计网复习——物理层习题

1. 试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，串行传输，并行传输。

数据：是运送信息的实体。

信号：是数据的电气的或电磁的表现。

模拟数据：即连续数据，即数据的变化是连续的。

模拟信号：即连续信号，其特点是代表信息的参数的取值是连续的。

基带信号：即来自信源的信号，也就是基本频带信号。

带通信号：把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号。这种信号仅在一段频率范围内（即频带）能够通过信道。

数字数据：即离散数据，即数据的变化是不连续的（离散的）。

数字信号：即离散信号，其特点是代表信息的参数的取值是离散的。

码元：码是信号元素和字符之间的事先约定好的转换。码元实际上就是码所包含的元素。在采用最简单的二进制编码时，一个码元就是一个比特。但在比较复杂的编码中，一个码元可以包含多个比特。

单工通信：又称为单向通信，即只能由一个方向的通信而没有反方向的交互。

半双工通信：又称为双向交替通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。这种通信方式时一方发送另一方接收，过一段时间后再反过来。

全双工通信：又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。

串行传输：数据在传输时是逐个比特按照时间顺序依次传输的。

并行传输：数据在传输时采用了n个并行的信道。在每一个信道上，数据仍然是串行传输的，即逐个比特按照时间顺序依次传输。但把这n个信道一起观察时，就可看出，数据的传输是n个比特。

2. 物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？

物理层的接口有以下四方面的特性：

（1）机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化的规定。

（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

（4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

3. 假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率（bit/s）？

加入我们用二进制数字来表示这16个不同等级的振幅，那么需要使用4个二进制数字。现在一个码元就可以表示4个比特。因此码元速率为2000码元/秒时，我们得到的数据率就是4倍的码元速率，即80000 bit/s。

4. 用香农公式计算一下，假定信道带宽为3100Hz，最大信息传输速率为35kbit/s，那么若想使最大信息传输速率增加60%，问信噪比S/N应增大到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N再增大到10倍，问最大信息速率能否再增加20%？

将以上数据带入香农公式，得出：35000=3100log2(1+S/N)35000=3100log_{2}(1+S/N)35000=3100log2(1+S/N)。
log2(1+S/N)=35000/3100=350/31=lg(1+S/N)/lg2log_{2}(1+S/N)=35000/3100=350/31=lg(1+S/N)/lg2 log2(1+S/N)=35000/3100=350/31=lg(1+S/N)/lg2

lg(1+S/N)=lg2∗350/31lg(1+S/N)=lg2*350/31 lg(1+S/N)=lg2∗350/31

1+S/N=10lg2∗350/311+S/N=10^{lg2*350/31} 1+S/N=10lg2∗350/31

S/N=10lg2∗350/31−1=2505S/N=10^{lg2*350/31}-1=2505 S/N=10lg2∗350/31−1=2505

使最大信息传输速率增加60%时，设信噪比S/NS/NS/N应增大到xxx倍，则
35000∗1.6=3100log2(1+xS/N)35000*1.6=3100log_{2}(1+xS/N) 35000∗1.6=3100log2(1+xS/N)

log2(1+xS/N)=35000∗1.6/3100=350∗1.6/31log_{2}(1+xS/N)=35000*1.6/3100=350*1.6/31 log2(1+xS/N)=35000∗1.6/3100=350∗1.6/31

lg(1+xS/N)/lg2=350∗1.6/31lg(1+xS/N)/lg2=350*1.6/31 lg(1+xS/N)/lg2=350∗1.6/31

1+xS/N=10lg2∗350∗1.6/311+xS/N=10^{lg2*350*1.6/31} 1+xS/N=10lg2∗350∗1.6/31

xS/N=10lg2∗350∗1.6/31−1xS/N=10^{lg2*350*1.6/31}-1 xS/N=10lg2∗350∗1.6/31−1

x=(10lg2∗350∗1.6/31−1)/(10lg2∗350/31−1)=(105.438−1)/(103.399−1)≈105.438/103.399=102.039=109.396x=(10^{lg2*350*1.6/31}-1)/(10^{lg2*350/31}-1)=(10^{5.438}-1)/(10^{3.399}-1)≈10^{5.438}/10^{3.399}=10^{2.039}=109.396 x=(10lg2∗350∗1.6/31−1)/(10lg2∗350/31−1)=(105.438−1)/(103.399−1)≈105.438/103.399=102.039=109.396

信噪比应增大到约100倍。

设在此基础上将信噪比S/NS/NS/N再增大到10倍，而最大信息传输速率可以再增大到yyy倍，则利用香农公式，得出
35000∗1.6∗y=3100log2(1+2505∗109.396∗10)35000*1.6*y=3100log_{2}(1+2505*109.396*10) 35000∗1.6∗y=3100log2(1+2505∗109.396∗10)

y=3100log2(1+2505∗109.396∗10)/35000∗1.6=(3100lg2740370.8/lg2)/35000∗1.6=1.184y=3100log_{2}(1+2505*109.396*10)/35000*1.6=(3100lg2740370.8/lg2)/35000*1.6=1.184 y=3100log2(1+2505∗109.396∗10)/35000∗1.6=(3100lg2740370.8/lg2)/35000∗1.6=1.184

即最大信息速率只能再增加18.4%左右。

5. 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？

许多用户通过复用技术就可以共同使用一个共享信道来进行通信。虽然复用要付出一定代价（共享信道由于带宽较大因而费用也较高，再加上复用器和分用器也要增加成本），但如果复用的信道数量较大，那么总的来看在经济上还是合算的。

常用的复用技术有：频分复用、时分复用（包括统计时分复用）、波分复用（包括密集波分复用和稀疏波分复用）和码分复用（码分多址）。

6. 试写出下列英文缩写的全文，并进行简单的解释。FDM，TDM，STDM，WDM，DWDM，CDMA，SONET，SDH，STM-1，OC-48。

FDM频分复用：给每个信号分配唯一的载波频率并通过单一媒体来传输多个独立信号的方法。组合多个信号的硬件称为复用器；分离这些信号的硬件称为分用器。

TDM时分复用：把多个信号复用到单个硬件传输信道，它允许每个信道在一个很短的时间使用信道，接着再让下一个信号使用。

STDM统计时分复用：又称为异步时分复用，是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。

WDM波分复用：就是光的频分复用。

DWDM密集波分复用：是波分复用的一种具体表现形式。

以上部分内容引自《计算机网络释疑与习题解答》，如有侵权，请及时联系我删除！