อมูลแบบขนานจะส่งข้อมูลเป็นชุดของบิตพร้อมๆ กันในแต่ละครั้ง ซึ่งทำให้การส่งข้อมูลแบบขนานสามารถทำได้เร็วกว่า แต่จะเสียค่าใช้จ่ายสูงกว่าเช่นกัน เนื่องจากสายที่ใช้จะต้องมีช่องสัญญาณจำนวนมาก เช่น 8 ช่อง เพื่อให้สามารถส่งข้อมูลได้ 8 บิตพร้อมกัน

แบบอนุกรม

ชนิดของสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ
     1. สัญญาณอะนาล็อก ( Analog Signal ) หมายถึง สัญญาณที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลแบบต่อเนื่องที่มีขนาดไม่คงที่ มีลักษณะเป็นเส้นโค้งต่อเนื่องกันไป โดยการส่งสัญญาณแบบอะนาล็อกจะถูกรบกวน ให้มีการแปลความหมายผิดพลาดได้ง่าย เช่น สัญญาณในสายเสียงโทรศัพท์ เป็นต้น

     2. สัญญาณดิจิตอล ( Digital Signal ) หมายถึง สัญญาณที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลแบบไม่ต่อเนื่อง ที่มีขนาดแน่นอน ซึ่งขนาดดังกล่าวอาจกระโดดไปมาระหว่างคำสองคำ คือ สัญญาณระดับสูงสุดและสัญญาณระดับต่ำสุด ซึ่งสัญญาณดิจิตอลนี่เป็นสัญญาณที่คอมพิวเตอร์ใว้ในการทำงานและติดต่อสื่อสารกัน
ความหมายของคำที่ใช้ในการสื่อสาร
 เมื่อกล่าวถึงระบบที่ใช้ในการสื่อสาร จะมีคำที่เกี่ยวข้องซึ่งมักจะสับสนกันคือ
     1. โทรคมนาคม หรือการสื่อสารทางไกล (Telecommunications) เป็นการส่งสัญญาณการสื่อสารอิเล็กโทนนิกส์ของข่าวสารของอิเล็ดทรอนิกส์ชนิดใดก็ได้ ดังนั้น จึงมีความหมายในรูปแบบของการสื่อสารของโทรศัพท์ การส่งสัญญาณโทรทัศน์ อิเล็กทรอนิกส์เมล (Electronic Mails) การส่งสัญญาณโทรศัพท์โดยผ่านดาวเทียม
     2. การสื่อสารข้อมูล (Data Communication) เป็นการส่งสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ในรูปของข้อมูลเท่านั้น คำว่า Data Communication และ  Data Transmissions จะมีความหมายใกล้เคียงกันคำเหล่านี้ปกติหมายถึงการส่งข้อมูลโดยใช้คอมพิวเตอร์ แต่ความหมายจริง ๆ แล้วคำนี่จะหมายถึงการส่งข้อมูลทางโทรเลข และการส่งสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ

รูปแบบของระบบการสื่อสาร

         การสื่อสารระบบเครือข่าย หรือระบบหลายจุดในช่องทางสื่อสารช่องทางเดียว สามารถ จำแนกโครงสร้างภายนอกตามสภาพที่ตั้งของโครงข่าย (Topology) ของสถานีได้ 4 รูปแบบ คือ
        1. แบบบัส (Bus) เป็นแบบสถานีทุติยภูมิ ทุกสถานีใช้สายส่งที่เชื่อมกับสถานีปฐมภูมิร่วมกัน
        2. แบบดาว (Star) หรือจุดกลางร่วมกัน (Hub) เป็นแบบที่มีสถานีปฐมภูมิอยู่ตรงกลางโดยมีสถานีทุติยภูมิแต่ละสถานีต่อแยกดดยใช้สายส่งอิสระต่อกันและกัน
        3. แบบแหวน (Ring) โครงสร้างแบบนี้ทำงานได้โดยไม่มีสถานีปฐมภูมิหรือสถานีแม่ ข้อความจะถูกส่งไปตามวงแหวนในทิศทางเดียวกันตามที่กำหนดไว้
        4. แบบผสม (Mixed) เป็นการผสมผสานกันของรูปแบบระบบโครงข่ายทั้ง 3 ที่กล่าวมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการสื่อสารข้อมูล

