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章數據傳輸基本概念1章數據傳輸基本概念1本章綱要 連線與傳輸 傳輸訊號：類比、數位 調變處理 編碼處理 傳輸模式：單工、半雙工、全雙工 傳輸方式：序列、並列 傳輸技術：同步、非同步 多工處理：、多工器與集訊器 2本章綱要 連線與傳輸 2 連線與傳輸 數據的傳輸主要包含五個部份 資料來源()資料發送者()通訊通道()資料接收者()資料目的()3 連線與傳輸 數據的傳輸主要包含五個部份 3 連線與傳輸 數據通訊設備()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()資料來源與資料目的 負責資料的連結 4 連線與傳輸 數據通訊設備()4 連線與傳輸 電腦的連線主要有三種方式專屬()建立公司內部電腦間的固定連線 租用專線()向電信公司租用傳輸線，建立電腦的連線 撥接()透過電話撥接與電信公司連線，再經由電信公司與其他電 腦連線 5 連線與傳輸 電腦的連線主要有三種方式5 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()或中繼器()6 連線與傳輸 訊號傳輸6 連線與傳輸 訊號衰減7 連線與傳輸 訊號衰減7 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 8 傳輸訊號：類比、數位 類比訊號8 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 9 傳輸訊號：類比、數位 數位訊號 9 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 10 傳輸訊號：類比、數位 電腦通訊過程10資料必須轉換為電磁訊號才能被傳送 11資料必須轉換為電磁訊號才能被傳送11 傳輸訊號：類比、數位 類比訊號和數位訊號的比較 12 傳輸訊號：類比、數位 類比訊號和數位訊號的比較 12 調變處理 類比訊號具有三個重要的特性 振幅()訊號的強度或波形的大小 頻率()單位時間內的週期數 相位()代表不同的電波在時序上的相對狀態 13 調變處理 類比訊號具有三個重要的特性 131414 15 15以表示週期，並以表示其相對應的頻率。解答解答我們先以s表示100 ms。根據表3.1，我們知道1 ms=10-3 s，1 s=106 s。我們做了下列的取代式子：100 ms=100 10-3 s=100 10-3 106 ms=105 ms 現在我們利用互為倒數的關係來求頻率，將Hz改為KHz。100 ms=100 10-3 s=10-1 s f=1/10-1 Hz=10 10-3 KHz=10-2 KHz範例16以表示週期，並以表示其相對應的頻率。解答我們先以s表頻率是訊號對時間的改變速率。短時間內的改變代表高頻，長時間內的改變代表低頻。如果訊號一直不改變，它的頻率是零。如果訊號在瞬間改變，那麼它的頻率是無限大。相位的意思指波形相對於時間當時的位置。17頻率是訊號對時間的改變速率。短時間內的改變代表高頻，長時間內1818不同相位之間的關係相位()的計算單位：度()或弧度()弧度19不同相位之間的關係相位()的計算單位：度()或弧度()19一正弦波在時間時偏離循環。其相位為何？以度和弧度表示。我們知道一個完整循環是360。因此1/6循環為 (1/6)x 360 =60 degrees=60 x 2p/360 rad(弧度)=1.046 rad 解答解答範例20一正弦波在時間時偏離循環。其相位為何？以度和弧度表示。我們知調變技術為什麼需要調變技術？調變技術把基帶信號轉换成適合在傳播媒介傳送的格式,在接受器再把收到的信號轉换成基帶信號.比如説人與人對話的時候是一種通訊。說話的人把知訊透過空氣(傳播媒介)傳達到聽話人的耳朵.人說話的聲音不適合在空氣中，所以說話聲音傳播得不遠。要把人聲傳播得得遠，我們先把人聲轉換成電流，調變技術能把電流與高頻率的載波信號結合，結合的信號能在空氣(傳播媒介)中傳送得更遠。