|
ระบบการสื่อสารเชิงแสงมีองค์ประกอบหลักๆ ดังต่อไปนี้
๔.๑ แหล่งกำเนิดข้อมูล (Source)
แหล่งกำเนิดข้อมูลคืออุปกรณ์หรือแหล่งสร้างสัญญาณต่างๆ ซึ่งอาจเป็นสัญญาณภาพ ข้อมูล หรือเสียง เป็นต้น
๔.๒ ภาคส่งสัญญาณเชิงแสง (Optical Transmitter)
อุปกรณ์ที่ใช้ในการส่งข้อมูลที่เป็นอุปกรณ์ต้นทาง
เช่น โมเด็มเชิงแสง เครื่องคอมพิวเตอร์
เครื่องโทรศัพท์ อุปกรณ์ของสถานีวิทยุ
สถานีฐานต่างๆ ซึ่งจะทำหน้าที่
ในการเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นสัญญาณแสง
และส่งออกไปยังปลายทางผ่านช่องสัญญาณเชิงแสง
ในส่วนของภาคส่งนี้จะมีกระบวนการการผสมสัญญาณเชิงแสง(Optical
Modulation) ร่วมอยู่ด้วยโดยสัญญาณต่างๆ
ที่ได้รับมาจากแหล่งกำเนิดข้อมูลตัวอย่าง
จะนำมาถูกเปลี่ยนเป็นสัญญาณไฟฟ้าด้วยอุปกรณ์ต่างๆ
เช่น
ไมโครโฟนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้า
จากนั้น
จะนำสัญญาณไฟฟ้านั้นไปผสมกับคลื่นพาห์ที่มีความถี่เชิงแสง
เพื่อให้ได้สัญญาณแสงออกมา
ดังตัวอย่างขั้นตอนการเปลี่ยนสัญญาณให้เป็นสัญญาณแสงดังรูปที่
๔.๑
ในการผสมสัญญาณเชิงแสง ต้องมีแหล่งกำเนิดแสง
ที่ทำหน้าที่ให้กำเนิดแสงที่จะนำมาผสมสัญญาณ
ซึ่งได้แก่ ไดโอดเปล่งแสง (Light-Emitting Diodes:
LED) เลเซอร์(Laser)หรือเลเซอร์ไดโอด(Laser diode)
[๑]
อุปกรณ์เหล่านี้เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีความเป็นระเบียบ
มี ทิศทางที่แน่นอน และมีความเข้มสูง
การผสมสัญญาณมีอยู่หลายรูปแบบ เช่น
การผสมสัญญาณเชิงความถี่ (Frequency Modulation:
FM) การผสมสัญญาณเชิงเฟส (Phase Modulation: PM)
หรือการผสมสัญญาณเชิงขนาด(Amplitude Modulation:
AM)
ซึ่งรูปแบบของการสื่อสารโดยใช้แสงที่มีใช้งานจริงจะถูกกำหนดโดยรูปแบบของการผสมสัญญาณ(Optical
Modulation) และการตรวจจับเชิงแสง(Optical
Detection)
|
รูปที่ ๔.๑
ตัวอย่างรูปแบบการเปลี่ยนสัญญาณรูปแบบต่างๆ
ให้เป็นสัญญาณแสงเชิงความเข้มแสง(Intensity Modulation)
|
ซึ่งแบ่งเป็นสองประเภทหลัก คือ
การผสมเชิงขนาดและตรวจจับแบบตรง(Intensity
modulation/ Direct Detection: IM/DD)และการผสมสัญญาณแบบโคฮีเรนท์
(Coherent) ข้างต้น ที่มีประสิทธิภาพสูง
แต่ซับซ้อนและมีราคาแพงมากอย่างไรก็ตามพัฒนาการการใช้แสงให้เป็นประโยชน์ด้านการสื่อสารยังคงอยู่บนพื้นฐานการผสมสัญญาณเชิงความเข้ม
(Intensity Modulation : IM) [๑] เป็นหลัก ซึ่งเมื่อทำการผสมสัญญาณพื้นฐาน ซึ่งการแปลงสัญญาณ
จะมีหลักการบนระดับความแรงของสัญญาณไฟฟ้า (บิต 0