รูปแบบการส่งข้อมูลแบบอนุกรม

ข้อมูลแบบอนุกรมจะถูกส่งออกโดยรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง คือ แบบซิงโคนัสหรืออะซิงโคนัส ข้อมูลซิงโคนัสต้องการสัญญาณนาฬิกาที่สัมพันธ์กันระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับซึ่งเรียกว่า "สัญญาณนาฬิกาข้อมูล"(Data Clock) เพื่อที่จะทำให้การแปลข้อมูลที่ส่งและรับสอดคล้องกัน เครื่องรับจะจับสัญญาณนาฬิกาข้อมูลซึึ่งอยู่ในกระแสข้อมูลแบบอนุกรมนี้ได็โดยวงจรพเศษที่เรียกว่า "วงจรสัญญาณนาฬิกา" (Clock Recovery Circuits) เมื่อเครื่องรับจับสัญาณนาฬิกาได้จึงจะทำให้ความสอดคล้องกันของบิตและอักขระเกิดขึ้น การสอดคล้องของบิต (Bit Synchronization) ได้แก่เกี่ยวกับการทำให้เกิดอักขระ เริ่มต้นและสิ้นสุดเพื่อให้สามารถถอกรหัสและให้ความหมายของอักขระเหล่านี้ได้ การทำให้สอดคล้องกันทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่ักับสัญญาณนาฬิกาที่จับได้จากกระแสข้อมูลข่าวสาร

                    การสื่อสารกระแสข้อมูลแบบอนุกรม สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 แบบ คือ

                1. การสื่อสารข้อมูลแบบอะซิงโคนัส ( Asynchronous Transmission หรือเรียกว่า Start Stop Transmission) เป็นการดำเนินการโดยอาศัยบิตปิดหัวท้านหรือ "บิตเฟรม" (Framing Bits) พิเศษเพื่อทำให้เกิดการเริ่มต้นและการสิ้นสุดของการเกิดคำอักขระข้อมูล สัญญาณนาฬิกาจะไม่ถูกจับจากกระแสข้อมูลถึงแม้ว่าสัญญาณนาฬิกาภายในของเครื่องส่งและเครื่องรับจะต้องมีความถี่เดียวกันจึงจะทำให้สามารถรับข้อมูลได้อย่างถูกต้อง เครื่องรับจะสนองตอบต่อกระแสข้อมูลก็ต่อเมื่อมันได้พบตัวบิตเริ่มต้น (Start Bit) อักขระข้อมูลจะถูกถอดรหัสให้ความหมายหลังจากได้รัยบิตหยุด (Stop Bit) และมีการยืนยันอีกครั้งเท่านั้น ข้อมูลอะซิงโคนัสสามารถถูกจับได้และทำให้สอดคล้องกับบิต และสอดคล้องกับอักขระได้ง่ายกว่า แต่ประสิทธิภาพการส่งข้อมูลจะลดลง เนื่องจากต้องมีการส่งบิตเฟมซึ่งไม่ใช้เป็นข้อมูลข้อความเพิ่มขึ้น แม้ว่าสัญญาณนาฬิกาจะไม่ถูกจับจากกระแสข้อมุล แต่สัญญาณนาฬิกาภานในที่เครื่องส่งและเครื่องรับต่างก็มีความถี่ใกล้เคียงกันมากที่สุด จึงจะทำให้ข้อมูลที่ผ่านการสุ่มตัวอย่างหรือที่เรียกว่าการแซมเปิ้ล (Sample) ล้วยอยู่ในอัตราเดียวกันกับที่ถูกส่งออกมา อัตราการสุ่มตัวอย่าง (Sampling Rate) นี้ จะทำให้บิตสอดคล้องกันในขณะที่การตรวจจับบิต (Detection) บิตเริ่มต้นและบิตหยุดจะทำให้อักขระสอดคล้องกัน

รูปแบบของการสื่อสารข้อมูลแบบอะซิงโครนัส

                                                  

