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1.信道带宽W
• 模拟信道#xff1a;Wf2-f1#xff08;f2和f1分别表示#xff1a;信道能通过的最高/最低频率#xff0c;单位赫兹Hz#xff09;。 • 数字信道#xff1a;数字信道是离散信道#xff0c;带宽为信道能够达到的最大数据传输速率#xff0c;单位…信道特性
1.信道带宽W
• 模拟信道Wf2-f1f2和f1分别表示信道能通过的最高/最低频率单位赫兹Hz。 • 数字信道数字信道是离散信道带宽为信道能够达到的最大数据传输速率单位是bit/s。 2、码元和码元速率
码元一个数字脉冲称为一个码元可理解为时钟周期的信号 。码元速率单位时间内信道传送的码元个数。如果码元宽度脉冲周期为T则 码元速率波特率为B1/T单位是波特 Baud。一个码元携带信息量n位与码元种类数N的关系nlog2N。
3、奈奎斯特定理很重要
奈奎斯特定理在一个理想的没有噪声环境信道中若信道带宽为W最大码元速率为B2WBaud。极限数据速率为RBlog2N2Wlog2N。N表示码元种类数码元速率 每秒发送包裹个数数据速率 每秒发送包裹重量每秒包裹重量 每秒发送包裹个数 x 每个包裹重量数据速率 码元速率 x 每个码元携带信息量
4、香农定理
香农定理在一个噪声信道的极限数据速率和带宽之间的关系。极限速率公式为CWlog21S/N分贝与信噪比关系dB10log10S/N其中W为带宽S为信号平均功率N为噪声平均功率S/N为信噪比。dB10S/N10dB30S/N1000 书上的例题
5、带宽/码元速率/数据速率 调制技术用QPSK则N4 调制技术用DPSKBPSKPSK则N2 8PSK则N8 6、练习题
1在异步通信中每个字符包含1位起始位、7位数据位、1位奇偶位和2位终止位每秒钟传送200个字符采用QPSK调制则码元速率为14波特。 A.500 B.550 C.1100 D.2200 思路 求B的方式有三种B1/TRBlog2NB2W QPSK则N4 R传输数据速率R200x17122200bps 带入公式求出B1100 选择C 2某信道采用16种码元传输数据若信号的波特率为4800 Baud则信道数速率 kb/s。 A.一定是4.8 kb/s B.一定是9.6 kb/s C.一定是19.2 kb/s D.不确定取决于系统的编码规则 思路 N16B4800 带入公式RBlog2N求出R19.2kb/s这是一个极限值 信道延迟
信道延迟与源端和宿端距离有关也与信道的速率有关。 线路延迟传输距离/传播速度路上跑的时间 比如1000米电缆延时为5us发送延迟数据帧大小/速率排队上车的时间 比如100M线路发送1000字节数据延时为1000 * 8/ (100 * 106) 8 * 10-5s80us光速为300000km/s 300m/us电缆中传播速度一般为光速67%即200000km/s 200m/us卫星信道的单边时延大约270ms来回双向的延迟540ms
练习题在1000米100Base-T线路上发送1000字节数据延时计算过程如下
1换算单位100Base-T 线路带宽是100M即100Mbit/s100×106bit/s1000字节 1000×8bit。2发送延迟1000×8bit/(100×106bit/s)8×10-5s80μs。3传输延迟1000m/(200000km/s)5×10-6s5μs。4数据延迟发送延迟传输延迟80μs5μs85μs。 100Base-T其中100表示线路带宽100MT表示电缆传输速率200m/us 练习题
局域网上相距2km的两个站点采用同步传输方式以10Mb/s的速率发送150000字节大小的IP报文。假定数据帧长为1518字节其中首部为18字节应答帧为64字节。若在收到对方的应答帧后立即发送下一帧则传送该文件花费的总时间为14ms传播速率为200m/μs线路有效速率为15Mb/s。 • 14A.1.78 B.12.86 C.17.8 D.128.6 • 15A.6.78 B.7.86 C.8.9 D.9.33 信道时延发送时延传播时延 练习题
以太网的最大帧长为1518字节每个数据帧前面有8个字节的前导字段帧间隙为9.6us。若采用TCP/IP网络传输14600字节的应用层数据采用100BASE-TX网络需要的最短时间为38。 • A.1.32ms B.13.2ms C.2.63ms D.26.3ms
