计算机网络与通讯二(教学资料)
第二章数据通信技术
计算机网络中传输的信息都是数字数据，所以计算机之间的通信是数据通信。数据通信技术的发展与计算机技术的发展密切相关，已经形成了一门独立的学科，这门学科主要研究计算机中的二进制数据如何进行传输、交换和处理。
一、 数据传输的概念及术语
数据传输是在发送器和接收器之间通过传输介质进行的，影响数据传输的两个主要因素是：传输信号的质量和传输介质的特性。传输介质一般可分成有线和无线两大类，在这两大类介质中，信号以电磁波的形式进行。
直接连接：直接连接是指两台设备之间传输信道为直接连接的通信形式，在此信道上除了用于增强信号的放大器或中继器外，没有其它的中间器件。直接连接的有线传输介质形式是点到点通信。
时域概念：可以将电磁波看成时间的函数，它可以是连续的或离散的。
频域概念：任何信号都可以由各种频率的正弦波合成，信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带中。
任何数字信号的波形都有无限的带宽，传输介质的性质将限制信号传送的带宽，对于给定的介质，传输带宽越宽，则成本越高。限制带宽将导致信号失真，信号失真越大，接收器出错的概率越高。在数据传输率和带宽之间有着直接的关系，数据信号传输率越高，其有效带宽越宽，从另一方面看，传输系统带宽越宽，该系统的数据传输率越高。
二、模拟和数字数据传输
模拟和数字这两个术语与连续和离散这两个术语对应，这两个术语在数据通信中主要用于：数据、信号传递、传输这几个方面。数据被定义为表意的实体，信号是数据的电气或者电磁形式编码，信号传递是信号沿适当的介质行进的动作，传输是通过对信号的传递和处理实现数据通信。
数据可分为模拟数据和数字数据。模拟数据在某些时间间隔上取连续的值，例如，语音和视频图象不断改变着信号的强弱。数字数据取离散值，例如文本和整数，通常采用二进制数据表示，如ASCII码。
模拟数据可以用模拟信号表现，模拟数据是时间的函数，且占据有限的频谱，这种数据能用占据相同频谱的电磁信号表现。数字数据可用数字信号表现，用不同的电平可以表示二进制数据。通过调制解调器，数字数据能用模拟信号表现，同样，通过编码译码器，模拟数据也能用数字信号表现。
模拟传输可以传输模拟信号，采用放大器以提高信号能量来延长传输距离。数字传输可以传输模拟信号和数字信号，采用中继器再生信号而不是使用放大器以延长传输距离。
三、传输损耗
由于各种损耗，任何通信系统接收到的信号和传送的信号会有所不同，对模拟信号而言，这些损耗导致各种随机的改变而降低了信号的质量，对数字信号则是引起位串错误。最有影响的损耗包括：衰减和衰减失真、延迟变形、噪声。
在任何传输介质上信号强度将随距离延伸而减弱。对有线介质，强度减弱或衰弱具有对数函数性，单位距离用分贝常数表达。对无线介质，衰减则是距离和大气组成所构成的复合函数。
延迟变形是有线类传输介质独有的现象，由于信号中各种成分延迟使得接收到的信号变形，延迟变形对数字数据影响重大。
对任何数据传输过程来说，接收到的信号将由传送的信号、因系统造成的各种失真再加上在传输和接收之间的某处插入的不必要的信号这三部分组成，而后者，是一种不受欢迎的信号，称为噪声，它是通信系统性能的主要制约因素。噪声可分为四种：热噪声、内调制杂音、串扰和脉冲噪声。热噪声是导体中电子的热震动引起的，是温度的函数，是不能够消除的。内调制杂音产生在不同频率的信号共享同一传输介质的时候。串扰是信号通路之间产生了不必要的耦合。以上三种噪声都是可以预测的，而脉冲噪声的产生是由于受到了意外的电磁干扰，具有不可预测性，对数字信号的影响较大。
在无噪声环境下，对数据传输率的限制仅是信号的带宽。根据Nyquist公式的限制，假定给定信号带宽为W，那么能够运载的最高信号速率为2W。Nyquist公式定义如下：
C=2W log2M
这里M是离散性信号或电平个数，W为信道带宽，C表示信道容量。所以对给定带宽而言，数据传输率能通过增加不同信号的个数来提高。
考虑到噪声影响，Shannon公式给出了数据传输率、噪声和出错率之间的关系。Shannon公式定义如下：
C=Wlog2（1+S/N）
S/N为信噪比，指在传输的某个特定点上信号能量与噪声能量之间的比值，C表示的是信道最大容量，W表示信道带宽。信噪比对数字数据的传输十分重要，因为它设定了数据传输率所能达到的上限，信噪比越高，意味着信号质量越高，所需中转放大的中继器越少。
四、有线传输介质
传输介质是数据传输系统里发送器和接收器之间的物理通路。传输介质可分成有线型和无线型，有线传输介质包括双绞线、同轴电缆和光导纤维等。
1．同轴电缆
同轴电缆是局域网中使用最广泛的一种传输介质，常用的同轴电缆有四种：RG-8或RG-11（50Ω阻抗），又称粗缆；RG-58/U或C/U（50Ω），又称细缆；RG-59（75Ω），是应用于CATV系统的电缆；RG-62（93Ω），在ARCnet网络及IBM3270系统中使用。
同轴电缆分为两种基本类型，基带同轴电缆和宽带同轴电缆。局域网中最常使用的是特征阻抗为50Ω的基带同轴电缆，它适合于数字信号传输，数据传输率可达10Mb/s，分为细缆和粗缆两种。粗缆适用于比较大型的局域网，它的连接距离长、可靠性高。细缆安装简单、造价低，但可靠性较粗缆差。为了保证同轴电缆具有良好的电气特征，电缆两头要有50Ω匹配终端器来削弱信号反射作用。同轴电缆连接采用总线拓扑结构，在局域网中，细缆的最大传输距离可达910米，粗缆的最大传输距离可以达到2469米。
