สัญญาณแอนะล็อกและสัญญาณดิจิทัล ฟิสิกส์

สัญญาณที่ใช้ในระบบสื่อสารแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือสัญญาณแอนะล็อกและสัญญาณดิจิตอล                                   

              สัญญาญแอนะล็อก (analog signal) คือสัญญาณที่ระดับสัญญาณหรือแอมพลิจูด (amplitude) มีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องทางเวลา มีลักษณะเป็นคลื่นไซน์ (sine wave) โดยที่แต่ละคลื่นจะมีความถี่และความเจ้มของสัญญาณที่ต่างกัน เมื่อนำสัญญาณข้อมูลเหล่านี้ผ่านอุปกรณ์รับสัญญาณและแปลงสัญญาณก็จะได้ข้อมูลที่ต้องการ ตัวอย่างของการส่งข้อมูลที่มีสัญญาณแอนะล็อก คือ การส่งผ่านระบบโทรศัพท์ สัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณที่มักเกิดขึ้นในธรรมชาติ เป็นสัญญาณที่มีความต่อเนื่อง ไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว สัญญาณแบบนี้ เช่น เสียงพูด เสียงดนตรี เป็นต้น

เมื่อส่งออกไปในระยะทางไกล ต้องใช้ Amplifier เพื่อขยายสัญญาณ สัญญาณมักถูกรบกวนด้วย Noise ซึ่งอาจแก้ไขโดยใช้ Noise filfer

สัญญาณแอนะล็อกจะมีลักษณะเป็นรูปคลื่นต่อเนื่อง (Continuous waveform)  หรือ คลื่นไซน์ (sine wave) 

Amplifier ขยายสัญญาณเสียง

Noise filter แก้ไขสัญญาณรบกวน

               ในขณะที่สัญญาณดิจิตอล (digital signal) คือสัญญาณที่ต่อเนื่องทางเวลาหรือสัญญาณที่ไม่ต่อเนื่องทางเวลา โดยทั่วไปใช้สัญญาณต่อเนื่องทางเวลา ที่มีขนาดแน่นอนซึ่งขนาดดังกล่าวอาจกระโดดไปมาระหว่างค่าสองค่า คือ สัญญาณระดับสูงสุดและสัญญาณระดับต่ำสุด การใช้งานเพียง 2 ค่า นำมาตีความหมายเป็น on/off หรือ 1/0 ซึ่งสัญญาณดิจิตอลนี้เป็นสัญญาณที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการทำงานและติดต่อสื่อสารกัน

สัญญาณดิจิตอลเมื่อส่งออกไประยะทางไกลก็จะประสบปัญหาการลดทอนสัญญาณเช่นเดียวกันแต่สามารถแก้ปัญหาได้ด้วยการใช้อุปกรณ์ทวนสัญญาณ Repeater 

สัญญาณไม่ต่อเนื่องทางเวลา (Discrete Data)

            เทคโนโลยีการสื่อสารดิจิทัลได้เข้ามามีบทบาทสำคัญอย่างมากต่อการดำเนินชีวิตประจำวัน ซึ่งในปัจจุบันระบบสื่อสารดิจิทัลมีให้เลือกใช้งานเป็นจำนวนมาก ได้แก่

- ระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ เช่น LAN (Local area network), MAN ( metropolitan area network), WAN (wide area network), และอินเทอร์เน็ต (Internet)

- ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ยุคสาม (3G: 3rd generation) และยุคสี่ (4G: 4th generation) ที่ใช้เทคโนโลยี GSM (groupe special mobile หรือ global system for mobile communications), EDGE (enhanced data rates for GSM evolution), CDMA (code division multiple access), OFDM (orthogonal frequency division multiplexing), และ MIMO (muntiple-input and multiple-output)

-  ระบบการสื่อสารไร้สาย เช่น Bluetiith, Wi-Fi, Mi-Fi, WiMAX (worldwide interoperability for microwave access), และ UWB (ultra-wideband)

-  ระบบกระจายเสียงดิจิทัล (DAB: digital audio broadcasting)

-  ระบบกระจายภาพดิจิทัล (DVB: digital video broadcasting)

           นอกจากนี้ยังพบว่าเทคโนโลยีการสื่อสารดิจิทัลยังคงมีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา เพื่อให้บรรลุจุดประสงค์ในการใช้งานใน ทุกที่ ทุกเวลา ทุกสิ่ง และทุกคน

มอดูเลชัน (Modulation)

