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全彩圖解通信原理:每天都在用的網際網路、行動通信,你了解多少?

カラー図解でわかる通信のしくみ: あなたはインターネット&モバイル通信をどこまで理解していますか?

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內容簡介

二十一世紀人人都該具備的資訊科學常識
詳細易懂的文字解說+全彩視覺化圖表
帶你從軟體到硬體、從裡到外、從過去到未來
全面理解現代全球通信系統的運作機制

  高速寬頻網路、智慧行動通信、WiFi、光纖、雲端、4G LTE……
  這些構築全球現代通信系統的關鍵技術,
  背後的原理是什麼?如何演變至今,未來又將如何發展?

  人類為了克服時間與距離聯絡彼此,從書信到電報、電話、一直到現今的網路時代,通信技術的演進讓許多的不可能變成了可能,大大改變了人類世界。到底現今讓智慧型手機、Google、Facebook、LINE得以存在的網際網路、行動通信,是以怎樣的機制在運作?人類的通信能力又是怎麼從純文字、聲音進化到能傳輸大量多媒體的系統?

  本書是最適合初學者理解通信系統的入門書,使用全彩圖解及簡單清楚的文字說明,將技術解釋得淺顯易懂,讓讀者能夠全面了解通信系統運作的原理,包括傳統電話與網路的不同、網路採用的架構與技術、寬頻、光纖、WIFI等的原理、手機與智慧手機如何使用電波通信、重要性與日俱增的「WLAN」(無線區域網路)的架構與技術等。

  不論你是希望獲得相關知識的學生,或是對此領域感到好奇想深入了解,本書從基礎知識的介紹到最新科技的演進,由淺入深,帶你全面了解現代全球通信系統運作的原理,快速而紮實地掌握全面脈絡!

  本書將告訴你──

  人類社會是怎麼在兩百年間從電報、電話一路進步到寬頻網路時代的?
  頻寬、位元、封包通訊、路由器、網址、IP、雲端……這些網路名詞代表的是怎樣的技術?
  Email是怎麼運作的?大災難發生時,為什麼應該發Email而不是先打電話?
  數位信號是怎麼透過「光」、「電」傳送的?光經過光纖的時候不會外洩嗎?
  從手機進化到智慧型手機,它們的運作原理是什麼?3G、3.5G、3.9G、4G……有什麼不同?
  無線區域網路/WiFi是怎麼在空氣中傳輸信號的?藍芽又是怎麼運作?
  ……

  進入數位時代,這些知識不只專業人士需要知道,更是人人該有的常識。
  本書是最好的入門,帶你進入肉眼看不見卻無所不在、廣闊又神奇的通信世界!

專業推薦

  楊家驤 台灣大學電機工程學系副教授
 

作者介紹

作者簡介

井上伸雄


  畢業於名古屋大學工學院電氣工學系,於電電公社(現為NTT)進行數位傳輸、數位網路研發工作,同時為多摩大學榮譽教授。主要著作眾多,有《通訊基礎》、《電波基礎》、《通訊技術總論》、《IP網路架構》、《通訊&網路基礎辭典》、《最新通訊常識》、《通訊架構》、《多媒體通訊》等。

譯者簡介

李漢庭


  一九七九年生,畢業於國立海洋大學電機系,自學日文小成。二〇〇三年進入專利事務所開始從事翻譯工作,二〇〇六年底開始從事書本翻譯。領域從電機專利文件乃至於小常識、生活醫學、科技等等的中日對譯,樂於在工作中吸收新知識。目前嚐試將觸角延伸到特殊造型與影像創作,有各方面之作品。往後仍希望能接觸更多領域,增加知識廣度,同時磨練文筆。作品有《這樣讀出你的最高分》《來自新世界》《台上台下都吸引人的說話整理術》等書。

審訂者簡介

賴以威


  師大附中、台大電機博士,目前任教於長庚大學。《聯合報》〈閱讀數學〉、《國語日報》〈123數學真好玩〉、《潮人物》〈算式的日常〉專欄作家。作品亦散見於《泛科學》、《Cheers快樂工作人》、《今周刊》等各大媒體。信奉數學大師約翰.馮.諾伊曼的名言:「If people do not believe that mathematics is simple, it is only because they do not realize how complicated life is.」著有《超展開數學教室》(臉譜出版)、散文集《再見,爸爸》(時報出版),譯有《平面國》。歡迎加入個人臉書,請搜尋「賴以威」。
 

