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设备

  • 中继器:延长信号传播长度
  • 集线器:RJ45接口,无碰撞检测

接口特性

不属于物理层接口规范定义范畴的是(C) 
A. 接口形状

B. 引脚功能

C. 物理地址

D. 信号电平

传输媒体

导引型媒体

双绞线

  • 减少对相邻导线的电磁干扰
  • 应用于电话系统
  • 可模拟传输
    • 放大器
  • 可数字传输
    • 中继器
  • 带宽依赖于导线类型和距离
UTP

非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair)

STP

屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair)

  • 仅7类线为STP

同轴电缆

  • 基带同轴电缆
    • 50Ω
    • 数字传输
  • 宽带同轴电缆
    • 75Ω
    • 模拟传输和有线电视传输

光纤

  • 多模光纤
    • 允许多条光线在光纤内全反射传播
    • 存在长距离失真,一般用于短距离传输
    • 便宜
    • 对光源要求低
      • LED即可
  • 单模光纤
    • 光纤直径与光的波长相近,光只能直线传输而不能折射
    • 传输距离长
    • 对光源要求高
      • 必须使用半导体激光器
    • 接收端采用光电二极管

相较于传统铜导线

  • 带宽高
  • 衰减小
  • 安装要求高
  • 弯折易损坏
  • 单光纤不能双工通信
  • 成本高

非导引型媒体

  • 无线电传输
    • 低频全方向传播,穿透性好
    • 高频直线传播,穿透性差
  • 微波传输
    • 直线传播,穿透性差
  • 红外传输
    • 距离短,不能穿越固体
  • 光通信
    • 距离和稳定性受大气条件影响

【2023-912】光网络只能通过导向型介质传播。(×)

数据通信理论

  • 模拟信号:连续信号,参数取值是连续的
  • 数字信号:离散信号,参数取值是离散的

  • 单向通信:单工通信
  • 双向交替通信:半双工通信
  • 双向同时通信:全双工通信

  • 信源编码器/解码器:信息数字化及逆过程
  • 加密器/解密器:信息传输前加密,收到后解密
  • 信道编码器/解码器:检测纠正错误

Fourier变换:将时域信号和分解为频域信号


信道极限容量

(模拟)带宽:信道能够通过的频率范围,单位Hz

  • 频率在带宽内的波振幅不会显著衰减
    • 高频显著衰减磨平了数字信号的上下沿,出现码间串扰
    • 即使频率在带宽内,多少也有损耗
  • 约定0到能量衰减50%的频率为带宽

比特率(数字带宽):信道的最大传输速率,单位bit/s

波特率:每秒传输的信号数,单位Baud

  • 记信号等级数为L,那么一个信号需要\log_2L位编码
  • 比特率=波特率×\log_2L

基带信号:频率从0到带宽的信号

通带信号:频率在基带信号的基础上作一次偏移

Nyquist定理

采样频率问题:对于通过了带宽为B的低通滤波器的复合信号,还原信号需要采样达到多少频率

  • 理想无噪声

frequency\ of\ sample = 2f_{max}

digital\ bandwidth = 2B \log_2V

  • V为离散等级数

Shannon定理

信噪比SNR
  • S:信号平均功率
  • N:噪声平均功率

SNR=10\log_{10}\dfrac{S}{N}

  • 单位dB
Shannon公式

digital\ bandwidth = B \log_2\left(1+\dfrac{S}{N}\right)

【2017-408】若信道在无噪声情况下的极限数据传输速率不小于信噪比为30dB条件下的极限数据传输速率,则信号状态数至少是(D)
A. 4
B. 8
C. 16
D. 32

S/N=1000dB,由Nyquist定理和Shannon公式,2B\log_2V>=B\log_2(1+S/N)=10B,V=32

用PCM对语音进行数字化,如果将声音分为128个量化级,采样频率为8000次/秒,那么需要的数据传输率为(A)
A. 56kbps
B. 64kbps
C. 128kbps
D. 1024kbps

2B\log_2V=56kbps

数字调制技术

将数字信号变为模拟信号

设备:调制器/解调器

  • 低频和直流分量的处理
    • 大多数信道承载的是模拟信号

基带传输

数字数据的数字传输,直接用数字信号传输

  • 信号将占据0到带宽的所有频率(Fourier变换结果)
基带调制

把数字信号变成当前信道可用的数字信号,又称编码

提高数据传输率方法
  • 增大离散等级数
  • 增大信号时钟频率
    • 时钟同步:接收器必须能够分清两个符号的分界
常见基带调制方式
  • 不归零编码NRZ:正电平为1,负电平为1
    • 不能自同步,除非同时传时钟信号(效率低)
  • 归零编码RZ:正电平为1,负电平为1,每个bit周期结束前都归零
    • 可自同步
  • 不归零逆转编码NRZI:信号有无跳变决定0或1
    • 要避免发送多个连续的无跳变位
  • Manchester编码:每个bit周期中心跳变方向决定0或1
    • 可自同步
    • 编码效率低
  • 差分Manchester编码:每个bit周期中心都有用于同步的跳变,周期开始时有跳变为0,无跳变为1
    • 可自同步
    • 检测比Manchester编码容易
    • 信号被反转,bit信息保持不变
  • 双极编码AMI:相邻的1用不同的正负电平表示,0均为零电平
    • 不能自同步
    • 是平衡码:短时间内正负电压时间相等
      • 无直流分量
  • 4B/5B编码:用5位码唯一指定一个4位码,多出来的16种5位码可用于控制信号
    • 25%的低额外开销
    • 最多只有连续3个0

