Computer and Communication (IT/CPE)

Transmission Media

Paramate Horkaew

School of Computer Engineering

Institute of Engineering, Suranaree University of Technology

Lecture Outline

• Guided Media– Twisted Pair Cable– Coaxial Cable– Fiber Optic Cable

• Unguided Media: Wireless– Radio Waves– Microwaves– Infrared

• Summary

Transmission Mediaตวกลาง (Media) ทใชสาหรบ รบ/สง ขอมลสามารถจาแนกออกไดเปน 2 ประเภท

Guided Media• Copper Cable (สายทองแดง)

• Twisted-Pair Cable (สายตเกลยว)

• Co-axial Cable (สายแกนรวม)

• Fiber Optic Cable (สายเสนใยนาแสง)

Unguided Media (Wireless มกจะเปนการสงผานอากาศ)• Radio Wave (คลนวทย)

• Microwave (คลนสน)

• Infrared (รงสอนฟราเรด)

Tx Media in OSI ModelTransmission Media แฝงตวอยดานลางของ Physical Layer ในแบบจาลอง OSI

Transmission Media ทาหนาทถายโอน สญญาณ (ในรป Digital หรอ Analog) ระหวาง Physical Layer ของดานสง (Sender) และ ของดานรบ (Receiver)

ดงนนเราอาจกลาวไดกวา Transmission Media อยใน Layer 0 ของ OSI Model

Media Categoriesการสอสาร ระหวางอปกรณคอมพวเตอร เกดขนโดยการ สงผานพลงงาน ในรป สญญาณแมเหลกไฟฟา ไปในตวกลาง หรอ Transmission Media ทเชอมตอระหวางอปกรณคนนๆ

ดงนน การจดจาแนกตวกลาง อาจทาไดโดยพจารณาจาก Spectrum ของสญญาณทใชสง

Guided Mediaตวกลางชนดน ไดแกตวกลางทสงผานขาวสาร โดยใช สายนาสญญาณ

ในทนจะกลาวถง Guided Media ทนยมใชทวไป 3 รปแบบ

1. Twisted-Pair Cable (สายตเกลยว) ประกอบดวยตวนาสองเสน (มกใชทองแดง) โดยแตละเสนจะมฉนวนหม ตเกลยวคกนไป ทงนเพอหกลาง สญญาณรบกวน ทอาจเหนยวนาเกดขนในสายทงสองเสน

Twisted-Pair Cable (I)สาหรบสายคตเกลยว สายเสนหนงจะใชเปนตวนาสญญาณ ในขณะทอกเสนหนงจะใชเปน Ground อางอง ซงอปกรณทางดานรบจะพจารณาสญญาณจาก ความตางศกดระหวางสายทงสอง

สายนาสญญาณแบบเกลยวค มประโยชนหลก 2 ประการ ไดแก

1. กาจดสญญาณรบกวนทเหนยวนาเขามาในสาย

2. ลดการรวไหลของสญญาณ (Crosstalk) ระหวางคตเกลยวอนในชดเดยวกน

Twisted-Pair Cable (II)เมอมกระแสไฟฟา (E) ไหลผานสายตวนา จะเกดคลนแมเหลก (H) ตงฉาก ลอมรอบตวนาเสนนน ในทศทางทเสรมกน (ซาย) ซงหากนาไปวางใกลกบตวนาอกค คลนแมเหลกทไดจะไปเหนยวนาใหเกดกระแสในตวนาคนนดวย (ขวา)

คลนแมเหลกเสรมในทศทางเดยวกน คลนแมเหลกเหนยวนาใหเกดกระแส

Twisted-Pair Cable (III)เมอนาสายมาพนกน ดงรป จะไดวาคลนแมเหลกทเกดขนจะมทศทางตรงกนขามสลบกนไปตลอดสาย ซงผลกระแสเหนยวนาบนตวนาคอนจะหกลางกนไป