2．双绞线电缆
双绞线可分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两大类，非屏蔽双绞线按传输质量分为1类到5类，局域网中常用的为3类、4类和5类双绞线。双绞线电缆主要用于星型网络拓扑结构，这种拓扑结构适用于结构化综合布线系统，可靠性较高。
3类双绞线传输特性最高规定至16MHz，用于语音和最高传输速率为10Mb/s的数据，例如应用于IEEE802.5标准的4Mb/s令牌环网和IEEE802.3标准的10Mb/s以太网。
4类双绞线传输特性最高规定至20MHz，用于语音和数据最高传输速率达16Mb/s，例如应用于IEEE802.5标准的16Mb/s令牌环网。
5类双绞线传输特性最高规定至100MHz，用于语音和数据最高传输速率为155Mb/s，例如应用于IEEE802.3z标准的100Base-T快速以太网和ANSI
X3T9.5标准的100Mb/sCDDI系统。
屏蔽双绞线相对非屏蔽双绞线价格贵，安装困难，同时必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器和相应的安装技术，但它具有较高的数据传输率。
光纤可分为单模和多模两种传输方式，单模提供单条光通路，多模即发散为多路光波，每一路光波走一条通路。单模光纤因为衰减小而具有更高的带宽，但要比多模光纤价格昂贵。光纤在任何时间都只能单向传输，因此要实行双向通信必须成对出现。
用光纤传输电信号时，在发送端先将电信号转换成光信号，然后在接收端由光检波器将光信号还原成电信号。光源可以采用两种不同类型的发光管：LED或ILD，光检波器可以使用两种固态器件：PIN或APD。
光缆不易分支，普遍用于点到点的链路，适合作为骨干链路使用。
五、无线传输介质
大气和外层空间是提供电磁信号传播的无线型介质，它们不为信号提供导向，这种传输形式称为无线传输。无线传输有两种基本方法：定向和全向的。使用定向方法时，发射出聚焦的电磁波束，因此传送和接收的天线必须仔细对齐。使用全向方法时，传送的信号向四面八方扩散，很多天线都能收到。
1．地面微波
地面微波系统的主要用途是完成远程通信服务，其作用与同轴电缆或光导纤维相同。微波和同轴电缆相比，穿过相同的距离，所需要的放大器或中继器要少得多，但要求在“可视线”范围内进行传输。为避开障碍，微波天线通常座落在某制高点上。
2．卫星微波
通信卫星实际上是一个微波转播台，它被用来连接两个以上的微波收发器，称为地面站或地球站。卫星从一个频率（上行链路）上接收传输来的信号，将其放大或再生，再从另一个频率（下行链路）上发送。卫星通信具有广播特性，同时收发双方会存在1/4秒的传输延迟。
3．红外传输
红外传输不能穿越墙壁，因此不会出现安全和干扰问题，同时也不存在频率的分配问题。
六、数据编码
主要包括数字数据的数字信号编码、数字数据的调制编码以及模拟数据的数字信号编码。
数字数据的数字信号编码通常采用不归零制NRZ，在局域网中常采用的是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。曼彻斯特编码中每一位的中间有一个跳变，从高到低表示1，从低到高表示0。差分曼彻斯特编码的特点是取值由每位开始的边界是否存在跳变而定，存在表示0，否则表示1。
数字数据的调制编码主要有三种：幅移键控法ASK、频移键控法FSK和相移键控法PSK。
模拟数据的数字信号编码的典型例子是PCM编码。PCM编码需要遵循采样定理，包含三个过程：采样、量化和编码。
一、填空题
1．数据传输的成功主要依靠两个因素：____的质量和____的特性。
2．数据传输是在发送器和接收器之间通过传输介质进行的。传输介质一般可分成____和____两大类。
3．电磁信号可以看成时间的函数，它可以是____的或____的。
4．正弦波是基本的连续信号。一般可以用三个参数描述：____、____和____。
5．当全部信号的频率成分为某一频率的整数倍时，后者被称为____或____。
6．信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带中。这个频带称为____或____。
7．传输数据传输率为2Mb/s的数字信号，不采用特殊的调制方式，为了达到较好的波形表示，要求介质带宽应达到____MHz，如果不考虑波形表示效果，则带宽应至少达到____MHz。
8．____和____这两个术语与连续和离散这两个术语相对应。
9．ASCII码是以8个比特为单位的字符集，其中的7个比特指定唯一的字符，第8个比特作为错误检测使用的____。
10．模拟信号可以通过____或____介质传播，数字信号可以通过____介质传播。
11．语音信号的标准频谱在____Hz到____Hz之间，这对语音信号再生已经足够并对传输容量的要求减少到最小。
12．数字数据用模拟信号表示可以通过____实现，模拟数据用数字信号表示可以通过____实现。
13．模拟传输为了延长距离传输需要使用____以提高信号能量，数字传输通过使用____延长传输距离。
14．如果模拟信号承载的是数字数据，在距离适当的地点采用____而不是____为信号增益。