21調變技術為什麼需要調變技術？21 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 振幅調變(；)頻率調變(；)相位調變(；)22 調變處理 類比訊號的調變處理22 調變處理 振幅調變(；)以不同的波幅來表示不同的二進位值 23 調變處理 振幅調變(；)23振幅（）（）調變載波信號輸入信號輸出信號振幅調變技術：輸出信號頻率和載波信號相同輸出信號的振幅與輸入信號振幅是相對的。輸入信號振幅越高，輸出信號振幅也越高24振幅（）調變載波信號輸入信號輸出信號振幅調變技術：24 調變處理 頻率調變(；)以不同的頻率來表示不同的二進位值 25 調變處理 頻率調變(；)25頻率（）調變頻率調變技術：輸出信號瞬時頻率與輸入信號振幅是相對的。輸入信號振幅越高，輸出信號頻率也越高載波信號輸入信號輸出信號26頻率（）調變頻率調變技術：載波信號輸入信號輸出信號26 調變處理 相位調變(；)利用觀察相位的不同來代表二進位值 27 調變處理 相位調變(；)27相位（）調變相位調變技術：輸出信號頻率和載波信號相同輸出信號的相位會受到輸入信號振幅的影響而改變。28相位（）調變相位調變技術：282929()3030一類比訊號的每個訊號單位是四個位元。如果每秒傳送個訊號單位，其鮑率和位元速率各為何？鮑率=每秒訊號單位的數量=1000 bauds/sec 位元速率=鮑率 x 一個訊號的位元數量=1000 x 4=4000 bps 解答解答範例31一類比訊號的每個訊號單位是四個位元。如果每秒傳送個訊號單位，某訊號的位元速率是。如果每個訊號單位負載個位元，其鮑率為何？鮑率=3000/6=500 bauds/sec 解答解答範例32某訊號的位元速率是。如果每個訊號單位負載個位元，其鮑率為何某(每個訊號元素攜帶個位元)訊號的頻寬為，它的鮑率和位元速率各為何？(假設：鮑率 頻寬)PSK的鮑率與頻寬是一樣的，所以鮑率是5000 Hz。但8-PSK的位元速率是鮑率的3倍，所以其位元速率為15,000 bps。解答解答範例33某(每個訊號元素攜帶個位元)訊號的頻寬為，它的鮑率和位元3434是與的組合，使得每個訊號元素（位元、雙位元、三位元等）之間可得到最大的對照。附註:35是與的組合，使得每個訊號元素（位元、雙位元、三位元等）之間可 和和 星宿星宿36 和 星宿36訊號的時域圖37訊號的時域圖37 星宿38 星宿383939一個星宿圖圓圈上含有八個等距的點。如果位元速率是，其鮑率為何？星宿圖表示是一個相距45 的8-PSK。因為 23=8，每個訊號單位傳送3個位元。因此其位鮑率為4800/3=1600鮑 解答解答範例40一個星宿圖圓圈上含有八個等距的點。如果位元速率是，其鮑率計算鮑率之訊號的位元速率。16-QAM訊號表示每個訊號單元傳送四個位元，因為 log216=4.所以，（1000）x（4）=4000 bps解答解答範例41計算鮑率之訊號的位元速率。16-QAM訊號表示每個訊號單元傳計算位元速率訊號的鮑率。64-QAM訊號表示每個訊號單元傳送六個位元，因為 log2 64=6.所以，72000/6=12,000 鮑解答解答範例42計算位元速率訊號的鮑率。64-QAM訊號表示每個訊號單元傳送 編碼處理 43 編碼處理 43 編碼處理 同步處理()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”接收到“”44 編碼處理 同步處理()44缺乏同步45缺乏同步45在數位傳輸中，接收端的時鐘比傳送端的快千分之。如果資料速率是 時，接收端每秒多收到多少位元？如果是 的話呢？範例 1 Kbps 時:送出1000 位元 收到1001 位元多1 bps 1 Mbps 時:送出1,000,000 位元 收到1,001,000 位元多1000 bps 解答解答46在數位傳輸中，接收端的時鐘比傳送端的快千分之。如果資料速率是非同步傳輸(針對位元組為單位)中，每個位元組的前面增加一個起始位元()，後面增加一個以上的停止位元()。