2014年5月10日 星期六

為什麼叫最後一哩

在電信網路中,我們常會將家戶端的電話線一直到電信機房這一段戶外電纜稱為最後一哩(last mile)。
(在此,電信機房正確說法是終端機房,英文稱為end office, 意指網路的最末端機房)

電信終端機房到家戶端的電纜較正式的名稱是用戶廻路,英文稱為 subscriber line 或 subscriber loop。

為什麼我們會稱用戶廻路為最後一哩,其主要原因是因為此段網路非常龐大,需要花費許多時間和人力才能建設完成。例如當初電信網路要從類比轉變成數位化時,其主龫網路丶各級交換機的數位化工程相對於用戶廻路數位化工程更為容易完成,而用戶廻路數位化則花費所有國家最多的時間,也是最後完成的一哩路。目前寬頻網路是每一個國家競爭力的一環,因此網路光纖化也是現在每一個國家努力的目標。而最後一哩的光纖化也是最困難的挑戰。

因此最後一哩代表著最重要丶最關鍵丶最困難的涵義。也因此,也有人反過來把它稱為第一哩(the first mile)。

2014年5月9日 星期五

TDD 與 FDD 通訊系統

在行動通訊系統中有分為 TDD(Time Division Duplex, 分時雙工) 和 FDD (Frequency Division Duplex, 分頻雙工) 兩種不同的傳輸方式。

在行動通訊系統中,從基地臺傳送信號到手機稱為下行傳輸(也可以說是手機接收基地臺送來的信號),反之,從手機傳送信號到基地臺稱為上行。上行和下行如果採用不同的頻帶(frequency band)來傳送信號,則上行和下行彼此有專屬的傳輸通道,彼此就不會互相干擾,此時手機可以同時傳送和接收信號,這樣的傳輸方式我們稱為全雙工。也就是FDD的基本原理。

另一種TDD傳輸方式則是上行和下行同時使用同一個頻帶,此時為了避免上行和下行信號相互衝突,就會規定同一時間手機只能送信號或收信號。換言之,同一通道某一個時間當作上行接著下一個時間變為下行;如此,上行丶下行丶上行丶下行丶...一直重複。因為它的傳輸方式和打乒乓球很像(把基地臺和手機想像成那兩支球拍),所以又被稱為 ping-pong method。此種傳輸方式有時又被稱為半雙工。

目前國內所俗稱的4G行動通訊系統指的就是採用3GPP LTE(long term evolution) 技術,這理3GPP 是一個非官方標準組織, 3GPP LTE技術依據其技術演進分為許多版本。其中 3GPP LTE 第十版(rel.10)技術也已被國際標準組織ITU採用為國際標準。 LTE 技術也同時支持 TDD和 FDD 兩種不同的傳輸方式,分別稱為TD-LTE 和FDD-LTE。 LTE 技術所採用的核心技術就是我們之前介紹過的OFDM技術。

FDD-LTE的優點是技術成熟,設備支持度高,且目前較多國家採用(這在出國旅遊需要漫遊時是需要考慮的)。不過 FDD-LTE的上行和下行頻寬在一開始就必須指定,目前大部分的國家都是指定上行和下行頻寬一樣,稱為對稱式傳輸。

相對的,TD-LTE在理論上具有較多優點,例如系統可以根據網路需求,機動的調整上行和下行傳輸時間,稱為非對稱傳輸。這在數據傳輸為重的今天有其優點,因為通常消費者下載的數據量會遠比上行多。

雖然我們之前有談過技術中立性,但是TD-LTE 和FDD-LTE若允許業者自由採用,則因其彼此之間需要适當間隔以避免互相干擾,這會使得頻率使用效率降低。因此各國政府在頻譜規劃時都會事先指定是TDD或FDD。這也使得 TD-LTE 和FDD-LTE 的技術競爭會愈來愈白熱化。

2014年5月5日 星期一

夫妻數

220 和284 是兩個很有趣的數字,數學家稱為友愛數。

220 的因數為 1,2,4,5,10,11,20,22,44,55,110
把這些因數加起來是284;

284的因數為 1,2,4,71,142
把這些因數加起來是220;

正好印証中國話的「我泥中有你,你泥中有我」,所以叫夫妻數較貼切。

至於太太是220還是284, 這我還得回去請示一下。

2014年5月3日 星期六

通訊的一個悲劇: 看FM之父的死

Edwin Howard Armstrong 被稱為調頻廣播(FM Radio, frequency modulation radio)之父。

確實的調頻技術之原理由誰提出己不可考,但是完整的調頻廣播電路系統是由 Edwin Armstrong 提出的。其中最有名的當屬再生電路( regenerative circuit) 和超外差接收機 ( Superheterodyne receiver ),現今的通訊原理教科書仍列為必教的教材。他在帝國大廈的調頻廣播展示震驚世界,据說連水倒入杯中的聲音彷如現場。

