สื่อกลางในการสื่อสารข้อมูล

สื่อกลางในการสื่อสารข้อมูล
 
            ตัวกลางหรือสายเชื่อมโยง เป็นส่วนที่ทำให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกัน และอุปกรณ์นี้ยอมให้ข่าวสารข้อมูลเดินทางผ่าน จากผู้ส่งไปสู่ผู้รับ สื่อกลางที่ใช้ในการสื่อสารข้อมูลมีอยู่หลายประเภท แต่ละประเภทมความแตกต่างกันในด้านของปริมาณข้อมูล ที่สื่อกลางนั้น ๆ สามารถนำผ่านไปได้ในเวลาขณะใดขณะหนึ่ง การวัดปริมาณหรือความจุในการนำข้อมูลหรือ ที่เรียกกันว่าแบบด์วิดท์ (bandwidth) มีหน่วยเป็นจำนวน
บิตข้อมูลต่อวินาที (bit per second : bps) ลักษณะของตัวกลางต่างๆ มีดังต่อไปนี้

 สื่อกลางประเภทมีสาย 

               เช่น สายโทรศัพท์ เคเบิลใยแก้วนำแสง เป็นต้น สื่อที่จัดอยู่ในการสื่อสารแบบมีสายที่นิยมใช้ในปัจจุบัน ได้แก่
 สายทองแดงแบบไม่หุ้มฉนวน (Unshield Twisted Pair)
              มีราคาถูกและนิยมใช้กันมากที่สุด ส่วนใหญ่มักใช้กับระบบโทรศัพท์ แต่สายแบบนี้มักจะถูกรบกวนได้ง่าย และไม่ค่อยทนทาน

 สายทองแดงแบบหุ้มฉนวน (Shield Twisted Pair)
               มีลักษณะเป็นสองเส้น มีแนวแล้วบิดเป็นเกลี่ยวเข้าด้วยกันเพื่อลดเสียงรบกวน มีฉนวนหุ้มรอบนอก มีราคาถูก ติดตั้งง่าย น้ำหนักเบาและ การรบกวนทางไฟฟ้าต่ำ สายโทรศัพท์จัดเป็นสายคู่บิดเกลี่ยวแบบหุ้มฉนวน

 สายโคแอคเชียล (Coaxial)
             สายแบบนี้จะประกอบด้วยตัวนำที่ใช้ในการส่งข้อมูลเส้นหนึ่งอยู่ตรงกลางอีกเส้นหนึ่งเป็นสายดิน ระหว่างตัวนำสองเส้นนี้จะมีฉนวนพลาสติก กั้นสายโคแอคเชียลแบบหนาจะส่งข้อมูลได้ไกลหว่าแบบบางแต่มีราคาแพงและติดตั้งได้ยากกว่า
            สายเคเบิลแบบโคแอกเชียลหรือเรียกสั้น ๆ ว่า  "สายโคแอก"  จะเป็นสายสื่อสารที่มีคุณภาพที่กว่าและราคาแพงกว่า สายเกลียวคู่  ส่วนของสายส่งข้อมูลจะอยู่ตรงกลางเป็นลวดทองแดงมีชั้นของตัวเหนี่ยวนำหุ้มอยู่  2  ชั้น  ชั้นในเป็นฟั่นเกลียวหรือชั้นแข็ง  ชั้นนอกเป็นฟั่นเกลียว และคั่นระหว่างชั้นด้วยฉนวนหนา  เปลือกชั้นนอกสุดเป็นฉนวน  สายโคแอกสามารถม้วนโค้งงอได้ง่าย  มี  2  แบบ คือ  75  โอมห์ และ  50 โอมห์  ขนาดของสายมีตั้งแต่  0.4 - 1.0  นิ้ว   ชั้นตัวเหนี่ยวนำทำหน้าที่ป้องกันการสูญเสียพลังงานจากแผ่รังสี  เปลือกฉนวนหนาทำให้สายโคแอก
มีความคงทนสามารถฝังเดินสายใต้พื้นดินได้  นอกจากนั้นสาย  โคแอกยังช่วยป้องกัน  "การสะท้อนกลับ" (Echo)  ของเสียงได้อีกด้วยและลดการ รบกวนจากภายนอกได้ดีเช่นกัน
           สายโคแอกสามารถส่งสัญญาณได้ ทั้งในช่องทางแบบเบสแบนด์และแบบบรอดแบนด์ การส่งสัญญาณในเบสแบนด์สามารถทำได้เพียง  1 ช่องทางและเป็นแบบครึ่งดูเพล็กซ์  แต่ในส่วนของการส่งสัญญาณ ในบรอดแบนด์จะเป็นเช่นเดียวกับสายเคเบิลทีวี  คือสามารถส่งได้พร้อมกันหลายช่องทาง ทั้งข้อมูลแบบดิจิตอลและแบบอนาล็อก  สายโคแอกของเบสแบนด์สามารถส่งสัญญาณได้ไกลถึง  2  กม.  ในขณะที่บรอดแบนด์ส่งได้ไกลกว่าถึง  6 เท่า  โดยไม่ต้องเครื่องทบทวน  หรือเครื่องขยายสัญญาณเลย  ถ้าอาศัยหลักการมัลติเพล็กซ์สัญญาณแบบ  FDM  สายโคแอกสามารถมีช่องทาง (เสียง)  ได้ถึง  10,000  ช่องทางในเวลาเดียวกัน อัตราเร็วในการส่งข้อมูลมีได้สูงถึง  50  เมกะบิตต่อวินาที  หรือ 800 เมกะบิตต่อวินาที  ถ้าใช้เครื่องทบทวนสัญญาณทุก ๆ 1.6  กม. ตัวอย่างการใช้สายโคแอกในการส่งสัญญาณข้อมูลที่ใช้กันมากในปัจจุบัน คือสายเคเบิลทีวี  และสายโทรศัพท์ทางไกล (อนาล็อก)  สายส่งข้อมูลในระบบเครือข่ายท้องถิ่น  หรือ  LAN (ดิจิตอล)  หรือใช้ในการเชื่อมโยงสั้น ๆ ระหว่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์   

