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大綱 通訊與傳輸 調變解調變 數位傳輸 多工處理 數位傳輸通道 問題與討論

簡介 通訊傳輸 傳輸訊號 傳輸距離

通訊傳輸 通訊 (Communication) 傳輸依方向的不同，一般分為 訊號 (Signal) 在一些如大氣、電纜線、光纖等媒體中傳輸 (Transmission) 處理的過程 傳輸依方向的不同，一般分為 單工傳輸 (Simplex Transmission) 全雙工傳輸 (Full-Duplex Transmission) 半雙工傳輸 (Half-Duplex Transmission)

依傳輸方向分類

傳輸訊號 :類比 vs. 數位

訊號三要素 大小 (Magnitude) 頻率 (Frequency) 相位 (Phase) 藉數學公式表示 數學是必備的「工具」 更具體 ，更容易清楚 數學是必備的「工具」

訊號頻率 頻譜圖 (Frequency Spectrum)

頻率高低 (a) (b)

傳輸距離 訊號能量、環境適應性 大小 (Magnitude) 傳送過程不存在障礙

波長與頻率

電視、AM收音機收訊

調變解調變

調變、解調變 傳送端 (Transmitter)把訊號搬到一個不會與其他訊號相衝突的範圍 實現在同一時間、同一地點對一個以上的訊號進行傳送 調變 (Modulation) 接收端 (Receiver) 收到調變訊號後，經過處理將原來的訊號還原回來 解調變 (Demodulation)

載波訊號 Ac、fc與θc都是常數，分別代表載波的振幅、頻率與相位

調變 (Modulation) 載波依傳送訊號大小的不同對自已本身的振幅 (Amplitude)、頻率或相位進行調整 調變依調整對象的不同區分為 AM (Amplitude Modulation；調變幅度) 維持原來載波的頻率與相位，而載波的振幅依原訊號之大小進行上下不同的變化 FM (Frequency Modulation；調變頻率) 保持載波原有的振幅與相位，只在頻率上變化 PM (Phase Modulation；調變相位) 只改變載波訊號的相位，其他項目不變

調變解調變進一步探討

欲傳送的訊號

AM訊號

訊號解調

FM 調變訊號

常見頻道

數位調變

數位傳輸 取樣 量化 脈碼調變 編碼處理

數位系統對類比訊號的處理過程

奈奎斯特定理 (Nyquist Theorem) 取樣率fs fM :最高頻率 2fM : 奈奎斯特率 (Nyquist Rate) 人的語音 : 4,000Hz以下 一般語音取樣：8,000次/秒 音響音質 : 0 ~ 20KHz 取樣率 : > 40KHz CD 片 : 取樣率 44.1K

量化 (Quantization) (1/2) 經過取樣，訊號已離散化，但其訊號的大小值仍是連續的 必需在振幅上再進行分割 一般語音 分割的層級愈多，還原的品質會愈好 所需記憶體容量也越大 一般語音 256 (28) Levels 所需記憶體容量為8個位元 CD 音響 65,536 (216) Levels 所需記憶體容量為16個位元

量化 (Quantization) (2/2)

脈碼調變 (PCM) 脈碼調變 一般語音 CD 音響 PCM；Pulse Code Modulation 256 (28) Levels => 8 bits/sample 0 => 00000000 表示 255 => 11111111 表示 CD 音響 65,536 (216) Levels => 16 bits/sample

64Kbps通道的由來 一般音質音頻訊號 ISDN 一個B通道的傳輸速率 也是為何語音傳輸系統時常以64Kbps為單位進行傳輸的原因 最高頻率 4,000 Hz => 8,000 取樣/秒 8 位元/取樣 8,000 (取樣/秒)  8 (位元/取樣) = 64Kbps ISDN 一個B通道的傳輸速率 也是為何語音傳輸系統時常以64Kbps為單位進行傳輸的原因