ถาตวนาคอนๆ มาตเกลยวดวยจะทาใหสนามไฟฟาเหนยวนาลดลงไปอก

Unshielded and Shielded TPCสาย TCP ทนยมใชกนมากไดแก Unshielded Twisted Pair (UTP) ซงเปนสายคตเกลยวธรรมดาในปลอกพลาสตก นอกจากนยงมสายแบบ Shield Twisted Pair (STP) ซงคลายกบ UTP แตมโลหะฟอลย (ถกเปนตะขาย) หมอกชนหนงระหวางสายและฉนวน โดยโลหะถก (Metal Mesh) ทาหนาทดกสญญาณรบกวนทอาจเหนยวนาเขามา ลง Ground (สาย UTP มประสทธภาพลดสญญาณรบกวนดกวา STP แต ราคาแพง และ หนกกวา)

STP Color Coded (AT&T)มาตรฐาน AT&T สาหรบโทรศพท แบงสายชดละ 25 ค ออก เปนสองกลมเรยกวา

1. Ring (ตอกบสายสญญาณ -) เขารหสส นาเงน สม เขยว นาตาล เทา

2. Tip (ตอกบ Ground +) เขารหสส ขาว แดง ดา เหลอง มวง

EIA CategoriesElectronic Industries Association (EIA) แบง UDP ออกเปนกลมตามขดความสามารถของสายดงน

Category Bandwidth Data Rate Digital/Analog Use

1 very low

< 2 MHz

16 MHz

20 MHz

100 MHz

200 MHz

600 MHz

< 100 kbps Analog Telephone

2 2 Mbps Analog/digital T-1 lines

3 10 Mbps Digital LANs

4 20 Mbps Digital LANs

5 100 Mbps Digital LANs

6 (draft) 200 Mbps Digital LANs

7 (draft) 600 Mbps Digital LANs

UDP Performanceประสทธภาพของสาย UDP ประเมนไดจาก อตราการลดทอน ตลอด Spectrum ของสญญาณ สงเกตวาการลดทอนจะเพมขนมาก หลงจากชวง 100 KHz

Example: RJ – 45 WiringRegistered Jack (RJ) – 45 เปนการเชอมตอในกลมท 5 สาหรบการสอสาร LAN มขอกาหนด ตามแผนผงดงน

Pin Pair Wire Color

1 2 1 ขาว

2 2 2 สม

3 3 1 ขาว

4 1 2 นาเงน

5 1 1 ขาว

6 3 2 เขยว

7 4 1 ขาว

8 4 2 นาตาล

Coaxial Cable2. Coaxial Cable (สายแกนรวม) เหมาะสาหรบสญญาณพาหะ ทมพสย

ความถสงกวาสญญาณในสาย TPC

โดยโครงสรางประกอบดวยแกนตวนา (สญญาณ) ลอมรอบดวยฉนวน และ หมดวยตาขายตวนา (Ground) ซงทาหนาทกรองสญญาณรบกวนลง Ground ดวย

Coaxial Cable Standardสาย Coaxial สามารถจดแบงออกเปนกลมยอย ตาม Radio Government (RG)Rating ซงคา RG แตละคาจะระบถง คณสมบตทางกายภาพของสาย เชน ชนดของตวนาแกนใน ความหนาและชนดของฉนวน โครงสรางของสายกรอง (Shield) และ ขนาดและชนดของกรอบสายดานนอกสด

สาย Coaxial ในแตละกลมกบการใชงานแตกตางออกไปตามตาราง

Category Impedance Use

RGRG--5959 75 Ω

50 Ω

50 Ω

Cable TV

RGRG--5858 Thin Ethernet

RGRG--1111 Thick Ethernet

Coaxial Cable Connectorอปกรณเชอมตอ ทนยมใช ไดแกระบบ Bayone-Neil-Concelman หรอ BNC ซงประกอบดวยอปกรณ 3 ชนด

• BNC Connector สาหรบเชอมตอสายสองเสน

• BNC T-Connector สาหรบตอจดแยก (ใชใน Ethernet)