每個位元組之間可能有一個時間間隔 附註:47非同步傳輸(針對位元組為單位)中，每個位元組的前面增加一個起非同步在這裡的意思是在位元組的層次上非同步，但在位元仍然是同步的；它們的持續時間是一樣的附註:48非同步在這裡的意思是在位元組的層次上非同步，但在位元仍然同步傳輸中，位元相繼傳送並不需要起始停止位元或間隔。將位元組合起來是接收者的責任 附註:49同步傳輸中，位元相繼傳送並不需要起始停止位元或間隔。將位元組 編碼處理 自調時脈()數位編碼方式將有關時脈()的訊息包含在訊號中，可隨時進行時脈的調整 50 編碼處理 自調時脈()50訊號階層.資料階層 :、:、:、:、個訊號階層、個資料階層個訊號階層、個資料階層51訊號階層.資料階層 :、:、:、:、個 每一脈衝可表示兩個位元範例：電壓 ：代表電壓 ：代表電壓 ：代表電壓 ：代表訊號階層.資料階層 :、:、個訊號階層、個資料階層52 每一脈衝可表示兩個位元範例：訊號階層.資料階層 :編碼處理 常見的數位編碼方式 ()歸零編碼 ()不歸零編碼()反向不歸零編碼 曼徹斯特編碼 差動式曼徹斯特編碼 編碼53 編碼處理 常見的數位編碼方式 53在中，訊號的水平與位元的狀態有關 附註:通常正電壓代表，負電壓代表54在中，訊號的水平與位元的狀態有關 附註:通常正在中，當遇到 時訊號變為反相 附註:電位的反相變化代表，沒有改變代表55在中，當遇到 時訊號變為反相 附註:電位的反 和 編碼56 和 編碼56 編碼:57 編碼:57一個好的數位編碼應提供同步的機制 附註:58一個好的數位編碼應提供同步的機制 附註:58曼徹斯特編碼 59曼徹斯特編碼 59曼徹斯特編碼中，位元中間的轉變用來做同步及位元表示 附註:60曼徹斯特編碼中，位元中間的轉變用來做同步及位元表示 附註:6差動式曼徹斯特編碼 61差動式曼徹斯特編碼 61在差動式曼徹斯特編碼中，位元中間的反相是用來同步。位元的值由位元開始時是否有反相來定。附註:62在差動式曼徹斯特編碼中，位元中間的反相是用來同步。位元的值由 訊號多線傳輸三電位：,電位有轉換代表，電位沒變代表63 訊號多線傳輸三電位：,電位有轉換代表，電位沒變代表6 編碼處理 各種數位編碼方式示意圖 64 編碼處理 各種數位編碼方式示意圖 64 編碼處理 各種數位編碼方式之比較 65 編碼處理 各種數位編碼方式之比較 65 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()通訊雙方只能進行單向的數據傳輸:收音機半雙工()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 :無線對講機全雙工()通訊雙方能同時進行雙向的數據傳輸 :電話66 傳輸模式：單工半雙工全雙工 傳輸模式有三種(訊號傳輸方單工67單工67半雙工68半雙工68全雙工69全雙工69 傳輸方式：序列平行傳輸模式有三種(訊號傳輸方向性):序列傳輸()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 平行傳輸()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70 傳輸方式：序列平行傳輸模式有三種(訊號傳輸方向性):70平行傳輸71平行傳輸71序列傳輸72序列傳輸72 傳輸方式：序列平行 序列傳送與並列傳送方式之比較 73 傳輸方式：序列平行 序列傳送與並列傳送方式之比較 73 傳輸技術：同步非同步 非同步傳輸()又稱做起止傳輸()，通訊雙方靠起始碼與結束碼進行通訊上的溝通，故可使用不一致的速率來傳送字元74 傳輸技術：同步非同步 非同步傳輸()74 傳輸技術：同步非同步 同步傳輸()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75 傳輸技術：同步非同步 同步傳輸()75 多工處理:分頻多工()多個使用者在相同時間使用不同的頻率來傳送訊息 分時多工()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()，可防止相鄰時槽間訊號傳輸的干擾分波長多工()透過光進行訊號傳輸，可傳遞大容量的訊號76 多工處理:分頻多工()767777是一種組合訊號的類比多工技術。