+ 編 碼 (Encoding) 傳輸更有效率 同步 (Synchronization) 處理 有效降低訊號的變化速率、平衡直流訊號量 (DC Balance) 並降低電磁放射量 同步 (Synchronization) 處理 自我時序 (Self-Clocking) 將時序 (Clocking) 訊息隱含在訊號訊息中 達到隨時調整時序的目的

常見的幾種數位編碼方式

編 碼 (Encoding) NRZ-L (Nonreturn to Zero Level；不歸零) NRZ-I 不使用零電位，簡單，成本低 RS-232 NRZ-I Nonreturn to Zero, Invert on ones ；反不歸零 NRZ-L編碼法的變形 屬於微分編碼 (Differential Encoding) 更高的位元傳輸速率 FDDI

Manchester 編碼 Manchester: Ethernet Self-Clocking

Differential Manchester 編碼 曼徹斯特編碼的微分編碼 (Differential Encoding) 變形 Token-Ring Self-Clocking MLT-3 編碼 資料 1 : 改變訊號輸出值 100BaseTx 乙太網路

4B/5B 編碼 Ex: 100BaseFx光纖乙太網路 直流平衡 (DC Balance) : 避免太多的1或0 避免相同連續的訊號 : 不會有連續3個以上的0或連續8個以上的1 儘量選取變化較多的數碼作編碼 Ex: 100BaseFx光纖乙太網路

類似4B/5B的編碼 8B/10B : 超高速乙太網路 (Gigabit Ethernet) 8B6T : 100BaseT4

壓縮處理

壓縮 (Compression) 壓縮比 (Compression Ratio) 壓縮機制 處理方式 無失真壓縮 (Lossless Compression) PNG (Portable Network Graphics；可攜帶網路圖片) 失真壓縮 (Lossy Compression) JPEG (Joint Photographic Experts Group；聯合圖像專家群組) 處理方式 空間壓縮 (Spatial Compression) 時間壓縮 (Temporal Compression)

數位訊號不適合遠距離傳輸，因此傳輸處理時常將訊號轉換成類比訊號進行傳送 類比處理 數位訊號不適合遠距離傳輸，因此傳輸處理時常將訊號轉換成類比訊號進行傳送

多工處理 分頻多工 分時多工 分碼多工

多工處理 分頻多工 FDM 分時多工 TDM 分碼多工 CDM Frequency Division Multiplexing 在頻率上進行多工處理 : 電視、收音機 分時多工 TDM Time Division Multiplexing 在時間上進行多工處理的方式 : 網路通訊 分碼多工 CDM Code Division Multiplexing 運用編碼方式進行多工處理 : 手機

FDM

TDM

CDM 各使用者將訊號0、1碼轉換成對應的一長串數碼 各使用者使用的長串數碼具互不干擾特性 把其他使用者訊號視為雜訊 在相同空間可以同時有多個訊號進行傳送 使用相同頻帶而不會相互干擾影響

數位傳輸通道

整合傳輸 語音、數據、傳真、音視訊等作整合傳輸

B (Bearer) & D (Data) 通道 TDM 通道 B通道:各種語音、視訊或資料傳輸服務的基本通道 64 Kbps 語音= 0 ~ 4,000 Hz  取樣 = 2 最高頻率 => 8,000  PCM 編碼每個取樣需要8 位元  400028=64K D通道: 作資料或控制訊號的傳輸 建立或解除呼叫的控制訊號之用 D0: 16Kbps D2: 64Kbps

H (High Speed) 通道 多個 B 通道的聚集 B-ISDN (Broadband-ISDN) 視訊會議 (Videoconferencing) 多媒體通訊 (Multimedia communication) 主要通道 H0: 384Kbps (=664K=6B) H11: 1.536Mbps (=4H0T1)；北美 H12: 1.920 Mbps (=3064KE1)；歐洲

ISDN Integrated Service Digital Network (整體服務數位網路) BRI: Basic Rate Interface (基本速率介面) 2B+D0=144 Kbps PRI:Primary Rate Interface(主要速率介面) 23B+D2 = 1.536 Mbps

Tx、Ex 幹線 幹線傳輸標準，各項基本通道的組合 北美 : T 標準 (或稱之為DS (Digital Signal Level)標準)