以太网帧结构 思路 根据以太网帧的结构确定数据大小 100BASE-TX表示100MTX表示电信号200m/us 需要最短时间理论上没有传播时延 以太帧的最大帧长1518字节除去18字节以太网报头20字节IP报头20字节TCP 报头那么应用层数据是1460字节故14600字节的应用层数据会封装成10个以太网帧进行传送。 每个数据帧前面有8字节的前导字段帧间隔9.6us。每帧的传送时间15188 *8 / 100 * 106 0.00012208s 0.12208 ms10帧传送时间是1.2208ms加上帧间隙 9.6us * 10 96us 0.096ms那么总传送时间为1.2208ms0.096ms1.32ms。 练习题
以100Mb/s以太网连接的站点A和B相距2000m通过停等机制进行数据传输传播速度为 200m/us最高的有效传输速率为14。 • A.80.8 B.82.9 C.90.1 D.92.3 停等机制收到之后要等待确认 最高有效传输速率使用默认数据 以太网数据帧最大为1518字节按最大帧计算则帧发送时间 1518 * 8 /100 Mb/s 121.44 us 数据帧传播时间 2000 m /200 m / us 10 us 题目指出采用停等传输机制即收到确认帧后再发下一帧确认帧是 64B 则确认帧发送时间 64 * 8 / 100 M/s 5.12us 总时间121.44us5.12us10us10us146.56us0.14656 * 10-3s 则有效速率为1518 * 8 / 0.14656* 10-3 82.9 Mb/s直接使用1518B不用考虑MTU静载荷1500B不然没有答案故选B。
总共距离为503km则传播延迟是503*10^3m/3*10^8m/s167.67*10^-
5s0.00168s
传输延迟是16000/10*10^616000/1*10^616000/100*10^60.01776s
总延迟传播延迟传输延迟0.001680.01776s≈0.019s
可以直接排除C和D。考试没有计算器先化简后再计算统一化成10^6位分母计算。数据编码
1、曼彻斯特编码
曼彻斯特编码是一种双相码在每个比特中间均有一个跳变第一个编码自定义假如下图由高电平向低电平跳变代表“0”由低电平向高电平跳变代表“1” 。曼彻斯特编码常用于以太网中。 2、差分曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码 也是一种双相码用在令牌环网中。有跳变代表“0”无跳变代表“1”【有0无1】。不是比较形状比较起始电平上一个的终止与下一个起点。 两种曼彻斯特编码特点
曼码和差分曼码是典型的双相码双相码要求每一位都有一个电平转换一高一低必须翻转。曼码和差分曼码具有自定时和检测错误的功能。两种曼彻斯特编码优点将时钟和数据包含在信号数据流中也称自同步码。编码效率低编码效率都是50% 。两种曼码数据速率是码元速率的一半当数据传输速率为100Mbps时码元速率为200M baud。
练习题
10M802.3LAN使用曼彻斯特编码它的波特率是1。 • A.5Mbaud B.10Mbaud C.20Mbaud D.30Mbaud
测得一个以太网的数据波特率是40M Baud那么其数据率是2。 • A.10Mb/s B.20Mb/s C.40Mb/s D.80Mb/s
曼彻斯特编码数据速率是码元速率的一半。
3、其他编码
4B/5B编码快速以太网100BASE-FX采用4B/5B和NRZ-I编码先把信息按4bit进行分组接着转换为5bit编码多1位用于解决同步问题最后转换为NRZ-I代码序列发送到传输介质。8B/6T编码快速以太网100BASE-T4采用8B/6T编码原理为先把信息按8bit分组然后映射为6个3进制位比如0、、-。了解即可具体编码细节不必深究。4D-PAM5编码用于1000BASE-T以太网标准1000BASE-T物理层采用4对5类双绞线支持全双工
4、编码效率与应用场景 5、MLT - 3编码
MLT-3编码常用于100BASE-TX用3种电位状态分别表示“正电位”、“零电位”和“负电位”。 MLT-3编码规则较为复杂总结如下
1如果输入为数值0则电平保持不变。2如果输入是数值1则产生跳变但跳变分两种情况如果前一个电平是1或-1则下一电平为0如果前一电平是0下一个电平和最近一个非0电平相反。
练习题
下面是100BASE-TX标准中MLT-3编码的波形出错的是第15位传送的信息编码为16。
A.3 B.4 C.5 D.6 A.1111111 B.0000000 C.0101010 D.1010101 MLT-3跟NRZI码类似遇1跳变遇0保持不变MLT-3编码规则
1如果下一输入为数值0则电平保持不变
2如果下一输入是数值1则产生跳变但又分两种情况如果前一个电平是1或-1则下一电平为0如果前一电平是0下一个