附註附註:78是一種組合訊號的類比多工技術。附註:78 程序79 程序79 解多工範例80 解多工範例808181是一種組合資料的數位多工技術。附註:82是一種組合資料的數位多工技術。附註:82 訊框83 訊框83四條 線路多工起來。一個單元是位元。找出()多工前個位元的持續時間；()鏈結傳輸速率；()時槽的持續時間；()一個訊框的持續時間？範例 84四條 線路多工起來。一個單元是位元。找出()多工前個位元1.多工前1位元持續時間是 1/1 Kbps，或 0.001秒(1ms)。2.鏈結資料速率是線路的4倍，即 4 Kbps。3.每個時槽的持續時間是每個位元多工前的1/4，或 1/4 ms，即 250 s。4.訊框的持續時間與多工前每個單元的持續時間相同，即 1ms。解答解答每秒個位元每秒個位元每個位元所花時間每個位元所花時間秒秒秒秒多工後的線路速率多工後的線路速率多工前所有線路速度總和多工前所有線路速度總和 每個時槽的時間是每每個時槽的時間是每個位元多工前的個位元多工前的每個訊框的時間是四每個訊框的時間是四個時槽的時間總和個時槽的時間總和851.多工前1位元持續時間是 1/1 Kbps，或 0.001在中，鏈結的資料速率快了倍，且每個單元的持續時間縮短了倍。附註:86在中，鏈結的資料速率快了倍，且每個單元的持續時間縮短了倍。有四個利用多工的頻道，假設每個頻道每秒傳送 個位元組，而每個頻道多工一個位元組，請圖示訊框在鏈結上的流動、訊框的大小、訊框的持續時間、訊框速率，以及鏈結的位元速率。範例 多工器展示於下頁圖中。解答解答87有四個利用多工的頻道，假設每個頻道每秒傳送 個位元組，而每個範例88範例88一個多工器使用位元的時槽組合個 的頻道。展示這四個輸入的輸出。其訊框速率為何？訊框持續時間為何？位元速率呢？以及位元持續時間？範例 下頁圖展示四個輸入的輸出。解答解答89一個多工器使用位元的時槽組合個 的頻道。展示這四個輸入的輸出範例90範例90訊框同步位元 同步範例：每個訊框前面有一個訊框同步位元()，和交替。91訊框同步位元 同步範例：91我們有個來源，每個每秒產生個字元。如果交插單元是一個字元，且每個訊框前面有一個同步位元。找出()每個來源的資料速率，()每個來源中的每個字元持續時間，()訊框速率，()每個訊框持續時間，()每個訊框的位元數，以及()鏈結的資料速率。參見下一張投影片。範例 解答解答92我們有個來源，每個每秒產生個字元。如果交插單元是一個字元，且各題的答案如下:.每個來源的資料速率是 。註：每個字元佔.每個字元的持續時間是 秒，即 。.鏈結必須每秒傳送個訊框。.每個訊框持續時間是 秒，或。.每個訊框是 位元。.鏈結的資料速率是 ,.解答解答(續續)93各題的答案如下:解答(續)93有兩個頻道要多工，一個位元速率是，另一個是。應該如何才能達成？其訊框速率為何？訊框持續時間為何？鏈結的位元速率為何？範例 我們可以配置一個時槽給第一個頻道，兩個時槽給第二個頻道。每個訊框攜帶3個位元。訊框速率是每秒100,000個訊框，因為它攜帶第一個頻道的1個位元。訊框持續時間為1/100,000 秒，或 10 ms。位元速率為 100,000 x 3=300 Kbps。解答解答94有兩個頻道要多工，一個位元速率是，另一個是。應該如何才能分波長多工()95分波長多工()959696是組合光訊號的類比多工技術。附註:97是組合光訊號的類比多工技術。