           ในทางปฎิบัติ จะสามารถใช้เครื่องมือในการแปลงระหว่างสัญญาณทั้ง 2 แบบได้ เพื่อช่วยให้สามารถส่งสัญญาณดิจิตอลผ่านสัญญาณพาหะที่เป็นแอนะล็อก เช่น สายโทรศัพท์หรือคลื่นวิทยุ การแปลงสัญญาณแบบดิจิตอลไปเป็นแอนะล็อกจะเรียกว่า Modulation เช่น การแปลง Amplitude Modulation（AM) และ Frequency Modulation （FM) เป็นต้น ส่วนการแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิตอล จะเรียกว่า Demodulation ตัวอย่างของเครื่องมือในการแปลงระหว่างสัญญาณทั้งสองก็คือ Modem （Modulation on DEModulation) นั่นเอง

มอดดูเลชั่น (Modulation) คือ "การส่ง" ข้อมูลโดยการเพิ่มพลังงานเข้าไปให้มีการส่งได้ระยะไกลขึ้น

ดีมอดดูเลชั่น (De Modulation) คือ "การรับ" ข้อมูลที่ส่งมาโดยการเอาพลังงานส่วนเกินออกไปเหลือแต่ข้อมูลอย่างเดียว

อนาล็อก กับ ดิจิตอล ต่างกันอย่างไร? 

- ดิจิตอลเป็นสัญญาณที่ไม่ต่อเนื่อง แต่มีลักษณะเป็นชิ้น ๆ หรือเป็นท่อน ๆ ซึ่งเรามีศัพท์เรียกลักษณะดังกล่าวว่า ดิสครีต (Discrete) และสัญญาณจะมีค่าได้เฉพาะค่าที่กำหนด ไว้ตายตัวเท่านั้น เช่น ในระบบดิจิตอลที่ใช้กัน ทั่วไปนั้นใช้สัญญาณระบบเลขฐานสอง (Binary) สัญญาณดิจิตอลอาจจะเรียกว่าเบสแบนด์ จะเป็นการสื่อสารข้อมูลที่สายสัญญาณหรือตัวกลางในการส่งผ่านสัญญาณสามารถส่งได้เพียงหนึ่งสัญญาณในเวลาขณะใดขณะหนึ่งเท่านั้น

- สัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณที่มีความต่อเนื่อง และมีค่าตลอดช่วงของสัญญาณ เช่น เสียงพูด, เสียงดนตรี, วีดีโอ บางครั้งเรียกว่าบอร์ดแบนด์

broadband เป็นการส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงสามารถมีหลายช่องสัญญาณได้พร้อม ๆ  เป็นสัญญาณ Analog

ข้อดีและข้อเสียของระบบอนาลอกและดิจิตอล

1.ความเที่ยงตรง วงจรแอนะล็อก ถ้าให้มีความเที่ยงตรงสูงได้ยาก เพราะประกอบไปด้วยอุปกรณ์ที่มี ค่าผิดพลาด และมีความไวต่อสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ ความชื้น จึงท่าให้อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ มีคุณสมบัติเปลี่ยนไป เหมือนกับว่าปัญหาที่เกิดขึ้นในวงจรแอนะล็อก เป็นเพราะแรงดันไฟฟ้า ส่วนอุปกรณ์ในวงจรดิจิตอลก็มีปัญหาเช่นเดียวกัน แต่วงจรสามารถควบคุมการท่างานได้ ถึงแม้ว่าสัญญาณจะ ผิดเพี้ยนไปบ้าง ก็ไม่มีผลต่อการท่างานของวงจรเพราะสภาวะ 1 กับ 0 กำหนดจากระดับแรงดัน

2.ผลกระทบต่อการส่งในระยะไกล เมื่อมีการส่งสัญญาณออกไปในระยะไกล ๆ ตามสายส่งหรือเป็น คลื่นวิทยุ จะมีการรบกวนเกิดขึ้นได้ง่าย เรียกว่า นอยส์ (noise) ตัวอย่างเช่น การส่งสัญญาณไปยัง ดาวเทียม จะมีการรบกวนเนื่องจากการแผ่รังสี จากฟ้าแลบ หรือจุดดับบนดวงอาทิตย์ท่าให้สัญญาณผิดเพี้ยนได้ง่าย ถ้าเป็นวงจรแอนะล็อก ความเชื่อถือได้ขึ้นกับแรงดันที่ปลายทางว่าเบี่ยงเบนไปจากต้นทางมามากน้อยแค่ไหน เป็นปัญหาที่เกี่ยวกับความต่างศักย์ ถ้าส่งเป็นสัญญาณดิจิตอลจะไม่มีปัญหานี้ เพราะสัญญาณอาจผิดไป จากต้นทางได้บ้างแต่ยังคงสภาวะ 1 หรือ 0