ระบบไมโครเวฟที่ใช้เชื่อมโยงระหว่างระบบโทรศัพท์

ระบบไมโครเวฟที่ใช้เชื่อมโยงระหว่างระบบโทรศัพท์

สัญญาณไมโครเวฟ (Microwave)

       เป็นคลื่นความถี่วิทยุชนิดหนึ่งที่มีความถี่อยู่ระหว่าง 0.3GHz – 300GHz ส่วนในการใช้งานนั้นส่วนมากนิยมใช้ความถี่ระหว่าง 1GHz – 60GHz เพราะเป็นย่านความถี่ที่สามารถผลิตขึ้นได้ด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นสื่อกลางในการสื่อสารที่มีความเร็วสูงในระดับกิกะเฮิรตซ์ (GHz) และเนื่องจากความของคลื่นมีหน่วยวัดเป็นไมโครเมตร จึงเรียกชื่อว่า “ไมโครเวฟ” การส่งข้อมูลโดยอาศัยสัญญาณไมโครเวฟซึ่งเป็นสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปในอากาศพร้อมกับข้อมูลที่ต้องการส่ง และจะต้องมีสถานที่ทำหน้าที่ส่งและรับข้อมูล และเนื่องจากสัญญาณไมโครเวฟจะเดินทางเป็นเส้นตรงในระดับสายตา (Line of sight transmission) ไม่สามารถเลี้ยวหรือโค้งตามขอบโลกที่มีความโค้งได้ จึงต้องมีการตั้งสถานีรับ-ส่งข้อมูลเป็นระยะๆ และส่งข้อมูลต่อกันเป็นทอดๆ ระหว่างสถานีต่อสถานีจนกว่าจะถึงสถานีปลายทาง หากลักษณะภูมิประเทศ มีภูเขาหรือตึกสูงบดบังคลื่นแล้ว ก็จะทำให้ไม่สามารถส่งสัญญาณไปยังเป้าหมายได้ ดังนั้นแต่ละสถานีจึงจำเป็นตั้งอยู่ในที่สูง เช่น ดาดฟ้า ตึกสูง หรือยอดดอยเพื่อหลีกเลี่ยงการชนเนื่องจากแนวการเดินทางที่เป็นเส้นตรงของสัญญาณดังที่กล่าวมาแล้ว การส่งข้อมูลด้วยสื่อกลางชนิดนี้เหมาะกับการส่งข้อมูลในพื้นที่ห่างไกลมากๆ และทุรกันดาร

ข้อดีและข้อเสียของระบบไมโครเวฟ
ข้อดี
1. ใช้ในพื้นที่ซึ่งการเดินสายกระทำได้ไม่สะดวก
2. ราคาถูกกว่าสายใยแก้วนำแสงและดาวเทียม
3. ติดตั้งง่ายกว่าสายใยแก้วนำแสงและดาวเทียม
4. อัตราการส่งข้อมูลสูง
ข้อเสีย

1.    ต้องไม่มีสิ่งใดมากีดขวางเส้นสายตาของทั้งเครื่องรับและเครื่องส่ง

2.    สัญญาณถูกรบกวนหรือแทรกแซงได้ง่าย

3.    ถูกดักจับสัญญาณได้ง่าย

4.    คลื่นไมโครเวฟไม่สามารถผ่านสิ่งกีดขวางได้และแม้ว่าจะปรับทิศทางการส่งได้อย่างเที่ยงตรงที่จานส่งสัญญาณแล้วก็ตาม สัญญาณไมโครเวฟอาจเกิดการหักเหในระหว่างทาง สัญญาณบางส่วนที่เกิดการหักเหอาจเดินทางมาถึงจานรับสัญญาณช้ากว่าปกติและอาจเกิดการลบล้างกับสัญญาณปกติทำให้สัญญาณในช้วงนั้นถูกลบล้างไป ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า "multipath fading"ซึ่งมีสภาพภูมิอากาศและความถี่ของสัญญาณเป็นองค์ประกอบหลัก