15．最有影响的传输损耗包括：____和____、____、____。
16．____对数字数据影响巨大，一个位元的信号成分可能溢出到其它的位元，引起信号内部的相互串扰，是限制传输控制上位速率的主要原因。
17．噪声可分为四种：____、____、____和____，其中____经常称为白噪声。
18．对于信道容量有四个相关的概念：____、____、____和____，其中制约带宽使用效率的主要因素是____。
19．已知信道带宽为W，离散性信号个数为M，则根据Nyquist公式，信道容量C=____。
20．已知信道带宽为W，信道信号平均能量为S，信道平均噪声能量为N，问最大信道容量C=____。
21．测量数字传输效率的标志是：信道容量（C）/____。
22．列举三种常见的有线传输介质____、____和____。
23．列举三种无线传输介质____、____和____。
24．同轴电缆可分为两种基本类型：____和____同轴电缆。其中50Ω阻抗同轴电缆属于____同轴电缆，75Ω同轴电缆属于____同轴电缆。
25．50Ω同轴电缆包括两种：____和____，其中____安装简单、造价低；75Ω阻抗同轴电缆主要应用于____系统。
26．在局域网络中，细缆的最大传输距离可达____米，粗缆的最大传输距离可达到____米。
27．局域网中常用的双绞线为3类、4类和5类，为适应网络速度的不断提高，近年又出现了____和____双绞线，其中____双绞线可满足最新的千兆以太网应用。
28．3类双绞线传输特性最高规定至____Mbps，4类双绞线传输特性最高规定至____Mbps，5类双绞线传输特性最高规定至____Mbps。
29．同轴电缆经常采用____型拓扑结构，双绞线经常采用____型拓扑结构。
30．有许多种玻璃和塑料都可用来制造光纤，例如超纯二氧化硅、多成分玻璃纤维和塑料纤维等，其中____是目前常用的光导纤维的制造原料。
31．光纤按模式可分为两类：____光纤和____光纤，其中____光纤只传输主模，避免了模态色散，提高了传输带宽。
32．光纤在任何时间都只能____传输，因此要实现____通信，必须成对出现，一条用于输入，一条用于输出。
33．用光纤传输电信号，光源可以采用两种不同类型的发光管：____或____，多模光纤采用____光源，单模光纤采用____作为光源器件。
34．光纤传输时，在接收端用来把光波转换为电能的检波器是光电二极管，目前使用两种固态器件：____检波器和____检波器，其中____灵敏度较高。
35．无线传输有两种基本方法：____和____。使用____方法时，发射出聚焦的电磁波束，因此传送和接收的天线必须仔细对齐。使用____方法时，传送的信号向四面八方扩散，很多天线都能收到。
36．地面微波通信系统，对长途电信来说最常用的是____GHz到____GHz频带，随着这些频率的使用开始变得拥挤，现在____GHz的频带已投入使用。____GHz的频带为有线电视系统使用。更高频率的微波如____GHz用于楼宇间短距离的点对点连接。
37．进行地面微波通信时，天线被严格的固定，为了使接收天线接收到狭窄的信号波束，接收天线必须置于发射天线____范围内且与其对准。
38．微波通信时，使用的发射频率越高越容易形成定向波束，相对接收天线可以越____而且更____。
39．通信卫星实际上是一个微波转播台，它被用来连接两个以上微波收发器，卫星从____上接收传输来的信号，将其放大或再生，再从____上发送。
40．在VSAT系统中，相当数量的用户站备有低成本的VSAT天线，这些站使用一些协议，通过____站共享____的传输容量，____站能与各用户交换信息，同时也能在用户之间中继信息。
41．____和微波传输之间的重要差异是前者不能贯穿墙壁，这样，在微波系统中遇到的安全和干扰问题在____传输中不再出现，此外，____传输也没有频率分配问题。
42．数据编码是实现数据通信的最基本的工作，数字数据在数字信道上传送需进行____编码，数字数据在模拟信道上传送需进行____编码，模拟数据在数字信道上传递需要____编码，模拟数据在模拟信道上传输一般使用____信号。
43．数字数据在数字信道上传输要进行数字信号编码，目前常用的两种编码方式是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一个跳变，既作为时钟又作为数据，从高到低的跳变表示____，反之表示____。在差分曼彻斯特编码中取值由每位开始的边界有无跳变而定，有跳变表示____，反之表示____。
44．数字数据在模拟信道上传输需要进行调制编码，调制方法主要有三种：____、____和____，其中____方法效率最低，____效率最高。
45．将模拟数据进行数字信号编码实际上是将模拟数据转换成数字数据，或称为数字化过程，模拟数据的数字信号编码的最典型的例子是____编码。
46．一个连续变化的模拟信号，假设有最高频率或带宽F，若对其周期采样，为了保证采样后的离散序列能无失真的恢复出原始连续模拟信号，则采样频率应大于或等于____。
47．模拟数据的数字信号编码一般需要三个过程：____、____和____。
48．对于2000Hz以下的音频数据，至少需要每秒____次采样，如果允许有128个量化级，则其数据传输率为____bps。