 ใยแก้วนำแสง (Optic Fiber)
              ทำจากแก้วหรือพลาสติกมีลักษณะเป็นเส้นบางๆ คล้าย เส้นใยแก้วจะทำตัวเป็นสื่อในการส่งแสงเลเซอร์ที่มีความเร็วในการส่งสัญญาณเท่ากับ ความเร็วของแสง

              หลักการทั่วไปของการสื่อสารในสายไฟเบอร์ออปติกคือการเปลี่ยนสัญญาณ (ข้อมูล)  ไฟฟ้าให้เป็นคลื่นแสงก่อน  จากนั้นจึงส่งออกไปเป็นพัลส์ ของแสง ผ่านสายไฟเบอร์ออปติกสายไฟเบอร์ออปติกทำจากแก้วหรือพลาสติกสามารถส่งลำแสง ผ่านสายได้ทีละหลาย ๆ ลำแสงด้วยมุมที่ต่างกัน  ลำแสงที่ส่งออกไปเป็นพัลส์นั้นจะสะท้อนกลับไปมาที่ผิวของสายชั้นในจนถึงปลายทาง

                จากสัญญาณข้อมูลซึ่งอาจจะเป็นสัญญาณอนาล็อกหรือดิจิตอล จะผ่านอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่มอดูเลตสัญญาณเสียก่อน  จากนั้นจะส่งสัญญาณมอดูเลต ผ่านตัวไดโอดซึ่งมี  2  ชนิดคือ  LED  ไดโอด  (light Emitting Diode)  และเลเซอร์ไดโอด หรือ  ILD ไดโอด  (Injection Leser Diode)  ไดโอดจะมีหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณมอดูเลตให้เป็นลำแสงเลเซอร์ซึ่งเป็นคลื่นแสงในย่านที่มองเห็นได้  หรือเป็นลำแสงในย่านอินฟราเรดซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้  ความถี่ย่านอินฟราเรดที่ใช้จะอยู่ในช่วง 1014-1015 เฮิรตซ์  ลำแสงจะถูกส่งออกไปตามสายไฟเบอร์ออปติก  เมื่อถึงปลายทางก็จะมีตัวโฟโต้ไดโอด (Photo Diode)  ที่ทำหน้าที่รับลำแสงที่ถูกส่งมาเพื่อเปลี่ยนสัญญาณแสงให้กลับไปเป็นสัญญาณมอดูเลตตามเดิม  จากนั้นก็จะส่งสัญญาณผ่านเข้าอุปกรณ์ดีมอดูเลต  เพื่อทำการดีมอดูเลตสัญญาณมอดูเลตให้เหลือแต่สัญญาณข้อมูลที่ต้องการ

