មូលដ្ឋានគ្រឹះរូបវិទ្យានៃទូរគមនាគមន៍

រូបវិទ្យាមូលដ្ឋាននៃទូរគមនាគមន៍

ទូរគមនាគមន៍ គឺជាដំណើរការនៃការផ្ញើព័ត៌មានពីកន្លែងមួយទៅកន្លែងមួយទៀត ដោយប្រើប្រាស់ឧបករណ៍បញ្ជូនជាក់លាក់មួយ ទាំងមានខ្សែ ឬឥតខ្សែ។ នៅពីក្រោយបច្ចេកវិទ្យាដែលយើងប្រើប្រាស់ជារៀងរាល់ថ្ងៃ — ទូរស័ព្ទដៃ វ៉ាយហ្វាយ វិទ្យុ ទូរទស្សន៍ និងសូម្បីតែផ្កាយរណប — គឺជាគោលការណ៍នៃរូបវិទ្យាដែលបម្រើជាមូលដ្ឋានគ្រឹះរបស់វា។ ការយល់ដឹងអំពីរូបវិទ្យាជាមូលដ្ឋាននៃទូរគមនាគមន៍ មានន័យថា ការយល់ដឹងពីរបៀបដែលសញ្ញាត្រូវបានបង្កើត បញ្ជូនដោយរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច ដឹកនាំដោយឧបករណ៍បញ្ជូន ហើយបន្ទាប់មកទទួលបានត្រឡប់ទៅជាព័ត៌មានដែលអាចយល់បាន។

១. សញ្ញា និងព័ត៌មាន៖ ពីសារទៅរលក

នៅក្នុងវិស័យទូរគមនាគមន៍ ព័ត៌មានគឺជាខ្លឹមសារនៃសារ (សំឡេង អត្ថបទ រូបភាព វីដេអូ) ខណៈពេលដែលសញ្ញាគឺជាទម្រង់រូបវន្តដែលផ្ទុកព័ត៌មាននោះ។ សញ្ញាអាចជាវ៉ុលអគ្គិសនីនៅក្នុងខ្សែ ការប្រែប្រួលអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺនៅក្នុងខ្សែកាបអុបទិក ឬរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចនៅលើអាកាស។

នៅក្នុងរូបវិទ្យា សញ្ញាត្រូវបានពិពណ៌នាជាញឹកញាប់ថាជាអនុគមន៍នៃពេលវេលា ឧទាហរណ៍ \(x(t))។ សញ្ញាអូឌីយ៉ូអាណាឡូកមានរលករលកបន្ត ខណៈពេលដែលសញ្ញាឌីជីថលមានកម្រិតដាច់ពីគ្នា (ឧទាហរណ៍ ០ និង ១)។ ការបំលែងពីអាណាឡូកទៅឌីជីថលត្រូវបានសម្រេចតាមរយៈការយកគំរូ និងបរិមាណ ដែលទាក់ទងនឹងទ្រឹស្តីសញ្ញា និងដែនកំណត់រូបវន្តនៃឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិច។

2. រលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចជាឧបករណ៍ផ្ទុក

ស្នូលនៃទូរគមនាគមន៍ទំនើបគឺរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច។ យោងតាមទ្រឹស្តីរបស់ម៉ាក់ស្វែល ដែនអគ្គិសនីដែលផ្លាស់ប្តូរបង្កើតដែនម៉ាញ៉េទិច និងច្រាសមកវិញ បង្កើតជារលកដែលអាចសាយភាយសូម្បីតែនៅក្នុងកន្លែងទំនេរក៏ដោយ។ ល្បឿននៃរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចនៅក្នុងកន្លែងទំនេរគឺ៖

\[
c \ប្រហែល 3 \គុណ 10^8 \ \អត្ថបទ{ម/វិនាទី}
\]

ទំនាក់ទំនងជាមូលដ្ឋានរវាងប្រេកង់ (f) រលក (lambda) និងល្បឿនសាយភាយ (v) គឺ៖

\[
v = f\lambda
\]