目錄

前言

第1章 從電話到網際網路
1 各種資訊媒體
2 「位元」是什麼?
3 數位信號如何傳輸?
4 數位信號傳輸速度有多快?
5 高速通信和寬頻通信意思相同?
6 電話和資料通信哪裡不同?
7 網際網路所使用的封包通信是什麼?
8 電話網路與網際網路哪裡不同?
9 封包通信的優點在哪裡?
10 為什麼封包通信延遲時間比較長?
11 沒傳送到的封包怎麼了?
12 電話也能使用封包傳輸?
13 什麼是全力傳送(Best Effort)?
14 網際網路連接小規模網路
15 怎麼用網際網路傳送電子郵件?
16 網路搜尋的架構是什麼?
17 為什麼發生災難的時候,電子郵件比電話更容易取得聯絡?
18 雲端是什麼?
19 網際網路和IP網路哪裡不同?
20 往後電話將轉為IP電話
21 使用網際網路的Skype電話架構
22 加密通信的架構是什麼?
Column 國際漫遊是什麼?

第2章 現在是寬頻通信時代
1 怎樣才算寬頻?
2 為什麼要用光來通信?
3 如何將電氣訊號轉為光?
4 光經過光纖不會外洩嗎?
5 光纖傳輸使用哪種顏色的光?
6 光的分波多工是什麼意思?
7 LAN:辦公室裡的網路
8 MAC位址和IP位址哪裡不同?
9 100BASE-TX代表什麼意思?
10 如何在家中使用寬頻通信
11 ADSL為什麼只有下行比較快?
12 CATV如何連接網際網路?
13 FTTH:光纖到府
14 FTTH三合一是什麼意思?
15 PLC:利用家用電力線的通信方式
Column 智慧型手機的免費通訊APP「LINE」

第3章 不斷進化的手機
1 手機使用電波
2 手機適用怎樣的電波頻率?
3 手機使用哪些電波頻率?
4 何謂白金頻帶?
5 手機如何區分頻道?
6 手機的通信範圍(cell)是什麼?
7 通信範圍大概多大?
8 基地台的天線為什麼有三支?
9 手機的3G、4G代表什麼?
10 PHS和手機哪裡不同?
11 手機與智慧型手機哪裡不同?
12 智慧型手機使用的電波
13 智慧型手機同時具備電話與資料傳輸功能
14 為什麼手機到哪裡都能通?
15 手機與智慧型手機的網路連結
16 手機如何傳送簡訊
17 如何確認目前位置?
18 緊急地震快報如何傳輸?
19 如何實現高速資料傳輸
20 MIMO:使用兩支以上的天線來加快速度
21 3G手機的W-CDMA與CDMA2000有何不同?
22 3.5G手機:HSDPA與HSPA
23 以超高速通信為賣點的3.9G手機LTE
24 4G手機會是什麼樣子?
25 WiMAX與手機有何不同?
Column iPhone 5c/5s與LTE

第4章 WLAN(無線區域網路)的世界無限寬廣
1 何謂WLAN(無線區域網路)
2 WLAN與WiFi意思相同?
3 WLAN如何傳輸信號?
4 WLAN使用什麼頻率的電波?
5 IEEE802.11代表什麼?
6 從IEEE802.11g演變為更快速的11n
7 目前最快的WLAN是什麼?
8 為什麼WLAN比手機更快?
9 最大傳輸速度是什麼意思?
10 智慧型手機和平板電腦為什麼要使用WLAN?
11 行動WiFi路由器與網路分享
12 藍芽的架構

參考文獻
索引
 

前言
  
  人類組成社會,社會生活除了食衣住行之外,溝通也不可或缺;人類可以使用口與耳或肢體動作來交流意見,但若雙方相隔甚遠,看不見也聽不到,就需要利用其他的溝通工具與方法。
  
  古人用過狼煙(視覺通訊)和鼓聲(聲音通訊)等手段,但它們的傳達距離較短,能傳送的資訊量也不多,其他還有快馬傳書、飛毛腿傳書的方法,不過花費時間較長,能傳遞訊息的距離也有限制。
  
  通信的歷史一路走來,就是在克服時間與距離,並且增加可傳輸的資訊量。
  
  如今人類發明利用電來傳輸資訊的方法,一眨眼就能將訊息傳遞到地球另一端,總算開拓了一條克服時間與距離的康莊大道;但就算使用電氣技術,可傳輸的資訊量依然受到技術與成本的限制。
  