49．IEEE802.5标准的4M令牌环网和IEEE802.3标准的10M以太网通常使用____类UTP，IEEE802.3Z标准的100Base—T快速以太网通常采用____类UTP。
50．由于____具有损耗低、频带宽、数据传输率高、抗干扰能力强的特点，所以适合于高速网络系统和中远距离数据传输的网络系统，目前的FDDI、千兆以太网都采用____作为传输介质。
二、选择题
1．从下列传输介质中选择与其它不同的一项（ ）。
A．双绞线 B．同轴电缆 C．光导纤维 D．卫星微波
2．模拟信号采用模拟传输时采用下列哪种设备以提高传输距离（ ）。
A．中继器 B．放大器 C．调制解调器 D．编码译码器
3．数字数据采用模拟信号表现时使用下列哪种转换设备（ ）。
A．中继器 B．放大器 C．调制解调器 D．编码译码器
4．模拟数据采用数字信号表示时使用下列哪种转换设备（ ）。
A．中继器 B．放大器 C．调制解调器 D．编码译码器
5．模拟信号采用数字传输时，假定模拟信号承载的是数字数据，采用下列哪种设备再生信号（ ）。
A．中继器 B．放大器 C．调制解调器 D．编码译码器
6．某数字信号基波1MHz，采用三次正弦波叠加，问该信号带宽是多少（ ）。
A．1MHz B．2MHz C．4MHz D．8MHz
7．某数字信号基波4MHz，采用二次正弦波叠加，问该信号带宽是多少（ ）。
A．1MHz B．2MHz C．4MHz D．8MHz
8．光纤传输过程如下图所示，请选择图中X、Y两处应采用的器件（ ）。
A．LED，ILD B．PIN，APD C．PIN，LED D．LED，PIN
9．下列说法中不正确的是（ ）。
A．单模光纤的带宽要高于多模光纤的带宽。
B．屏蔽双绞线（STP）的数据传输率要高于非屏蔽双绞线（UTP）的数据传输率。
C．同轴电缆一般应用于总线拓扑结构，双绞线一般应用于星型拓扑结构。
D．50Ω细同轴电缆的传输距离要高于50Ω粗同轴电缆的传输距离。
10．下列选项中不属于噪声的是（ ）。
A．脉冲噪声 B．延迟变形 C．内调制杂音 D．串扰
11．“取值由每位开始的边界是否存在跳变决定，一位的开始边界有跳变代表0，无跳变代表1”描述的是（ ）编码。
A．曼彻斯特编码 B．海明码 C．不归零编码 D．差分曼码
12．下列选项中哪种噪声不可以预测（ ）。
A．热噪声 B．串扰 C．脉冲噪声 D．内调制杂音
13．下列说法中正确的是（ ）
A．Nyquist公式考虑了信道中的噪声因素
B．脉冲噪声对模拟数据的影响较数字数据要大。
C．Shannon公式考虑了信道中的噪声因素。
D．脉冲噪声是可以预测并加以预防的。
14．下列选项中用于CATV电视系统的是（ ）。
A．RG—59 B．RG—62 C．RG—8或RG—11 D．RG—58或C/U
15．具有100MHz最高传输特性的是下列哪一类双绞线（ ）。
A．3类 B．4类 C．5类 D．6类
16．下列有关于光纤通信的说法不正确的是（ ）。
A．目前生产的光导纤维，可传输频率从1014Hz~1015Hz的光波，包含了全部可见光和部分红外光谱
B．由于光纤采用的是光谱技术，所以没有泄露信号、干扰信号很强的环境
C．光纤在任何时间都只能单向传输，因此，要实行双向通信，必须成对出现
D．目前常用的光导纤维大多采用超纯二氧化硅制成，具有很高的性能价格比
17．如果要使数字信号达到很好的波形表示，至少应该采用几次正弦波叠加（ ）。
A．1次 B．2次 C．3次 D．4次
18．在下列传输介质中，对于单个建筑物内的局域网来说，性能价格比最高的是（ ）。
A．双绞线 B．同轴电缆 C．光纤电缆 D．无线介质
19．光纤传送电信号的过程如图，请选择X，Y两处的器件名称（ ）。
A．放大器与放大器 B．放大器与驱动器
C．驱动器与驱动器 D．驱动器与放大器
20．有关于无线传输的叙述，下列说法中不正确的是（ ）。
A．无线介质不为信号提供导向
B．无线传输有两种基本方法：定向和全向的
C．在无线传输中，信号频率越高，天线可以越小而且更便宜
D．红外传输不能贯穿墙壁，但存在频率的分配问题
21．传输数字信号需要（ ）。
A．比模拟信号更小的带宽 B．比模拟信号更大的带宽
C．和模拟信号相同的带宽 D．一个人为制定的带宽
22．若在规定的时间间隔内，以高于（ ）最高有效信号频率的速率对信号进行采样，那么，这些采样值包含了原始信号的全部信息。
A．一倍 B．二倍 C．三倍 D．四倍
23．模拟信号的数字传输的理论基础是（ ）。
A．ASK调制 B．时分复用 C．采样定理 D．脉冲振幅调制
24．脉冲代码调制的过程：先将模拟信号经采样，量化，编码后变成了数字信号，经信道传输到接收端，先由译码器恢复出采样值，再经（
）滤出模拟基带信号。
A．低通滤波器 B．高通滤波器 C．串并变换器 D．中继器
25．一般来说，数字传输比模拟传输能获得较高的信号质量，这是因为（ ）。
A．中继器再生数字脉冲，去掉了失真；而放大器在放大模拟信号的同时也放大了失真
B．数字信号比模拟信号小，而且不容易失真
C．模拟信号是连续的，不容易发生失真
D．数字信号比模拟信号容易采样
26．关于ASCII码的叙述，下列说法中正确的是（ ）。
A．是一种七位代码，有128种组合 B．是8位EBCDIC码的子集
C．只在美国和加拿大使用 D．第一个电编码系统
27．信号发送时，可以不需要编码的是（ ）。