នៅលើអាកាស ល្បឿនសាយភាយគឺជិតនឹង \(c\) ចំណែកឯនៅក្នុងឧបករណ៍ផ្សព្វផ្សាយដូចជាខ្សែកូអាក់សៀល ឬជាតិសរសៃអុបទិក ល្បឿនគឺទាបជាង ដោយសារតែឥទ្ធិពលនៃលក្ខណៈសម្បត្តិនៃសម្ភារៈ (ភាពអាចអនុញ្ញាតបាន និងភាពជ្រាបចូល)។

៣. វិសាលគមប្រេកង់ និងការបែងចែកកម្រិតប្រេកង់

រលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចគ្របដណ្តប់លើវិសាលគមទូលំទូលាយមួយ៖ ចាប់ពីរលកវិទ្យុប្រេកង់ទាបរហូតដល់កាំរស្មីហ្គាម៉ាប្រេកង់ខ្ពស់។ ទូរគមនាគមន៍ជាធម្មតាប្រើប្រាស់ផ្នែកវិទ្យុ មីក្រូវ៉េវ និងអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដនៃវិសាលគម។

ប្រេកង់កំណត់រឿងជាច្រើន៖ ការជ្រៀតចូលនៃរបាំង ជួរបញ្ជូន ទំហំអង់តែន និងសមត្ថភាពឆានែល។ ប្រេកង់ទាប (ឧ. វិទ្យុ AM) អាចទៅដល់ចម្ងាយឆ្ងាយដោយសារតែឌីផ្រាក់ស្យុង និងការឆ្លុះបញ្ចាំងអ៊ីយ៉ូណូស្ពែរ ខណៈពេលដែលប្រេកង់ខ្ពស់ (ឧ. 5G mmWave) អាចផ្ទុកអត្រាទិន្នន័យធំជាង ប៉ុន្តែងាយនឹងមានការរាំងស្ទះ និងមានជួរបញ្ជូនខ្លីជាង។

ដោយសារតែវិសាលគមមានកំណត់ និងងាយនឹងរងការជ្រៀតជ្រែក ប្រទេសនីមួយៗធ្វើនិយតកម្មការបែងចែកកម្រិតបញ្ជូន ដើម្បីកុំឱ្យសេវាកម្មផ្សេងៗគ្នាជ្រៀតជ្រែកគ្នាទៅវិញទៅមក។

៤. ម៉ូឌុល៖ ការ​ដាក់​ព័ត៌មាន​ជាន់​គ្នា​លើ​រលក

សញ្ញាព័ត៌មានកម្រត្រូវបានបញ្ជូន "ឆៅ" ដោយគ្មានការកែតម្រូវ។ ជាធម្មតា ព័ត៌មានត្រូវបានដាក់លើសញ្ញាផ្ទុកតាមរយៈដំណើរការកែប្រែ។ ជារូបវន្ត ការកែប្រែមានន័យថាការផ្លាស់ប្តូរប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃរលកផ្ទុក៖

១. ម៉ូឌុល​ទំហំ (AM)៖ អំព្លីទីត​នៃ​ឧបករណ៍​ផ្ទុក​ត្រូវ​បាន​ផ្លាស់ប្តូរ​តាម​រយៈ​សញ្ញា​ព័ត៌មាន។
2. ការកែប្រែប្រេកង់ (FM)៖ ប្រេកង់ផ្ទុកផ្លាស់ប្តូរទៅតាមព័ត៌មាន។
៣. ម៉ូឌុលដំណាក់កាល (PM) / PSK (ឌីជីថល)៖ ដំណាក់កាលផ្ទុកត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរដោយតម្លៃជាក់លាក់មួយ។

ការកែប្រែ​សំឡេង​ធ្វើឱ្យ​ការបញ្ជូន​កាន់តែមានប្រសិទ្ធភាព កាត់បន្ថយ​ការជ្រៀតជ្រែក និងអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកប្រើប្រាស់ច្រើនចែករំលែកវិសាលគមតាមរយៈបច្ចេកទេសដូចជា FM multiplexing, OFDM ឬ spread spectrum។

