課程參與度之評估方式

1. 課程參與度之評估方式 • 上課時必須專心聽講，跟上進度，參與討論 • 扣分項目 • 玩線上遊戲一次扣1分 • 玩手機一次扣1分 • 睡覺一次扣1分 • 聊天一次扣1分 • 無法回答老師提出的問題一次扣1分 • 加分項目 • 主動回答老師的問題一次加2分 • 找出老師程式中的錯誤一次加1分 • 修正老師程式中的錯誤一次加4分

2. 無線通訊網路CH02 無線傳輸之原理 鄧姚文

3. 大綱 無線傳輸 無線傳輸概念之媒介 無線傳輸模型 調變技術 多重存取

4. 2.1 無線傳輸 • 無線網路以電磁波作為資訊傳遞的媒介所建立的網路連線。 • 常見傳輸技術 • 紅外線（Infrared, IR） • IEEE 802.11 無線區域網路 • 藍芽（Bluetooth） • RFID

5. 2.2 無線傳輸概念之媒介 • 2.2.1 電磁波 • 電磁波是振盪且互相垂直的電場與磁場的結合。 • 電磁波在空間中以波的形式移動，並藉此傳遞能量和動量。 • 電磁波振動的速率決定了波的頻率（Frequency）， • 波在一秒內重複的次數稱之為赫茲（Hertz）

6. 電磁波 • c = λ× f • c 為常數，代表光速 • λ 為波長(Wavelength)，f 為頻率(Frequency)

7. 2.2 無線傳輸概念之媒介 • 2.2.2 傳輸頻帶 • 電磁波譜：電磁波傳播的範圍 • 較高的頻帶可以攜帶較多的資訊 • 高頻的訊號傳不遠，容易被障礙物阻隔 • 潛水艇通訊：<3KHz

8. MHz GHz

10. 2.2 無線傳輸概念之媒介 • 2.2.3 頻譜規則 • ITU（International Telecommunications Union）是世界上制定頻譜範圍的組織 • ITU 將世界上的頻譜分為三個區域 • (1) 美洲 • (2) 歐洲、非洲以及前蘇聯 • (3) 亞洲和大洋洲。

11. 2.2 無線傳輸概念之媒介 • 2.2.3 頻譜規則 • 頻譜的取得使用區分為 • 需取得執照（licensed band） • 不需取得執照（Unlicensed band） • ISM (Industrial Scientific, and Medical) • 藍芽（Bluetooth）、RFID、ZigBee • 展頻(Spread Spectrum)避免干擾 • DSSS, FHSS, OFDM

12. 2.3 無線傳輸模型 • 無線傳輸速率可根據 Shannon 公式計算出其理論的最大值，其中的 W 代表位元傳輸速率，而 H 代表頻寬（Hz），S/N 表示訊號和雜訊的比例（Signal to noise rate），公式如下： • 此公式可以計算出理想的最大傳輸速率 • 實際沒有這麼高

13. 2.3 無線傳輸模型 • 2.3.1 自由空間遺失 • 在空間中，無線傳輸之訊號，會隨著傳輸者和接收者之間的距離漸遠而衰減。 • 其中 r 傳輸者與接收者之間的距離 • 傳輸過程中遺失的能量與距離的 n次方成正比

14. 2.3 無線傳輸模型 • 2.3.2 都卜勒頻移（Doppler Shift） • 都卜勒效應（Doppler Effect） • 當接收端或傳送端兩者距離改變時，接收端觀察到的訊號頻率和發送端發出的頻率不同 • 兩者逐漸接近=>接收端頻率比發送端高 • 兩者逐漸遠離=>接收端頻率比發送端低

15. 2.3 無線傳輸模型 • 2.3.3 慢/快衰落 • 電磁波傳輸過程中，碰到障礙物時會有反射、繞射和散射三種情況 • 反射（Reflection）：電磁波撞到的物體密度比其波長大，則反射。 • 散射（Scattering）：電磁波撞到密度與波長大小相當的物體，發生散射。 • 繞射（Diffraction）：電磁波撞上一個無法穿越的物體，會在物體被遮蔽的後方產生新的波。 • http://wshnt.kuas.edu.tw/network/s9/Multipath-Mitigation.htm