电平和最近一个非0相反。观察第二个电平有变化结合第一个规则判定第二个位是1排除BD那么AC选哪个带入进行尝试即可。练习题
下图是采用100BASE-TX编码收到的信号接收到的数据可能是15这一串数据前一比特的信号电压为16。
A.0111110 B.100001 C.0101011 D.0000001 A.正电压 B.零电压 C.负电压 D.不能确定 100BASE-TX采用的是4B/5B 编码方式即把每4位数据用5位的编码组来表示该编码方式的码元利用率4/5*100%80%。然后将4B/5B编码成NRZI进行传输使用MLT-3多电平传输-3波形法来降低信号频率。
题目的图不是 NRZI码而是MLT-3编码。
MLT-3 编码规则多电平传输码MLT-3 码跟NRZI码有点类似其特点都是逢“1”跳变逢“0”保持不变。与
NRZI码不同的是MLT-3有”-1”、“0”、“1”三种电平所以数据是0111110。练习题
100BASE-TX采用的编码技术为12采用13个电平来表示二进制0和1。 12A.4B5 B B.8B6T C.8B10B D.MLT-3 13A.2 B.3 C.4 D.5
100BASE-TX先采用4B/5B再采用MLT-3编码联系上下文选MLT-3更合适。100BASE-X采用的编码技术为4B/5B编码这是一种两级编码方案首先要把4位分为一组的代码变换成5单位的代码再把数据变成13编码。 A.NRZ-I B.AMI C.QAM D.PCM
4B/5B编码方案是把数据转换成5位符号供传输因其效率高和容易实现而被采用。这种编码的特点是将要发送的数据流每4bit作为一个组然后按照 4B/5B 编码规则将其转换成相应5bit码再把数据转换为NRZ-I编码。IEEE 802.3z定义了千兆以太网标准其物理层采用的编码技术为18。在最大段长为20米的室内设备之间较为合理的方案为19。 18A.MLT-3 B.8B6T C.4B5B或8B10B D.Manchester 19A.1000Base-T B.1000Base-CX C.1000Base-SX D.1000Base-LX
曼彻斯特编码效率50%用于以太网4B/5B效率80%用于百兆以太网8B/10B效率80%用于千兆以太网64B/66B效率97%用于万兆以太网。题目没有8B/10B编码只有C最接近。1000Base-CX传输距离是25米。1000BASE-TX 采用的编码技术为12。 A.PAM5 B.8B6T C.8B10B D.MLT-3
1000BASE-T采用5类或超5类双绞线传输使用编码方案是4D-PAM5。
1000BASE-X采用光纤或短距离铜缆传输采用8B/10B编码技术。1000BASE-TX技术对传输介质要求高只有6类或更高的布线系统才能支持同时其编码方式也相对简单采用8B/10编码8B/10B简单PAM5复杂相当于用更好的硬件传输介质去弥补编码技术的缺陷。调制技术与PCM
1、数字调制技术
数字数据不仅可以用脉冲传输也可以用模拟信号传输。用数字数据调制模拟信号叫作数字调制。 幅度键控ASK用载波的两个不同振幅表示0和1。频移键控FSK用载波的两个不同频率表示0和1。相移键控PSK用载波的起始相位的变化表示0和1。正交幅度调制QAM把两个幅度相同但相位差90°的模拟信号合成一个模拟信号。 码元只取两个相位值叫2相调制码元可取4个相位叫4相调制则N2N4。DPSK是2相调制N2QPSK是4相调制N4。 2、脉冲编码调制PCM
常用数字化技术就是脉冲编码调制技术Pulse Code Modulation,PCM简称脉码调制。PCM数字化过程3个步骤采样、量化和编码。
1采样按照一定的时间间隔对模拟信号进行取样把模拟信号的当前值作为样本。 奈奎斯特采样定理如果模拟信号的最高频率为fmax若以大于等于2fmax的采样频率对其进行采样则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。 2量化把取样后得到的样本由连续值转换为离散值离散值的个数决定了量化的精度。3编码把量化后的样本值变成相应的二进制代码。 【重点理解】对声音信号数字化时由于语音最高频率是4kHz所以取样频率是8kHz。对语音样本用128个等级量化因而每个样本用7bit表示。在数字信道上传输这种数字化后的语音信号的速率是 7*800056kbps。 练习题
在异步通信中每个字符包含1位起始位、7位数据位、1位奇偶位和2位终止位每秒钟传送200个字符采用QPSK调制则码元速率为14波特。 A.500 B.550 C.1100 D.2200