附註:97多工器和解多工器裡的棱鏡 98多工器和解多工器裡的棱鏡 98多工器與集訊器 多工器 ()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 99多工器與集訊器 多工器 ()99多工器與集訊器 集訊器()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 100多工器與集訊器 集訊器()100多工器與集訊器 多工器與集訊器之比較 101多工器與集訊器 多工器與集訊器之比較 101 處理資料傳輸錯誤的方法錯誤檢測碼 錯誤檢測碼僅能偵測是否有錯誤發生 自動重傳要求(,)協定檢測到錯誤時將資料區塊丟棄 要求發射機重送此資料區塊 錯誤更正碼，也稱為直接錯誤更正(,)碼 偵測錯誤還能更正錯誤 102 處理資料傳輸錯誤的方法錯誤檢測碼 102錯誤檢測技術 傳送器 傳送器於給定位元的訊框附加上一個錯誤檢測位元 接收機 依照訊框進行資料檢查從接收資料位元計算檢查位元錯誤檢測計算並且將計算的值和接收到的錯誤檢測碼做比較 不同則表示發生錯誤 103錯誤檢測技術 傳送器 103錯誤檢測程序()發送器()接收器 錯誤檢測程序編碼器編碼器比較資料資料104錯誤檢測程序()發送器()接收器 錯誤檢測程序編碼器同位元查核 一個同位元附加於資料區塊 偶同位 傳輸字元有偶數個(偶同位)奇同位 傳輸字元有奇數個(奇同位)例如,描述 偶同位 奇同位 105同位元查核 一個同位元附加於資料區塊 105偶數同位概念106偶數同位概念106在同位檢查中，個同位元增加到每個資料單元，使得位元的總個數變成偶數（如果是奇數同位檢查時為奇數）。附註附註:107在同位檢查中，個同位元增加到每個資料單元，使得位元的總個數變偶數同位元的概念(冗餘位元稱為同位元，加在每個資料單元的後面，使整個單元(包括同位元)的個數是偶數)偶同位檢查能夠偵測所有單位元錯誤。也可以偵測連串錯誤，但位元改變的個數須為奇數，故偶同位檢查無法偵測偶數個錯誤的資料。108偶數同位元的概念(冗餘位元稱為同位元，加在每個資料單元的後假設傳送者要傳這個字。在中，這五個字是編為 下列展示真正傳送的位元。範例 109假設傳送者要傳這個字。在中，這五個字是編為範例 109上題中接收者收到的沒有任何毀損。接收者計算每個字元中的個數為()，皆為偶數。接收者接受資料。範例 110上題中接收者收到的沒有任何毀損。範例 110現在假設於傳輸中有毀損。接收者計算每個字元中的個數為()。接收者知道資料已受損，丟棄並要求重送。範例 111現在假設於傳輸中有毀損。範例 111錯誤控制技術 錯誤檢測()接收器檢測到錯誤時丟棄錯誤的 正回覆信號()目地端成功接收到無誤的時回傳一個正確回覆信號 超時重送()發送端在預定時間內沒有收到回覆信號則重送 負回覆信號並重送()目地端檢測到錯誤時，回傳此有誤的一個負回覆信號，來源端將重送此 112錯誤控制技術 錯誤檢測()112訊號修正訊號修正接收端偵測錯誤還能自動更正錯誤113訊號修正接收端偵測錯誤還能自動更正錯誤113資料和冗餘位元錯誤校正之關鍵就是如何找到錯誤位元的位置。必須能指出至少 個不同狀態(個狀態分別指出每一個 位置的錯誤，還有 個狀態是沒有錯誤)114資料和冗餘位元錯誤校正之關鍵就是如何找到錯誤位元的位置。11資料和冗餘位元資料和冗餘位元（單位元錯誤修正單位元錯誤修正）：個位元總共可能的單位元錯誤狀態有個：還有一個正確的狀態要表示115資料和冗餘位元（單位元錯誤修正）115冗餘位元在漢明碼中的位置 冗餘位元是放置在的指數次方之位置：為第位元組合的偶同位檢查位元：為第位元組合的偶同位檢查位元：為第位元組合的偶同位檢查位元：為第位元組合的偶同位檢查位元116冗餘位元在漢明碼中的位置 冗餘位元是放置在的指數次方之位置：冗餘位元計算 117冗餘位元計算 117冗餘位元計算例子 :其值為其所對應位元組合的偶同位元值其值為其所對應位元組合的偶同位元值118冗餘位元計算例子 :其值為其所對應位元組合的偶同位元值11單位元錯誤 假設上面例子所傳送的資料單元收到後，其中第個位元已經由改變為119單位元錯誤 假設上面例子所傳送的資料單元收到後，其中第個位漢明碼的錯誤偵測範例 120漢明碼的錯誤偵測範例 120
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