สำหรับการใช้งานคลื่นไมโครเวฟนั้นจะสามารถแบ่งได้ดังต่อไปนี้

1. ระบบส่งสัญญาณ (Transmission)

               ในการโทรคมนาคมจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งเช่นสถานีต่อผ่านให้กับโครงข่ายโทรศัพท์ทางไกลโดยทั่วไปมักใช้ในย่านความถี่5.925 ถึง 6.425 กิกะเฮิรตซ์ หรือในระบบโทรทัศน์การถ่ายทอดสัญญาณจากรถถ่ายทอดไปยังห้องส่งจากห้องส่งไปยังเครื่องส่งไมโครเวฟ การเชื่อมต่อจากห้องส่งไปยังเครื่องส่งอาจใช้ความถี่ในช่วง 947 ถึง 952 เมกะเฮิรตซ์เป็นต้น

2. ระบบตรวจจับและวัดระยะด้วยคลื่น หรือที่เรียกว่าเรดาร์ (RADAR : Radio Detection And Ranging)               การส่งคลื่นวิทยุออกไปในมุมแคบจากสายอากาศเมื่อคลื่นวิทยุกระทบกับวัตถุก็จะสะท้อนกลับมาแล้วนำสัญญาณมาเปรียบเทียบกับสัญญาณเดิมและแปรออกมาป็นข้อมูลที่ต้องการ สำหรับความถี่ที่ใช้ก็ยังอยู่ในช่วง 8.5 ถึง 9.2 กิกะเฮิรตซ์ และ 13.25 ถึง 13.40 กิกะเฮิรตซ์ หรือในการวัดระยะทางในระบบนำร่องของการเดินอากาศอุปกรณ์วัดระยะที่เรียกว่า ดีเอ็มอี (DME : Distance Measuring Equipment) จะใช้ความถี่ที่ 962 ถึง 1,213 เมกะเฮิรตซ 

3. เครื่องมือในอุตสาหกรรม

               เครื่องมือในอุตสาหกรรม เช่น การนำความร้อนด้วยคลื่นไมโครเวฟ การเชื่อมและติดวัตถุหรือในรูปของเครื่องใช้ในครัวเรือนเช่น เตาอบและทำอาหารอย่างเร็วที่ใช้คลื่นไมโครเวฟที่ความถี่ 2.45 กิกะเฮิรตซ์

4. ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมในอวกาศ (Satellite Communication) 