每个字符包括11位每秒传送200个字符所以数据速率R为200*112200bps.采用QPSK调制码元种类为4种根据奈奎斯特定理RBIog2N2200Blog2422002B所以B1100。假设模拟信号的频率范围为3~9MHz采样频率必须大于12时才能使得到的样本信号不失真。 A. 6MHz B. 12MHz C.18MHz D.20MHz
根据公式采样频率大于18MHz。 模拟信号数字化的正确步骤是14。 A.采样、量化、编码 B.编码、量化、采样 C.采样、编码、量化 D.编码、采样、量化
通信和交换方式
1、数据通信方式
按通信方向分
单工通信信息只能在一个方向传送发送方不能接收接收方不能发送 电视/广播。半双工通信通信的双方可以交替发送和接收信息但不能同时接收或发送对讲机/Wi-Fi/Hub。全双工通信通信双方可同时进行双向的信息传送电话/交换机。
按同步方式分
两种传输方式异步传输和同步传输。1异步传输把各个字符分开传输在字符之间插入同步信息典型的是插入起始位和停止位。异步传输的优点是实现简单但引入了起止位会影响传输效率导致速率不会太高。2同步传输发送方在传送数据之前先发送一串同步字符SYNC接收方检测到2个以上SYNC字符就确认已经进入同步状态开始准备接收数据。同步传输效率更高在短距离高速数据传输中大多采用同步传输方式。
数据交换方式
数据交换技术有3种电路交换、报文交换和分组交换。
电路交换将数据传输分为电路建立、数据传输和电路拆除3个过程。在数据传送之前需建立一条物理通路在线路被释放之前该通路将一直被用户完全占有。【代表早期电话】报文交换报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。报文中含有每一个下一跳节点完整的报文在一个个节点间传送数据不拆分。【代表早期电报】分组交换将数据拆分成很小的分组进行传送包括数据报和虚电路。 【代表互联网Internet】 数据报每个分组被独立地处理每个节点根据路由选择算法被独立送到目的路径和到达目的顺序都可能不一样。 IP虚电路在数据传送之前先建立起一条逻辑上的连接每个分组都沿着一条路径传输不会乱序。 X.25、FR、ATM
分组交换优势
减小了延迟提高了吞吐量。分组交换可以按分组纠错发现错误只需重发出错的分组通信效率提高。 练习题
下面的网络中不属于分组交换网的是11。 A.ATM B.POTS C.X.25 D.IPX/SPX
ATM、X.25、FR、IP、IPX都是分组交换技术POTS(Plain Old Telephone Service普通老式电话业务)是电路交换。
Internet网络核心采取的交换方式为20。 A.分组交换 B.电路交换 C.虚电路交换 D.消息交换
三种主要的交换方式是电路交换、报文交换和分组交换目前Internet应用最广的是IP协议属于分组交换。其他两种交换的特点和优缺点需要掌握。
以下关于虚电路交换技术的叙述中错误的是21。 A.虚电路交换可以实现可靠传输 B.虚电路交换可以提供顺序交付 C.虚电路交换与电路交换不同 D.虚电路交换不需要建立连接 复用技术
1、多路复用技术
多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术。这种技术要用到两个设备 多路复用器Mutiplexer在发送端根据某种约定的规则把多个低带宽的信号符合成一个高带宽的信号。多路分配器Demultiplexer在接收端根据统一规则把高带宽信号分解成多个低带宽信号。多路复用器和多路分配器统称多路器简写MUX。光纤入户复用上网、电视、电话。 2、频分复用 频分多路复用典型应用无线电广播、ADSL、FDD-LTE
3、时分复用
信号分割的参量是信号占用的时间使复用的各路信号在时间上互不重叠在传输时把时间分成小的时隙每一时隙由复用的一个信号占用。 时分多路复用典型应用T1/E1、SONET/SDH、WIFI、TDD-LTE
4、统计时分复用
统计时分复用(Statistic TDM,STDM)是一种改进的时分复用方法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。由于用户所占用的时隙并不是周期性地出现所以在每个时隙中还必须有用户的地址信息这是统计时分多路复用不可避免的开销。 5、波分复用
波分复用本质也是频分复用
光纤频率与波长关系 光速c波长×频率 练习题
ADSL采用12技术把 PSTN线路划分为话音、上行和下行三个独立的信道同时提供话音和联网服务ADSL2技术可提供的最高下载速率达到13Mb/s。 12A.时分复用 B.频分复用 C.空分复用 D.码分多址 13A.8 B.16 C.24 D.54
