1-7訊號調製與PCM基礎（物理層）

1. 調製可分為基帶調製和帶通調製 。
   基帶調製：只對基帶訊號波形進行變換，並不改變其頻率，變換後仍然是基帶訊號。
   帶通調製：（頻帶調製）帶通調製通過載波將基帶訊號的頻率遷移到較高頻段進行傳輸，解決了很多傳輸介質不能傳輸低頻資訊的問題。並且使用帶通調製可以傳輸的更遠。

【解析：】
1.什麼是基帶訊號？

來自信源的訊號常稱為基帶訊號（即：基本頻帶訊號）。像計算機輸出的代表各種文字或影像檔案的資料訊號都屬於基帶訊號。基帶訊號往往包含較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多通道並不能傳輸這種低頻分量或直流分量。為了解決這一問題，就必須對基帶訊號進行調製（modulation）.
調製可分為兩大類：一類是僅僅對基帶訊號的波形進行變換，使它能夠與通道特性相適應。變換後的訊號仍然是基帶訊號。這類調製稱為基帶調製。由於這種基帶調製是把數字訊號轉變為另一種形式的數字訊號，因此大家更願意把這種過程稱之為編碼（coding）.
另一類調製則需要使用載波（carrier）進行調製，把基帶訊號的頻率範圍搬移到較高的頻段，並轉換為模擬訊號，這樣就能更好的在模擬通道中進行傳輸。經過載波調製後的訊號稱為帶通訊號（即：僅在一段頻率範圍內能夠通過通道），而使用載波的提調製稱為帶通調製。

——謝希仁《計算機網路 》第七版 p43

1.信源（資訊源，也稱發終端）發出的沒有經過調製（進行頻譜搬移和變換）的原始電訊號，其特點是頻率較低，訊號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式。根據原始電訊號的特徵，基帶訊號可分為數字基帶訊號和模擬基帶訊號（相應地，信源也分為數字信源和模擬信源。）其由信源決定。說的通俗一點,基帶訊號就是發出的直接表達了要傳輸的資訊的訊號，比如我們說話的聲波就是基帶訊號。（如果一個訊號包含了頻率達到無窮大的交流成份和可能的直流成份，則這個訊號就是基帶訊號。

2.衰減： 由於在近距離範圍內基帶訊號的衰減不大，從而訊號內容不會發生變化。因此在傳輸距離較近時，計算機網路都採用基帶傳輸方式。如從計算機到監視器、印表機等外設的訊號就是基帶傳輸的。大多數的區域網使用基帶傳輸，如乙太網、令牌環網。常見的網路設計標準10BaseT使用的就是基帶訊號。計算機內部並行匯流排上的訊號全部都是基帶訊號，由於基帶訊號中交流分量極其豐富，所以不適合長距離傳輸

3.調製訊號與基帶訊號的區別：
基帶訊號（資訊源，也稱發終端）指發出的沒有經過調製（進行頻譜搬移和變換）的原始電訊號，其特點是頻率較低，訊號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式。
調製訊號是由原始資訊變換而來的高頻訊號。調製本身是一個電訊號變換的過程，是按A訊號的特徵然後去改變B訊號的某些特徵值（如振幅、頻率、相位等），導致B訊號的這個特徵值發生有規律的變化，當然
這個規律是由A訊號本身的規律所決定的。由此，B訊號就攜帶了A訊號的相關資訊，在某種場合下，可以把B訊號上攜帶的A訊號的資訊釋放出來，從而實現A信
號的再生，這就是調製的作用。 可以舉個簡單例子說明一下調製的作用，比方說聲音無法傳很遠，那麼用普通的聲音去改變（調製）短波（高頻電磁信
號）訊號的振幅，然後把這個短波訊號發射向天空，天空中存在電離層，可以把短波訊號反射下來，反射到美國，使用短波收音機把附著在短波訊號上的聲音訊號釋
放（解調）出來，就可以收聽了。
上述A訊號就是調製訊號，B訊號是被調製訊號，完成調製的B訊號為已調訊號。有時候也會把已調訊號籠統的說是調製訊號（這就是為什麼上面說可以有兩種解釋的原因），這裡只是為了把它與A訊號相區別，A訊號通常可以成為基帶訊號，當然這是數字訊號領域的叫法，模擬訊號一般就是指調製訊號源。