T1 每125s(1/8,000秒) 一個訊框 (Frame) T1 : 23B+D2 T1: 起始位元：同步與錯誤偵測 1.544Mbps=8000x(1+24x8)

E1 E1由32個通道所組成 8,000328 (=2.048M) 30個B通道、一個D2通道以及一個起始通道 第0個時槽進行訊框起始與警告 (Alarm) 工作 第17個時槽執行D2控制工作 8,000328 (=2.048M)

Asynchronous Transfer Mode 非同步傳輸模式 ATM Asynchronous Transfer Mode 非同步傳輸模式

ATM & STM ATM (Asynchronous Transfer Mode) 非同步傳輸模式 STM (Synchronous Transfer Mode) 同步傳輸模式

OC-x SONET(Synchronous Optical Network；同步光纖網路) OC (Optical Carrier；光載波) 標準 Base Rate : 51.84Mbps 相同於 ANSI 制定的STS (Synchronous Transport Signal；同步傳輸訊號)

STM-m CCITT 所規範 Synchronous Transport Module (同步傳輸模組) 基本速率比STS規範的快三倍 BaseRate = 155.52 Mbps STM-m = STS-3m

電信網路 (Telephony)

電信網路 (Telephony) 最普遍的交換網路架構 傳統電話服務 (POTS；Plain Old Telephone Service) 的公眾交換電話網路 (PSTN；Public Switching Telephone Network) 目前DSL (Digital Subscriber Line；數位用戶線路) 租用專線 (Leased Line) 手機

通訊交換方式 電路交換 (Circuit Switching) 分封交換 (Packet Switching) 訊息交換 (Message Switching)

分封交換

訊息交換 (Message Switching) 環境與分封交換類似 不屬於專屬通訊電路 各交換節點將收到的訊息先儲存起來，完整收到後，再往下傳 「儲存與轉送 (Store and Forward)」 不適合即時性與交談性的架構 電子郵件的傳送便採用這樣的技術進行處理

xDSL

xDSL DSL DSL的種類相當多，一般統稱為xDSL Digital Subscriber Line ；數位用戶線路 以其既原有低成本的雙絞銅線為基礎所架構高速網路傳送的一種技術 4KHz以下頻率進行語音傳送 4KHz以上頻率提供數據資料傳輸 DSL的種類相當多，一般統稱為xDSL ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line；非對稱數位用戶線路) : xDSL家族中的一員

xDSL 家族 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line；非對稱數位用戶線路) R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line；可調速率數位用戶線路) HDSL (High bit-rate Digital Subscriber Line；高速率數位用戶線路) SDSL (Single-line Digital Subscriber Line；單線數位用戶線路) VDSL (Very high bit-rate Digital Subscriber Line；非常快速數位用戶線路)

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line；非對稱數位用戶線路 是目前xDSL家族中最為普遍的架構 「非對稱」(Asymmetrical) 上行 (Uplink；或稱上傳) 與下行 (Downlink；或稱下載) 傳輸速率不同 下行最高 : 12Mbps 上行最高 : 1Mbps

ADSL 傳送速率與傳送距離

VDSL 速度最快的xDSL 下、上行速率分別可達52.8、3Mbps VDSL2 VDSL可傳送距離只有幾百公尺 解決傳輸距離的問題 光纖到家 (FTTH；Fiber To The Home) FTTC (Fiber To The Curb；光纖到街角) FTTB (Fiber To The Building；光纖到大樓) FTTN (Fiber To The Neighborhood；光纖到鄰里)

FTTC與VDSL結合

無線電話通訊

無線電話通訊

無線電話通訊發展過程 演進:第一代、第二代、2.5G、3G、3.5G、3.75G與未來的4G 第一代讓無線電話實現 第二代數位化 語音扮演100%的角色 第二代數位化 第三代寬頻化 第四代全數據化 數據通訊成主角，語音只是其中一種應用，成為配角

常見手機規格與速率

問題與討論 關鍵字 填充題 選擇題 問答題