然而他是和大企業對抗的悲劇英雄。當時的調幅廣播(AM, amplitude modulation) 大企業RCA 並未購買他的專利,並且影響當時的 FCC 將調頻廣播頻率定為88-108MHz (此頻段一直延用至今,成為世界共同標準) 以迥避專利。此後一連串的專利訴訟使得 Edwin Armstrong 破產,最終選擇跳窗自殺 (英文 walked through the window 讀來倍覺心酸)。

Edwin Armstrong 是通訊界的名人,他的詳細生平可以在WiKi 查到。他是一個自認為實務派工程師,相信事實甚於數學,其名言如下:
I could never accept findings based almost exclusively on mathematics. It ain't ignorance that causes all the trouble in this world. It's the things people know that ain't so.

很遺憾的, Edwin Armstrong 之死不是通訊界第一個悲劇,也不是最後一個。
 
( 註: Edwin Armstrong 和 John Renshaw Carson 的論戰容後另提)

Hedy Lamarr 最美麗的通訊技術發明人

Hedy Lamarr 是展頻通訊中所謂跳頻技術(frequency hopping) 的共同發明人。她利用了鋼琴按鍵的原理 (不同聲音代表不同頻率,有規則彈奏按鍵代表 hopping sequence) 發現了跳頻技術,並且取得專利。
展頻通訊最初是應用在軍事上,因為其有保密通訊之效果。

Hedy Lamarr 是一位美麗的影星, 她在感情上評價有正有負,但是美貌無庸置疑。 她如果沒有拒絕出演北菲諜影,以她在保密通訊上的專業成就如加上主演北菲諜影將成為另一個傳奇。

Hedy Lamarr 的美麗照片可以很容易在網路上找到。

2014年5月2日 星期五

OFDM 技術發明人

OFDM 全名為 orthogonal frequency division multiplexing, 中文翻譯為正交分頻多工。

OFDM 技術是一位美裔中國人 Robert Chang 於1966年 Bell Labs 服務時所提出的。他也曾將此技術於1970年取得專利。

R. W. Chang 所提出論文如下:
•R. W. Chang, "Synthesis of band-limited orthogonal signals for multichannel data transmission," The Bell Sys. Tech. J., vol. 45, pp.1775-1796, Dec. 1966.
BSTJ 期刊在學術界是很有名的期刊。

R. W. Chang 所提出美國專利如下:
•R. W. Chang, Orthogonal frequency division multiplexing. US Patent 3,488.445, filed 1966, issued Jan. 6, 1970.不過,很可惜當OFDM技術普及時,此專利保護期己過。

讓 OFDM 技術能夠實用化要歸功於1980年代 FFT/IFFT 之技術成熟化。而讓 OFDM 技術廣為人知則要歸功於ADSL。不過在ADSL 中則稱 OFDM 技術為 DMT (Discrete Multi-Tone) 技術。DMT 技術由史丹佛大學John Cioffi教授領軍之 Amati 公司在 Olympic 技術競賽中取得勝利並成為ADSL標準。 Olympic 技術競賽計有 DMT, QAM, CAP(carrierless AM /PM) 三種技術參與競逐。隨後ETSI也選擇DMT為歐規數位用戶廻路標準。這使得ADSL成為全球統一的標準。在通訊界要讓歐美採用相同標準是很不容易的事。

隨後DAB, IEEE 802.11a, 802.16等標準相繼採用 OFDM 技術,使得 OFDM 技術成為現今最多通訊系統採用之技術。現今稱為 OFDM 時代實不為過。

(註: Robert.W.Chang出生於河北,在美國普度大學取得博士學位,好像曾在臺灣清華大學就讀)
 

2014年4月30日 星期三

何謂網路中立性

網路中立性 (Net neutrality), 有時稱為 internet neutrality

網路中立性意指網路擁有者在提供數據傳輸時不得對使用者(包括消費者和服務提供者)有差別待遇。其公平對待包括:
–無費用差別(無額外費用)
–無接取優先權 (含routing)
–無頻寬(或速率)差別

網路中立性要求是否适當,目前仍有許多爭論,例如它在商業機制上限制了tiered service model, 另外費用與品質成正比也不易執行。例如Comcast 曾經對 peer-to-peer (P2P) communications採取降速; Netflix 同意付費給 Comcast以提昇速率等都反應了部分業者並不同意網路中立性。