10BaseT以太网中使用Manchester编码传输

100BaseTX快速以太网中使用4B5B+NRZI编码传输

【2013-408】若下图为10BaseT网卡接收到的信号波形,则该网卡收到的比特串是(A)

A. 0011 0110
B. 1010 1101

C. 0101 0010
D. 1100 0101

【2015-408】使用两种编码方案对比特流01100111进行编码的结果如下图所示,编码1和编码2分别是(A)

A. NRZ和曼彻斯特编码

B. NRZ和差分曼彻斯特编码
C. NRZI和曼彻斯特编码
D. NRZI和差分曼彻斯特编码

通带传输

数字数据的模拟传输

通带调制

分别调制波的振幅,频率,相位

  • 振幅,频率,相位可结合调制
  • 但是频率,相位一般不结合(频率会影响相位)

幅移键控ASK

不同振幅表示不同位

频移键控FSK

不同频率表示不同位

相移键控PSK

不同初相位表示不同位

  • 二进制相移键控BPSK:初相位分别选为0和\pi/2
    • 每个符号可表示0或1
  • 正交相移键控QPSK:初相位分别选为0、1\pi/4、2\pi/4、3\pi/4
    • 每个符号可表示2bits
正交调幅QAM

混合调制:ASK+PSK

【2009-408】在无噪声情况下,若某通信链路的带宽为3kHz,采用4个相位,每个相位具有4种振幅的QAM调制技术,则该通信链路的最大数据传输速率是(B)
A. 12kbps
B. 24kbps
C. 48kbps
D. 96kbps

由Nyquist定理,B=3kHz,V=16,数字带宽=2B\log_2V=24kbps

【2011-408】若某通信链路的数据传输速率为2400bps,采用四相位调制,则该链路的波特率是(B)

A. 600波特

B. 1200波特

C. 4800波特

D. 9600波特

V=4,波特率=比特率/\log_2V=1200Baud

【2020-912】数字数据在模拟信号中传播需要的设备是(A)
A. 调制解调器 
B. 编码解码器

多路复用技术

设备:多路复用器/解复用器

频分复用FDM

复用的所有用户同时占用不同的模拟带宽资源

时分复用TDM

用户以循环方式轮转,周期性地获得等长的时间片

  • 统计时分复用STDM不是时分复用,不属于物理层,是包交换

码分复用CDM

又称码分多址CDMA

1bit用m个码片发送,每个CDMA站点固定自身长为m的码片序列

  • 如果站点发送1,就发送自身码片序列
  • 如果站点发送0,就发送自身码片序列的反码

  • 不同站点的码片序列正交
  • 码片序列的规格化内积为1(内积为m)

  • 如果X想从信道中接受Y的信号
    • X必须先知道Y的码片序列
  • 用Y的码片序列与信道中信号做规格化内积
  • 由于Y与其他码片序列正交,与对应序列反码也正交
  • 规格化内积结果只剩下Y的信号
    • 如果结果为1,表明发送的是1
    • 如果结果为-1,表明发送的是0

用户间无干扰,抗干扰能力强

波分复用WDM

利用光的不同波长在光纤上实现频分复用

【2014-408】站点A、B、C通过CDMA共享链路,A、B、C的码片序列分别是(1,1,1,1)、(1,-1,1,-1)和(1,1,-1,-1)。若C从链路上收到的序列是(2,0,2,0,0,-2,0,-2,0,2,0,2),则C收到A发送的数据是(B)。

A. 000
B. 101
C. 110
D. 111

【2023-912】下列不属于信道复用技术的是(D)

A. 频分复用

B. 时分复用

C. 码分复用

D. 统计复用

交换

消息的物理途径

  • 电路交换
  • 报文交换
  • 分组交换

时延

  • 处理时延
  • 排队时延
  • 传输时延
  • 传播时延

【2010-408】在右图所示的采用“存储-转发”方式的分组交换网络中,所有链路的数据传输速率为100Mbps,分组大小为1000B,其中分组头大小为20B。若主机H1向主机H2发送一个大小为 980000B的文件,则在不考虑分组拆装时间和传播延迟的情况下,从 H1发送开始到 H2 接收完为止,需要的时间至少是()

A. 80ms
B. 80.08ms
C. 80.16ms
D. 80.24ms

蜂窝网络

【计算机网络第2章习题50,2019-912】在一个六角形蜂窝的典型移动电话系统中,不允许相邻蜂窝重复使用频率。如果总共有840个频率可用,对于一个给定的蜂窝最多可以使用多少个频率?

7个正六边形的相邻不同染色至少需要3种颜色,840/3=240

http://www.ritt.cn/news/7621.html

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