               สายไฟเบอร์ออปติกสามารถมีแบนด์วิดท์  (BW)  ได้กว้างถึง  3 จิกะเฮิรตซ์ (1 จิกะ = 109) และมีอัตราเร็วในการส่งข้อมูลได้ถึง  1 จิกะบิต ต่อวินาที  ภายในระยะทาง  100 กม.  โดยไม่ต้องการเครื่องทบทวนสัญญาณเลย  สายไฟเบอร์ออปติกสามารถมีช่องทางสื่อสารได้มากถึง  20,000-60,000  ช่องทาง  สำหรับการส่งข้อมูลในระยะทางไกล ๆ ไม่เกิน  10 กม.  จะสามารถมีช่องทางได้มากถึง 100,000  ช่องทางทีเดียว

ข้อดีของใยแก้วนำแสดงคือ

1. ป้องกันการรบกวนจากสัญญาณไฟฟ้าได้มาก
2. ส่งข้อมูลได้ระยะไกลโดยไม่ต้องมีตัวขยายสัญญาณ
3. การดักสัญญาณทำได้ยาก ข้อมูลจึงมีความปลอดภัยมากกว่าสายส่งแบบอื่น
4. ส่งข้อมูลได้ด้วยความเร็วสูงและสามารถส่งได้มาก ขนาดของสายเล็กและน้ำหนักเบา 
 
 สื่อกลางประเภทไม่มีสาย 

 ระบบไมโครเวฟ  (Microwave System)

               การส่งสัญญาณข้อมูลไปกลับคลื่นไมโครเวฟเป็นการส่งสัญญาณข้อมูลแบบรับช่วงต่อๆ กันจากหอ (สถานี)  ส่ง-รับสัญญาณหนึ่งไปยังอีกหอหนึ่ง  แต่ละหาจะครอบคลุมพื้นที่รับสัญญาณประมาณ 30-50  กม.  ระยะห่างของแต่ละหอคำนวณง่าย ๆ ได้จาก

สูตร

                  d  = 7.14 (1.33h)1/2 กม.

         เมื่อ     d = ระยะห่างระหว่างหอ  h = ความสูงของหอ  

         การส่งสัญญาณข้อมูลไมโครเวฟมักใช้กันในกรณีที่การติดตั้งสายเคเบิลทำได้ไม่สะดวก เช่น ในเขตเมืองใหญ่ ๆ หรือในเขตที่ป่าเขา  แต่ละสถานีไมโครเวฟจะติดตั้งจานส่ง-รับสัญญาณข้อมูล  ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ  10 ฟุต  สัญญาณไมโครเวฟเป็นคลื่นย่านความถี่สูง 
(2-10 จิกะเฮิรตซ์)  เพื่อป้องกันการแทรกหรือรบกวนจากสัญญาณอื่น ๆ  แต่สัญญาณอาจจะอ่อนลง  หรือหักเหได้ในที่มีอากาศร้อนจัด  พายุหรือฝน  ดังนั้นการติดตั้งจาน ส่ง-รับสัญญาณจึงต้องให้หันหน้าของจานตรงกัน  และหอยิ่งสูงยิ่งส่งสัญญาณได้ไกล

          ปัจจุบันมีการใช้การส่งสัญญาณข้อมูลทางไมโครเวฟกันอย่างแพร่หลาย  สำหรับการสื่อสารข้อมูลในระยะทางไกล ๆ หรือระหว่างอาคาร  โดยเฉพาะในกรณีที่ไม่สะดวกที่จะใช้สายไฟเบอร์ออปติก  หรือการสื่อสารดาวเทียม  อีกทั้งไมโครเวฟยังมีราคาถูกกว่า  และติดตั้งได้ง่ายกว่า  และสามารถส่งข้อมูลได้คราวละมาก ๆ ด้วย  อย่างไรก็ตามปัจจัยสำคัญที่ทำให้สื่อกลางไมโครเวฟเป็นที่นิยม  คือราคาที่ถูกกว่า

 การสื่อสารด้วยดาวเทียม  (Satellite Transmission)