หรือบิต 1) จะถูกเปลี่ยนเป็นระดับความเข้มของแสง
คือ มืดและสว่างหรืออื่นๆ
ที่สอดคล้องแทน (ดังตัวอย่างรูปที่
๓.๒)
๔.๓
ช่องสัญญาณเชิงแสง (Optical Channel)
โดยพื้นฐานช่องสัญญาณเชิงแสงแบ่งเป็นสองประเภทคือ
ช่องสัญญาณแบบผ่านอากาศโดยตรง
และช่องสัญญาณที่ผ่านเส้นใยนำแสง
ก) ในระบบการสื่อสารผ่านทางอากาศ(Space System)สัญญาณแสงจะถูกรวมและส่งออกไปในรูปแบบของลำแสงซึ่งข้อมูลจะถูกส่งออกไปในแนวเส้นตรงตามหลักการของแสงที่เดินทางเป็นเส้นตรง
โดยจะมีจุดหมายปลายทางเพียงจุดเดียว เช่น
ระบบดังรูปที่ ๔.๑
เป็นการส่งสัญญาณระหว่างสถานีภาคพื้นดิน(Terrestrial
Link) ด้วยกันเอง การส่งสัญญาณจากสถานีภาคพื้นดิน
ไปยังสถานีทางอากาศการส่งสัญญาณจากสถานีทางอากาศ
มายังสถานีภาคพื้นดิน (Ground-to-Space Link)
การส่งระหว่างสถานีทางอากาศด้วยกัน
(Space-to-Space Crosslink)
หรือแม้กระทั่งการส่งสัญญาณจากสถานีทางอากาศไปยังสถานีที่อยู่ใต้น้ำก็ได้
(Space-to Underwater Link)
ระบบนี้เป็นการส่งสัญญาณที่ไม่ใช้สายนำสัญญาณ
(Waveguide)
สัญญาณแสงจะเดินทางเป็นเส้นตรงโดยชี้ไปที่จุดหมายปลายทางเพียงจุดเดียวซึ่งแตกต่างจากการส่งสัญญาณวิทยุที่เป็นการส่งสัญญาณแบบกระจาย
(Broadcasting) การส่งสัญญาณแสงผ่านทางอากาศนั้น
อาจได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศ เช่น เมฆ หมอก
หรือฝน
ข) ระบบการสื่อสารผ่านเส้นใยนำแสง (Fiber Optic
System) ภาคส่งและภาครับจะถูกเชื่อมต่อด้วยเส้นใยนำแสง
และสัญญาณแสงจะถูกส่งผ่านเส้นใยนำแสงนี้
โดยใช้หลักการหักเหและสะท้อนของแสง
ในการส่งสัญญาณผ่านเส้นใยนำแสงนั้นสามารถส่งสัญญาณแสงหลายๆ ลำแสงออกไปด้วยมุมที่ต่างกันพร้อมกันได้
ทำให้สามารถส่งสัญญาณได้ในปริมาณที่มากกว่าระบบอื่น
ระบบการสื่อสารนี้ยังเป็นการเพิ่มความปลอดภัยให้กับการสื่อสาร
เนื่องจาก การสื่อสารในช่องสัญญาณนี้จะถูกดักจับสัญญาณได้ยากกว่าการสื่อสารผ่านทางอากาศ
เนื่องจากสัญญาณแสงเดินทางอยู่ภายในเส้นใยนำแสง
|
รูปที่ ๔.๔
ภาพรวมการประยุกต์ระบบการสื่อสารเชิงแสง
ผ่านทางอากาศ
|
๔.๔ ภาครับสัญญาณเชิงแสง(Optical Receiver)
และการแยกสัญญาณเชิงแสง(Optical Demodulation)
การแยกสัญญาณข้อมูลข่าวสาร
ออกจากคลื่นพาห์ที่มีความถี่เชิงแสงและสัญญาณรบกวน
ซึ่งอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการแยกสัญญาณคือตัวตรวจจับแสง
(Detector)
ซึ่งมีหน้าที่ในการรับสัญญาณแสงและเปลี่ยนให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า