                      ในขณะที่ไม่มีสัญญาณในการส่งข้อมูล สัญญาณหรือจะมีแรงดันหรือเป็นสถานการณ์ส่งสัญญาณเป็นว่าง (Idle line) เพื่อต้องการให้ทราบว่ายังมีการติดต่อกันอยู่ทั้ง 2 ฝ่าย แต่เมื่อเริ่มต้นในการส่งข้อมูล ก็จะเป็นการเริ่มสภาวะ "0" ไปหนึ่งช่วงเวลา (บิตเริ่มต้น) จากนั้นก็ตามด้วยบิตข้อมูล "1" อักขระซึ่งบิตนัยสำคัญต่ำสุด (LSB : Least Significant Bit) ก่อน ตามบิตหลังข้อมูลจะเป็นบิตตรวจสอบ (Parity Bit) ซึ่งอาจจะเป็นแบบคู่หรือแบบคี่ก็ได้ ซึ่งหมายความว่า ถ้าเป็นแบบบิตคู่ (Even) คือ จำนวนบิตที่เป็น "1" ทั้งในบิตข้อมูลและบิตตรวจสอบรวมกันแล้วเป็นจำนวนคู่ซึ่งเครื่องส่งจะต้องคำนวณหาบิตตรวจสอบก่อนแล้วค่อยส่งออกไป ส่วนด้านทางรับก็จะคำนวณหาเช่นกัน ผลที่ได้จึงจะเป็นตามที่คาดไว้ คือ ถ้าเราใช้ระบบตรวจสอบบิตคู่ "1" ต้องเป็นจำนวนคู่เสมอ ในทำนองเดียวกัน แบบคี่ (Odd) คือจำนวน "1" รวมกันแล้วแล้วเป็นจำนวนคี่ ส่วนบิตหยุดนั้นความกว้างเท่ากับ 1, 1.5 หรือ 2 พัลล์ของสัญญาณนาฬิกา

                     2. การสื่อสารข้อมูลแบบซิงโครนัส (Synchronous Transmission)เป็นการส่งสัญญาณข้อมูลเป็นกลุ่ม (Block) การส่งแต่ละครั้งนั้นเป็นการส่งอักขระจำนวนมาก ๆ ซึ่งมีรูปแบบการส่งสัญญาณตามรูป

รูปแบบของการสื่อสารแบบซิงโครนัส

                           เมื่อส่งข้อมูลต้องใส่อักขระ SYN ก่อนหน้ากลุ่มข้อมูลกี่ตัวก็ได้ แต่ไม่ควรน้อยกว่า 2 ตัว ตามด้วย SYX บอกถึงการเริ่มต้น และเป็นกลุ่มข้อมูล ปิดท้ายกลุ่มข้อมูลด้วย ETB ซึ่งบอกถึงสิ้นสุดกลุ่มข้อมูล หรือ ETX คือสิ้นสุดการส่งข่าวสาร และสุดท้ายเป็นกลุ่มของบิตตรวจสอบ

                        ในการส่งแบบนี้ สถานีรับจะต้องมีหน่วยความจำสำรอง (Buffer)  

รูปแบบสัญญาณข้อมูลไบนารี่

 รูปแบบสัญญาณข้อมูลไบนารี่ (Binary Data Signal Formats)

               นอกจากความแตกต่างของรหัสอักขระและชนิดของข้อมูล (แบบซิงโครนัสและอะซิงโครนัส) แล้วข้อมูลดิจิตอลสามารถถูกส่งหรือเข้ารหัส (Coded) ให้เป็นรูปแบบสัญญาณไฟฟ้า (Electronic Signal Formats) ที่ต่างกัน รูปแยยต่าง ๆ ที่จะกล่าวต่อไปนั้นมีข้อดีหรือมีการใช้งานต่างกัน ตามที่แสดงภาพที่รูปแบบสัญญาณข้อมูลซึ่งถูกส่งเป็นกระแสข้อมูลแบบอนุกรมอาจแสดงในรูปแบบของสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม (Square Wave Signal) ซึ่งมีความถี่แปรผันไปตามการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบบิต (Bit Pattern) ความถี่ของ "คลื่นสี่เหลี่ยม" ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของรูปแบบสัญญาณนั้นปกติจะต่ำลงเมื่อ
            