4.數字基帶傳輸系統各部分的作用： 1）訊號形成器：產生適合於通道傳輸的基帶訊號波形。 2）通道：允許基帶訊號通過的媒介。  3）接收濾波器：用來接收訊號，儘可能濾除通道噪聲和其他干擾，對通道特性進行均衡，使輸出的基帶訊號有利於判決。 
4）抽樣判決器：在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規定時刻（由位定時脈衝控制）對將接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶訊號。 
5）定時脈衝和同步提取：用來抽樣的位定時脈衝依靠同步提取電路從接收訊號中提取，位定時的準確性將直接影響判決效果
——百度百科：https://baike.baidu.com/item/%E5%9F%BA%E5%B8%A6%E4%BF%A1%E5%8F%B7#ref_[1]_1203104

2.為什麼很多傳輸介質不能傳輸低頻資訊？

1、任何資訊傳輸和共享都需要傳輸介質的存在，計算機網路也不例外。按照傳輸介質的不同可以分為有線傳輸和無線傳輸兩類：

有線傳輸介質：雙絞線、同軸電纜、光纖；

2、導線的損耗機理：導體損耗和介質損耗，這兩種損耗對高頻訊號的衰減大於低頻訊號，沿著相同的傳輸線傳輸時，

高頻的衰減量是比較多的，導致邊沿的上升時間邊長，限制了頻寬的增加。

寬頻與上升時間的關係： BW=0.35/RT,BW——頻寬，單位GHz；

RT——10%~90%上升時間，單位ns

電磁波，是指同相振盪，且互相垂直的電場與磁場，在空間中以波的形式傳遞能量和動量，其傳播方向垂直於電場與磁場的振盪方向。

電磁波不需要依靠介質進行傳播，在真空中其傳播速度為光速。電磁波可按照頻率分類，從低頻率到高頻率，主要包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線。人眼可接收到的電磁波，波長大約在380至780nm之間，稱為可見光。
那麼在電磁波傳播過程中，高頻低頻傳輸的區別是什麼呢？

（1）天線

一般而言，天線的長短和波長成正比，和頻率成反比，頻率越高，波長越短，天線也就可以做得越短
。有關天線的知識參考：http://www.rfsister.com/article/23533311.html

（2）衍射

頻率高的無線電波衍射能力弱，就是說越是頻率高的電波越依賴直線傳播。頻率低的無線電波衍射能力強，就是說越是頻率低的電波繞開障礙物傳播的能力越強。頻率高的，能量高，傳透能力強，這是因為能量高而穿過物體，是真正的透射。

理論上頻率低的電波傳播距離長。就好比短波無線電能傳播上百甚至上千，乃至全球傳播。頻率高的電波傳播距離相比較短。就好比調頻廣播基本不會跨省傳播，更具體的就是手機基站之所以很多也是這個原因，（當然還有手機發射功率方面的原因）。

（3）傳播途徑

頻率高低不同，傳播的途徑也不同，天波，地波，直線波等等，傳播特性的探索向來都是無線電愛好者嘗試實驗的很大原由，雖有大體定論，但是影響傳播的條件還是很複雜。

（4）電路和元器件

其餘電路方面，低頻振盪電路可以做得功率很大，像廣播電臺的動輒屬千瓦的發射機。高頻無線電裝置由於能量大，工藝方面，不能做到像低頻那麼大的功率。就好比衛星的超高頻轉發器功率就不是很大，一方面就是元器件方面的原因，當然也有損失較小，電源功率有限等原因。

（5）頻段

頻段方面，低頻較活躍，電臺，廣播，無線電通聯等等。高頻由於技術，裝置原因及未探索區域太大（數百GHz甚至上千上萬上兆GHz正在探索應用中），故還沒有利用充分。

那麼為什麼無線電通訊要將低頻訊號調製到高頻傳輸呢？ ：基帶訊號頻率低，波長長，當天線的長度為無線電訊號波長的 1/4
時，天線的發射和接收轉換效率最高，如果不調製到高頻，天線需要做得很長；
空間中的頻譜資源是有限的，每個通道都嚴格劃分給固定用途，通過載波調製可以選擇合適的通道進行傳輸；
高頻要比低頻傳送的成本低效率高。利用高頻的不同的載波，容易實現多路通訊。