A．模拟数据采用模拟信号发送。 B．模拟数据采用数字信号发送
C．数字数据采用数字信号发送 D．数字数据采用模拟信号发送
28．数据在传输中产生差错的重要原因是（ ）。
A．热噪声 B．脉冲噪声 C．内调制杂音 D．串扰
29．下列传输介质中，采用BNC接头作为连接器件的是（ ）。
A．双绞线 B．粗缆 C．细缆 D．光纤
30．下列选项中不包含于PCM编码过程的是（ ）。
A．采样 B．量化 C．编码 D．调制
31．延迟变形可能出现在下列哪种传输介质中（ ）。
A．同轴电缆 B．红外线 C．卫星微波 D．地面微波
32．某传输系统中三个不同的频率f1、f2和f3共享同一传输介质，其中f1+f2=f3，f3的正常信号受到影响，这种噪声属于（
A．热噪声 B．内调制杂音 C．串扰 D．脉冲噪声
33．信号通路中因相邻线缆之间产生了不必要的耦合而出现的噪声属于（ ）。
A．热噪声 B．内调制杂音 C．串扰 D．脉冲噪声
34．下列选项中不是卫星通信的重要应用的是（ ）。
A．长途电话传输 B．电视转播 C．专用商业网络 D．Internet接入
35．“用载波频率附近的不同频率表示二进制值”描述的是（ ）调制编码。
A．ASK B．FSK C．PSK D．QAM
36．“利用载波信号的相位移动来表示数据”描述的是（ ）。
A．ASK B．FSK C．PSK D．QAM
37．采样定理要求采样频率必须大于或等于模拟信号最高频率的（ ）倍。
A．1 B．2 C．3 D．4
38．数字数据的数字信号编码不可以采用下列选项中的哪种编码方式（ ）。
A．曼彻斯特编码 B．NRZ C．差分曼码 D．PCM
39．IEEE 802.3z标准中采用的传输介质是哪类UTP双绞线（ ）。
A．2类 B．3类 C．4类 D．5类
40．3类UTP双绞线规定的最高传输特性是（ ）
A．10Mbps B．16MHz C．20MHz D．16Mbps
三、简答题
1．什么是数据通信？
2．什么是带宽？
3．什么是直流成分？
4．什么是延迟变形？
5．什么是噪声？
6．什么是热噪声？
7．什么是数据传输率？
8．什么是误码率？
9．什么是传输介质？
10．什么是无线传输？
11．简要说明什么是曼彻斯特编码。
12．简要说明什么是差分曼彻斯特编码。
13．什么是采样？
14．什么是量化？
15．什么是编码？
16．简述模拟数据、数字数据和模拟信号和数字信号表达方法。
17．什么是模拟信号？
18．什么是数字信号？
19．什么是数字数据？
20．什么是模拟数据？
21．简要回答微波传输和红外传输之间的差别。
22．简要介绍几种可以制造光导纤维的材料。
23．简要回答UTP电缆的优点。
24．简要回答光纤传输时可以采用几种信号放大手段。
25．简要叙述对数字数据用模拟信号进行调制的三种技术。
四、应用及设计
1．试论述实际应用中传输介质的选择原则。
2．数字信号脉冲如下图所示，试画出该信号的曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的脉冲图形。
3．试将下图中数字信号脉冲表示的数据用模拟信号进行调制，分别采用ASK、FSK、PSK调制方法，画出图形。
4．对于带宽为3kHz的信道，若有8种不同的物理状态来表示数据，信噪比为20dB。问：按Nyquist定理或Shannon定理最大限制的数据速率是多少？
5．若电视信道的带宽为6MHz，假定无热噪声并使用4电平的数字信号，每秒钟能发送的比特数不会超过多少？
6．一个数字信号通过两种物理状态经信噪比为20dB的3kHz信道传送，其数据传输率不会超过多少？
7．若在相隔1000公里的两地间传送3k的数据，可以通过电缆以48kbps的数据传输率传送或通过卫星信道以50kbps的数据传输率传送，问用哪种方式从发送到接收方收到全部数据为止的时间较短？
8．某调制解调器同时使用幅移键控和相移键控，采用0、π/2、π和3π/2四种相位，每种相位又都有两个不同的幅值，问在波特率为1200的情况下数据传输率是多少？
9．某信道误码率为10-5，每帧长度为10kb，那么：
（1）若差错都是单个错，则在该信道上传送的帧的平均出错率是多少？
（2）若差错大多为突发错，平均突发长度为100b，则在该信道上传送的帧的平均出错率是多少？
10．四相调制解调器采用T=833X10-6秒的单位脉冲，则其调制速率应为多少？数据传输率应为多少？它能满足的最大声音数据频率是多少？（设声音数据编码时采用8个量化级）
11．信号的衰减为我们提出了哪些问题？如何解决？
12．两个微波天线高100米，天线间的距离为240
km，问这两个天线间是否需要串联微波中继站？如果需要，问需要串联几个微波中继站（假定各微波中继站的高都是100米）？
13．在E1载波中，开销占多少百分比（非用户数据的百分比）？
14．试画出比特流为的数字数据经曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、ASK、FSK和PSK调制编码后的波形图。
15．试论述综合布线中常用的3、4和5类非屏蔽双绞线的各自特性和应用范围。
16．某用户利用麦克风和网络中的其他用户通话，用户间的互连设备是通过MODEM实现的。已知计算机通过麦克风的采样速率为8000次/秒，采用128个量化级，而用户使用的MODEM同时采用4种相位和8种频率进行调制编码，问该MODEM的调制速率至少应该达到多少波特才能满足网络对话要求？
