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第三章 數據傳輸基本概念

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本章綱要3-1 連線與傳輸 3-2 傳輸訊號：類比、數位 3-3 調變處理 3-4 編碼處理 3-5 傳輸模式：單工、半雙工、全雙工 3-6 傳輸方式：序列、並列 3-7 傳輸技術：同步、非同步 3-8 多工處理： TDM 、 TDMA 、 FDM 、 WDM 3-9 多工器與集訊器

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3-1 連線與傳輸 • 數據的傳輸主要包含五個部份

– 資料來源 (Data source)– 資料發送者 (Transmitter)– 通訊通道 (Communication channel)– 資料接收者 (Receiver)– 資料目的 (Data sink)

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3-1 連線與傳輸 • 數據通訊設備 (DCE :Data Communication

Equipment)

– 「資料發送者」與「資料接收者」– 透過通訊通道建立傳訊雙方的實體網路連結

• 數據終端設備 (DTE :Data Terminal Equipment) – 「資料來源」與「資料目的」 – 負責資料的連結

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3-1 連線與傳輸 • 電腦的連線主要有三種方式

– 專屬 (dedicated)

建立公司內部電腦間的固定連線 – 租用專線 (leased / private)

向電話公司租用傳輸線，建立電腦的連線 – 撥接 (switched / dial-up)

透過電話撥接與電話公司連線，再經由電話公司與其他電 腦連線

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3-1 連線與傳輸 • 訊號傳輸

訊號在傳輸媒介中傳遞時，會有部份被吸收或散射，傳輸距離太長 訊號強度會衰減解決方式 :

在通訊雙方間加上「訊號加強器」 (data regenerator)

或「中繼器」 (repeater)

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3-1 連線與傳輸 訊號衰減

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3-2 傳輸訊號：類比、數位 •類比訊號 連續變化的電磁波，可透過多種傳輸媒介進行傳送

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3-2 傳輸訊號：類比、數位 •數位訊號 不連續的電壓脈波，主要是以不同的電位狀態來表示

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3-2 傳輸訊號：類比、數位 •電腦通訊過程

– 電腦發出二進位的數位訊號– 傳輸媒介傳送的訊號為類比訊號– 必須透過「數據機」將數位訊號轉換成類比訊號

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3-2 傳輸訊號：類比、數位 • 類比訊號和數位訊號的比較

類比訊號 數位訊號雜訊影響干擾程度 較高 較低能量衰減程度 較低 較高傳輸設備 較昂貴 較便宜使用訊號加強器 加強訊號的同時可能因

加強雜訊導致訊號失真加強訊號可克服訊號衰減

其他 可利用多工(multiplex)技術增加傳輸的頻寬

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3-3 調變處理 • 類比訊號具有三個重要的特性

– 波幅 (amplitude)

訊號的強度或波形的大小 – 波頻 (frequency)

單位時間內的週期數 – 相位 (phase)

代表不同的電波在時序上的相對狀態

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3-3 調變處理 • 類比訊號的調變處理 將類比訊號以二進位值表示來進行編碼

– 「波幅調變」 (ASK ； Amplitude Shift Keying)

– 「波頻調變」 (FSK ； Frequency Shift Keying)

– 「相位調變」 (PSK ； Phase Shift Keying)

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3-3 調變處理 • 「波幅調變」 (ASK ； Amplitude Shift

Keying) 以不同的波幅來表示不同的二進位值

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3-3 調變處理 • 「波頻調變」 (FSK ； Frequency Shift

Keying) 以不同的頻率來表示不同的二進位值

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3-3 調變處理 • 「相位調變」 (PSK ； Phase Shift Keying)

利用觀察相位是否有變化來代表二進位值

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3-4 編碼處理 • 同步處理 (Synchronization)

在訊號傳送端與接收端間做時脈的調整 • 非同步處理的傳輸錯誤

– 若接收速率為傳送速率的二倍 傳送” 0110” 接收到 “ 00111100”

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3-4 編碼處理 • 自調時脈 (Self-Clocking)

數位編碼方式將有關時脈 (Clocking) 的訊息包含在訊號中，可隨時進行時脈的調整

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3-4 編碼處理 • 常見的數位編碼方式 (P.3-12~3-14)

