หน้าแรก Networking & Wireless 5G เรื่องน่ารู้ : ความแตกต่างของ Bandwidth กับ Data Rates

เรื่องน่ารู้ : ความแตกต่างของ Bandwidth กับ Data Rates

แบ่งปัน


คำว่าแบนด์วิธ กับอัตราการส่งข้อมูล (Data Rate) นั้นมักมีการใช้สลับกันไปมาบ่อยครั้ง แต่ในโลกของสายสัญญาณแล้ว ความหมายที่แท้จริงถือว่าแตกต่างกันอย่างมาก

ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตของคุณอาจโฆษณาว่า บริการของตัวเองให้แบนด์วิธถึง 500 เมกะบิตต่อวินาที (Mbps) ซึ่งในกรณีนี้ ความหมายจริงๆ ของตัวเลขดังกล่าวคืออัตราการส่งข้อมูล เนื่องจากในวงการสายสัญญาณนั้น แบนด์วิธคือค่าคุณสมบัติของสายสัญญาณ ที่สื่อถึงความสามารถในการส่งสัญญาณที่ยังนำมาใช้ประโยชน์ได้ที่ปลายทางอีกฝั่ง

สัญญาณใดๆ ที่ส่งเข้ามาในลิงค์ทั้งแบบสายทองแดงและสายไฟเบอร์ จะถูกลดความแรงลงเมื่อวิ่งไปถึงปลายอีกด้าน อันเป็นผลมาจากการสูญเสียพลังงานตามปกติ แต่บางครั้งก็มีปัจจัยที่ซับซ้อนกว่าเข้ามาเกี่ยวข้อง เช่น การสูญเสียขากลับ (การสะท้อนสัญญาณ) และในกรณีของสายทองแดงอย่าง Crosstalk เป็นต้น ผู้จำหน่ายทั้งหลายจึงออกแบบให้สายสัญญาณไม่ว่าจะเป็นสายทองแดงหรือใยแก้วนำแสงของตัวเองให้สามารถส่งต่อสัญญาณดิบเหล่านี้ (ที่เรียกว่า แบนด์วิธ) ให้ได้อัตราที่สูงมากขึ้นเท่าที่ทำได้

เมื่อกล่าวถึงสายสัญญาณแบบทองแดงแล้ว คุณน่าจะเคยได้ยินเกี่ยวกับการที่สายแบบ Category 6 มีแบนด์วิธอยู่ที่ 250 MHz และสาย Category 6A มีแบนด์วิธอยู่ที่ 500 MHz (ค่าแบนด์วิธนี้มักพิมพ์อยู่บนฉนวนของสาย) การระบุเช่นนี้มักทำให้เกิดความสับสนอย่างมากเนื่องจากความเชื่อดั้งเดิมของเราที่ว่าแบนด์วิธบนเครือข่ายควรระบุในหน่วย Mb/s หรือ Gb/s มากกว่า ความเป็นจริงคือคุณก็ไม่ได้เข้าใจผิดอะไร เวลาเราพูดถึงสาย Category 6A ก็อาจกล่าวว่าสายมีแบนด์วิธที่ใช้ทำงานอยู่ที่ 500 MHz ขณะที่เวลากล่าวถึงเน็ตเวิร์กก็พูดได้ว่าเครือข่ายมีแบนด์วิธอยู่ที่ 10 Gb/s

มาต่อกันที่ข้อสงสัยว่าทำไมแบนด์วิธของสายสัญญาณแต่ละประเภท (Category) ถึงระบุในหน่วย MHz? คำตอบคือ หน่วยเมกะเฮิร์ตซ์นั้นเป็นความถี่หรืออัตราหรือคลื่นวิ่งขึ้นลงหนึ่งรอบในแต่ละวินาที โดยที่ 1 เฮิร์ตซ์เท่ากับ 1 รอบต่อวินาที และ 1 MHz เท่ากับ 1 ล้านรอบต่อวินาที ซึ่งความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วกับความถี่นี้ซับซ้อนเล็กน้อย แต่สรุปอย่างง่ายได้ว่า ยิ่งมีความถี่มากขึ้น ก็จะส่งข้อมูลได้บิทมากขึ้นไปด้วย แต่ละบิทข้อมูลนั้นถูกเข้ารหัสบนความถี่คลื่นของตัวนำ และปริมาณข้อมูลที่สามารถส่งต่อได้ต่อวินาทีก็ขึ้นกับรูปแบบการเข้ารหัสสัญญารบนอุปกรณ์ที่ใช้

ย้อนกลับไปที่ยุคของสาย Cat 5 ที่แบนด์วิธและอัตราส่งข้อมูลมีค่าเท่ากันคือ สายแบบ 100 MHz สามารถส่งต่อข้อมูลได้ 100 Mb/s แต่ผู้ออกแบบอินเทอร์เฟซเน็ตเวิร์กสามารถพัฒนารูปแบบการเข้ารหัสใหม่อย่างเช่น Pulse Amplitude Modulation (PAM) และ DSQ128 ให้ทำสัดส่วนระหว่างแบนด์วิธและอัตราส่งข้อมูลได้มากกว่า 1:1 เดิม ซึ่งพอถึงเวลาที่เปิดตัว Cat 6 นั้น ก็สามารถส่งต่อข้อมูลในอัตรามากถึง 10 Gbps บนสายที่มีแบนด์วิธแค่ 250 MHz ได้ ด้วยหลักการนี้เองที่ทำให้เข้าใจได้ว่าทำไมในระบบ NBASE-T ถึงสามารถส่งข้อมูลได้ถึง 2.5 ไปจนถึง 5 Gbps บนสาย Cat 5e และทำไมผู้ให้บริการสายสัญญาณของคุณจึงปรับความเร็วอินเทอร์เน็ตเพิ่มให้คุณได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนสายสัญญาณในบ้านใหม่


