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					Chapter 02



        計算機網路
     基本通訊概念
               大綱

2.1   簡介
2.2   調變解調變
2.3   數位傳輸
2.4   多工處理
2.5   數位傳輸通道




                    2
                通訊傳輸

 通訊Communication
   訊號(Signal)在一些如大氣、電纜線、光纖等媒體
    中傳輸處理的過程
 依傳輸方向性的不同,可分為三種
   單工傳輸Simple Transmission
    »   單行道、電視廣播
   全雙工傳輸Full-Duplex Transmission
     » 雙向道、電話通訊

   半雙工傳輸Half-Duplex Transmission
     » 單車道窄橋、無線對講機




                                    3
             傳輸訊號



類比訊號   (a)


                    時間

數位訊號   (b)

                    時間



                         4
     類比訊號 vs 數位訊號

 類比訊號Analog
   連續性
   實數、自然界中的訊號、人的聲音
   兩個不同大小的類比訊號值之間,必定存在另一
    個中間值
 數位訊號Digital
   階段性
   整數、數位電腦的高低訊號
   兩個不同大小的數位訊號值之間,不見得存在另
    一個中間值


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              訊號三要素

 真正訊號源自於類比訊號,大都轉換成數位
  的方式進行處理,甚至進行傳輸
 訊號的特性包含三要素
  大小Magnitude:m (t)
    » 聲音的大小聲

  頻率Frequency:f (t)
    » 單位時間內震動的次數

  相位Phase:θ(t)
    » 訊號的相位差異




                        6
         訊號傳輸距離

 振幅大小與頻率高低都可以影響傳輸距
 離
  振幅越大、頻率越高可以傳輸更遠的距離
 人的聲音音頻範圍約在300~3400Hz間
 頻譜圖Frequency Spectrum
   橫軸代表頻率的高低
   縱軸代表某個頻率所擁有量的多寡



                          7
              調變解調變

 運用高頻訊號可以傳送遠方的特性
   調變 Modulation:在傳送端運用一個高頻
    率的訊號,將原來的訊號夾帶傳送到遠方
   解調變 Demodulation:接收端必須相對應
    地將已調變的訊號由高頻率訊號中解調回
    原來的訊號
 載波Carrier:用來進行原來訊號的載送
 工作的高頻率訊號
     C (t )  Ac cos(2f c t   c )
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               調變方式

 調變幅度AM (Amplitude Modulation)
 調變頻率FM (Frequency Modulation)
 調變相位PM (Phase Modulation)
    常見的頻道                頻率範圍
   AM 調幅廣播網           540 ~ 1600KHz
  電視頻道 Ch 2 ~ Ch 4      54 ~ 72MHz
  電視頻道 Ch 5 ~ Ch 6      76 ~ 88MHz
   FM 調頻廣播網            88 ~ 108MHz
 電視頻道 Ch 7 ~ Ch 13    174 ~ 216MHz
 電視頻道 Ch 14 ~ Ch 70   420 ~ 812MHz
   行動通訊 GSM           880 ~ 960MHz
                                      9
        調變處理

 AM調變:訊號維持原來載波的頻率與
  相位,而載波的振幅則依原訊號之大小
  進行上下不同的變化
 FM調變:保持了載波原有的振幅與相
  位,再依原訊號之大小進行頻率的變化
 PM:訊號維持原來載波的振幅與頻率,
  只改變載波訊號的相位


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             解調變處理

 訊號在發送端傳送之前做了調變的工作,
  而在接收端的一方則必須相對地進行解
  調工作,以便可以將訊號還原回來
 AM解調電路:由電阻、電容及二極體
  三個簡單的基本元件所構成。

  S AM (t )  Ac (1  m(t )) cos(2f c t )


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          數位傳輸

 數位訊號僅有單純的兩種傳輸狀態,在
  傳輸的過程中比較不受雜訊干擾
 數位設備的生產成本較低 (部分設備)
 由類比訊號轉換成數位訊號的流程
  取樣
  量化
  脈碼調變
  編碼處理



