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2-9 寬頻傳輸
2-9-1 寬頻傳輸簡介 在傳輸媒介上傳遞類比訊號稱為『寬頻傳輸』（Broadband）。目前在高速網路上，不論是骨幹網路或區域網路，大多採用寬頻傳輸技術，其特性如下： (1) 載波頻率：寬頻傳輸上，傳輸資料必須載入某一載波訊號之中（如圖 2-8 之編碼技巧），再利用載波傳遞將資料攜帶到目的地。在同一條傳輸媒介上， (2) 可依照它的頻寬分割為若干個頻道（Channel），每一頻道可攜帶一筆資料。因此，對整個媒介而言，可以同時傳送多筆資料，有別於基頻傳輸同時只能傳送一筆訊息。如圖 2-15 為頻寬 300 MHz 的同軸電纜頻譜分配使用的情形（如 CATV 網路）。圖 2-17 為雙絞線使用在 ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line） 頻譜分配的情形。 (3) 單向傳輸：在寬頻網路上每一載波訊號的傳輸方向是單方向的，如果要達到雙向傳輸必須使用兩通道的載波訊號（f1 和 f2）。f1 作傳送訊號的載波；而 f2 為承載接收訊號之載波。 (4) 訊號放大器：寬頻傳輸是傳送類比訊號，超過傳輸距離必須利用訊號放大器（Amplifier）增強訊號，以延伸距離。 (5) 傳輸媒介：可利用雙絞線、同軸電纜、光纖、或無線電作為傳輸媒介。如果採用同軸電纜，其阻抗必須是75歐姆（CATV 技術）。 (6) 多工技巧：寬頻傳輸是利用分頻多工技術，來達成傳輸媒介上多筆訊號傳送的目的。傳輸媒介的頻寬愈高，可分割之頻道也就愈多。每一個頻道傳送一筆資料，整個媒介就可以同時傳送多筆資料，也就是傳輸速率可以增加。這也是目前都以寬頻網路為傳輸骨幹的主要原因。 圖 2-15 同軸電纜頻寬分配範例 有關寬頻網路架構可區分為單纜線系統和雙纜線系統，及有關數據調變技術等，分述如下： 2-9-2 單纜線系統 單纜線系統只有使用一條傳輸媒介，必須將其頻寬分為兩部份，一者為傳送頻率；另一為接收頻率。圖 2-16 為區域網路的單纜線系統，其將同軸電纜的頻寬（如 300 MHz）切成兩半，其中 10 ~ 110 MHz 為傳送頻道；175 ~ 310 為接收頻道，中間頻道作緩衝隔離用。在纜線的一端有一個『頻率轉換設備』（Central Retransmission Facility, CRF），它負責將傳送頻率轉換為接收頻率。工作站之間傳送訊息（使用傳送頻道）必須經過 CRF 轉換為接收頻道，再發送到電纜上。 圖 2-16 單纜線寬頻系統 圖 2-17 為 ADSL 寬頻網路傳輸媒介上的頻寬分配和訊號傳輸方向。ADSL 將纜線頻寬分為三部份：語音頻道（300 Hz ~ 3.4 KHz）、上行數據頻道（20 KHz ~ 130 KHz）和下行數據頻道（140 KHz ~ 1 MHz）。 圖2-17 ADSL 頻譜分配圖 2-9-3 雙纜線系統 雙纜線系統有兩條電纜，整個頻寬（300 MHz）都可以用來傳送及接收，其中一條電纜用來傳送資料；而另一條作為接收資料使用，因此沒有 CRF 設備，如圖 2-18 所示。 圖 2-18 雙纜線寬頻系統 2-9-4 數據機 一般在通訊主機上處理資料都以數位訊號為基礎，如欲透過寬頻網路傳輸，則必須將數位訊號載入載波訊號上，此工作稱之為調變（Modulation）；相反的，由載波訊號內取出原數位訊號，稱為解調變（Demodulation）。一般通訊設備都必須具有接收和發送之功能，將兩者功能合一之設備則稱為『數據機』（Modem, MOdulator-DEModulator），如圖 2-19 所示。 圖 2-19 數據機功能圖 寬頻網路上的數據機為提高頻率的使用量，大多採用『四象限相位位移』（Quadrature Phase-Shift Keying, QPSK）調變技術，其相位偏移量為 900 的倍數：（假設：載波訊號為 Acos(2πfCt)、A 為振幅大小、傳送訊號為 s(t)） 00 → s(t) = Acos(2πfCt + 2250) 01 → s(t) = Acos(2πfCt + 3150) 10 → s(t) = Acos(2πfCt + 1350) 11 → s(t) = Acos(2πfCt + 450) 因此，每個訊號單元可以表示兩個位元。如果，我們擴充利用八個不同相位角度，則每個訊號就可以表示三個位元。更進一步，每個角度訊號（S(t)）的振幅（A）也可以用超過一個振幅大小來表示。如圖 2-20，我們用八個角度偏移和三種振幅偏移，每個訊號可以表示四個位元。一般撥號數據機的頻率為 2400 Hz，傳輸速率就可達 9600 bps（= 4 × 2400）。 圖 2-20 QPSK 調變技術 如果我們更進一步，將傳輸媒介的頻寬分割若干個頻道（20），每個頻道採用 QPSK 技術調變（9600 bps），則整個傳輸媒介上的傳輸速率為所有頻道傳輸量的總和（20 × 9600），這亦是寬頻網路上調變技術的基本原理。一般在『混合光纖同軸電纜』（Hybrid Fiber Cable, HFC）寬頻網路上，用戶端電腦連結到同軸電腦（CATV）所使用的數據機稱為『纜線數據機』（Cable Modem）。在 ADSL 網路上，用戶端電腦連接到雙絞線是使用『ADSL 數據機』（ADSL Modem）。一般最普遍的長距離連線，是將數位訊號調變到音頻訊號（300 Hz ~ 3 KHz），再利用一般電話網路傳送。它必須模擬電話系統上的提起話機、撥號、掛斷話機、忙線、回鈴聲等動作，因此稱之為『撥號數據機』（Dial-up Modem）。
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