การหักล้างคลื่นจากการกระจายของแสง (Dispersion Aversion)

พอกล่าวถึงระบบสายสัญญาณแบบไฟเบอร์มัลติโหมดแล้ว เราจะเห็นค่าสเปกที่เรียกว่า แบนด์วิธสูงที่สุดที่มีผลอยู่ (EMB) ซึ่งวัดในหน่วยของเมกะเฮิร์ตซ์ในช่วงระยะทาง 1 กิโลเมตร (มักเขียนในรูป MHz-km) ค่า EMB นี้ระบุถึงปริมาณข้อมูลที่สายไฟเบอร์หนึ่งสามารถส่งต่อได้บนความยาวคลื่นที่กำหนด ขึ้นกับคุณสมบัติต่างๆ ที่หลากหลายของสายไฟเบอร์ ค่า EMB นี้ขึ้นกับระยะทาง โดยสายไฟเบอร์ที่มีค่า EMB เท่ากับ 200 MHz-km จะสามารถส่งต่อข้อมูล 200 MHz ไปได้ไกล 1 กิโลเมตร ถ้ามีค่า EMB สูงกว่า ก็จะสามารถขนถ่ายข้อมูลในระยะ 1 กิโลเมตรได้มากขึ้น หรือสามารถขนส่งข้อมูลปริมาณเดียวกันได้ไกลขึ้นนั่นเอง

สำหรับกรณีสายไฟเบอร์แบบมัลติโหมดนั้น ค่า EMB จะได้รับผลกระทบจากค่าความแตกต่างของดีเลย์บนแต่ละโหมดของสายไฟเบอร์ หรือที่เรียกว่า DMD โดยเมื่อแสงหลายลำแสงหรือโหมดเดินทางผ่านสายใยแก้วนำแสงหลายโหมดนั้น ลำแสงหนึ่งอาจเดินทางได้เร็วกว่าโดยเฉพาะโหมดที่ใกล้กับใจกลางสาย ขณะที่ลำแสงอื่นอาจเดินทางช้ากว่าตามทางเดินที่ใกล้กับแก้วขอบสายด้านนอก (Core-cladding Interface) ค่า DMD จึงอธิบายความแตกต่างของเวลาในการเดินทางระหว่างโหมดที่เร็วที่สุดกับโหมดที่ช้าที่สุด ซึ่งผู้ผลิตสายไฟเบอร์จะพยายามออกแบบสายของตัวเองให้มีค่า DMD น้อย เพื่อให้ได้แบนด์วิธที่สูงขึ้น

แต่กรณีของสายแบบซิงเกิลโหมดนั้น แบนด์วิธที่มีผลจริงมักไม่มีข้อจำกัด และไม่เกี่ยวข้องกับค่า EMB เนื่องจากมีแค่โหลดเดียวสำหรับลำแสงเดียวที่เดินทางผ่านสายไฟเบอร์ แต่ถึงแม้แบนด์วิธของสายแบบซิงเกิลโหมดจะดูเหมือนไม่จำกัดนั้น ก็ยังได้รับผลกระทบจากระบบด้านอิเล็กทรอนิกส์ และการกระจายของแสงตามความยาวคลื่น (Chromatic Dispersion) อันเป็นผลจากความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน (ไม่เกี่ยวกับโหมด) ที่วิ่งไปถึงตัวรับสัญญาณอีกฝั่งในเวลาที่แตกต่างกันเล็กน้อย เป็นต้น

สิ่งที่สำคัญมากที่สุด

ขณะที่สเปกสายสัญญาณในแง่ของแบนด์วิธนั้นทำให้เกิดความสับสนค่อนข้างมาก ก็ไม่ควรปล่อยให้ค่าพวกนี้มาทำให้เราพลาดจากสิ่งที่ควรให้ความสำคัญอย่างแท้จริง ซึ่งเวลาที่คุณทดสอบระบบนั้น เช่น สายระบบ 10GBASE-T คุณกำลังทดสอบความสามารถของลิงค์นั้นๆ ในการรองรับความเร็ว 10 Gb/s พึงระลึกไว้ว่าไฟล์ขนาด 10 กิกะไบต์ของคุณไม่ใช่จะถูกส่งต่อบนเครือข่ายภายในเวลาหนึ่งวินาทีได้ นอกเหนือจากมีแค่การที่ข้อมูลวิ่งบนสายจากจุดหนึ่งไปจุดหนึ่งโดยตรง โดยไม่มีระบบอื่นมาเกี่ยวข้องเท่านั้น

สามารติดตามข้อมูลต่างๆ ได้ที่เพจ Fluke Network

ที่มา : https://www.flukenetworks.com/blog/cabling-chronicles/bandwidth-and-data-rates