第 2 章

第 2 章 資料通訊

傳輸媒介與訊號 • 資料需轉成訊號在傳輸媒介(media)上傳輸 • 銅線承載電的訊號、光纖承載光的訊號

傳輸媒介與訊號 • 空間適合承載某些電磁波

資料的數位與類比 • 數位：可數的資訊，依序排列成鋸齒狀不連續性分佈 • 類比：不可數資訊，依序排列成較平滑的連續性分佈

訊號的數位與類比 • 訊號的數位與類比 • 類比訊號：大小為連續值之訊號 • 例：電話，聲音之類比震動產生類比電流變動 • 數位訊號：有限個不連續值之訊號 • 例二階基頻訊號：兩種電位代表0及1 • 因有分階所以抗雜訊力較強，如±1 V所組成之二階基頻訊號，若以0為判斷分界，則可忍受近1 V之雜訊(Noise)

數位化 • 資料的數位化(digitize)：將類比資料經取樣(sampling)、量化(quantizing)、編碼(coding)，變成數位資料 • 數位化時代的來臨 • 為了資訊處理上的方便，類比資料數位化是時勢所趨，且透過數位傳輸技術傳送

基頻傳輸與寬頻傳輸 • 訊號的傳輸方式分為兩大類： • 基頻 (Baseband) 傳輸：『直接控制訊號狀態』的傳輸技術。 • 寬頻 (Broadband) 傳輸：『控制載波 (Carrier) 訊號狀態』的傳輸技術。 • 寬頻上網所用寬頻與寬頻傳輸之意義不同，寬頻上網與載波無關，純指傳輸頻寬較寬，實則指傳輸速率較高

基頻訊號的發送與接收 • 以銅線為例：直接改變電位狀態來傳輸資料

載波訊號的調變與解調(1/2) • 載波Carrier：載送資料的訊號 • 資料會改變載波的特性，可能振幅、頻率、相位(角度，與起始時間之差距)

載波訊號的調變與解調(2/2) • 將資料放上載波的動作稱為『調變 (Modulation) 』。 • 執行調變動作的裝置或程式稱為『調變器 (Modulator) 』。 • 而將資料與載波分離的動作稱為『解調 (Demodulation) 』。 • 執行解調變動作的裝置或程式稱為『解調器 (Demodulator) 』。 • 一般調變與解調做在一起，即所謂的數據機(Modem魔電)

載波傳輸(1/2) • 不等於類比傳輸 • 早期AM/FM無線電廣播、電話或電視是類比傳輸 • 隨數位資料的普遍，亦使得數位傳輸普及 • 數位傳輸vs.類比傳輸：前者在傳輸的中介系統會判斷原資料內容，還原後再傳送

載波傳輸(2/2) • 不等於單向傳輸 • 早期用同軸電纜之乙太網路，10Base2使用基頻訊號而且向兩個方向傳輸，10Broad36則使用寬頻訊號，但只向一固定方向傳輸 • 但並非基頻寬頻傳輸皆需如此

二階基頻訊號的編碼方式(1/5) • 即訊號只有兩種邏輯狀態 • Nonreturn-To-Zero (NRZ, 不回歸零) • 1 = 高電位。 0 = 低電位 • 這是最原始的基頻傳輸方式 • 100VG-AnyLAN 網路便採用這種傳輸方式。

二階基頻訊號的編碼方式(2/5) • Return-To-Zero (RZ, 回歸零) • 1 = 在位元的前半段保持高電位，後半段則恢復到低電位狀態。0 = 低電位 • 10Mbps ARCNET 網路採用這種傳輸方式。

二階基頻訊號的編碼方式(3/5) • Nonreturn-To-Zero-Inverted (NRZI,不回歸零反轉) • 1 = 變換電位狀態。 0 = 不變換電位狀態 • 10BASE-F 網路採用這種傳輸方式 • 假設前一個位元是低電位之示意圖

二階基頻訊號的編碼方式(4/5) • Manchester (曼徹斯特) • 固定在每個位元中變換電位狀態 • 1 = 由低電位轉變到高電位 • 0 = 由高電位轉變到低電位 • 10BASE-T 網路採用這種傳輸方式

二階基頻訊號的編碼方式(5/5) • Differential Manchester (差動式曼徹斯特) • 位元中間仍有電位變化 • 1 =顛倒上一個位元的電位狀態變化方式即位元開始無電位變化 • 0 =沿用上一個位元的電位狀態變化方式即位元開始有電位變化 • Token Ring 網路採用這種傳輸方式 • 以前一個位元由低電升到高電位為例

