連接模組
無線通訊的基本知識：無線機制 (2)
1.什麼是無線通訊？
2.無線通訊應用範例
3.無線通訊系統的基本配置和要素
4.無線通訊方法：調變與解調
專欄：無線電波及其頻率
索引：無線機制 (2)
5.資料傳輸方向：雙工（全雙工和半雙工）和單工
無論是無線或有線通訊，資料傳輸方向的傳輸格式都是通訊應用中的重要規格。傳輸格式可分為雙工傳輸和單工傳輸。此外，雙工傳輸又可進一步分為全雙工傳輸和半雙工傳輸。以下我們將解釋每種傳輸方式。
5.1 雙工傳輸
雙工傳輸* 5 是一種傳輸格式，目前的數位通訊裝置似乎有很大比例都已採用。雙工傳輸有兩種類型：全雙工傳輸和半雙工傳輸。
全雙工傳輸
如圖 8-1 所示，全雙工傳輸是一種傳輸格式，可同時以兩種方式 (雙工) 進行資料通訊和語音通話：從裝置 A 到裝置 B，以及從裝置 B 到裝置 A。如果接收和傳輸 (有時分別稱為 "Rx「 和 」Tx")的訊號被指定為不同的頻率，則橙訊中將其分隔的電子元件稱為雙工器。
應用範例：固定電話、行動電話、智慧型手機等（裝置間直接連線）
*5: 我們經常聽到下載/上載和下行/上行這些與雙工傳輸有關的術語。比方說，您使用的終端或 PC 是裝置 A，在這種情況下，從裝置 B 接收資料稱為下載；反之，從裝置 A 向裝置 B 傳送資料稱為上傳。此外，當裝置 A 與裝置 B 之間的連線（例如終端與基地台之間的連線）並非重要的資料傳輸本身時，則稱為下行鏈路/上行鏈路。
半雙工傳輸
如圖 8-2a 和圖 8-2b 所示，半雙工傳輸是裝置 A 和裝置 B 透過在傳輸和接收之間相互切換來傳輸資料的格式。此格式有別於全雙工傳輸，因為資料無法同時以兩種方式傳輸。
應用範例：收發器
5.2 單工傳輸
如圖 8-3 所示，單工傳輸是一種格式，其中資料在裝置 A (傳送器) 和裝置 B (接收器) 之間只以單方向 (單工) 傳送，即從裝置 A 傳送至裝置 B。
應用範例：AM/FM 無線電廣播、使用無線電波的遙控等。
6.什麼是通訊協定？
到目前為止，我們已從硬體方面概述了無線通訊。另一方面，無論是無線或有線，軟體方面對於建立電信也很重要。此軟體稱為通訊協定，或簡稱為通訊協定。
通訊協定是指在資料通訊 (數位通訊) 系統 (包括電腦) 的不同系統之間，為了無誤傳送資料而決定的程序和規則。圖 9 顯示與資料傳輸相關的通訊協定角色範例。
為了確保資料的傳輸，必須確定廣泛的角色和功能通訊協定，例如控制程序、資料結構和介面。然而，這涉及到大量的通訊協定。比方說，一個通訊協定固定為一個模型。在這種情況下，當需要更新通訊協定時，例如增加通訊協定的內容或變更通訊協定的內容，就很難處理。因此，每個角色和功能都會被指派一個通訊協定，然後將這些通訊協定組織成一個分層結構，以確保可以輕鬆地更新。這種有系統組織的通訊協定結構稱為通訊協定堆疊。(有時也稱為通訊協定套件或網路架構）。
通訊協定堆疊以國際標準為藍本。這稱為開放系統互連 (OSI) 基本參考模型（表 4）。在實際應用中，並未使用此模型，而是採用具有適合各種應用的規格（良好的資料傳輸效率和高資料傳輸可靠性等）的協定堆疊。表 5 以 Bluetooth® LE 模型中的通訊協定堆疊為例，說明網際網路上標準使用的 TCP/IP 模型與 OSI 基本參考模型之間的對應關係。我們省略了 TCP/IP 模型與 Bluetooth® LE 模型中每一層的說明。您可以看到層數不多，而且省略了某些層。
4G LTE 和 5G 的通訊機制是透過基地台進行。因此，其通訊協定變得比 TCP/IP 模型和 Bluetooth® LE 模型更複雜。
專欄：無線通訊的歷史與演進
無線通訊的歷史可以追溯到 1864 年。英國理論物理學家 J.C. Maxwell 在他的論文 "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" 中預言了無線電波的存在。然而，這篇論文在當時非常難以理解。因此，人們無法理解其內容。德國人 H. R. Hertz 證明了無線電波的存在。Hertz 在 1888 年成功地人工製造出無線電波。該證明揭示了無線電波在反射、折射、衍射、干擾等點上具有與光相同的特性。義大利發明家馬可尼 (G. Marconi) 率先利用無線電波實現了無線電信。1896 年，在 S. Morse 於 1837 年成功使用電線進行有線通訊大約 60 年之後，Marconi 在英國使用摩爾斯密碼成功傳送約 3 公里的無線通訊。此外，他在 1899 年橫跨多佛海峽和 1901 年橫跨大西洋的無線通訊也獲得了成功（圖 10-1）。
人們很自然地想到在船舶上使用無線通訊，實現從陸地到海洋、從海洋到陸地、從海洋到海洋的移動通訊--這是當時還不可能實現的。1897 年進行了一次這樣的測試。1912 年泰坦尼克號的沉沒是這種無線通訊早期最具歷史意義的事件。眾所周知，泰坦尼克號在首航時與冰山相撞沉沒。當時，"SOS "求救訊號是透過無線通訊以摩斯電碼傳送的。在附近航行的卡帕錫亞號(Carpathia)截獲了這個信號，並趕往災難現場，救起了711人。
20 世紀初，除了摩斯電碼之外，無線傳輸音訊和視訊也成為可能，例如無線電和電視廣播。美國於 1906 年首次實現無線電廣播。東京廣播系統 (NHK) 於 1925 年在日本啟用。同時發明了黑白電視。電視廣播開始於 1950 年左右。此外，彩色電視在黑白電視發明三年後出現。1960 年代，發達國家開始採用彩色電視廣播。這奠定了電視廣播的基礎。在那之後，電視一直以類比格式廣播，直到 21 世紀初。自 2010 年代後半期起，全球各地開始過渡至數位格式。
目前，無線通訊已滲透到廣播以外的生活領域。隨著警察、消防、防災、鐵路、機場等特定行動專用（商業無線）無線通訊的普及，以及代表個人無線通訊的行動電話的普及，無線通訊的使用範圍已大幅擴展。行動電話在 1993 年左右開始在各國數位化（第二代：2G）。從那時起，速度和容量都有了快速的提升。2009 年在海外和 2012 年在日本出現的 4G 大幅提升了該水平。現在正處於 2020 年代 5G 普及的階段（圖 10-2）。此外，有關 Beyond 5G 和 6G 等世代後的概念的討論也在進行中。
