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通訊系統/通訊導論

來自Wikibooks,開放世界中的開放書籍

人們很容易認為現代科技能夠讓我們以接近光速的速度將資料傳輸到非常遙遠的地方,這理所當然。200年前,認為我們可以在不到一秒鐘的時間內從中國向墨西哥傳輸網頁,這將被認為是荒謬的。認為人們可以透過手機進行清晰的通話,即使相隔數英里,這似乎也同樣荒謬。如今,這些事情如此普遍,以至於我們接受它們,甚至不去追問這些奇蹟是如何發生的。

什麼是通訊?

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通訊是研究透過各種手段傳輸資訊的一個領域。它也可以被定義為用於傳輸訊息的技術。它還可以被定義為在節點之間互傳資料內容(語音、訊號、脈衝等)。

本書適合誰閱讀?

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本書適合閱讀過訊號與系統Wikibook或具有同等資訊來源的人員。本書中討論的主題將嚴重依賴於對傅立葉域表示和傅立葉變換的瞭解。本書可用於伴隨許多不同的課程,這些課程涵蓋電氣工程學習的三年級和四年級。假設讀者具備積分和微積分的知識。讀者如果瞭解半導體、電磁波傳播等主題,可能會受益匪淺,儘管這些主題對於閱讀和理解本書中的資訊並非必要。

本書將涵蓋哪些內容

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本書將探討幾乎所有方面的電子通訊,從電訊號的形狀到大型網路背後的問題。在當前示例的範圍之外討論這些主題毫無意義。我們有網際網路,因此在討論有關數字網路的問題時,引用這些問題到網際網路上是有道理的。同樣,本書將嘗試至少簡要地觸及人們每天都在使用的每一個主要的電子通訊網路。從調幅廣播到網際網路,從DSL到有線電視,本書將嘗試展示所討論的概念如何應用於現實世界。

本書還承認一個簡單的觀點:同時討論訊號網路更容易。要在紙質書中進行這種任務需要數百甚至數千頁的印刷頁面,但透過維基媒體的奇蹟,所有這些資訊都可以彙集在一個方便的位置。

本書希望積極徵求任何在以下任何概念方面有經驗的人員的幫助:計算機工程師、通訊工程師、計算機程式設計師、網路管理員、IT專業人員。此外,本書可能會涵蓋所有這些主題,但讀者不需要事先了解所有這些學科才能繼續學習。資訊將在文字中儘可能完整地展開,並在需要時提供指向其他資訊源的連結。

下一步去哪裡

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由於本書是為三年級和四年級的學習而設計的,因此不一定有很多主題會在邏輯上緊隨本書之後。在閱讀和理解了這些材料之後,感興趣的工程師下一步的邏輯步驟要麼是進入行業,要麼是進入研究生院。一旦進入研究生院,就會有很多不同的領域可以集中學習。在行業中,數量甚至更多。

資料劃分

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誠然,這是一個非常大的主題,它不僅可以涵蓋多本書籍,還可以涵蓋多個書架。然後可能會問“為什麼我們不把這本書分成2本或更多本更小的書?”從表面上看,這似乎是一個好主意,但您必須考慮劃分的確切位置。有些人會說,我們可以很容易地將資訊劃分為“模擬和數字”的界限,或者可以劃分為“訊號與系統”的書籍,或者甚至可以劃分為“傳輸和網路”的書籍。但在所有這些可能的劃分中,我們都在接受將相關資訊放在多個地方。

模擬與數字

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沿著模擬資訊和數字資訊的界限劃分這些材料似乎最合乎邏輯。畢竟,這是一個“數字世界”,有抱負的通訊工程師應該能夠快速輕鬆地淘汰舊資訊。然而,許多人沒有意識到的是,數字方法僅僅是模擬方法的一個子集,具有更嚴格的要求。數字傳輸是使用在模擬廣播和電視廣播中完善的技術進行的。數字計算機調變解調器透過舊的模擬電話網路傳送資訊。數字傳輸使用諸如調製、信噪比 (SNR)、頻寬、頻域等模擬數學概念進行分析……出於這些原因,我們可以透過將它們保留在同一本書中來簡化這兩個討論。

訊號與系統

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也許我們應該根據傳送的訊號和實際進行傳送的系統來劃分這本書。這有一定的道理,但如果不瞭解其將要傳送到的底層網路的限制,就不可能設計出合適的訊號。此外,一旦我們開發出訊號,我們就需要開發發射器和接收器來發送它們,這些也是物理系統。

系統方法

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編寫一本關於通訊系統的書,同時還要考慮教學法上的系統方法,這有點令人困惑。儘管使用了相同的詞語,但它們並非完全相同。

這種方法幾乎與上述描述(訊號與系統)相同,只是它不僅限於考慮訊號(在許多大學課本中很常見),還可以包括其他技術驅動因素(編解碼器、雷射器和其他元件)。

在這種情況下,我們對不同的通訊系統(語音、資料、蜂窩、衛星等)進行了簡要概述,以便學生有一個可以放置更詳細(且通常是通用)資訊的上下文。然後,我們可以放大數學和技術細節,以瞭解這些系統是如何發揮作用的。這非常適合技術主題,因為基本系統(或數學)變化相對緩慢,但底層技術往往會快速變化並出現意想不到的轉折。

我想建議本書的目錄重新排列,以反映這種教學法方法:首先是系統示例,然後是細節。

為什麼有人會想要學習(電信)通訊?

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電信是一個誘人的行業,擁有一個充滿異彩的、充滿古怪人物的歷史:貝爾、赫維賽德、開爾文、布魯內爾等等。它充滿了冒險和危險:跨越時空的冒險;從遙遠的海底深處到外太空,從美國電話電報公司(AT&T)的董事會到香港證券交易所的危險。

電信曾被譽為現代的彌賽亞,也被詛咒為可悲的騙局。它創造和摧毀了帝國和機構。它宣稱全球村莊,同時贊助破壞性的民族主義。它走進了普通人的生活,但很大程度上仍然掌握在“媒體”甚至“老大哥”的手中。專家們很快就會讓我們沿著一條科技資訊高速公路前行,目的地——未知。

電信已成為現代文明的生命線。除此之外,它還有著巨大的經濟利益。

關於本書

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關於本書,有幾點值得一提。

  • 本書的程式設計部分不會使用任何特定的語言,儘管我們可能會在專門的章節中考慮特定的語言。
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