17．试论述数据的信号表示和信号的传输处理方法。
18．试说明主要有几种噪声及它们产生的原因。
19．若要在一条带宽为50kHz的信道上传输2.048Mbps的E1载波，信噪比至少要多大？
20．试叙述PCM编码过程。
一、填空题：
1．传送信号 传输介质
2．有线 无线
3．连续 离散
4．振幅 频率 相位
5．基本频率 基波
6．有效带宽 带宽
8．模拟 数字
9．奇偶校验位
10．有线 无线 有线
11．300 3400
12．调制解调器 编码译码器
13．放大器 中继器
14．中继器 放大器
15．衰减 衰减失真 延时变形 噪声
16．延迟变形
17．热噪声 内调制杂音 串扰 脉冲噪声 热噪声
18．数据传输率 带宽 噪声 误码率 噪声
19．2Wlog2M
20．Wlog2（1+S/N）
21．信道带宽（W）
22．双绞线 同轴电缆 光导纤维
23．地面微波 卫星微波 红外线
24．基带 宽带 基带 宽带
25．细缆 粗缆 细缆 CATV
26．910 2469
27．超5类 6类 6类
28．16 20 100
29．总线 星
30．多成分玻璃纤维
31．单模 多模 单模
32．单向 双向
33．发光二极管（LED） 注入型激光二极管（ILD） LED ILD
34．PIN APD APD
35．定向 全向 定向 全向
36．4 6 11 12 22
37．可视线
38．小 便宜
39．上行链路 下行链路
40．中枢 卫星 中枢
41．红外 红外 红外
42．数字信号 调制 采样 基带
43．1 0 0 1
44．幅移键控法（ASK） 频移键控法（FSK） 相移键控法（PSK） ASK PSK
47．采样 量化 编码
50．光纤 光纤
二、选择题：
1．D 2．B 3．C 4．D 5．A
6．C 7．D 8．D 9．D 10．B
11．D 12．C 13．C 14．A 15．C
16．D 17．C 18．A 19．D 20．D
21．B 22．B 23．C 24．A 25．A
26．A 27．A 28．B 29．C 30．D
31．A 32．B 33．C 34．D 35．B
36．C 37．B 38．D 39．D 40．B
三、简答题：
1．答：计算机网络中传输的信息都是数字数据，所以计算机之间的通信是数据通信方式。
2．答：信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带中，这个频带称为有效带宽或带宽。
3．答：如果信号包括频率为0的成分，这个成分是直流成分或恒定成分。
4．答：由于信号中各种成分延迟使得接收到的信号变形的效果称为延迟变形。
5．答：对任何数据传输过程来说，接收到的信号将由传送的信号、因传输系统造成的各种失真再加上在传输和接收之间的某处插入的不必要的信号这三部分组成，而后者，是一种不受欢迎的信号，称为噪声，它是通信系统性能的主要制约因素。
6．答：热噪声是导体中电子的热震动引起的，它出现在所有电子设备和传输介质中，且是温度的函数。
7．答：每秒传输的数据位数。
8．答：数据传输中发生错误的频率，是传送错误的位数与传输位数的比值。
9．答：传输介质是数据传输系统里发送器和接收器之间的物理通路。
10．答：大气和外层空间是提供电磁信号传播的无线介质，它们不为信号提供导向，这种传输形式称为无线传输。
11．答：曼彻斯特编码常用于局部网络传输，在曼彻斯特编码方式中，每一位的中间有一个跳变，位中间的跳变既作为时钟，又作为数据，从高到低的跳变表示1，从低到高的跳变表示0。
12．答：差分曼彻斯特编码的特点是其取值由每位开始的边界是否存在跳变而定，一位的开始边界有跳变代表“0”，无跳变代表“1”。
13．答：每隔一定的时间对连续模拟信号采样，模拟信号就成为“离散”的模拟信号，或成为一组序列。
14．答：量化是一个分级的过程，把采样所得到的脉冲信号按量级比较，并且“取整”，使脉冲序列成为数字信号。
15．答：用以表示采样序列量化后的量化幅度，用一定位数的二进制码表示。
16．答：（1）模拟数据是时间的函数，且占据有限的频谱，这种数据能用占据相同频谱的模拟信号表现；同时模拟数据也能用数字信号表现，可以通过编码译码器实现。（2）数字数据可用数字信号表现；通过调制解调器数字数据也能用模拟信号表现。
17．答：模拟信号是连续变化的电磁波，不同的频谱可通过不同的介质传播，这些介质可以是有线的也可以是无线的。
18．答：数字信号是一种电压脉冲序列，它可以通过有线介质传输。
19．答：数字数据取离散值，例如文本和整数。
20．答：模拟数据在某些时间间隔上取连续的值，例如，语音和视频图象不断改变着信号的强弱。
21．答：红外传输和微波传输之间的主要差别有以下两个方面：
（1）红外传输不能够贯穿墙壁，而微波传输则可以贯穿墙壁，这样在微波系统中遭遇的安全和干扰问题在红外传输中不会出现。
（2）红外传输中不存在频率的分配问题，而微波传输中则存在该问题。微波系统目前使用的频带已经开始变得拥挤，正在拓展新的频带应用范围。
22．答：目前的光导纤维主要由以下三种材料制成：
（1）超纯二氧化硅：采用超纯二氧化硅制成的光纤，传输损耗最小。但超纯二氧化硅很难制造，成本太高，一般不用。
