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？
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　　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」。

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

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。