• BNC Terminator สาหรบตอปดเสนทาง ปองกนสญญาณสะทอน

Signal Reflection in TX Lineถาปลายสายสงไมม Load หรอไมไดตอลง Ground จะเกดคลนสะทอนดงรป

Performanceวดจากอตราการลดทอนเทยบกบความถ สงเกตวาถงแมวาพสยความถของสาย Coax จะสงกวา แตอตราการลดทอนกจะสงกวาสาย TPC ดวย ทาใหตองใช Repeater หลายจด

Applications

• Telephone (10K Voice Signals)

• Digital Tel. (600 Mbps)

• Cable TV (RG59)

• Ethernet LAN เชน 10Base-2 RG-58, 10Base-5 RG-11)

ในปจจบนถกแทนดวย

Fiber Optic

Fiber Optic CableFiber Optic Cable สรางจาก แกว หรอ พลาสตก ซงสงสญญาณ ในรปของแสงโดยปกต แสงเดนทางเปนเสนตรง ยกเวน กรณแสงเดนทางผาน รอยตอระหวางตวกลางทมความหนาแนนไมเทากน ดงรป

โดยท Critical Angle (มมวกฤต) เปนคณสมบตของสสาร Optical Fiber นาหลกการนมาใชโดยหมตวกลาง Core (ตวกลาง) ดวย Cladding (เปลอก) ทมความหนาแนนตากวา

Optical Fiberเพอใหเสนใยแกวนาแสง สามารถสงสญญาณได ความหนาแนนของ Core มากกวา Cladding เพอใหสญญาณแสงสะทอนกลบไปมาภายใน Core แทนทจะแพรส Cladding

Propagation Modesคอลกษณะการเดนทางของแสงไปตาม Optical Fiber สามารถทาได 2 วธ

1. Single Mode แสงมการสะทอนดวยมมกวางแสงมการสะทอนดวยมมกวาง เกอบเปนเสนตรงเกอบเปนเสนตรง

2. Multi Mode แสงมการสะทอนในหลายเสนทางแสงมการสะทอนในหลายเสนทาง มสองรปแบบมสองรปแบบ ไดแกไดแก• Step Index

• Grade Index

Propagation Modes (I)

Multimode คอลกษณะการเดนทางของแสงทประกอบดวยหลายเสนทาง

Step Index ความหนาแนนของความหนาแนนของ Core Core คงทคงทแสงจะแสงจะสะทอนทจดรอยสะทอนทจดรอยตอเปนเสนตรงตอเปนเสนตรง

Grade Index ความหนาแนนของความหนาแนนของ Core Core คอยๆคอยๆ ลดลงลดลง จากจดกงกลางไปยงขอบจากจดกงกลางไปยงขอบ ทาใหทาใหแสงคอยๆแสงคอยๆ หกเหหกเหเปนเสนโคงเปนเสนโคง

Propagation Modes (II)Single Mode เสนใยนาแสงจะมคาดชนหกเหตามากจนทาใหมมสะทอนเขาใกล 90 องศาจนเสมอนวาแสงเดนทางเปนเสนทางเดยว (ตรง)

ลดทอนและผดเพยนสง

สญญาณมความเพยนตา

Fiber Typesชนดของ Optical Fiber จะจาแนกตามขนาดสมพทธระหวาง Core และ Cladding ซงแตละชนดจะเหมาะกบลกษณะการสงสญญาณแสงทแตกตางกนไป

(หนวยในตารางคอ Micrometer)

Type Core Cladding Mode

50/12550/125

62.5/12562.5/125

100/125100/125

7/1257/125

125 Multimode, graded-index50

62.5

100

125 Multimode, graded-index

125 Multimode, graded-index

7 125 Single-mode

Fiber Construction

Kevlar ทาจากวสดเดยวกบเสอเกราะกนกระสนเพอเสรมความแขงแรงของ Optical Fiber

Fiber Optic Connector

อปกรณเชอมตอ Fiber Optic มสามชนดดงรป

Subscriber Channel (SC) Connector ใชระบบ Push/Pull ใชใน Cable TV

Straight-Tip (ST) Connector ใชระบบ Bayonet ใชสาหรบเชอมตออปกรณ Network

MR-RJ Connector รปรางและขนาดคลายกบ RJ-45

Performanceวดจากอตราการลดทอนเทยบกบความยาวคลน สงเกตวาอตรการลดทอนสมาเสมอทกยาน ทาใหไมจาเปนตองใช Repeater มากเหมอนกบ TPC