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                  取樣

 對連續性類比訊號進行離散
  取樣(Discrete Sampling)
 取樣的次數越密,還原時的
  訊號就越接近,但處理的時
  間相對越長
 取樣定理奈奎斯特定理
  Nyquist Theorem
   頻率範圍在fm以內的類比訊
   號,若以此頻率二倍以上的
   速度對訊號進行取樣,在接
   收端可以重新還原回來

                          13
           量化

 將取樣後的資料加以
  數值化
 電話語音的量化只要
  256個層級即可,也
  就是以8個位元表示
 CD聲音的量化則分為
  4096個層級,也就是
  以12個位元表示


                14
取樣與量化範例




          15
取樣與量化範例




          16
取樣與量化範例




          17
               脈碼調變

 PCM (Pulse Code Modulation)




                                18
PCM處理




        19
           編碼處理

 傳輸更有效率
   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
   達到隨時調整時訊的目的




                              20
             常見的編碼方式

 NRZ-L (Nonreturn to Zero Level) 不歸零編碼
 NRZ-I (Nonreturn to Zero, Invert on Ones)
  反不歸零編碼
 Manchester 曼徹斯特編碼
 Differential Manchester 微分曼徹斯特編碼
 MLT-3 編碼
 4B/5B 編碼




                                              21
常見的編碼方式




          22
                  NRZ-L

 正電位代表1,負電位代表0 (負邏輯時
  相反) ,零電位表示無訊號傳輸
 RS-232介面採用此機制
 缺乏自我時序功能

        0 1   0   0   1   1   0   0   0   1   1
NRZ-L
正邏輯
NRZ-L
負邏輯

                                                  23
                 NRZ-I

 資料0維持前一位元之電位狀態,資料1
  則改變前一位元之電位狀態
 FDDI網路的傳輸機制
 缺乏自我時序功能
   0 1   0   0   1   1   0   0   0   1   1




                                             24
              Manchester

 資料0時,訊號在位元中間由高電位變換為低
  電位
 資料1時,訊號在位元中間由低電位變換為高
  電位
 具有自我時序的功能
 乙太網路的傳輸採用此機制
    0 1   0   0   1   1   0   0   0   1   1




                                              25
    Differential Manchester

 不論資料0或1,訊號在位元中間均執行電位
  變換
 位元起始點的訊號,資料為0時無論原來訊號
  為何,均對電位進行轉換,資料為1時則不進
  行電位轉換
 具有自我時序的功能
 記號環網路的傳輸採用此機制
    0 1   0   0   1   1   0   0   0   1   1




                                              26
                   MLT-3

 採用三個電位 (+V、0、-V) 訊號進行編碼
 位元資料為0時,訊號維持不變,位元為1時,
  依照(0、-V、0、+V)循環變動
 100BaseTx的傳輸採用此機制

     0 1   0   0   1   1   0   0   0   1   1




                                               27
                   4B/5B

 將四個位元的資料轉換成五個位元的數碼來
  表示
 編碼原則
   直流平衡,避免有太多的訊號1或訊號0
   避免有相同的連續訊號
   盡量選取較高轉換次數的碼,也就是編碼規則中
    盡量選取變化較多的數碼進行編碼
 高速乙太網路的傳輸採用此機制
   網路卡上的Clock標示為125MHz
 其他類似編碼方式
   Gigabit Ethernet上使用的8B/10B
   100BaseT4上使用的8B6T
                                 28
              類比處理

 數位訊號頻率低對遠距離傳輸較為不利,
  需將數位訊號轉換成高頻率的類比訊號
  傳送出去
 常見的三種方法
  振幅位移鍵ASK (Amplitude Shift Keying)
  頻率位移鍵FSK (Frequency Shift Keying)
  相位位移鍵PSK (Phase Shift Keying)