               ซึ่งคลื่นไมโครเวฟเป็นหัวใจสำคัญในระบบดังกล่าว โครงสร้างของการใช้งานคลื่นไมโครเวฟในระบบส่งสัญญาณ ซึ่งเป็นการใช้งานที่มีอยู่อย่างแพร่หลายมากที่สุดในสาขาโทรคมนาคม โดยสามารถส่งข้อมูลทั้งอะนาลอกและดิจิตอลระหว่างจุดต่อจุดได้เป็นอย่างดี การใช้งานที่มีอยู่มากที่สุดก็คือไมโครเวฟลิงค์ ซึ่งหากมีการเชื่อมโยงกันระหว่างจุดสองจุดจะถูกเรียกว่าหนึ่งฮอป (Hop) องค์ประกอบของระบบเบื้องต้นได้แก่สายอากาศสองชุดซึ่งอาจถูกวางอยู่ห่างกันเพียงสองกิโลเมตร หรือการเชื่อมโยงระหว่างจุดแต่เป็นระยะทางไกลหลายช่วงเป็นหลายฮอป จนสามารถเรียกได้ว่าเป็นแบ็กโบนให้กับระบบโทรคมนาคมได้ของระบบเบื้องต้นได้แก่สายอากาศสองชุดซึ่งอาจถูกวางอยู่ห่างกันเพียงสองกิโลเมตร หรือการเชื่อมโยงระหว่างจุดแต่เป็นระยะทางไกลหลายช่วงเป็นหลายฮอป จนสามารถเรียกได้ว่าเป็นแบ็กโบนให้กับระบบโทรคมนาคมได้ของระบบเบื้องต้นได้แก่สายอากาศสองชุดซึ่งอาจถูกวางอยู่ห่างกันเพียงสองกิโลเมตร หรือการเชื่อมโยงระหว่างจุดแต่เป็นระยะทางไกลหลายช่วงเป็นหลายฮอป จนสามารถเรียกได้ว่าเป็นแบ็กโบนให้กับระบบโทรคมนาคมได้ข้อมูลที่จะส่งด้วยไมโครเวฟมักถูกทำการมัลติเพล็กซิ่งก่อน จากนั้นจึงถูกมอดูเลตไปสู่ความถี่กลางค่าหนึ่ง (Intermediate Frequency) และทำการเลื่อนความถี่ (อัพคอนเวิร์ต) ไปยังความถี่ในย่านไมโครเวฟแล้วส่งออกไปในอากาศ ในด้านรับก็จะทำการแปลงกลับมาที่ความถี่กลางและดีมอดูเลตไปเป็นสัญญาณที่ได้รับการมัลติเพล็กซ์เช่นเดียวกับการส่ง สัญญาที่ได้หลังจากการทำมัลติเพล็กซิ่งมักถูกเรียกว่าสัญญาณเบสแบนด์ (BB : BaseBand Signal)ในหนึ่งฮอปอาจจะสามารถเชื่อมต่อสัญญาณได้ในระยะทางประมาณ 30 ถึง 60 กิโลเมตร และหากนำสายอาาศไปติดตั้งบนยอดเขาก็อาจสามารถติดต่อกับสถานีถัดไปได้ในระะทางถึง 200 กิโลเมตรได้ เนื่องจากระบบไมโครเวฟเป็นการเชื่อมโยงสัญญาณในแบบแนวสายตาหรือที่เรียกว่าไลน์ออฟไซต์ (Line of sight) แต่ในการส่งสัญญสัญญาณระหว่างกันก็ยังมีปัจจัยอื่นที่มีผลต่อการส่งของสัญญาณทำให้แม้จะตั้งสายอากาศให้ตรงกันก็ไม่อาจส่งสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อที่จะให้เข้าใจการทำงานของระบบไมโครเวฟและส่วนประกอบต่าง ๆ ขอให้พิจารณาพื้นฐานการทำงานของอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับคลื่นไมโครเวฟกันก่อน เนื่องจากว่าอุปกรณ์ไมโครเวฟมีความแตกต่างจากอุปกรณ์โดยทั่วไปอย่างมาก เพราะที่ความถี่สูงจะมีการสูญเสียพลังงานจากการแพร่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกจากตัวนำธรรมดามาก

    

       คลื่นไมโครเวฟมีย่านความถี่กว้างมากจึงถูกนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลายชนิด เป็นที่นิยมอย่างแพร่หลาย ทั้งงานในด้านสื่อสาร งานด้านตรวจจับวัตถุเคลื่อนที่ และงานด้านอุตสาหกรรม เป็นต้น

ระบบเชื่อมต่อสัญญาณในระดับสายตา 

       ใช้ในงานสื่อสารโทรคมนาคมระหว่างงจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง เช่นการสื่อสารโทรศัพท์ทางไกล ใช้การส่งผ่านสัญญาณโทรศัพท์จากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่งไปยังสถานีทวนสัญญาณอีกจุดหนึ่งและส่งผ่านสัญญาณโทรศัพท์ไปเรื่อย ๆ จนถึงปลายทางและการถ่ายทอดโทรทัศน์จะทำการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์จากห้องส่งโทรทัศน์หรือจากรถถ่ายทอดสดไปยังเครื่องส่งไมโครเวฟ ส่งไปปลายทางที่สายอากาศแพร่กระจายคลื่นของโทรทัศน์ช่องนั้น ระบบเชื่อมต่อสัญญาณในระดับสายตา