（2）多成分玻璃纤维：采用多成分玻璃纤维制成的光纤，性能价格比最优。目前常用的就是这种光导纤维。
（3）塑料纤维：采用塑料纤维制造的光纤，成本最低，但传输损耗最大，有时可用于短距离通信。
23．答：UTP双绞线主要有以下优点：
（1）非常容易安装：轻、薄、易变曲。
（2）无屏蔽外套，较细小，节省空间。
（3）平衡传输，避免了外界干扰。
（4）将串扰减至最小或加以消除。
（5）可支持高速数据的应用。
（6）通过EMC测试。
（7）使用保持独立，具有开放性，非常使用于结构化综合布线系统。
24．答：可以采用以下几种放大措施：
（1）功率放大：将光放大器置于光发送端之前，以提高入纤的光功率，使整个线性系统的光功率得到提高。
（2）在线中继放大：建筑群较大或楼间距离较远时，可起中继放大的作用，提高光功率。
（3）前置放大：在接收端的光检波器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。
25．答：三种技术分别是ASK、FSK、PSK：
（1）ASK：用载波频率的不同的振幅来表示数据，该方式容易受增益变化的影响，是一种效率相当低的调制技术。
（2）FSK：用载波频率附近的不同频率来表示数据，效率要高于ASK技术。
（3）PSK：利用载波信号的相位移动来表示数据，PSK技术具有较强的抗干扰能力，而且比FSK方式更有效。
以上各种技术可以组合起来使用。
四、应用及设计：
1．答：各种网络传输介质都有各自的优势和不足，对传输介质的选择不是孤立事件，传输介质的选择受许多因素的制约。首先，它受到网络拓扑结构的制约，此外，网络容量、可靠性要求、数据类型以及网络系统环境等等都是选择传输介质时应考虑的因素。下面分别就几种不同类型的传输介质特性进行论述。
（1）双绞线：它是一种价格便宜的传输介质。典型的用途是用于建筑物内的布线系统（包括电话等模拟系统和局域网络等数字系统）。双绞线不仅可满足通常的电话系统的要求，而且还有相当大的余量。对于单个建筑内的局域网来说，双绞线的性能价格比是最高的，但其传输距离限制在100米内。
（2）同轴电缆：比双绞线价格贵一点，但是容量较大，而且安装简单。对于大多数局域网来说，都可选择同轴电缆作为传输介质。同轴电缆的价格相对比较合理，且可以连接较多的网络设备，在通信量较大的情况下，仍可满足要求。但是，随着双绞线传输技术的改进（如10Base—T和100Base—T高速网络技术的应用），同轴电缆的应用范围将有可能减小。
（3）光纤：由于光纤具有损耗低、频带宽、数据传输率高、抗干扰能力强的特点，所以光纤特别适合于高速网络系统和中远距离数据传输的网络系统。目前，采用光纤的局域网在不断的增加，这应归功于光纤分布式数据接口FDDI。另外，千兆以太网目前主要的传输介质也采用光纤。然而从目前来看，建立光纤局域网的费用仍然还相当高。
（4）无线介质：目前的无线网络技术指标与有线网络技术指标还有一段距离，主要差距在无线网络的数据传输率还不能满足要求。对于那些速度要求不高，而又十分需要无线数据传输的网络系统而言，部分建立无线局域网未尝不可。不过，目前无线局域网的费用并不比有线低，而且还存在着网络管理和维护方面的问题。
2． 答：脉冲如下图所示：
3．答：调制图形如下所示：
（1）根据Nyquist定理，信道容量C=2Wlog2M
所以C=2&3kHz&log28=18kbps
（2）根据Shannon定理，信道容量C=Wlog2（1+S/N）
所以C=3kHz&log2（1+100）=20kbps
5．答：根据Nyquist定理，信道容量C=2Wlog2M
所以C=2&6MHz&log24=24Mbps
6．答：根据Shannon定理，信道容量C=Wlog2（1+S/N）
所以C=3kHz&log2（1+100）=20kbps
（1）采用电缆传送时所需时间如下：
总时间=发送时间+传播时间=3k/48kbps+1000公里/（300000公里/秒）=0.06583秒
（2）采用卫星传送时所需时间如下：
总时间=发送时间+传播时间=3k/50kbps+(35784&2)公里/（300000公里/秒）=0.29856秒
所以当使用电缆传输时所用时间较短。
8．答：由于采用4种相位，2种幅值，所以每个周期内可能有8种状态。采用的波特率是1200，数据传输率如下：
数据传输率=1200&log28=3600bps
（1）由于差错为单个错，所以帧出错率为：
10kb/（1b/10-5）=10-1
（2）由于差错为突发错，且突发长度为100b，所以帧出错率为：
10kb/（100b/10-5）=10-3
（1）调制速率=1/833&10-6=1200波特
（2）由于该调制解调器为4相PSK调制解调器，所以
数据传输率= 1200波特&log24=2400bps
（3）对于声音数据需要根据采样定理进行PCM编码，所以
满足的声音数据频率=2400bps/(log28&2)=400Hz
（1）信号衰减提出了三个问题：
①接收到的信号必须有足够的强度，这样，接收器里的电子电路才能辨识、解释信号。
②信号必须比收到的噪声维持更高的电平，以避免出错。
③衰减是频率的增量函数。
（2）解决方法如下：
前两个个问题可以用增加信号强度，设置中继器或放大器来解决。就点对点的链路而言，发送器的信号强度必须足以为接收方所辨认，但是不能强到使发送器的电路过载，否则会产生变形信号。在超过一定距离后，信号衰减将会很大，这时需要使用放大器或中继器使信号再生。这些问题在多点线路里相对复杂，因为发送器到接收器的距离是可变的。