– RZ ( Return to Zero ) 歸零編碼 – NRZ-L ( Non Return to Zero Level ) 不歸零編碼– NRZ-I (Non Return to Zero Inverted) 反向不歸零編碼

– Manchester 曼徹斯特編碼 – Differential Manchester 差動式曼徹斯特編碼– MLT-3 編碼

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3-4 編碼處理 • 各種數位編碼方式示意圖

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3-4 編碼處理 • 各種數位編碼方式之比較

編碼 RZ NRZ-L NRZ-I Manchester DifferentialManchester

MLT-3

使用電位 三電位(+V. 0 .-V)

二電位(+V . -V)

二電位(+V . -V)

二電位(+V . -V)

二電位(+V . -V)

三電位(+V. 0 .-V)

0/1編碼狀態 固定 固定 不固定 固定 不固定 不固定自調時脈功能 無 無 無 有 有 無信號變動程度 二倍 二倍 二倍

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3-5 傳輸模式：單工 / 半雙工 / 全雙工 • 傳輸模式有三種 (訊號傳輸方向性 ):

– 單工 ( Simplex )

通訊雙方只能進行單向的數據傳輸 ex: 收音機

– 半雙工 ( Half-duplex )

通訊雙方能進行雙向的數據傳輸，但在同一時間只允許其中一個方向傳輸 ex: 無線對講機

– 全雙工 ( Full-duplex )

通訊雙方能同時進行雙向的數據傳輸 ex: 電話

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3-6 傳輸方式：序列 / 並列 • 傳輸模式有三種 (訊號傳輸方向性 ):

– 序列傳送 ( Serial )

將位元組中一個一個位元依序送出，當然接收端也會依序收到各位元

– 並列傳送 ( Parallel )

將位元組中之各位元同時發出，在理想狀況下接收端會同時收到各位元

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3-6 傳輸方式：序列 / 並列 • 序列傳送與並列傳送方式之比較

序列 ( Serial ) 並列 ( Parallel )

傳輸狀況將位元組各位元

“依序“ 傳送將位元組各位元

“同時“ 傳送傳輸距離 適遠距離傳送 適近距離傳送

線路成本較低

(一條傳輸線)較高

(一組傳輸線)

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3-7 傳輸技術：同步 / 非同步 • 非同步傳輸 ( Asynchronous )

又稱做「起止傳輸」 ( Start-Stop ) ，通訊雙方靠起始碼 [0] 與結束碼 [1] 進行通訊上的溝通，故可使用不一致的速率來傳送字元

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3-7 傳輸技術：同步 / 非同步 • 同步傳輸 ( Synchronous )

通訊雙方的時脈必須一致– 建立同步關係的方式

• 雙方具有同步的計時器，使用時脈線傳送時脈訊息

• 將時脈的訊息和訊號一同傳送

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3-8 多工處理 : TDM/TDMA/FDM/WDM • 分時多工 ( TDM;Time Division Multiplexing )

– 多個使用者在不同時間使用相同的頻寬來傳送訊號

– 在相鄰時槽間加上一小段的保護時間 ( Guard Time ) ，可防止相鄰時槽間訊號傳輸的干擾

時槽 時槽 時槽 時槽 時槽 時槽1 2 3 4 5 6

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3-8 多工處理 : TDM/TDMA/FDM/WDM • 分頻多工 ( FDM;Frequency Division Multiplexing

)– 多個使用者在相同時間使用不同的頻寬來傳送訊息

• 分波長多工 ( WDM;Wave-length Division Multiplexing )

–透過光進行訊號傳輸，可傳遞大容量的訊號

F1 F2 F3 F4 F5

W1 W2 W3 W4 W5

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3-9 多工器與集訊器 • 多工器 ( Multiplexer )

– 需成對存在，分別與電腦主機及終端機連接– 負責處理主機對終端機或終端機對主機的訊號傳輸 – 成對的多工器間則是使用通訊電路進行訊號傳輸

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3-9 多工器與集訊器 • 集訊器 ( Concentrator )

– 透過微電腦控制的通訊設備 – 可儲存各個終端機低速傳送過來的資料 – 使用高速傳輸的通訊電路將資料送給電腦主機處理

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3-9 多工器與集訊器 • 多工器與集訊器之比較

多工器 集訊器裝置 成對 單一

儲存資料 不可 可分割電路 有 無