៥. ថាមពល ការបន្ថយសម្ពាធ និងច្បាប់ការ៉េបញ្ច្រាស

នៅក្នុងការបញ្ជូនឥតខ្សែ ថាមពលសញ្ញាដែលទទួលបានថយចុះទៅតាមចម្ងាយ។ និយាយឱ្យសាមញ្ញ សម្រាប់ប្រភពដែលបញ្ចេញកាំរស្មីស្មើៗគ្នា អាំងតង់ស៊ីតេថាមពលធ្វើតាមច្បាប់ការ៉េបញ្ច្រាស៖

\[
ខ្ញុំ \propto \frac{1}{r^2}
\]

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ នៅក្នុងពិភពពិត ការសាយភាយក៏ត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយការឆ្លុះបញ្ចាំង ការខ្ចាត់ខ្ចាយ ការស្រូបយក និងពហុផ្លូវផងដែរ។ នៅក្នុងខ្សែកាប ការថយចុះថាមពលត្រូវបានគេហៅថា ការចុះខ្សោយ ដែលជាធម្មតាត្រូវបានបង្ហាញជាដេស៊ីបែល (dB)។ រូបមន្តទូទៅសម្រាប់សមាមាត្រថាមពលគឺ៖

\[
\text{dB} = 10 \log_{10}\left(\frac{P_2}{P_1}\right)
\]

គោលគំនិតនៃ dB គឺមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ ពីព្រោះវាជួយសម្រួលដល់ការគណនានៃការឡើងសំឡេងរបស់ឧបករណ៍ពង្រីកសំឡេង ការខាតបង់ខ្សែ និងរឹមប្រព័ន្ធក្នុងទម្រង់ជាផលបូកលោការីត។

៦. សំឡេងរំខាន និងសមាមាត្រសញ្ញាទៅនឹងសំឡេងរំខាន (SNR)

គ្មានប្រព័ន្ធទូរគមនាគមន៍ណាមួយដែលគ្មានការជ្រៀតជ្រែកនោះទេ។ សំឡេងរំខានមកពីប្រភពជាច្រើន៖ ចលនាអេឡិចត្រុងកម្ដៅ (សំឡេងរំខានកម្ដៅ) ការជ្រៀតជ្រែកឧបករណ៍ ការជ្រៀតជ្រែកពីអ្នកប្រើប្រាស់ផ្សេងទៀត និងសូម្បីតែបាតុភូតបរិយាកាស។

គោលគំនិតរូបវិទ្យាដ៏សំខាន់បំផុតមួយក្នុងការទទួលសញ្ញាគឺ សមាមាត្រសញ្ញាទៅនឹងសំឡេងរំខាន (SNR) ដែលជាសមាមាត្រនៃថាមពលសញ្ញាទៅនឹងថាមពលសំឡេងរំខាន។ SNR ខ្ពស់មានន័យថាសញ្ញាងាយស្រួលស្តារឡើងវិញ ខណៈពេលដែល SNR ទាបបង្កើនឱកាសនៃកំហុសទិន្នន័យ។

សំឡេងរំខានកម្ដៅអាចត្រូវបានប៉ាន់ស្មានដោយសមីការ៖

\[
N = kTB
\]

ជាមួយ \(k\) ថេរ Boltzmann \(T\) សីតុណ្ហភាព (Kelvin) និង \(B\) កម្រិតបញ្ជូនប្រេកង់។ សមីការនេះបង្ហាញថា កម្រិតបញ្ជូនកាន់តែធំ សំឡេងរំខានកាន់តែច្រើនដែលត្រូវបានណែនាំ ដូច្នេះការរចនាប្រព័ន្ធតែងតែពាក់ព័ន្ធនឹងការសម្របសម្រួលរវាងសមត្ថភាពទិន្នន័យ និងភាពធន់នឹងសំឡេងរំខាន។

