通訊科技：通訊，實現了千里眼與順風耳的夢想
91/09/16
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楊家輝｜
成功大學電機工程學系、電機與資訊研發中心
通訊的內涵與目的
通訊的原意是指意見的溝通或訊息的交換。但現代的通訊還包括了以無線或有線方式，將聲音、影像與文字等多媒體訊息傳輸至遠端的意思。從技術層面來定義，則是指將各種訊號經編碼與調變處理後，仍能有效率、安全且成功地傳送至遠方，其間即使有各種吵雜、干擾也不受影響。千里眼與順風耳雖是古代的神話，卻是發展通訊系統過程中，希望能達到的理想。
中國古代的烽火臺及飛鴿傳書、非洲土著的敲擊聲音、及童軍的旗語，都是實用的傳統通訊方式。這些方式，雖然仍需要利用人的眼睛及耳朵為接收工具，卻已超越原來需要面對面才能傳訊息的限制。由上述的例子可知，只要通訊的雙方先約定好訊號的強弱、長短，或旗子擺動位置等所代表的意義，就能有正確的溝通。
而現代人，利用「電」的傳輸功能，就能快速又方便地看電視、打電話、收聽廣播節目、傳送文件，也能利用數據機經電話線或有線電視纜線，透過網路發送或接收電子郵件、上網瀏覽網頁與使用網路電話等，已能很輕鬆地具有千里眼與順風耳了。現代人已不必建立自己的烽火臺、不必養一大群來自各地親朋好友的鴿子，當然也不必去記那繁雜的旗語，或去分析記憶鼓聲所代表的訊息，更不會因天候不佳而無法通訊或影響通訊的品質。想一想，當有千百萬人同時在通訊時，傳統的通訊方法，就會造成滿天烽火，滿天飛翔的鴿子……。其實當電被發現之後並沒有馬上解決所有的通訊問題，而是經過通訊技術的不斷發展與系統性的設計之後，才達到快速、安全、及大量資訊交換的狀況。
電信的緣起
早期的電話是透過電流或電壓強弱來代表聲音的大小，如果有兩個人要互通訊息，只要在兩人之間拉一條電線，就可以達到目的，是人類最成功與最基本的通訊方式。電報則是利用滴答聲來傳送訊息，但需專業的接聽員與譯碼員，並不適合一般大眾使用。
當電話通訊者由兩人增加為多人時，其連接方式就有如星狀網路結構，先將電話線經由中心局轉接，兩人之間才能通話。「電信局」乃因此而產生。其連線工作，早期是由接線生操作，後來慢慢演變為機械式縱橫交換接線，再進步到以電子交換機完成區域性電話通訊系統。當通訊的使用者不斷增加後，最有效的接線方式，則是多星狀網路結構，亦即一個城市的電信服務分別由數個小中心局組成，各小中心局間再由中容量的通訊線連接，至於大城市與大城市之間的連接，則以大容量的光纖或衛星通訊連接。
透過電信局的接線式電話是現今最基本、最直接的線路交換通訊系統。雖然我們使用電話通訊時的感覺，以五十年前和現在相比是完全相同的，但其間電信技術的發展卻從未間斷。如從早期的一線單一服務，到目前利用多工技巧的一線五千多路電話的有線服務網路。而近年來，快速發展的數位通訊技術，使傳統的電話線已可經數據機來傳送數位訊號了。通訊技術的研究是希望能達到高品質、方便、更快速且能大量使用的目標。
目前通訊技術用於家電產品的有調幅、調頻收音機及電視機，其中電視廣播系統能夠同時提供彩色影像、立體音響及文字的類比訊號傳送。現在也已利用分頻多工的技巧，使一條同軸線可以傳送上百個有線電視台的節目，若再利用數位影像或聲音壓縮與數位調變技術，則使用同一條電纜線來傳送近千個電視節目也是可以輕易達到的。
通訊的基本功能單元