ในส่วนของการแยกสัญญาณเชิงแสงจะประกอบไปด้วยสามส่วนหลัก
คือ ตัวรับสัญญาณแสงส่วนหน้า (Optical Receiving
Front End)
ซึ่งส่วนมากใช้เลนส์รวมแสงหรืออุปกรณ์โฟกัส
ตัวตรวจจับแสง (Photodetector) หรือโฟโต้ไดโอด(Photodiode)
และตัวประมวลผลการตรวจจับแสง(Postdetection
processor)
ตัวรับแสงส่วนหน้านั้นทำหน้าที่กรองแสงและโฟกัสแสงไปยังตัวตรวจจับแสง
ซึ่งตัวตรวจจับแสงมีหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณแสงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า
โดยหากแสงที่มาตกกระทบผิวหน้าของโฟโต้ไดโอดนั้นมีจังหวะ
มืด สว่าง
จะทำให้ความต่างศักย์ที่คร่อมตัวโฟโต้ไดโอดเปลี่ยนแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าตามจังหวะของแสงที่มาตกกระทบ
จากนั้นจะส่งให้ตัวประมวลผลเพื่อทำการขยายสัญญาณในส่วนที่จำเป็น
และกรองสัญญาณเพื่อให้ได้สัญญาณไฟฟ้าที่ภาคส่งทำการส่งมา
ตัวรับสัญญาณเชิงแสงแบ่งออกเป็นสองชนิดคือ
ตัวรับแบบตรวจจับกำลังสัญญาณ (Power Detecting
Receiver) และตัวรับแบบเฮเทอโรดายน์ (Heterodyning
Receiver) [๑]
๔.๔.๑ ตัวรับแบบตรวจจับกำลังสัญญาณ (Power
Detecting Receiver)
อาจเรียกได้อีกอย่างว่าตัวตรวจจับโดยตรง(Direct
Receiver)มีระบบเลนส์ด้านหน้าทำหน้าที่รับสัญญาณแสง
และทำการรวมแสงทั้งหมดและโฟกัสไปยังตัวตรวจจับแสง
โดยผ่านตัวกรองสัญญาณรบกวน และตัวกรองความถี่
จากนั้นตัวตรวจจับแสงจะทำหน้าที่
ในการเปลี่ยนสัญญาณแสงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า
ตัวรับแบบนี้เป็นตัวรับแบบที่มีพื้นฐานไม่ซับซ้อนในการสร้างอุปกรณ์รับแสง
๔.๔.๒ ตัวรับแบบเฮเทอโรดายน์ (Heterodyning
Receiver)
ตัวรับแบบเฮเทอโรดายน์จะมีแหล่งกำเนิดแสงในตัวเองเพื่อสร้างสัญญาณแสง
จากนั้นจะนำสัญญาณแสงนี้ไปผสมกับสัญญาณแสงที่ได้รับมาจากช่องสัญญาณ
และสัญญาณสองสัญญาณที่ผสมกันนี้จะถูกตรวจจับด้วยตัวตรวจจับแสง
ตัวตรวจจับแบบนี้จะใช้เมื่อสัญญาณข้อมูลถูกผสมสัญญาณเชิงแอมพลิจูด
เชิงความถี่หรือเชิงเฟส ซึ่งซับซ้อนและมีราคาแพง
[๑] หลังจากการแยกสัญญาณแล้ว
อุปกรณ์ปลายทางที่ใช้รับข้อมูล เช่น
เครื่องรับโทรศัพท์ เครื่องรับวิทยุ
หรืออุปกรณ์ต้นทางที่สามารถเป็นเครื่องรับข้อมูลได้
เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องโทรศัพท์
ซึ่งจะรับสัญญาณไฟฟ้าจากตัวแยกสัญญาณเชิงแสงแล้วนำมาเปลี่ยนกลับเป็นสัญญาณข้อมูลในรูปแบบใดๆ ตามที่ภาคส่งได้ทำการส่งมา |
