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頻寬(Bandwidth)是什麼?對通訊有什麼影響?

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頻寬的定義

➤不同對的通訊使用者必須使用「不同的頻率範圍」來通話:假設甲和乙使用頻率 900~901MHz 的電磁波通話,則丙和丁使用頻率 901~902MHz 的電磁波通話。手機並不會分辨到底是誰和誰在通話,而是接收「某一個頻率範圍」,因此甲與乙的手機接收頻率 900~901MHz 的電磁波,而丙與丁的手機接收頻率 901~902MHz 的電磁波,換句話說,所有的通訊元件都是「只認頻率不認人」。如果甲的手機可以同時接收頻率 900~901MHz 與 901~902MHz 的電磁波,則他會同時聽到乙、丙、丁三個人的聲音。

第二代行動電話(GSM900)的頻寬

第二代行動電話 GSM900 系統使用數位訊號,頻譜分佈如<圖一>所示,總頻寬為 70MHz(890~960MHz),由於手機可以同時上傳(說)與下載(聽),因此必須將頻寬再切割成上傳 890~915MHz 與下載 935~960MHz 兩個部分:

➤上傳頻帶(Uplink):使用 890~915MHz 由手機傳送電磁波到基地台(說),其中每個語音通道的頻寬為0.2MHz(200KHz),頻道與頻道之間保留 1.6KHz 做為保護帶,總共分為 124 個語音通道,同時可以提供 124 技術分析 是什麼 個人使用(說)。

➤下載頻帶(Downlink):使用 935~960MHz 由基地台傳送電磁波到手機(聽),其中每個語音通道的頻寬為0.2MHz(200KHz),頻道與頻道之間保留 1.6KHz 做為保護帶,總共分為 124 個語音通道,同時可以提供 124 個人使用(聽)。

當我們使用手機通話,必須同時佔用一個上傳語音通道與一個下載語音通道,每個語音通道的頻寬愈寬,則音質愈好,但是總通道數目愈少,代表愈少人可以同時使用;相反地,每個語音通道的頻寬愈窄,音質愈差,但是總通道數目愈多,代表愈多人可以同時使用,魚與熊掌不可兼得,目前 GSM 系統使用 0.2MHz(200KHz)的語音通道,音質和傳統的收音機(AM 或 FM)差不多,尚可接受。

有沒有人覺得好奇,前面的介紹看起來 GSM900 系統「同時」可以提供 124 個人使用(說與聽),但是如果超過 124 個人想打電話怎麼辦呢?你(妳)會聽到系統說:現在線路都在使用中,請您稍後再播。代表沒有多的語音通道可以使用,那麼 124 個語音通訊會不會太少了一點?隨便也會有超過 124 個人同時想打電話呀!怎麼辦呢?繼續看下去吧!

【注意】
➤全雙工(Full-duplex):讓使用者同時可以上傳與下載(說與聽)。
➤分頻雙工(FDD):使用不同的頻率範圍(頻寬)來上傳與下載(說與聽)。
➤分頻多工接取(FDMA):利用不同的頻率範圍(頻寬)給不同的使用者同時使用。有線電視的頻寬

➤類比有線電視頻帶(54MHz~630MHz):總頻寬為 576MHz(630MHz~54MHz),用來傳送類比有線電視訊號,每個電視頻道的頻寬為 6MHz,頻道與頻道之間保留 0.2MHz 做為「保護帶(Guard band)」,以避免不同的頻道之間互相干擾,總共有 92 個頻道。例如:頻率 54~60MHz 傳送 HBO、頻率 60.2~66.2MHz 傳送 CNN 等,依此類推,當我們在電視機前面用搖控器選台,其實就是改變電視的接收頻率範圍而已,當電視接收 54~60MHz 的電磁波,則畫面就播放 HBO 的電影;當電視接收 60.2~66.2MHz 的電磁波,則畫面就播放 CNN 的新聞。

➤數位頻帶(630MHz~750MHz):總頻寬為 120MHz(750MHz-630MHz),用來傳送數位電視、纜線數據機(Cable modem)、互動加值電視等數位訊號,這個頻率範圍的電磁波是最穩定的。

其中類比有線電視每個頻道的頻寬愈寬畫質愈好,但是總頻道數目愈少(電視台數目愈少);相反地,每個電視台的頻寬愈窄畫質愈差,但是總頻道數目愈多(電視台數目愈多),魚與熊掌不可兼得,因此最後決定使用 6MHz 的頻寬,大約可以傳送 1 個解析度為 VGA(640×480)的類比影像,看起來畫質不好,而且類比訊號容易受到干擾,畫面看起來常常閃爍像在下雨一樣,實在很不舒服。此外,早期有線電視為類比訊號,大部分的頻寬用來傳送類比有線電視頻道,只有 630~750MHz 的頻寬用來傳送數位電視與纜線數據機。