通訊系統依相對流程關係可分為六大基本功能單元。聲音（影像）經過麥克風（光電感應器）的「轉換器」轉變為類比式電的訊號，此種訊號即在電線中傳送，再經喇叭的反轉換器將它轉成聲音，這就是類比電話的第一個基本系統要求。但為了有較高效率及較高的通話品質，電話（影像）訊號，需再經取樣與數位化處理，但數位化的聲音（影像），卻又需要龐大的數據量。因此，通訊系統中第二個主要功能單元為訊號源壓縮編碼器。
訊號源壓縮編碼器的主要目的是將原來的訊號壓縮成較少的數據，在傳送到使用者之前，再由訊號源壓縮解碼器將訊號回復為原來的訊號。一般而言，壓縮的效率依訊號性質，可從數倍至數百倍。但對於使用者而言，則完全察覺不出。現代影像及視訊壓縮方法有哪些？聲音的壓縮又是怎麼做的呢？
通訊系統中第三個功能單元為數據保密器，保護數據的安全，如被動地預防駭客的威脅，防止數據被竊取或竄改，以及主動地保證數據在通訊過程中的完整性、鑑別性與不可否認性。尤其是在金融體系，這些電子化的機密數據或電子證明文件如何為大家所認定，更是現今通訊網路不可或缺的技術。傳統的保密方法，有取代法如黑話、暗語，或交換法如英文字母的不規則交換位置。而現代的保密技術有哪些呢？
通訊系統中第四個功能單元為錯誤更正編碼器，主要目的在保護數據，使其不會因雜訊或干擾而產生錯誤，進而確保數據正確無誤地到達目的地。常見的錯誤更正方法則是重複傳送，如利用三隻信鴿來送同一信件，當然可提高信件的到達率。而目前最新的錯誤更正編碼方法有哪些呢？
通訊系統中第五個功能單元為調變器與多工器。調變器主要的目的是將數位數據在有限的寬頻下，以有效的方式將其轉變為較適合於傳輸媒介如電話線、光纖、無線通訊網路的訊號形式。常見的調變系統有調幅及調頻等。調變器同時具有控制調變訊號中心頻率的功能。調變系統利用分頻多工，使同一通路（一條同軸電纜）能分送多個頻道。若訊號為數位數據時，為了達到單一訊號線能同時傳送數十個，甚至數千個數位的訊號，常用分時多工的技術，把數個數位化的數據經分時多工器處理後，再合成單一數位訊號，以較高的速度，將時間分成多個子時槽，分別提供多個訊號使用。
通訊系統中第六個功能單元為高頻與光纖介面。當訊號經過調變後，就需要一個大容量傳輸媒介來傳輸這上百上千個訊號。一般而言，分頻多工系統，須經過一個高頻介面，將各個訊號載入各個不同頻道。尤其是無線通訊系統，愈高頻帶其通訊容量愈大，當然其相對的技術水平就愈高。若是分時多工的數位通訊系統，往往我們會選擇光纖通訊系統來傳送訊號，此時我們就需要一個光纖介面系統，將原來是電的訊號轉換成光的訊號。一條細如頭髮的光纖往往可輕易地傳送數千路不同的訊號。
在現代通訊系統中，所有通訊行為都已不再是單一訊號的傳送，而是全世界千百萬的有線及無線電話、上億的網路訊息及電子郵件，在同一時間成功地完成通話與資料的交換。調變技術有哪些呢？通訊網路技術到底如何達成如此龐大的數據交換呢？
通訊的未來
通訊產業是政府繼電子與資訊產業後所推動的高科技產業，目前已占有很高的產值。電信的普及率與平均通訊量是衡量進步的指標之一，況且，發達的通訊也是台灣要邁向亞太營運中心的重要條件。
由於資訊與半導體技術的急遽發展，有了快速的電腦與功能強大的軟體系統之後，人們進一步對通訊品質、寬頻、無線與低價通訊的需求，使得通訊系統業者競爭激烈。目前世界各大國對無線通訊及寬頻網際網路的發展無不卯足全力，使得各類有線、無線、網際網路的應用快速崛起。
通訊、媒體內容、電腦、消費電子的結合，尤其未來數位電視及第三代無線通訊系統的發展將是不可避免的趨勢。依據美國電視協會估計，初期祇要有2％的電視用戶購買數位電視，其工業產值就將高過電腦工業。如果到了購買高峰期，再加上其他的數位家電產品，則必是未來電子工業的主流。