  光通信,則打破了這層障礙,使用光來取代電,用光纖傳輸光信號,大大增加了資訊傳輸量。
  
  人類在十九世紀前葉開始利用電來通訊,剛開始的技術稱為電報,在海底鋪設電纜,即使相隔大洋,大陸之間依然能夠瞬間通訊,大英帝國就因為支配了海底電纜,才能支配七大洋。
  
  十九世紀是電報時代,二十世紀則是電話時代,由於對話是人類溝通的基礎,電話讓相隔兩地的兩人可以對話,稱得上是劃時代的發明;有了電話,全世界的人類都能互相交談,也大大拓展了人類的活動範圍。
  
  二十一世紀則是網路時代、行動通信時代,傳輸資訊也從純文字進展到聲音,現在甚至還加入資料、影像而成為多媒體訊息,這都多虧了通信系統的進步。
  
  本書第一章主要將解釋傳統電話與網路的不同,說明為人類帶來方便的網路,究竟採用了哪些架構與技術。
  
  第二章說明近年來需求量大增的寬頻通信,是以何種方法實現。
  
  第三章說明近代人類生活不可或缺的手機、智慧型手機,是如何使用電波通信。
  
  最後,第四章將說明重要性與日俱增的無線網路,含有什麼樣的架構與技術。
  
  本書是通信相關知識的入門書,因此在寫作時,特別將複雜的技術和原理解釋得淺顯易懂。人們常說通信不好懂,但我希望大家都能理解這肉眼看不見的通信系統,因此避開了困難的技術細節,使用插圖與簡單清楚的文字來說明。
  
  若讀者能透過本書,對我們日常所使用的通信設備及背後原理產生些許興趣,就是我莫大的榮幸。
  
  井上伸雄2013年10月
 

詳細資料

  • ISBN:9789862354629
  • 叢書系列:科普漫遊
  • 規格:平裝 / 192頁 / 14.8 x 21 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

第1章 從電話到網際網路

「位元」是什麼?


現代通信幾乎都是數位通信,電腦信號一開始就是數位,而現在連電話網路都會把類比聲音轉換為數位信號來傳送,電視影像也一樣要轉成數位。
 
數位信號是由1 與0 兩種數字組合而成,以文字來說,英文字母「A」就是「1000001」,漢字的「東」是「0100010101101100」(圖1),每個1 或0 的數字就是一個位元(bit),位元就是資訊量的單位,所以字母「A」有7 位元,漢字「東」有16 位元的資訊量。日文有平假名、片假名、漢字,字數比英文字母和數字要多,所以用1 與0 來排列組合日文,需要比英文更多的1 與0,也就是更多位元。
 
影像的表現方法又比文字更複雜,比方說最近的數位相機動輒千萬像素,假設將整個畫面分成圖2(a)那樣的許多小點,那麼整個畫面裡就有一千萬個像素。彩色影像的每個像素被分為紅(R)、綠(G)、藍(B)三原色來記錄,每個顏色的亮度都以8 位元(28=256 階)來表示,所以一個像素就有3×8 位元= 24 位元,一千萬像素就有一千萬×24 位元= 2 億4000 萬位元,也就是240M 位元(M:Mega,代表百萬)。
 
像電視這種動態影片的資訊量就更大,高畫質電視(High De¬nition Television, HDTV)的畫面大約有207萬像素,如果每個像素都有24 位元,單一畫面就有50M 位元,而且電視影像每秒要傳輸三十張靜態圖片才能展現動態(圖3),所以每秒的資訊量就達到1.5G 位元(G:Giga,代表十億)。
 
我們也可以用位元組(byte)來代替位元,一個位元組等於8 位元,通常以數位信號傳輸資訊的時候,會以八位元為單位來分割,所以位元組比位元好用。以前面的數位相機照片來說,240M 位元的資訊量等於30M 位元組,數位高畫質電視1.5G 的資訊量大約等於187M位元組,而電腦記憶體與硬碟等儲存媒體的容量,也通常使用位元組來表示。
 
資訊的位元(位元組)愈多,就要花愈多時間來傳輸,而且又需要更大容量(位元組)的記憶體、硬碟、CD 或DVD 等記憶媒體來儲存,經濟效益不好,所以人類發明了數位壓縮,僅保留重要的部分,藉此減少資料量。數位壓縮對資訊量龐大的影像、聲音來說相當有效,以數位相機的照片來說,使用JPEG 壓縮法可以將資訊量壓縮到1M 位元組左右,而電視影像的資訊量更可以用視訊編碼標準程式(Moving Picture ExpertsGroup, MPEG)的壓縮技術壓縮到數十分之一,甚至數百分之一。

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