多階基頻訊號的編碼方式(1/2) • 以三階的電流脈衝為例 • 訊號通常區分成三種電位狀態，『正電位』、『零電位』、『負電位』 • 使用三階的基頻傳輸方式有 • Bipolar Alternate Mark Inversion (Bipolar-AMI, 雙極交替記號反轉)：早期 T-Carrier 網路採用這種傳輸方式。 • Bipolar-8-Zero Substitution (B8ZS, 雙極訊號八零替換)：新式 T-Carrier 網路採用這種傳輸方式。 • High density bipolar 3 (HDB3, 高密度雙極訊號 3)：E-Carrier 網路採用這種傳輸方式。 • Multilevel Transmission 3 (MLT-3, 多階傳輸 3)：100BASE-TX 網路採用這種傳輸方式。

多階基頻訊號的編碼方式(2/2) • 後來可以區分出五種邏輯狀態的『脈衝振幅調變 5』 (PAM5) 基頻傳輸也問世了, 100BASE-T2 與 1000BASE-T 皆採用這種五階基頻傳輸方式。

MLT-3 編碼方式 • 據說是Mario Mazzola, Luca Cafiero, and Tazio De Nicolo三人所開發，因而命名 • MLT-3 的運作方式 • 0 = 不變化電位狀態 • 1 = 依照正弦波電位順序 (0、+、0、-) 變換電位狀態

MLT-3 示意圖(1/2) • 前一位元是正電位 • 前一位元是負電位

MLT-3 示意圖(2/2) • 前一位元是零電位且此位元前一相異電位為負電位 • 前一位元是零電位且此位元前一相異電位為正電位

振幅調變技術 • 在類比使用調幅(振幅調變Amplitude Modulation, AM) • 在數位使用鍵控幅移(振幅偏移鍵制Amplitude Shift Keying, ASK) • 一般以較弱訊號代表0，較強訊號代表1

頻率調變技術 • 在類比使用調頻(頻率調變Frequency Modulation, FM) • 在數位使用鍵控頻移(頻率偏移鍵制Frequency Shift Keying, FSK) • 以較低頻率訊號代表0，較高頻率訊號代表1為例

相位調變技術 • 在類比使用調相(相位調變Phase Modulation, PM) • 在數位使用鍵控相移(相位偏移鍵制Phase Shift Keying, PSK) • 差動式鍵控相移(差動式相位偏移鍵制Differential Phase Shift Keying, DPSK) • 相位不變代表0，相位改變代表1

正交振幅調變技術 • QAM (Quadrature Amplitude Modulation)是一種結合 ASK 與 PSK 的綜合型調變技術, 同時控制載波的『振幅強度』與『相位偏移量』, 讓同一個載波訊號得以呈現出更多的邏輯狀態。

同步化(Synchronization) • 接收端需知兩件事，才能順利轉換訊號回資料 • 訊號從那裡開始 • 定義不送資料時之閒置(idle)狀態，當開始不在閒置狀態時，即表示訊號開始 • 一個位元時間為多久 • 參考同一時脈(clock)，而時脈訊號可藉由另一條線路傳給接收端，或隱含在訊號內，如曼徹斯特與差動式曼徹斯特 • 同步化：將時脈傳給接收端以隨時修正時脈。 • 若有誤差則在數個位元之後會誤讀位元資料，如誤差1%，則在50或100位元後會誤讀

單工 (Simplex) • 發送端與接收端角色分得很清楚。發送端只能發送訊息出去, 不能接收訊息；接收端只能接收訊息, 不能發送訊息出去。如生活上之電視機及收音機

半雙工 (Half Duplex) • 通訊端可以接收與發送資料，不能同時收發。如無線對講機(香腸、火腿)

全雙工 (Full Duplex) • 通訊端可以同時執行資料的接收與發送動作。

頻寬的由來 • 頻寬 (Bandwidth) ：類比通訊時代指訊號波段的頻帶寬度 (Signal Bandwidth), 也就是訊號頻寬。 • 線路頻寬：在數位時代，常用來代表線路的傳輸(位元)速率(bit rate, bps, bits per second)或傳輸量(throughput) • 如100BaseTx之傳輸速率為100 Mbps • 較精確的說法，速率應稱為容量(capacity)而頻寬仍應指數位資料轉換成訊號後所佔之頻寬 • 一般頻寬愈高，所能承載的資料量愈高

訊號頻寬──訊號頻率的變動範圍 • 訊號頻寬指的是訊號頻率的變動範圍，通常由最高頻率減去最低頻率而得，單位為『赫茲』 (Hertz, Hz)。

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