៧. កម្រិតបញ្ជូន សមត្ថភាពឆានែល និងដែនកំណត់ Shannon

កម្រិតបញ្ជូន (Bandwidth) គឺជាជួរនៃប្រេកង់ដែលសញ្ញាប្រើ។ នៅក្នុងរូបវិទ្យាទូរគមនាគមន៍ កម្រិតបញ្ជូនមានទំនាក់ទំនងដោយផ្ទាល់ទៅនឹងល្បឿននៃការបញ្ជូនព័ត៌មាន។ ទ្រឹស្តីព័ត៌មានផ្តល់នូវដែនកំណត់ជាមូលដ្ឋានតាមរយៈទ្រឹស្តីបទ Shannon៖

\[
C = B \log_2(1+\text{SNR})
\]

ដែល \(C\) ជាសមត្ថភាពឆានែល (ប៊ីត/វិនាទី)។ នេះមិនមែនគ្រាន់តែជារូបមន្តបច្ចេកទេសទេ ប៉ុន្តែជាដែនកំណត់ព័ត៌មានរូបវន្ត៖ សមត្ថភាពទិន្នន័យអតិបរមាដែលអាចសម្រេចបានតាមទ្រឹស្តីសម្រាប់កម្រិតបញ្ជូន និង SNR ដែលបានផ្តល់ឱ្យ។ បច្ចេកវិទ្យាទំនើបដូចជា 4G/5G, Wi-Fi 6/7 និងទំនាក់ទំនងតាមផ្កាយរណបតែងតែខិតជិតដែនកំណត់ Shannon ជាមួយនឹងការសរសេរកូដឆានែល (ការកែកំហុស) និងការកែប្រែស្មុគស្មាញជាងមុន។

៨. ឧបករណ៍បញ្ជូន៖ ខ្សែកាប ជាតិសរសៃអុបទិក និងទំហំទំនេរ

ក) ខ្សែស្ពាន់ (ខ្សែគូរមួល កូអាកហ្សែល)
នៅក្នុងខ្សែស្ពាន់ សញ្ញាសាយភាយជារលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចដែលមានការណែនាំ។ ភាពធន់នឹងអគ្គិសនី ឥទ្ធិពលស្បែកនៅប្រេកង់ខ្ពស់ និងសមត្ថភាពផ្ទុកបណ្តាលឱ្យមានការចុះខ្សោយ និងការបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយ។ ខ្សែកូអាកស៊ីមានភាពធន់នឹងការជ្រៀតជ្រែកជាងខ្សែគូរមួលដោយសារតែការការពាររបស់វា។

ខ) ជាតិសរសៃអុបទិក
ខ្សែកាបអុបទិកបញ្ជូនព័ត៌មានដោយប្រើពន្លឺ ជាធម្មតាឡាស៊ែរ។ គោលការណ៍រូបវន្តសំខាន់របស់វាគឺការឆ្លុះបញ្ចាំងខាងក្នុងសរុបដោយសារតែភាពខុសគ្នានៃសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែររវាងស្នូល និងការស្រោប។ ខ្សែកាបអុបទិកមានការចុះខ្សោយទាប និងកម្រិតបញ្ជូនខ្ពស់ ដែលធ្វើឱ្យវាក្លាយជាឆ្អឹងខ្នងនៃអ៊ីនធឺណិតសកល។

គ) ការសាយភាយលំហទំនេរ (វិទ្យុ និងមីក្រូវ៉េវ)
នៅក្នុងការទំនាក់ទំនងឥតខ្សែ រលកសាយភាយតាមអាកាសតាមរយៈបាតុភូតដូចជាការឆ្លុះបញ្ចាំង ការឌីផ្រាក់ស្យុង និងការខ្ចាត់ខ្ចាយ។ នៅប្រេកង់ខ្ពស់ បន្ទាត់នៃការមើលឃើញក្លាយជារឿងសំខាន់ ដូច្នេះអង់តែនជារឿយៗត្រូវបានដាក់នៅលើប៉ម ឬផ្កាយរណបត្រូវបានប្រើ។

