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第七章

第七章. 傳輸媒介. 7.0 導論. 傳輸媒介 ( Transmission media ) 是從一部電腦遞送資料到另一部電腦時的實體基礎元件 傳輸媒介會被分成兩種主要的類別： 導引與非導引 ( Guided and Unguided ). 7.1 導引的媒介. 導引的媒介可以再細分成三種主要類型： 雙絞線 ( Twisted pair ) 、 同 軸電纜 ( coaxial cables ) 和 光纖 ( optical fiber ). 7.1.1 雙絞線. 共有兩種雙絞線的類型：

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Presentation Transcript

  1. 第七章 傳輸媒介

  2. 7.0 導論 • 傳輸媒介 (Transmission media) 是從一部電腦遞送資料到另一部電腦時的實體基礎元件 • 傳輸媒介會被分成兩種主要的類別：導引與非導引 (Guided and Unguided)

  3. 7.1 導引的媒介 導引的媒介可以再細分成三種主要類型：雙絞線 (Twisted pair) 、同 軸電纜 (coaxial cables) 和光纖 (optical fiber)

  4. 7.1.1 雙絞線 • 共有兩種雙絞線的類型： • 無遮蔽式雙絞線 (Unshielded Twisted Pair, UTD) • 遮蔽式雙絞線 (STP)

  5. 無遮蔽式雙絞線 • 無遮蔽式雙絞線(UTP) • UTP 的類別：

  6. 遮蔽式雙絞線 • 遮蔽式雙絞線除了絕緣體之外，雙絞線本身是以金屬來覆蓋，而且最後會以塑膠來覆蓋，金屬的遮蔽可以防止電磁波雜訊的穿透。它同時也協助消除串音

  7. 7.1.2 同軸電纜 • 同軸電纜（也被稱為 coax）在最內部的中心有個導體，而其外部圍繞著絕緣體，接著是包圍著外部的導體（遮蔽） • 不同的同軸電纜標準為 RG-8、RG-9、RG-11、RG-58 和 RG-59 • 與UTP 或STP 比較，同軸電纜的價錢更高，較少彈性與較難安裝在建築物中

  8. 7.1.3 光纖(1) 1. 光纖的架構 • 光纖 (Optical fibers) 使用光線來取代電氣訊號作為訊號傳播的方式。它們是由玻璃纖維所製成，其外部再包覆塑膠的封套 2. 光纖的光源 • 共有兩種類型的光源：發光二極體 (LED) 以及注入雷射二極體 (ILD)

  9. 7.1.3 光纖(2) 3. 傳播的模式

  10. 反射與折射

  11. 步進索引 (Step Index) • 核心只有一種密度而包覆層有另外一種密度。因此，在此介面上就會產生突然的改變 • 在目的地，所有的光束並不會同時到達，因而造成擴散以及事實上是解譯的混淆。這種機制因此只被用在較短的距離

  12. 階級索引 (Graded Index) • 核心本身是由許多不同密度的物質所製成。在核心處密度最高，然後朝著邊緣依次遞減。因此，光束會經歷逐漸的折射，除了水平光束行經的路線沒有改變之外，會造成如圖所示的曲線

  13. 單一模式 (Single mode) • 使用一種非常高聚焦的光束，並且差不多是以水平的方式來穿越 • 光纖核心直徑會遠小於多重模式的核心，而且具有相對較低的密度。這些改變會造成一種接近90 度的臨界角度，讓不同光束的傳播會非常接近水平

  14. 7.1.3 光纖(3) 4. 光纖的優點 • 對雜訊的抵抗力 • 巨大的頻寬 • 較高的訊號遞送容 5. 光纖的缺點 • 較脆弱 • 成本較高 • 維護的額外成本

  15. 7.2 非導引式的媒介 • 非導引式的媒介，也被稱為無線通訊，它在傳輸電磁波時不需要實體的導體。這些訊號在傳播時透過空氣（有時候是通過水） • 廣播通訊的頻帶

  16. 廣播通訊的頻帶 • 極低頻(Very Low Frequency, VLF) • 低頻 (Low Frequency, LF) • 中頻 (Middle Frequency, MF) • 高頻 (High Frequency, HF) • 特高頻 (Very High Frequency, VHF) • 超高頻 (Ultra High Frequency, UHF) • 極高頻 (Super High Frequency, SHF) • 至高頻 (Extremely High Frequency, EHF)

