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- 538期－意猶未盡的急速:4G（10月號）
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2014-10-01你真的都搞懂了嗎？數位通訊新世代
538 期
Author 作者
曲建仲／任職美商德州儀器公司。
近代行動通訊的基礎就是「數位通訊」技術的演進，不論是第三代（3G）或第四代（4G），甚至未來的第五代（5G）通訊，都是以更複雜的數位訊號調變技術來增加資料傳輸的速率，讓我們連線上網得更快速方便。行動通訊的許多專有名詞，什麼是TDMA、FDMA、CDMA、OFDM；而ASK、FSK、PSK又是什麼？等等，還有線路交換、封包交換……這些專有名詞常常讓大家弄得頭昏腦脹，因此要了解什麼是4G，就先從這裡開始吧！
訊號數位化
環境中的所有資訊，包括我們耳朵聽到的聲音、眼睛看見的影像、皮膚感受的觸覺、電腦儲存的資料，以及手機傳送的訊息等，都是一種「訊號」，這些訊號到底有什麼差別？而人類又是如何處理這些訊號呢？
人類講話的聲音是連續的，因為我們的聲音可能是漸漸變大或漸漸變小。例如，老師使用麥克風在上課，麥克風是一種聲音的接收器，可以將聲音的大小轉換成電壓的大小，所以隨著聲音的大小，麥克風的電壓也會漸漸變大或漸漸變小，產生連續的電壓變化，這種「連續的訊號」就稱為類比訊號（analog signal）。大自然裡一切的訊號，包括聲音和影像，都屬於類比訊號。
而經由加工以後，可以將連續的類比訊號變成「0」與「1」兩種不連續的訊號，就稱為數位訊號（digital signal）。例如電腦在運算時，就只有低電壓（0V代表二進位的數字0）與高電壓（1V代表二進位的數字1）兩種情況，訊號可以由0直接跳到1，也可以由1直接跳到0，得到的是一個不連續的電壓變化，這種「不連續的訊號」就是數位訊號。目前所有電子產品裡的處理器都是使用數位訊號來進行運算。
將類比訊號轉換成數位訊號的過程就稱為訊號數位化（signal digitization），所以不論那種類比訊號數位化以後，都只剩下0與1兩種訊號；更因數位訊號的優點很多，所以科學家努力的把我們的世界變成一個數位世界。
使用數位訊號時，0與1本身並沒有任何意義，而是利用0與1的「排列順序」來代表一個文字、一段聲音或是一張圖片，此時才別具意義。
訊號數位化的優點
►可與電腦相容，聲音與影像容易修改
電腦原本就是使用數位訊號在運算與儲存，所以很容易使用電腦來修改數位的聲音或影像，現在電影裡許多栩栩如生的電腦動畫就是拜數位訊號之賜，不過這是優點也是缺點，或許再過幾年我們所錄製的聲音或拍攝的影像，就不能做為法庭的呈堂證供了。
►容易儲存與傳送
數位訊號只有0與1兩種訊號，所以儲存元件的設計與製作都比較簡單，傳送訊號的正確性也很高。
►容易進行偵錯與除錯
數位訊號能夠利用數學演算法進行校正、偵錯與除錯，避免在儲存或傳送的過程中產生錯誤。
►容易加密與解密
數位訊號可以進行加密與解密，確保重要的資料安全，例如：銀行帳號密碼、戰爭機密情報不被別人竊取或盜用。
►容易壓縮與解壓縮
經由數位訊號的壓縮與解壓縮，可以減少資料的容量，更容易儲存或傳送。
我們可以想像，一段聲音（聲波）是空氣中一條連續不斷的曲線，稱為「類比訊號」；當透過積體電路轉換成音樂檔案後，就成了「數位訊號」，不再是一個連續的曲線，而是一個接著一個的整數。……【更多內容請閱讀科學月刊第538期】