                 1. Non Return to Zero (NRZ)

                     สัญญาณแบบ NRZ เป็นรูปสัญญาณแบบไบนารี่ 2 ระดับพื้นฐาน (Basic Two-level Binary Form) โลจิก 1 คือ ที่ระดับหนึ่ง (+V ในรูปที่ 1.12 (a)) และ 0 คือระดับโวลเตจสายดินที่ใช้อ้างอิง (Ground Reference voltage Level) คือ 0 V ในรูปที่ 1.12 (a) ที่แสดงในภาพเป็นไซน์เวฟพื้นฐาน (Fundamental Sine Wave) สำหรับข้อมูลปิดเปิดสูงสุด (Highest Switching data Rate) ที่ใช้สำหรับอัตราข้อมูลแต่ละแบบ แบบ NRZ นั้นอัตรานี้เกิดขึ้นเมื่อข้อมูลประกอบด้วย 1 และ 0 สลับกัน ไซน์เวฟ พื้นฐานนี้เป็นอัตราสูงสุดของการเปลี่ยนแปลงที่ต้องใช้โดยระบบตามแบบข้อมูลที่กำหนดให้และต้องไม่เกินข้อจำกัดขั้นสูง (Upper Limit) ของความกว้างแถบในระบบนั้น โดยทั่วไปรูปแบบสัญญาณข้อมูลไบนารี่แบบนี้เป็นแบบง่ายที่สุด เนื่องจากใช้เพียงเครื่องมือเปิดเพื่อให้เกิดโลจิก 1 หรือ ปิดซึ่งเป็นสายดิน (Ground) หรือ 0V ให้เกิดโลจิก 0 เช่น ระบบซึ่งมีความกว้างแถบ 8,000 Hz ใช้ข้อมูลแบบ NRZ นั้นสามารถหาอัตราบิตสูงสุดได้ดังนี้ ข้อมูล NRZ 2 บิตซึ่งเป็นค่า 1 และ 0 สลับกันนั้นทำให้เกิดความถี่พื้นฐานสูงสุด จำนวน 2 บิต ดังกล่าวทำให้เกิดไซน์เวฟพื้นฐานขึ้น 1 รอบ (Cycle) ดังนั้นอัตราข้อมูล (Data Rate) จึงเป็น 2 เท่าของความถี่พื้นฐานนั้นในที่นี้คือ 8,000 x 2 = 16,000 bps

รูปที่ 1.12 รูปแบบข้อมูลไบนารี่

                  

                     2. Non-Return to Zero Bipolar (NRZB)

                        สัญญาณแบบนี่คล้ายกับ NRZ มาก (ดูรูปที่ 1.12 (a)) ที่แตกต่างกันคือ ระดับโลจิก 0 เป็นที่ -V แทนที่จะเป็น 0V สัญญาณแบบนี้ใช้แทน NRZ เมื่อบันทึกข้อมูลบนแถบแม่เหล็ก (Magnetic - Tape)

โวลเตจที่ตรงข้ามกันซึ่งทำให้เกิด 1 และ 0 จะทำให้สารแม่เหล็กที่มีทิศทางตรงข้ามกัน นั่นคือสายแม่เหล็กของฟลักซ์ (Manetic Line of Flux) จะอยู่ในทิศทางหนึ่ง สำหรับกระแสที่เคลื่อนผ่านขดลวด (Coil) ในหัวบันทึก (Recording Head) ในทิศทางหนึ่ง และจะอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามสำหรับกระแสที่เกิดผ่านขดลวดในหัวในทิศทางตรงข้ามกัน ความถี่ของไซน์เวฟ พื้นฐานของแบบ NRZB เป็นเช่นเดียวกับแบบ NRZ ดังนั้นจึงใช้ความกว้างแถบสำหรับอัตราบิตเช่นเดียวกัน นั่นคืออัตราบิตสูงสุดเป็นสองเท่าของความกว้างแถบ

