1. 第二章 數位通訊與傳輸

2. 前言
本章主要的內容在介紹有關數位通訊的基礎知識，首先我們從網路科技已悄悄然地掀起一波以「位元」應用為主的數位生活革命談起，接著介紹資料如何透過編碼與數位化的技術，轉換成可在電腦網路中傳播的形式，並從傳輸方法與傳輸模式提陳網路通訊的基本特質。

3. 本章學習重點 瞭解數位革命對生活的衝擊 通訊系統的組成要素 訊號的種類：類比與數位 資料數位化技術 資料的編碼方法 資料通訊的傳輸模式
進階的傳輸原理與技術

4. 網路打破知識交流的時空籓籬

5. 數位革命 由美國麻省理工學院媒體實驗室主持人-尼葛洛龐帝(Nicholas Negroponte)所提出
過去資訊的傳遞仰賴如書籍、錄影帶等原子模式傳輸，過程緩慢而辛苦
新世紀最大的科技變革便是從原子傳輸蛻變為位元傳輸，以幾近光速與分毫不差的正確率，將數位化的資訊內容傳遞到全世界各地

6. 日常生活中的數位革命 數位化MP3音樂以網路傳播的方式盛行 網路流傳的院線盜版影片，讓經營電影事業的片商傷透了腦筋
旅遊網站的規劃，使機票訂購、住宿訂位、旅費與路線等均能在網路上搞定
拍賣網站購買二手或低價商品
遠距教學、連線遊戲、人力仲介、投資理財電子報…等

7. MP3音樂網站

8. 網路電影院

9. 旅遊網站

10. 遠距教學

11. 拍賣網站

12. 人力資源網站

13. 理財電子報

14. 遊戲網站

15. 資料通訊系統 網路是一個典型的通訊系統，其目的是為了將資料從發送端傳送至接收端，以完成資料傳遞的功能
為了達成這個目的，通訊系統必須衍生出許多較小的元件來分工合作，這些元件包含資料終端設備、資料通信設備、資料交換設備、傳輸訊號與傳輸媒介等

16. 資料通訊系統(cont.) 資料終端設備(DTE) 資料通信設備(DCE) 資料交換設備 (DSE) 傳輸訊號(Signal)
傳輸媒介(Media)

17. 資料通訊系統(cont.) 資料終端設備(DTE) 資料通信設備(DCE) 實際負責傳送與接收資料的裝置，如個人電腦、伺服器、印表機等
介於資料終端設備與資料交換設備間的裝置，通常用來作為設備間訊號格式之轉換如數據機、網路卡等設備皆屬之

18. 資料通訊系統(cont.) 資料交換設備 (DSE) 傳輸訊號
通訊系統通常會使用中介設備來將資料作轉送或中繼的處理，常見的網路資料交換設備有交換器、路由器等
傳輸訊號
分為類比訊號(analog signal)與數位訊號(digital signal)兩種

19. 資料通訊系統(cont.)
傳輸媒介 有線 無線

20. 訊號數位化技術
目前最廣泛使用的類比訊號與數位訊號間的轉換技術稱為Pluse Code Modulation (簡稱PCM)，是1939年由美國貝爾實驗室所研發出來的技術。
PCM主要步驟：取樣(Sampling)、量化(Quantization)、與編碼(Encoding)

21. 取樣 類比波形都是連續性的，以測量的角度而言就是運用連續值(continum value)來記錄一個波形的大小或距離
數位化的意思則是將類比波形切割成一段段的小波形，運用離散的階層(discrete steps)來表示此波形的大小或距離

22. 取樣(cont.) 在數位化的過程中，每間隔多少時間記錄一次波形大小的動作我們稱之為取樣
取樣的次數愈密集，將來還原時所得的訊號就會與原來的訊號愈相近，但相對的，處理取樣的時間也會愈長，所需的記憶體容量也愈大

23. 取樣週期與取樣頻率 每次取樣所間隔的時間稱之為取樣週期(sampling cycle)
每秒共取樣幾次則稱之為取樣頻率(sampling frequency)
取樣週期(秒/次)與取樣頻率(次/秒)恰互為倒數

24. 取樣誤差 取樣過程所造成的訊號失真現象稱之為取樣誤差(sampling error)
低頻率的取樣會造成還原時訊號的大幅失真，而高頻率的取樣雖較能完整還原訊號

25. 奈氏定理(Nyquist Theorem)
奈氏定理又稱為取樣定理
奈氏定理證明了當原始訊號最大頻率為fc時，若取樣頻率fs為fc之二倍或二倍以上時(亦即fs≧2fc)，則取樣後的訊號即能精確的還原回取樣前的原始訊號

26. 量化
經過取樣後的訊號，其大小為原始訊號在取樣時間點上的振幅大小，這個值必須經由量化，才能編碼為二進位的0與1

27. 數位訊號的資料量計算 高品質的數位化結果必須仰賴高取樣頻率與高量化解析度 有時為了使訊息的傳送快速到達，我們會數位化成較低的訊號品質來傳送
而當訊號的品質比傳送的時間重要時，我們就會提高數位化的標準，來要求最終數位化的品質

28. 數位訊號的資料量計算(cont.) 舉例而言，如果我們要以CD品質數位化一段5分鐘的演講，約需多少硬碟空間來儲存？
44.1KHz×16 bit×2(聲道)×5min×60(秒)
= Kbit
= 52920KByte
= MByte

29. 數位訊號的資料量計算(cont.)
數位化資料量是相當大的，所幸語音壓縮的技術能大幅降低儲存空間的需求

30. 訊號編碼
訊號的傳輸除了數位化過程會產生誤差外，傳送與接收雙方的設備因處理速度的不同也會產生誤差

31. 常見數位訊號編碼方式 NRZ編碼(Nonreturn-To-Zero，不回歸零)
NRZ-I編碼(Nonreturn-To-Zero-Inverted，不回歸零反轉)
曼徹斯特(Manchester)編碼
微分曼徹斯特(Differential Manchester)
MLT-3(Multilevel Transmission 3)多階傳輸編碼法

32. 常見數位訊號編碼方式之比較

33. 傳輸模式
單工傳輸
半雙工傳輸
全雙工傳輸

34. 進階傳輸原理與技術 基頻傳輸 寬頻傳輸 以「直接控制訊號狀態」的方式來傳輸資料，也就是說基頻傳輸是以直接改變傳輸訊號之電位狀態來傳輸資料
以「控制載波訊號狀態」的調變(Modulation)方式來傳送資料

35. 基頻傳輸與寬頻傳輸

36. 載波調變 波的能量與頻率之間有正相關，頻率愈高則波所具備的能量便愈高，反之亦然 於是聲音高的訊號可以傳得比較遠，而聲音低的傳輸距離則比較近
載波調變的原理是利用波的傳遞是可合併與分離的

37. 多工處理 一個傳輸通道若僅能服務一位用戶在線上進行傳輸，則使用績效並不好
為了使傳輸通道的利用率更佳，且在不增加傳輸成本的原則下，讓單一的傳輸通道傳遞更多的資料，即有所謂的多工(Multiplexing)處理的傳輸機制出現

38. 常見的多工技術 分頻多工(Frequency Division Multiplexing，簡稱FDM)
分時多工(Time Division Multiplexing，簡稱TDM)兩種

39. 頻寬與傳輸延遲 競爭延遲(competing delay) 處理延遲(processing delay)
佇列延遲(queueing delay)
傳輸延遲(transmission delay)

40. Chapter-2 The End