៩. អង់តែន៖ បំលែងចរន្តទៅជារលក

អង់តែន គឺជាឧបករណ៍ដែលភ្ជាប់សញ្ញាអគ្គិសនី និងរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច។ នៅពេលដែលចរន្តឆ្លាស់ហូរកាត់អង់តែន បន្ទុកដែលបង្កើនល្បឿននឹងបញ្ចេញរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច។

លក្ខណៈសំខាន់ៗរបស់អង់តែននៅក្នុងរូបវិទ្យាទូរគមនាគមន៍រួមមាន៖
- ការកើនឡើង (ការកើនឡើងទិសដៅ)៖ ផ្តោតធ្នឹមក្នុងទិសដៅជាក់លាក់មួយ។
– លំនាំវិទ្យុសកម្ម៖ របៀបដែលថាមពលត្រូវបានបញ្ចេញទៅក្នុងលំហ។
- ប៉ូឡារីសាស្យុង៖ ទិសដៅនៃដែនអគ្គិសនី (បញ្ឈរ ផ្ដេក រង្វង់)។

ការផ្គូផ្គងប៉ូឡារីសាស្យុងឧបករណ៍បញ្ជូន និងឧបករណ៍ទទួលគឺមានសារៈសំខាន់៖ ភាពមិនស៊ីគ្នានៃប៉ូឡារីសាស្យុងអាចធ្វើឱ្យថាមពលដែលទទួលបានថយចុះយ៉ាងខ្លាំង។

១០. សេចក្តីសន្និដ្ឋាន៖ ហេតុអ្វីបានជារូបវិទ្យាជាបេះដូងនៃទូរគមនាគមន៍

ទូរគមនាគមន៍មិនមែនគ្រាន់តែជាឧបករណ៍ ឬកម្មវិធីប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែវាក៏ជាការអនុវត្តដោយផ្ទាល់នៃច្បាប់រូបវិទ្យា៖ រលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច ថាមពល និងថាមពល ការចុះខ្សោយ សំឡេងរំខានកម្ដៅ និងសូម្បីតែដែនកំណត់នៃសមត្ថភាពព័ត៌មាន។ ការអភិវឌ្ឍបច្ចេកវិទ្យាទំនាក់ទំនង ចាប់ពីវិទ្យុអាណាឡូករហូតដល់បណ្តាញ 5G និងខ្សែកាបអុបទិកល្បឿនលឿន គឺជាកិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងរបស់មនុស្សដើម្បីគ្រប់គ្រង និងបង្កើនប្រសិទ្ធភាពឥរិយាបថនៃរលក សារធាតុ និងព័ត៌មាន។

តាមរយៈការយល់ដឹងអំពីរូបវិទ្យាជាមូលដ្ឋាននៃទូរគមនាគមន៍ យើងអាចមើលឃើញថា រាល់ការហៅទូរស័ព្ទ រាល់ការស្ទ្រីមវីដេអូ និងរាល់សារដែលបានផ្ញើ គឺជាលទ្ធផលនៃការរៀបចំយ៉ាងច្បាស់លាស់នៃបាតុភូតធម្មជាតិ — ចាប់ពីចលនារបស់អេឡិចត្រុងនៅក្នុងសៀគ្វី រហូតដល់ហ្វូតុងនៅក្នុងសរសៃអុបទិក រហូតដល់រលកវិទ្យុដែលធ្វើដំណើរឆ្លងកាត់លំហទំនេរ។ ការយល់ដឹងនេះមិនត្រឹមតែមានប្រយោជន៍សម្រាប់និស្សិតវិស្វកម្ម និងអ្នកអនុវត្តប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែវាក៏បើកការយល់ដឹងអំពីរបៀបដែលពិភពលោកសម័យទំនើបត្រូវបានភ្ជាប់តាមរយៈច្បាប់ជាមូលដ្ឋាននៃសកលលោកផងដែរ។