                    3. Return to Zero (RZ)

                        สัญญาณแบบ RZ (ตามรูปที่ 1.12(b)) ใช้ระดับ 0V สำหรับ,จิก 0 และ +V สำหรับโลจิก 1 การทำเช่นนี้จะทำให้ข้อมูลบิตโลจิก 1 เปลี่ยนเป็น 0 ในกึ่งกลางเวลาบิต (Bit Time) การส่งแบบ RZ นี้เพื่อป้องกันกระแสข้อมูลไม่ให้อยู่ที่ระดับ +V นานเกินไป เมื่อจำเป็นต้องส่งค่า 1 ติดต่อกันมาก ๆ ความถี่ไซน์เวฟพื้นฐานเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีการส่งโลจิก 1 มากกว่า 2 ตัวติดต่อกัน เนื่องจากการส่งที่กึ่งกลางบิต (Midbit) และกลับไปยังบิต +V สำหรับบิตต่อไปทำให้เกิดไซน์เวฟ 1 รอบดังนั้นความสัมพันธ์ระหว่างอัตราบิตและอัตราไซน์เวฟพื้นฐานจึงเป็น 1 ต่อ 1 ในความกว้างแถบ 8,000 Hz จึงใช้อัตราบิตสูงสุดเพียง 8,000 bps ซึ่งเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของแถบ NRZ สัญญาณรูปแบบนี้ใช้กันมากในระบบที่ใช้จับสัญญาณนาฬิกาจากกระแสข้อมูลดิจิตอลแบบอนุกรม การช่วยจับสัญญาณนาฬิกาทำได้โดยการส่งระดับที่อยู่กึ่งกลางของแต่ละบิตข้อมูลเพิ่มขึ้นเมื่อใช้การส่งสัญญาณแบบ RZ

                   4. Return to Zero Bipolar (RZB)

                       ข้อมูลดิจิตอลแบบ RZB (รูปที่ 1.12 (c)) นั้นโลจิก 1 และ 0 ใช้โวลเตจตรงข้ามกัน คือ +V และ -V การเปลี่ยนเวลาเช่นนี้ทำให้จุดกึ่งกลาง (Midpoint) ของแต่ละบิตข้อมูลคือโวลเตจลดลงมาที่ 0V

ดังนั้นจึงใช้ชื่อว่า Return to Zero Bipolar  เช่นเดียวกัน สัญญาณแบบนี้ไม่เพียงแต่ทำให้เกิดลักษณะของโวลเตจที่ตรงข้ามกันเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดการส่ง (การเปลี่ยนระดับ) ในกึ่งกลางของแต่ละระยะข้อมูล (Data Period) ระบบซิงโครนัสใช้ข้อดีข้อนี้ช่วยในการจับสัญญาณนาฬิกาจากกระแสข้อมูลเพราะว่าระดับมีการเปลี่ยนแปลงอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้นวงจรจับสัญญาณนาฬิกาจะทำให้สัญญาณนาฬิกาสอดคล้องกับจุดกลาง (Center) ของแต่ละบิตในกระแสข้อมูล

                      ความถี่ไซน์เวฟพื้นฐานสูงสุดของ RZB เกิดขึ้นกับแต่ละบิตไม่ว่าข้อมูลจะเป็นการส่งโลจิก 1 หรือ 0 การส่งถึงระดับ 0 ตามด้วยการกลับไปยังระดับโลจิกก่อนหน้านั้นทำให้เกิดโครงสร้างรอบที่สมบูรณ์ขึ้นจึงทำให้ความถี่พื้นฐานมีค่าเท่ากับอัตราบิต ดังนั้นที่ความถี่กว้างแถบ 8,000 Hz จึงมีอัตราบิตสูงสุด 8,000 bps ในระบบที่มีความกว้างแถบเท่ากันแล้ว นอกจากจะสามารถปรับปรุงการจับสัญญาณนาฬิกาได้ดีขึ้นแล้ว ระบบ RZB สามารถส่งข้อมูลในอัตราบิตสูงสุด เพียงครึ่งหนึ่งของแบบ NRZ