16. 2.3 無線傳輸模型

17. Refraction 反射 Scattering 散射

18. 2.3 無線傳輸模型 • 2.3.3 慢/快衰落 • 多路徑效應(Multipath Effect)：經過反射、散射、繞射之後的電磁波，先後抵達目的地 • 過度延遲到達接收端的訊號，可能干擾下一個訊號 • 慢衰落（Slow Fading）：長距離的移動期間訊號平均值等級的變化。 • 快衰落（Fast Fading）：在短距離內的移動造成訊號強度變化的現象。 • 萊斯衰減（Ricean Fading）：發射端與接收端之間沒有障礙物，存在直視路徑(Line of Sight) • 瑞雷衰減（Rayleigh Fading）：沒有Line of Sight

19. 2.4 調變技術 • 調變技術（Modulation technology） • 減少在傳輸過程中訊號減弱 • 無線訊號所傳送的資料型態，主要有分為兩種 • 類比訊號 • 數位訊號 • 調整對載波訊號的特性：振幅、頻率和相位或其他更多的參數，進行調變與控制。

20. 2.4 調變技術 • 2.4.1 類比調變 • 類比調變（Analog modulation）主要有兩種 • 振幅調變（Amplitude Modulation, AM） • 頻率調變（Frequency Modulation, FM）

21. 2.4 調變技術 • 2.4.1 類比調變 • 2.4.1.1 振幅調變 • 使用振幅的資訊攜帶資料 • 不同的振幅代表不同的資訊。

23. 2.4 調變技術 • 2.4.1 類比調變 • 2.4.1.2 頻率調變 • 使用頻率的資訊攜帶資料 • 不同的頻率代表不同的資訊

24. 2.4 調變技術 • 2.4.2 數位調變（Digital Modulation） • 數位資料轉換成適當的連續載波 • 波幅調變 • 波頻調變 • 二元相位調變 • 四相位調變 • 差動相位調變

25. 2.4 調變技術 • 2.4.2 數位調變 • 2.4.2.1 波幅調變（Amplitude Shift Keying） • 輸出二位元字串，使用ON/OFF表示0/1的情況。 • 位元為 1 時，使用一固定振幅的載波表示 • 位元為 0 時，無載波

27. 2.4 調變技術 • 2.4.2 數位調變 • 2.4.2.2 波頻調變（Frequency Shift Keying） • 使用兩種不同的頻率表示 1 或 0 • 較高的頻率代表位元 1 • 較低的頻率代表位元 0

28. 2.4 調變技術 • 2.4.2 數位調變 • 2.4.2.3 二元相位調變（Binary Phase Shift Keying） • 使用兩種相對的正弦波相位表示位元

29. 2.4 調變技術 • 2.4.2 數位調變 • 2.4.2.4 四相位調變（Quadrature Phase Shift Keying） • 多重調變 • 每個符號代表兩個位元（格雷碼 Gray Code） • 效率比較高，但方法較複雜

31. 2.4 調變技術 • 2.4.2 數位調變 • 2.4.2.5 差動相位調變（Differential Phase Shift Keying） • 將訊號與前一個位元的訊號比較，相同視為0，不同則視為1。 • 因此資料為 0 時載波的相位不變，資料為 1 時載波相位的改變 180 度。 • 資料發送端與接受端不需要同步

32. 2.4 調變技術 • 2.4.2 數位調變 • 2.4.2.6 π/4-位移四相位調變 • π/4-shift quaternary phase shift keying • 一次傳送 2 個位元 • 資料傳送的波形是依據目前要傳送的 2 位元的資料，再將上一筆傳送的 2 位元的資料的相位做 π/4 的倍數的位移。

33. 2.4 調變技術 • 2.4.2 數位調變 • 2.4.2.7 正交振幅調變 • Quadrature Amplitude Modulation, QAM • 結合波幅調變（ASK）與相位調變（PSK） • 利用兩組頻率相同且相位相差 90 度的載波合成為一個載波送出 • 能夠一次傳送較多位元的資料 • 廣泛運用於有線電視的資料傳遞

34. 2.5 多重存取（Multiple Access） • 無線網路傳輸時，多個接收端和傳送端共用傳輸媒介 • 如何共享傳輸媒介而不互相干擾？

35. 2.5 多重存取（Multiple Access） • 隨機存取（Random Access） • 隨便送 • ALOHA、CSMA、CSMA/CA • 順序存取（Ordered Access） • 照順序輪流 • Token Bus、Token Ring • 固定式存取（Deterministic Access） • 以特定方式決定順序，如頻寬、時間等 • FDMA、TDMA、CDMA • 組合式存取（Combinations Access） • 將上述的方法合併使用 • TDMA-over-FDMA、TDD-CDMA、TDMA/CSMA