                                       29
      類比處理


ASK



FSK



PSK



             30
              多工處理

 讓一條訊號線有更多的訊號同時傳輸
 實用與經濟上的考量需要多工處理
 分頻多工FDM
   Frequency Division Multiplexing
   訊號各自以不同頻率的載波作調變後,將訊號傳
    送到相同通訊通道上作傳輸的一種方式
 分時多工TDM
   Time Division Multiplexing
   將通訊通道的時間軸切分成許多的時間間隔,分
    配給幾個不同的使用者使用
   時間間隔稱為時槽 Time Slot

                                      31
      數位傳輸通道

 數位元件具備成本低、效率高與輕薄短
  小的特性
 類比型態與數位型態間的轉換、整合與
  傳輸等成了相當重要的工作




                      32
              B 通道

 Bearer 通道
 TDM形式的多工處理類型
 各種語音、視訊或資料傳輸服務的基本
  通道
 64Kbps頻寬




                      33
                 D 通道

 Data Link 通道
 TDM形式的多工處理類型
 作資料或控制訊號的傳輸使用
 分為D0及D2兩種通訊控制通道
   D0為16Kbps頻寬
   D2為64Kbps頻寬




                        34
                  H 通道

 High Speed 通道
 將許多個B通道聚集提供傳輸
 應用在B-ISDN (Broadband ISDN)
 運用於視訊會議與多媒體通訊等
 常見的H通道
   H0: 386Kbps (6個B通道)
   H10: 1472Kbps (23個B通道)
   H11: 1536Kbps (4個H0通道)
   H12: 1920Kbps (30個B通道)



                               35
                  ISDN

 Integrated Services Digital Network
 整體服務數位網路
 1970年代發展
 CCITT所制定的標準
 全數位無類比元件
 目前多應用於撥接服務、DDR (Dial-on-
 Demand Routing) 、視訊會議

                                        36
           BRI 與 PRI

B
               BRI (Basic Rate
                Interface) 基本速率
D0
B
     BRI        介面
                 2B+D0

B              PRI (Primary Rate
B               Interface) 主要速率
.
.    PRI        介面
B                美規為23B+D2
D2
                 歐規為30B+D2



                                    37
                     Tx與Ex幹線標準

   傳輸的是數位訊號,但是是由PSTN的
    類比訊號所轉換來的
   Tx系列為美規標準、Ex系列為歐規標準
    美規標準                 歐規標準              日規標準
 T1: 1.544 Mbps        E1: 2.048 Mbps     1.544 Mbps
 T2: 6.312 (4xT1)     E2: 8.448 (4xE1)    6.312 Mbps
T3: 44.736 (7xT2)     E3: 34.368 (4xE2)   32.064 Mbps
T4: 274.186 (6xT3)   E4: 139.264 (4xE3)   97.728 Mbps

                                                        38
                              T1 vs E1

 T1是由24個通道所組成,也就是23個B通道
  及1個D2通道所組成
 E1是由30個B通道、1個D2通道所組成及1個
  起始通道所組成

S    Channel 1 (8bit) Channel 2 (8bit)   …………    Channel 24 (8bit)
                T1: 8000 x (1 + 24 x 8) = 1.544 Mbps

    Slot 0 (8bit)     Slot 1 (8bit)      …………     Slot 31 (8bit)

                E1: 8000 x 32 x 8 = 2.048 Mbps

                                                                     39
         OC、STS、STM標準

 OC (Optical Carrier) 光載波
    架構在SONET (Synchronous Optical Network 同
     步光纖網路)的標準下
    以51.84Mbps基本速率為基準
    OC-n之速率為51.84 X n Mbps
 STS (Synchronous Transport Signal) 同步傳
  輸訊號
   ANSI制定的傳輸標準
   STS-n速率與OC-n相同
 STM (Synchronous Transport Module) 同步
  傳輸模組
   CCITT 所制定的歐規標準
   速率是OC/STS的三倍
                                               40
            SONET 訊號傳輸標準


   ANSI 標準         CCITT標準    傳輸速率

  STS-1 (OC-1)                51.84 Mbps

  STS-3 (OC-3)      STM-1    155.52 Mbps

 STS-12 (OC-12)     STM-4    622.08 Mbps

STS-192 (OC-192)    STM-64   9953.28 Mbps



                                            41

				
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