             ที่จริงดาวเทียมก็คือสถานีไมโครเวฟลอยฟ้านั่นเอง  ซึ่งทำหน้าที่ขยายและทบทวนสัญญาณข้อมูล  รับและส่งสัญญาณข้อมูลกับสถานีดาวเทียม ที่อยู่บนพื้นโลก  สถานีดาวเทียมภาคพื้นจะทำการส่งสัญญาณข้อมูล ไปยังดาวเทียมซึ่งจะหมุนไปตามการหมุนของโลกซึ่งมีตำแหน่งคงที่เมื่อเทียมกับ ตำแหน่งบนพื้นโลก  ดาวเทียมจะถูกส่งขึ้นไปให้ลอยอยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ  23,300  กม.  เครื่องทบทวนสัญญาณของดาวเทียม (Transponder)  จะรับสัญญาณข้อมูลจากสถานีภาคพื้นซึ่งมีกำลังอ่อนลงมากแล้วมาขยาย   จากนั้นจะทำการทบทวนสัญญาณ และตรวจสอบตำแหน่งของสถานีปลายทาง  แล้วจึงส่งสัญญาณข้อมูลไปด้วยความถี่ในอีกความถี่หนึ่งลงไปยังสถานีปลายทาง  การส่งสัญญาณข้อมูลขึ้นไปยังดาวเทียมเรียกว่า  "สัญญาณอัปลิงก์"
(Up-link) และการส่งสัญญาณข้อมูลกลับลงมายังพื้นโลกเรียกว่า "สัญญาณ ดาวน์-ลิงก์ (Down-link)

              ลักษณะของการรับส่งสัญญาณข้อมูลอาจจะเป็นแบบจุดต่อจุด (Point-to-Point)  หรือแบบแพร่สัญญาณ (Broadcast)  สถานีดาวเทียม 
1 ดวง สามารถมีเครื่องทบทวนสัญญาณดาวเทียมได้ถึง  25 เครื่อง   และสามารถครอบคลุมพื้นที่การส่งสัญญาณได้ถึง  1 ใน 3  ของพื้นผิวโลก  ดังนั้นถ้าจะส่งสัญญาณข้อมูลให้ได้รอบโลกสามารถทำได้โดยการส่งสัญญาณผ่านสถานีดาวเทียมเพียง  3  ดวงเท่านั้น

            ระหว่างสถานีดาวเทียม  2  ดวง  ที่ใช้ความถี่ของสัญญาณเท่ากันถ้าอยู่ใกล้กันเกินไปอาจจะทำให้เกิดการรบกวนสัญญาณ ซึ่งกันและกันได้  เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน  หรือชนกันของสัญญาณดาวเทียม จึงได้มีการกำหนดมาตรฐานระยะห่างของสถานีดาวเทียม และย่านความถี่ของสัญญาณดังนี้

ระยะห่างกัน  4 องศา  (วัดมุมเทียงกับจุดศูนย์กลางของโลก)  ให้ใช้ย่านความถี่ของสัญญาณ  4/6 จิกะเฮิรตซ์  หรือย่าน C แบนด์โดยมีแบนด์วิดท์ของสัญญาณอัป-ลิงก์เท่ากับ  5.925-6.425 จิกะเฮิรตซ์  และมีแบนด์วิดท์ของสัญญาณดาวน์-ลิงก์เท่ากับ  3.7-4.2 จิกะเฮิรตซ์
ระยะห่างกัน  3 องศา  ให้ใช้ย่านความถี่ของสัญญาณ  12/14  จิกะเฮิรตซ์  หรือย่าน KU แบนด์  โดยมีแบนด์วิดท์ของสัญญาณอัป-ลิงก์เท่ากับ  14.0-14.5  จิกะเฮิรตซ์  และมีแบนด์วิดท์ของสัญญาณดาวน์-ลิงก์เท่ากับ  11.7-12.2 จิกะเฮิรตซ์ 
             นอกจากนี้สภาพอากาศ เช่น ฝนหรือพายุ  ก็สามารถทำให้สัญญาณผิดเพี้ยนไปได้เช่นกัน
             สำหรับการส่งสัญญาณข้อมูลนั้นในแต่ละเครื่องทบทวนสัญญาณจะมีแบนด์วิดท์เท่ากับ  36  เมกะเฮิรตซ์  และมีอัตราเร็วการส่งข้อมูลสูงสุดเท่ากับ  50 เมกะบิตต่อวินาที

             ข้อเสีย ของการส่งสัญญาณข้อมูลทางดาวเทียมคือ  สัญญาณข้อมูลสามารถถูกรบกวนจากสัญญาณภาคพื้นอื่น ๆ ได้  อีกทั้งยังมีเวลาประวิง
(Delay Time)  ในการส่งสัญญาณเนื่องจากระยะทางขึ้น-ลง ของสัญญาณ  และที่สำคัญคือ มีราคาสูงในการลงทุนทำให้ค่าบริการสูงตามขึ้นมาเช่นกัน