Applications• ใชเปน Backbone ของเครอขาย (ความเรวมากกวา 1600 Gbps)

• ใชเปน Backbone รวมกบ Coaxial Cable ในเครอขาย Cable TV โดยท Coaxial ทาหนาทจายแยกไปยงผใช

• ใชกบ LAN ความเรวสง 100Base-FX และ 1000Base-X

ขอดของ Fiber Optics• Bandwidth ไมจากด (ทตวกลาง) แตเทคโนโลยของ เครองรบ-สงยงจดการขอมลไดไมทน

• อตราการลดทอนตา ใช Repeater ทกๆ 50Km เทยบกบ 5Km ของ TPC

• ทนตอสญญาณรบกวนแมเหลกไฟฟา การกดกรอน และนาหนกเบา

• ยากตอการดกฟง

ขอเสย ตดตงและดแลรกษาลาบาก สาย 1 เสนสงไดทางเดยว และราคาสง

Unguided Media: Wirelessตวกลางทสงผานขาวสาร ในลกษณะคลนแมเหลกไฟฟา โดยไมใช สายนาสญญาณ บางครงเรยกวา การสอสารไรสาย (Wireless)

ปกตสญญาณจะแพรผาน อากาศ และ พรอมรบไดจากอปกรณใดๆ ท รจก สญญาณนน

รปดานลางแสดงแถบความถของการสอสารไรสายในชวง 3 kHz ถง 900 THz

Propagation Methods

สญญาณแพรกระจายทกทศทางจากสายอากาศ

กาลงสงยงแรงเทาไรยงสงไปไดไกลเทานน

สญญาณสะทอนกบชนบรรยากาศไปสเครองรบ

กาลงสงนอยแตสามารถสงไปไดไกล

สญญาณเดนทางเปนเสนตรงเทานน

เครองรบสงตองหนหนาชนกน

Transmission BandsBandBand RangeRange PropagatioPropagatio

nn ApplicationApplication

VLFVLF 3–30 KHz

30–300 KHz

300 KHz–3 MHz

3–30 MHz

VHF VHF 30–300 MHzSky andline-of-

sight

VHF TV, FM radio

UHF UHF 300 MHz–3 GHz Line-of-sight

UHF TV, cellular phones, paging, satellite

SHF SHF 3–30 GHz Line-of-sight Satellite communication

EHFEHF 30–300 GHz Line-of-sight Long-range radio navigation

Ground Long-range radio navigation

LFLF Ground Radio beacons andnavigational locators

MFMF Sky AM radio

HF HF Sky Citizens band (CB),ship/aircraft communication

Wireless Transmissionsการสอสารไรสายแบงออกไดเปน 3 กลม ตามแถบความถ ดงน

ความถมากกวา 300 GHz

ท ะล ส ง ก ด ข ว า ง ไ ม ไ ด ตวรบ-สงตองตรงกน (เชน Remote TV)

ไมรบกวนอปกรณชนดอน

ใชสงขอมล (IrDA) Comp.

ความถระหวาง 1–30 GHz

รบ-สงสญญาณเปนแบบ Unidirectional สายอากาศ ตองหนหนาชนกน

ทะลสงกดขวางไมได

ใชสงขอมลความเรวสง

ความมกถตากวา 1GHz

ก า ร ร บ -ส ง สญญาณใช Omnidirectional Antenna

เดนทางไกล (Sky Mode)

ทะลสงกดขวางได

ใชสงวทยกระจายเสยง

Conclusions

• Guided Media– Twisted Pair Cable– Coaxial Cable– Fiber Optic Cable

• Unguided Media: Wireless– Radio Waves– Microwaves– Infrared

• Summary