隨著技術的發展未來有線電視全面數位化是必然的趨勢,由於原有的類比有線電視台仍在播送,因此只能慢慢將頻道收回來改為數位有線電視使用,此外,最新的技術可以使用同軸電纜傳送最高 技術分析 是什麼 860MHz,甚至 1GHz 的電磁波來增加頻寬,但是要再提高頻率則有困難,因為同軸電纜適合用來傳送 技術分析 是什麼 MHz 的電磁波,如果是 GHz 的電磁波必須改用波導做為介質才合適。

【實例】類比電視與數位電視
➤類比電視:早期有線電視為類比訊號,大部分的頻寬用來傳送類比有線電視頻道,由<圖一>的例子可以看出,類比有線電視每個頻道的頻寬為 6MHz,這樣的頻寬大約可以傳送 1 個解析度為 VGA(640×480)的類比影像,總頻寬有576MHz(54~630MHz)只能傳送 92 個解析度為 VGA(640×480)的類比影像。

➤數位電視:目前有線電視慢慢改為數位訊號,由<圖一>的例子可以看出,如果改用數位調變技術(256QAM)則 6MHz 的頻寬最多可以傳送大約 20 個解析度為 VGA(640×480)的數位影像,等於將頻寬增加 20 倍,總頻寬只有 55MHz(630~685MHz)就可以傳送大約 180 技術分析 是什麼 個解析度為 VGA 的數位影像,數位訊號真的比較厲害吧!到底是為什麼呢?我們將在後面詳細討論。

何謂Thunderbolt?

Thunderbolt主要是源於Intel實驗室的一項技術,其與USB一樣,都是一種I/O傳輸規範。近來尤其在Apple MacBook系列產品中,極容易見到Thunderbolt閃電符號連接孔埠嵌置其上,無論在速度、靈活度與精簡性,號稱樹立了一個比USB更新更快的典範。Thunderbolt建立在PCI Express和DisplayPort兩項基礎技術上,因此對於新一代高速周邊設備及高解析度顯示器有不錯的支援性;以市售新一代Mac來看,能夠將RAID陣列及影像擷取解決方案等外部裝置,高速地實現演譯,可說是電腦界的一大創舉。另一方面,Thunderbolt對周邊設備提供10瓦電力,透過PCI Express技術,相容現有USB及FireWire周邊設備,若使用轉接器,還可以連線到Gigabit乙太網路及光纖通道網路上;此外,並直接相容Mini DisplayPort顯示器,透過轉接器,也可連接DisplayPort、DVI、HDMI,以及VGA顯示器。

Thunderbolt最大的賣點在於卓越的傳輸速度,透過同一個接頭提供兩個通道,雙向傳輸皆能達到10 Gbps傳輸量,並且能夠在周邊設備之間來回傳輸資料,極快速且極爲靈活,其速度比使用USB 2.0快達20倍、比USB 3.0快達2倍;並擁有足夠頻寬加以菊鏈式串接多台高速裝置,並且無須費心使用集線器或交換器,非常方便。

Thunderbolt的優點很多,週邊像是大容量外接硬碟也極為常見,但在USB 3.0日趨普及的今天,似乎越來越多x86廠商傾向支援USB 3.0,而最後究竟兩者之間鹿死誰手,就讓我們拭目以待。

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頻寬(Bandwidth)是什麼?對通訊有什麼影響?

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頻寬的定義

➤不同對的通訊使用者必須使用「不同的頻率範圍」來通話:假設甲和乙使用頻率 900~901MHz 的電磁波通話,則丙和丁使用頻率 901~902MHz 的電磁波通話。手機並不會分辨到底是誰和誰在通話,而是接收「某一個頻率範圍」,因此甲與乙的手機接收頻率 900~901MHz 的電磁波,而丙與丁的手機接收頻率 901~902MHz 的電磁波,換句話說,所有的通訊元件都是「只認頻率不認人」。如果甲的手機可以同時接收頻率 900~901MHz 與 901~902MHz 的電磁波,則他會同時聽到乙、丙、丁三個人的聲音。

第二代行動電話(GSM900)的頻寬

第二代行動電話 GSM900 系統使用數位訊號,頻譜分佈如<圖一>所示,總頻寬為 70MHz(890~960MHz),由於手機可以同時上傳(說)與下載(聽),因此必須將頻寬再切割成上傳 890~915MHz 與下載 935~960MHz 兩個部分:

➤上傳頻帶(Uplink):使用 890~915MHz 由手機傳送電磁波到基地台(說),其中每個語音通道的頻寬為0.2MHz(200KHz),頻道與頻道之間保留 1.6KHz 做為保護帶,總共分為 124 個語音通道,同時可以提供 124 個人使用(說)。