36. 2.5.1.1 Aloha • 第一個被提出的無線網路傳輸方式。 • Pure-Aloha • 當傳送端要傳送資料時，就直接傳送，不需等待。 • 效率只有 18% • Slotted-Aloha（Roberts, 1975） • 將時間軸分為許多時槽，當傳送端要傳送資料時，每次使用一個時槽。

37. 2.5.1.2 CSMA 載波偵測多重存取機制 CSMA（Carrier Sense Multiple Access）。 CSMA 的傳輸方式為當要傳送時，先偵測傳輸媒介是否有其他節點在傳輸資料，若無則傳送，所以 CSMA 的效率較 Aloha 好。 p-persistent CSMA：當偵測傳輸媒介為忙碌時，則傳送者持續監聽傳輸媒介，等待到傳輸媒體閒置時，依據 p 的機率（0<p†1）立即傳送資料。

38. 2.5.1.2 CSMA Non-persistent CSMA：當偵測傳輸媒介為忙碌時，則停止偵測傳輸媒介，並等待某一段時間後，再重新偵測傳輸媒介，確認傳輸媒介閒置時，才進行資料傳送。

39. 2.5.1.2 CSMA • 隱藏節點（Hidden-node problem）的問題 • 當兩個站台距離太遠時，兩者並無法監聽到對方是否發正在發送訊號。

40. 2.5.1.2 CSMA • RTS/CTS/ACK 機制，讓傳送資料的兩端先建立可靠的連線 • 當 A 要傳送資料給B 時，先傳送RTS 給站台B • 若 B 允許，則傳送CTS 給A，同時範圍內的其他站台也會監聽到這個訊號，因此不會再發送訊號給站台 B 而干擾到站台 A 的傳送 • 站台A 開始傳送資料給站台 B • 當資料傳送結束後，站台 B 發出 ACK 訊號，表示資料接收結束。

41. 2.5.1.2 CSMA TRS: Ready To Send CTS: Clear To Send ACK: Acknowledgement

42. 2.5.1.3 CSMA/CD 與 CSMA/CA • CSMA/CD • Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect • 乙太網絡（Ethernet） • 資料送出後持續檢測傳輸的電纜中電壓的變化 • 碰撞發生時，發送端延遲一段隨機的時間後，重新監聽傳輸媒介，等通道淨空後再進行傳送。

43. 2.5.1.3 CSMA/CD 與 CSMA/CA • CSMA/CA • Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance • IEEE 802.11 / Wi-Fi • 在無線網路中不容易偵測訊號的碰撞現象 • 避免碰撞

44. 2.5.2 順序存取 • IBM Token Ring • IEEE 802.5 • 4 Mbps, 16 Mbps • 拿到 Token 的講話，其他的閉嘴 • 不適合無線網路

45. 2.5.3 固定式存取 • 2.5.3.1 FDMA • Frequency Division Multiple Access • 在頻率上直接切割，將頻寬切成數個等寬的頻道，每個頻道供一個使用者使用

46. 2.5.3 固定式存取 • 2.5.3.2 TDMA • Time Division Multiple Access • 在時間軸上邏輯地劃分許多等長的訊框（Frame） • 每個訊框中細分為許多等長的時槽（Time slot） • 每個訊框的第一號時槽組成 TDMA 的第一號頻道，其餘依此類推 • 每一頻道供一位使用者使用，所以不同使用者的訊號不會重疊。

47. 2.5.3 固定式存取 • 2.5.3.3 CDMA • Code Division Multiple Access • 每一組傳輸都會給予一特殊的 Code， • 要傳送的位元，先經過編碼再傳送出去。

48. 2.5.3 固定式存取 • 2.5.3.4 FHSS • 展頻（Spread spectrum, SS）是將訊號作二次調變的技術。 • 跳頻展頻（Frequency-hopping spread spectrum, FHSS） • 訊號在不同的時槽使用不同的頻率送出 • 發送端與接受端兩者能夠在訊號同步且同時的情況下以特定的窄頻載波來進行訊號傳送。

49. 2.5.3.4 FHSS

50. 2.5.3 固定式存取 • 2.5.3.5 DSSS • 直接序列展頻（Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS） • 將原始的資料與展頻碼（chipping sequence）作XOR 的運算後，使原始資料展開成 x 倍的細小片段（Chip stream） • 可將原本較高功率且頻寬較窄的訊號轉換為高頻寬低功率的訊號。