  17. 7.2.1 微波通訊 • 微波 (microwaves) 使用視距傳播的方法，因為訊號不是沿著地球表面來遞送。所以，這兩個天線必須用直線的方式，可以在彼此之間無阻礙的情況下相互看到對方

  18. 7.2.2 衛星通訊(1) • 衛星通訊 (Satellite communications) 非常類似陸上的微波通訊，衛星同時擔任了天線與增益器的角色

  19. 7.2.2 衛星通訊(2) • 可以涵蓋頻率範圍從3 GHz到30 GHz的SHF，會被用來做衛星通訊。其中有兩種頻帶被用來傳送從地球到衛星（稱為代客上鏈 ( uplink)），以及從衛星到地球（稱為代客下鏈 ( downlink)）的訊號 • 三顆衛星就能涵蓋整個地球

  20. 7.2.2 衛星通訊(3) • 衛星通訊也是基於調變的技術。這三種主要的調變技術分別是： (a) 分頻多重存取 Frequency Division Multiple Access (FDMA) (b) 分時多重存取 Time Division Multiple Access (TDMA) (c) 分碼多重存取 Code Division Multiple Access (CDMA) • 第一個字會告訴我們所採用的存取方式，而第二個字“division”，會讓我們知道它是依據何種傳輸的方式而將傳輸做區分。 (a) FDMA 以個別的頻率作為傳輸的依據。 (b) TDMA 在指定的頻率下會分配每個傳輸一部分的時間。 (c) CDMA 給每個傳輸一個唯一的編碼並且將它們分發到一組可用 的頻率上 • 每種類別的最後一個字都是 multiple access。簡單地說就是超過一個使用者 (multiple) 可以存取 (access) 每個單元

  21. 分頻多重存取(FDMA)

  22. 分時多重存取 (TDMA)

  23. 分碼多重存取 (CDMA)

  24. 7.2.3 蜂巢式（行動）電話(1) • 蜂巢電話系統

  25. 7.2.3 蜂巢式（行動）電話(2) • 演進： 1.即按即說系統(push-to-talk-system) 2. 改良的行動電話系統 (Improved Mobile Telephone System, IMTS) 3.先進電話系統 (Advanced Mobile Phone System, AMPS) 的研發。在英國，它被稱為TACS，而在日本則是稱為 MCS-L1 • 蜂巢式電話的頻帶： 兩種通用的頻帶為 824~849 MHz 和 869~894 MHz

  26. 7.2.3 蜂巢式（行動）電話(3) 傳輸∕接收∕交遞的操作 • 步驟 1：細胞A 偵測到在第50 號細胞的使用者將會移到細胞 B，而且它的訊號變的越來越弱所以，細胞 A 向MTSO 發出警告的訊息

  27. 7.2.3 蜂巢式（行動）電話(4) • 步驟 2：MTSO會檢視一下是否有相鄰的單位（B、C等等），可以接手單位50的工作。細胞C 回答說它無法做到，因為在細胞C，單位50 的訊號也非常微弱。不過，細胞B 說它已經準備好要接手單位50 的工作，因為它收到來自單位50 的強烈訊號

  28. 7.2.3 蜂巢式（行動）電話(5) • 步驟 3：MTSO將單元50從細胞A轉向到細胞B

  29. 7.2.3 蜂巢式（行動）電話(6) • 新的發展： 1. 數位式行動電話 (digital cellular telephone)。 2. 行動電話與衛星通訊的整合。 3. 行動電話與 PC 的整合

  30. 傳輸媒介的特性

  31. 7.3 Shannon 容量 • Claude Shannon 在 1944 年藉由導引出一個可以決定頻道中最大資料傳輸率的公式。它被稱為 Shannon 容量 • 這個公式的內容如下： C = B log2 (1 + S/N) C 是以 bps 為單位元的 Shannon 容量、B 是傳輸媒介的頻寬、而 S/N 是傳輸媒介的訊號雜訊比 • Shannon 容量的公式告訴工程師們，沒有什麼樣的智慧型編碼可以打破物理定律對每秒在通訊系統上所能傳輸位元數的限制，要建立較高的傳輸率，你必須嘗試改善 S/N 的比率

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