➤下載頻帶(Downlink):使用 935~960MHz 由基地台傳送電磁波到手機(聽),其中每個語音通道的頻寬為0.2MHz(200KHz),頻道與頻道之間保留 1.6KHz 做為保護帶,總共分為 124 個語音通道,同時可以提供 124 個人使用(聽)。

當我們使用手機通話,必須同時佔用一個上傳語音通道與一個下載語音通道,每個語音通道的頻寬愈寬,則音質愈好,但是總通道數目愈少,代表愈少人可以同時使用;相反地,每個語音通道的頻寬愈窄,音質愈差,但是總通道數目愈多,代表愈多人可以同時使用,魚與熊掌不可兼得,目前 GSM 系統使用 0.2MHz(200KHz)的語音通道,音質和傳統的收音機(AM 或 FM)差不多,尚可接受。

有沒有人覺得好奇,前面的介紹看起來 GSM900 系統「同時」可以提供 124 個人使用(說與聽),但是如果超過 124 個人想打電話怎麼辦呢?你(妳)會聽到系統說:現在線路都在使用中,請您稍後再播。代表沒有多的語音通道可以使用,那麼 124 個語音通訊會不會太少了一點?隨便也會有超過 124 個人同時想打電話呀!怎麼辦呢?繼續看下去吧!

【注意】
➤全雙工(Full-duplex):讓使用者同時可以上傳與下載(說與聽)。
➤分頻雙工(FDD):使用不同的頻率範圍(頻寬)來上傳與下載(說與聽)。
➤分頻多工接取(FDMA):利用不同的頻率範圍(頻寬)給不同的使用者同時使用。有線電視的頻寬

➤類比有線電視頻帶(54MHz~630MHz):總頻寬為 576MHz(630MHz~54MHz),用來傳送類比有線電視訊號,每個電視頻道的頻寬為 6MHz,頻道與頻道之間保留 0.2MHz 做為「保護帶(Guard band)」,以避免不同的頻道之間互相干擾,總共有 92 個頻道。例如:頻率 54~60MHz 傳送 HBO、頻率 60.2~66.2MHz 傳送 CNN 技術分析 是什麼 等,依此類推,當我們在電視機前面用搖控器選台,其實就是改變電視的接收頻率範圍而已,當電視接收 54~60MHz 的電磁波,則畫面就播放 HBO 的電影;當電視接收 60.2~66.2MHz 的電磁波,則畫面就播放 CNN 的新聞。

➤數位頻帶(630MHz~750MHz):總頻寬為 120MHz(750MHz-630MHz),用來傳送數位電視、纜線數據機(Cable modem)、互動加值電視等數位訊號,這個頻率範圍的電磁波是最穩定的。

其中類比有線電視每個頻道的頻寬愈寬畫質愈好,但是總頻道數目愈少(電視台數目愈少);相反地,每個電視台的頻寬愈窄畫質愈差,但是總頻道數目愈多(電視台數目愈多),魚與熊掌不可兼得,因此最後決定使用 6MHz 的頻寬,大約可以傳送 1 個解析度為 VGA(640×480)的類比影像,看起來畫質不好,而且類比訊號容易受到干擾,畫面看起來常常閃爍像在下雨一樣,實在很不舒服。此外,早期有線電視為類比訊號,大部分的頻寬用來傳送類比有線電視頻道,只有 630~750MHz 技術分析 是什麼 的頻寬用來傳送數位電視與纜線數據機。

隨著技術的發展未來有線電視全面數位化是必然的趨勢,由於原有的類比有線電視台仍在播送,因此只能慢慢將頻道收回來改為數位有線電視使用,此外,最新的技術可以使用同軸電纜傳送最高 860MHz,甚至 1GHz 的電磁波來增加頻寬,但是要再提高頻率則有困難,因為同軸電纜適合用來傳送 MHz 的電磁波,如果是 GHz 的電磁波必須改用波導做為介質才合適。

【實例】類比電視與數位電視
➤類比電視:早期有線電視為類比訊號,大部分的頻寬用來傳送類比有線電視頻道,由<圖一>的例子可以看出,類比有線電視每個頻道的頻寬為 6MHz,這樣的頻寬大約可以傳送 1 個解析度為 VGA(640×480)的類比影像,總頻寬有576MHz(54~630MHz)只能傳送 92 個解析度為 VGA(640×480)的類比影像。

➤數位電視:目前有線電視慢慢改為數位訊號,由<圖一>的例子可以看出,如果改用數位調變技術(256QAM)則 技術分析 是什麼 6MHz 的頻寬最多可以傳送大約 20 個解析度為 VGA(640×480)的數位影像,等於將頻寬增加 20 倍,總頻寬只有 55MHz(630~685MHz)就可以傳送大約 180 個解析度為 VGA 的數位影像,數位訊號真的比較厲害吧!到底是為什麼呢?我們將在後面詳細討論。