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第二章物理层2-01物理层要解决哪些问题?物理层的主要特点是什么?答物理层要解决的主要问题
(1)物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体,通信手段的不同,使数据链路层感觉不到这些差异,只考虑完成本层的协议和服务
(2)给其服务用户(数据链路层)在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流(一般为串行按顺序传输的比特流)的能力,为此,物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题
(3)在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路物理层的主要特点
(1)由于在OSI之前,许多物理规程或协议已经制定出来了,而且在数据通信领域中,这些物理规程已被许多商品化的设备所采用,加之,物理层协议涉及的范围广泛,所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议,而是沿用已存在的物理规程,将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械,电气,功能和规程特性
(2)由于物理连接的方式很多,传输媒体的种类也很多,因此,具体的物理协议相当复杂2-02归层与协议有什么区别?答规程专指物理层协议2-03试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构建的作用答源点源点设备产生要传输的数据源点又称为源站发送器通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输接收器接收传输系统传送过来的信号,并将其转换为能够被目的设备处理的信息终点终点设备从接收器获取传送过来的信息终点又称为目的站传输系统信号物理通道2-04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,并行传输答数据是运送信息的实体信号则是数据的电气的或电磁的表现模拟数据运送信息的模拟信号模拟信号连续变化的信号数字信号取值为有限的几个离散值的信号数字数据取值为不连续数值的数据码元code在使用时间域(或简称为时域)的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形单工通信即只有一个方向的通信而没有反方向的交互半双工通信即通信和双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也不能同时接收)这种通信方式是一方发送另一方接收,过一段时间再反过来全双工通信即通信的双方可以同时发送和接收信息基带信号(即基本频带信号)——来自信源的信号像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号带通信号——把基带信号经过载波调制后,把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道)2-05物理层的接口有哪几个方面的特性?个包含些什么内容?答
(1)机械特性明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等
(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意
(4)规程特性说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序2-06数据在信道重的传输速率受哪些因素的限制?信噪比能否任意提高?香农公式在数据通信中的意义是什么?“比特/每秒”和“码元/每秒”有何区别?答码元传输速率受奈氏准则的限制,信息传输速率受香农公式的限制香农公式在数据通信中的意义是只要信息传输速率低于信道的极限传信率,就可实现无差传输比特/s是信息传输速率的单位码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率一个码元不一定对应于一个比特2-07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(b/s)答Nyquist:码元速率B=2·H,H为信道的带宽最大数据传输速率C=2·H·log2N,N为码元可能取的离散值个数∴最高的数据传输速率C=B*log216=20000b/s*4=80000b/s2-08假定要用3KHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据(无差错传输),试问这个信道应具有多高的信噪比(分别用比值和分贝来表示?这个结果说明什么问题?)答∵C=Wlog2(1+S/N)b/s(香农公式),W=3khz,C=64kbps∴64k=3klog2(1+S/N)==》1+S/N=2(64/3)==》S/N=2(64/3)-1∴最高分贝=10log10(S/N)=10log10(2(64/3)-1)=
64.1dB∴是个信噪比要求很高的信源2-09用香农公式计算一下,假定信道带宽为为3100Hz,最大信道传输速率为35Kb/s,那么若想使最大信道传输速率增加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再增大到十倍,问最大信息速率能否再增加20%?答∵C=Wlog21+S/N∴S/N=2(C/W)-1
(1)S/N1=2(C/W)-1=2(35000/3100)-1=211-1若C提高60%则S/N2=2(
1.6×35000/3100)-1=218-1S/N2/S/N1≈27=128∴信噪比应增大到约128倍
(2)C2=Wlog21+S/N2,C3=Wlog21+10×S/N2C3/C2=log21+10×S/N2/log21+S/N2=log21+10×(218-1)/log21+218-1=log21+10×(218-1)/18≈?C3/C2=
18.5%如果在此基础上将信噪比S/N再增大到10倍,最大信息通率只能再增加
18.5%左右2-10常用的传输媒体有哪几种?各有何特点?答双绞线屏蔽双绞线STPShieldedTwistedPair无屏蔽双绞线UTPUnshieldedTwistedPair同轴电缆50W同轴电缆75W同轴电缆光缆无线传输短波通信/微波/卫星通信2-11假定有一种双绞线的衰减是
0.7dB/km在1kHz时,若容许有20dB的衰减,试问使用这种双绞线的链路的工作距离有多长?如果要双绞线的工作距离增大到100公里,试应当使衰减降低到多少?解
(1)使用这种双绞线的链路的工作距离为=20/
0.7=
28.6km
(2)20/x=100==》衰减应降低到x=20/100=
0.2db2-12试计算工作在1200nm到1400nm之间以及工作在1400nm到1600nm之间的光波的频带宽度假定光在光纤中的传播速率为2*10e8m/s.解设光速为C,频率为F,波长为λ∵C=λ·F∴F=C/λ1200nm的F1=2×108/1200nm=
166.67Thz1400nm的F2=2×108/1400nm=
142.86Thz1600nm的F2=2×108/1600nm=125Thz∴1200nm到1400nm的带宽=
23.8THZ1400nm到1600nm的带宽=
17.86THZ2-13为什么要使用信道复用技术?常用的信道复用技术有哪些?答为了通过共享信道、最大限度提高信道利用率频分、时分、码分、波分2-14试写出下列英文缩写的全文,并做简单的解释FDMTDMSTDMWDMDWDMCDMASONETSDHSTM-1OC-
48.答FDMfrequencydivisionmultiplexingTDMTimeDivisionMultiplexingSTDMStatisticTimeDivisionMultiplexingWDMWaveDivisionMultiplexingDWDMDenseWaveDivisionMultiplexingCDMACodeWaveDivisionMultiplexingSONETSynchronousOpticalNetwork同步光纤网SDHSynchronousDigitalHierarchy同步数字系列STM-1SynchronousTransferModule第1级同步传递模块OC-48OpticalCarrier第48级光载波2-15码分多址CDMA为什么可以使所有用户在同样的时间使用同样的频带进行通信而不会互相干扰?这种复用方法有何优缺点?答各用户使用经过特殊挑选的相互正交的不同码型,因此彼此不会造成干扰这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现占用较大的带宽2-16共有4个站进行码分多址通信4个站的码片序列为A(-1-1-1+1+1-1+1+1)B(-1-1+1-1+1+1+1-1)C(-1+1-1+1+1+1-1-1)D(-1+1-1-1-1-1+1-1)现收到这样的码片序列S(-1+1-3+1-1-3+1+1)问哪个站发送数据了?发送数据的站发送的是0还是1?解S•A=(+1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1,A发送1S•B=(+1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1,B发送0S•C=(+1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0,C无发送S•D=(+1+1+3-1+1+3+1-1)/8=1,D发送12-17试比较xDSL、HFC以及FTTx接入技术的优缺点?答xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带业务成本低,易实现,但带宽和质量差异性大HFC网的最大的优点具有很宽的频带,并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网要将现有的450MHz单向传输的有线电视网络改造为750MHz双向传输的HFC网需要相当的资金和时间FTTx(光纤到……)这里字母x可代表不同意思可提供最好的带宽和质量、但现阶段线路和工程成本太大2-18为什么在ASDL技术中,在不到1MHz的带宽中却可以传送速率高达每秒几个兆比?答靠先进的DMT编码,频分多载波并行传输、使得每秒传送一个码元就相当于每秒传送多个比特。