(W3-3+W4)通讯系统L3

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Chapter3 Data and Signal-->整章通篇讨论"资料"与"讯号"这两件事情

资料(Data)

代表"未经处理"的原始纪录。组织、分类、解释是"人"在做这些事,资料本身并不具有任何意义。但他是可被定义的实体，且其为离散的。
Ex: 人类若未经过教育系统，那也不会对那些资料做出相对应的解读与表达

讯号(Signals)

一、类比讯号(Analog Signals)

大自然界本来就具有的一切讯号(声音,图像等)

我们可使用"类比积体电路(Analog IC)"来进行处理类比号的积体电路除了可进行"类比转数位"，我们也可以进行"类比转类比"的转换
Ex 类比麦克风将声音转为电讯号是连续的(Contiguous)

二、数位讯号(Digital Sigals)

是数位的(0 or 1)是离散的、不连续的(Discrete)

通讯系统一定要把Data转为"数位讯号(Signals, Ex: 电压0或1)"

3-1 Analog and Digital

Analog 代表 continuous values
Digital 代表 discrete values

我们日常生活中有类比也有数位

3-2 Periodic Analog Signals(週期性类比波)

在资料传输(Data Communications)中，分为週期性(Periodic)类比波与非週期性(Non-periodic)类比波

电磁波是一种能量，所以:

能量会有衰退-->讯号会有衰弱能量可以叠加/抵销-->讯号可以叠加/抵销

而Period Analog Signals可以分为

Simple，原始的、规律的，週期单一波: 不可再分割的(Ex: sine wave)Composite，混合的，週期混和波: 可以拆由多个sine waves组成在两个相同phase和frequency的两个波上可以有不同的强度, Amplitude(振幅)频率和週期互为"倒数"(Periods and periods inverse of each other)频率单位(Hz): 一秒有多少(几次)电磁波讯号，可以有小数点(因为是类比)週期单位(Units): 可以有s, ms, us, ps等等

频率是对"单位时间"上的"变化率"(the rate of change with respect to time):
而我们对频率的高低定义便是我们可以由时间段的变化量来观测(发生的时间越短频率越高)

频率与其相关名词的定义

我们定义一个讯号的频率为0，则代表他不会随时间改变我们定义一个讯号的频率为"无限"，代表其在瞬间(instantaneously)改变(速度极快)相位(Phase)，代表我们对波的相对起始位置(time=0)的定义(看是哪一个阶段，Position)，Ex: 1/3Pi, 1.0rad
等波长(Wavelength)，相位之于週期波时间段的计算

波(Wave)的观察可以分为Time Domain与Frequency Domain的观测方式

一个波的产生: 藉由量测每个"时间段"或是"频率段"的波的方向性,强度,汇合而成而定

Time Domian: 由"时间"为横轴, Amplitude为纵轴Frequency Domian: 由"频率"为横轴, Amplitude为纵轴
Ex: 当频率相同时且是Simple Wavs, sine wave时，频谱图就会是固定的长条柱状

两者是相同的波，只是建立在"观测的方式"(X-Domain)不同

Note

一个单频的波(Single-Frequency sin wave)在通讯系统上是没有用的，我们要传讯号、资料的前提下是要组合波(Ex: 变频通讯)，通讯是需要"可改变的"特性

傅立叶转换(Fourier Analys)是由Time Domain转为Frequency Domain的方式

如果一个合成波(有震荡，由多个sin wave组成)是有周期的，那它可以转变为频谱图上多个相异且不连续(就频率上来说是离散的)的的柱状频率，再经傅立叶转换可以得到多个不同的simple sine waves

如果一个合成波是没有週期的，则是杂乱无章的

W4继续(从三个频率的time domain/frequency domain继续比较)

而我们需要週期需是"奇数倍"，否则会又抵销的行为

非週期波叫做non-periodic，且他具有连续的频率，代表有"无限多个"频率

Bandwidth(带宽、频宽)

bandwidth会出现在两个地方:

带宽，出现在"Physical layer"中:最低频与最高频的差距(The range of frequencies contained in a composite signal is its bandwidth)，不管是periodic or non-periodic相关名词:而中心频率(也可以叫"工作频率")称作"central"，Max值写作f_H(H:High为下标)，min值写作f_L(L:Low为小标)而相同的带宽(类似于standard)也可以建立在不同的频率上(Ex: FM channel)non-periodic具有连续週期，但是带宽一定是有限的(Max-min)频宽，出现在"layer2以上": 代表每秒传输多少bits(bits/sec)，因为从底层上来后就算是data(以电脑的角度而言就是bits)宽频(Wideband):代表"频率很宽"

3.3 Digital Signal

Definition

In addition to being represented by an analog signal ,infomation can also be represented by a digital signal.
For example, a 1 can be encoded as a positive voltage and 0 as zero voltage. A digital can have more than two levels. In this case, we can send more than 1 bit for each level.

"一比"资料可以传输不只一个bits，可以传输1 bits"以上"(意即:more than two levels，不只only 0 and 1)虽然我们可以分为很多level，但是因为底层还是类比的，若受到干扰或是偏移影响，那接收端就可能出错(会有implementation的上限)

不同带宽的结合(Aggre)方法:

我们可以透过把Level数增加的方式: 对voltage做切割定义(Ex: 0, 5, 10, 15v)

Level间的差距越大也越可以避免"误判"的行为有几个Level就代表传输(Level)^2的bits中央的横轴不一定就为voltage = 0，要看规则定义而将每个Level转为"00,01,10,11"的行为就称为Encode(编码)

观念釐清: Digital Signal as a Composite Analog Signal

数位讯号是由类比讯号所组成的

CPU, Chips内里面是有通讯的(也会定义单元间的传输bits level standard,闸道控制等，有石英震荡器与Voltage的定义)棕色字的意思则代表观念釐清中的(本行)英文定义，因为在不同Chips与Device的传输店耶是不同的

Baseband Transmission:基频通讯(Low-pass channel)

当一个通道的最低频率(lowest frequence)是0时，便称做"Baseband Transmission, Low-pass channel"

而这个定义的特性关连到材质问题，只有"纯度够高"的材质可以做到"基频通讯"，也就是低频不会被过滤掉，是可以通过的

这张图显示了转换的过程

观念釐清: A digital signal is a composite analog signal with an infinite bandwidth.

相关词彙

wideband: 宽频narrowband: 窄频

观念釐清: Baseband transmission of a digital signal that preserves(保存) the shape of the digital signal is possible only if we have a low-pass channel with an infinite or very wide bandwidth

在合成波里面，低频建构整个框架(重要)

digital 与 analog 的转换(示意图)

原图:

笔记:

波型修饰的方法:

我们可以用增加"奇数倍"频率的方式，定义最低频率f=N/2, 3f=(3N)/2, 5f=(5N)/2
注意:不能用偶数倍，会互相抵销!

观念釐清: In baseband transmission, the required bandwidth is proportional to the bit rate; if we need to send bits faster, we need more bandwidth.

参考资料

Data and SignalsPeriodic Signal vs Aperiodic Signal-difference between Periodic Signal,Aperiodic SignalDifference between Baseband and Broadband TransmissionData Communication and Networking