                  5. Manchester Encoding (หรือ Biphase) 

                      แบบ  Manchester Encoding (ตามรูปที่ 1.12 (d)) เป็นรูปแบบรหัสสัญญาณ coding Signal Form) มากกว่ารูปแบบสัญญาณดิจิตอลจริง ๆ กระแสขอมูลถูกป้อนผ่านวงจรที่เสริม (Complement) หรือการกลับ (Invert) ครึ่งแรก (First Half) ของบิตข้อมูลโดยครึ่งหลังจะไม่ถูกกลับจะเห็นว่าโลจิก 1 ตัวแรกจะอยู่ในระดับล่าง (Low Level) ระหว่างครึ่งแรกของช่วงบิตแรกและอยู่ในระดับบน (High Level) ระหว่างครึ่งหลัง ที่ทำเช่นนนี้มีวัตถุประสงค์เช่นเดียวกับแบบ RZ คือการทำให้เกิดการส่งที่มีศูนย์กลางแต่ละบิตข้อมูลอย่างสม่ำเสมอเพื่อช่วยในการจับสัญญาณนาฬิกา จะเห็นได้ว่าสัญญาณนาฬิกาจะทำให้สอดคล้องกับการส่งที่จุดกึ่งกลางของแต่ละบิต และข้อมูลนั้นจะถูกจับได้จากครึ่งหลัง ตามด้วยการส่งสัญญาณนาฬิกาของแต่ละข้อมูล (Data Period)

                  6. Differential Manchester Encoding

                      รูปแบบนี้ (รูปที่ 1.12 (e)) ได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อจะเลื่อนการตรวจจับ (Detection) ของระดับข้อมูลที่เกิดขึ้นจากครึ่งหลังของระยะข้อมูลมาเป็นที่เริ่มต้นของระยะข้อมูล ซึ่งในระบบ Manchester Encoding นั้นแต่ละบิตข้อมูลถูกส่งที่กึ่งกลางของระยะบิต (Bit Period) แต่ในระบบนี้ระดับของโลจิกถูกทำให้เกิดขึ้นโดยการเปรียบเทียบบิตข้อมูลที่อยู่ใกล้กัน ถ้าเปรียบเทียบแล้วพบว่าบิตที่สอง(Second Bit) เป็นโลจิก 1 ระดับของครึ่งแรกของเวลาบิต (Bit Time) ของมันจะเป็นเช่นเดียวกับระดับครึ่งหลังของบิตก่อนหน้านั้น ถ้าบิตที่สองเป็น 0 ครึ่งแรกของเวลาบิตที่สองจะถูกกลับให้เป็นระดับหลัง (Second-half Level) ของบิตแรก ทั้งสองกรณีดังกล่าวครึ่งหลังของระยะเวลาบิตที่สองคือส่วนเสริมของครึ่งแรก

                  7. Non-Return to Zero Mark Inversion (NRZI)

                      รูปแบบสัญญาณแบบสุดท้ายคือ NRZI (ตามรูปที่ 1.12 (f)) ระดับศูนย์ถูกสำรองไว้สำหรับบิตข้อมูลโลจิก 0 บิตข้อมูลโลจิกระดับ 1 เป็นระดับโวลเตจสลับ (Alternating Voltage Level) ตัวอย่างเช่น โลจิก 1 ตัวแรกเป็น +V แล้วตัวที่สองเป็น -V ตัวที่สามจะเป็น +V สลับกันไปรูปแบบนี้จะเพิ่มความสามรถในการตรวจจับความผิดพลาดได้ ระดับ +V หรือ -V จะเป็นสัญญาณให้เครื่องรับรู้ว่าบิตของโลจิก 1 หนึ่งตัวหรือมากกว่าผิดพลาดหรือไม่ เนื่องจากแต่บิตโลจิก 1 ต้องมีระดับโวลเตจที่ตรงกันข้าม ความถี่ของไซน์เวฟพื้นฐานของรูปแบบนี้จึงแระกอบด้วย 1 สองตัวติดต่อกันและใช้ระยะเวลาเต็ม (Full Time Period) ของบิตข้อมูลทั้งคู่ อัตราบิตสูงสุดของ NRZI จึงเป็นสองเท่าของระบบความกว้างแถบ เช่นเดียวกันกับแบบ NRZ