第三个问题是针对模拟信号的。因为衰减会随着频率的变化而作函数变化，所以接收的信号会扭曲，以至难以辨认。为解决这个问题，可以使用技术手段使在某个频带内的频率衰减趋于相等。这对于语音级电话线来说，通常使用在线路上加载线圈以改变线路的电气属性，结果使衰减效果趋于平滑。另一个方法是使用高频放大器将高频放大。
12．答：根据以下公式可知这两个天线间的最大距离不能超过82km。
d= 7.14√kh &√4/3&100=82km
由于天线间的距离为240 km&82
km，所以必须使用微波中继站，因为各中继站的高度都是100米，所以中继站和中继站、中继站和天线之间的距离都不能超过82km，所以应该串联至少2个中继站。
13．答：E1载波中共有32路信道，其中的30路用于传输用户数据，另外两路用于传输控制信号，因此非用户数据的开销为2/32=6.25%
14．答：波形图如下所示：
（1）3类双绞线：该类别是指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中制定的电缆。这些电缆的传输特性最高规定至16MHz，用于语音和最高传输速率为10Mb/s的数据，这些系统的范例是UTP电缆用在IEEE802.5标准的4Mb/s令牌环网和IEEE802.3标准的10Mb/s以太网。
（2）4类双绞线：这些电缆的传输特性最高规定至20MHz，用于语音和数据最高数据传输率达16Mb/s。这些系统的范例是UTP电缆用在IEEE802.5标准的16Mb/s令牌环网。
（3）5类双绞线：这些电缆的传输特性最高规定至100MHz，用于语音和数据最高数据传输率为155Mb/s。这些系统的范例是UTP电缆用在IEEE802.3z标准的100Base-T快速以太网和ANSI
X3T9.5标准的100Mb/sCDDI系统。
16．答：根据采样频率和量化级数可以得知该语音信号需要的数据传输率至少应达到56kb/s。
8000次/秒&log2128=56kbps
MODEM的调制速率至少=56kbps/ log2（4&8）=11.2k波特
17．答：数据的信号表示和信号的传输处理方法可以归纳为下表所示：
（1）数据的信号表示方法
两种方案：
①信号和模拟数据占据同样的频谱
②模拟数据编码后占据频谱的不同部分
用编码译码器对模拟数据编码产生数字化比特流
数字数据用调制解调器来编码产生模拟信号
两种方案：
①为表现二进制的两个值，信号由两个电平构成
②数字数据编码后产生具有预期属性的数字信号
（2）信号的传输处理方法
通过放大器转播，无论信号被用来表现模拟数据或数字数据，处理方法是相同的
假定模拟信号表现的是数字数据。信号通过中继器转播，每个中继器从入口处取得信号后，将数字数据再生后产生新的模拟信号并将其从出口送出。
数字信号由1和0构成的比特流表示，它可以表示数字数据或编码后的模拟数据。信号通过中继器转播，在每个中继器从入口处取得信号后，将由1和0构成的比特流再生后产生新的数字信号并将其从出口送出。
18．答：噪声是通信系统性能的主要制约因素，噪声可分为四种：热噪声、内调制杂音、串扰和脉冲噪声。它们产生的原因如下：
（1）热噪声是导体中的电子震动引起的，它出现在所有电子设备和传输介质中，且是温度的函数，热噪声是在所有频谱中以相同的形态分布，所以，经常称为白噪声，它是不能够消除的，由此对通信系统性能构成上限。
（2）当不同频率的信号共享同一传输介质的时候，可能导致内调制杂音，内调制杂音的结构往往产生这样一些信号，它们的频率是某两个频率的和、差或倍数。
（3）串扰是信号通路之间产生了不必要的耦合，这一般在邻近的双绞线之间因电耦合，或者（极少）在运载多个信号的同轴电缆中产生，尽管微波方向性很强，但微波在传播期间能量也会扩散，微波天线由此拾入不必要的信号。
（4）以上三种噪声都是可预测的，而脉冲噪声则不可预测，它是非连续的，在短时间内，它可具有不规则的脉冲或噪声峰值，并且振幅较大，它产生的原因包括各种意外的电磁干扰，如闪电，通信系统中的故障及缺陷。
19．答：根据Shannon定理，信道容量C=Wlog2（1+S/N）
可知S/N=2C/W-1=22.048Mbps/50kHz-1=124dB
所以信噪比至少应达到124dB。
20．答：PCM编码过程分三步实现，分别为采样、量化和编码。
（1）采样：每隔一定的时间间隔对连续模拟信号采样，模拟信号就成为“离散”的模拟信号，这也成为一组序列。根据采样定理，采样间隔越大，采样频率越小，则越难以满足模拟信号的恢复再现，若采样间隔越小，则越容易满足采样定理，逼真的恢复模拟信号。但采样频率不是越大越好，当频率超过一定范围时，效果将不再明显变化。
（2）量化：这是一个分级过程，把采样所得到的脉冲信号按量级比较，并且“取整”，这样脉冲信号就成为数字信号。
（3）编码：用以表示采样序列量化后的量化幅度，它用一定位数的二进制码表示，如果有N个量化级，那么，就应当有log2N位二进制数码。实际应用中，模拟信号转换成二进制数码脉冲序列由发送端的A/D转换器实现，在接收端，二进制脉冲序列经D/A转换器译码后还原成模拟信号数据。
以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。