ADSL采用频分复用技术ADSL2最高下行可达24Mbps。
6个速率为64kb/s的用户按照同步时分多路复用技术TDM复用到一条干线上若每个用户平均效率为80%干线开销4%干线速率为19kb/s。 A.160 B.307.2 C.320 D.400
由于采用同步时分多路复用技术TDM故分配的时隙固定每个信道都是标准的64kb/s不关注用户使用率那么干线速率为6×64/(1-4%)400kb/s。
6个速率为64kb/s的用户按照统计时分多路复用技术STDM复用到一条干线上若每个用户平均效率为80%干线开销4%则干线速率为19kb/s。 A.160 B.307.2 C.320 D.400
由于采用统计时分多路复用技术STDM故分配的时隙不固定按需分配那么干线速率为64*6*80%/1-4%320kb/s。
在光纤通信中WDM实际上是23 A.OFDM B.OTDM C.CDM D.EDFA
WDM是波分复用将两种或多种不同波长的光波复用汇合在一起耦合到同一根光纤中进行传输。由于波长光速/频率所以波分复用本质是频分复用故选A。BCD选项可适当了解OTDM是光时分复用CDM是码分EDFA是掺饵光纤放大器。
扩频技术
扩频技术主要是为了提供通信系统的抗干扰性改进通信质量核心思想是将信号散布到更宽的带宽上以减少发生阻塞和干扰的机会。
常见的扩频技术有直接序列扩频、跳频、跳时和线性调频扩频技术。
1直接序列扩频DSSS简称直接扩频。如果输入数据是1加上伪随机数1001经过异或运算可以将输入数据转换为0110增加了传输数据量但可以有效防止数据因干扰而产生错误。无线Wi-Fi一般采用直接序列扩频技术。2频率跳动扩展频谱FHSS简称跳频。跳频技术通信频率不固定不容易被窃听安全性高可应用于军事领域同时具有抗干扰和抗信号衰落的优点。蓝牙一般采用跳频技术。
练习题
以下关于跳频扩频技术的描述中正确的是64。 A.扩频通信减少了干扰并有利于通信保密 B.用不同频率传播信号扩大了通信的范围 C.每一个信号比特编码成N个码片比特来传输 D.信号散布到更宽的频带上增加了信道阻塞的概率
跳频技术是在传输过程中反复转换频率利于保密可用于军事领域A选项正确。B选项中通信范围主要跟发射功率相关。C选项描述的是直接扩频而不是跳频。D选项描述错误跳频技术能减小信道拥塞的概率
在IEEE 802.11b标准中使用了扩频通信技术是63 A.直扩DS B.跳频FH C.跳时TH D.线性调频Chirp
无线Wi-Fi使用直接序列扩频蓝牙使用跳频技术。
差错控制
数据传输中出现错误不可避免因此需要采用差错控制方法。数据通信中常用的办法是检错和纠错。
检错接收方知道有差错发生但不知道是怎样的差错向发送方请求重传。纠错接收方知道有差错发生而且知道是怎样的差错。差错控制原理传输k位加入r位冗余某种算法定义接收方收到进行计算比较。
1、奇偶校验
奇偶校验是最常用的检错方法能检出一位错位。原理在7位ASCII码后增加一位使码字中1的个数成奇数奇校验或偶数偶校验。奇校验整个校验码有效信息位和校验位中“1”的个数为奇数 1011 010 [1]偶校验整个校验码有效信息位和校验位中“1”的个数为偶数 1011 010 [0]
2、CRC循环冗余校验码 Cyclic Redundancy Check 末尾加入CRC循环冗余校验码能检错不能纠错广泛用于网络通信和磁盘存储。 采用CRC进行差错校验生成多项式为GXX4X1信息码字为10111则计算出CRC校验码是 。 A. 0000 B. 0100 C. 0010 D.1100 循环冗余校验码CRC-16的生成多项式为G(X)X16X15X21它产生的校验码是13位接收端发现错误采取的措施是14。 A. 2 B. 4 C. 16 D.32 A. 自动纠错 B. 报告上层协议 C. 重新生成数据 D.自动请求重发
CRC只能检错不能纠错自动请求重发。
若信息码字为111000110生成多项式 G(X)X5X3X1则计算出的CRC校验码为10。 A.01101 B.11001 C.001101 D.011001 若循环冗余校验码CRC的生成器为10111则对于数据10100010000计算的校验码应为34。该CRC校验码能够检测出的突发错误不超过35。 34A.1101 B.11011 C.1001 D.10011 35A.3 B.4 C.5 D.6
34A 35B
掌握CRC计算过程CRC校验码可以检测出小于等于校验位长度的突发错误。
3、海明码
海明Hamming码是通冗余数据位来检测和纠正差错的编码方式。海明距离码距一个码字要变成另一个码字时必须改变的最小位数。两个码字之间不同的比特数。 在信道编码中码距定义为两个码组中对应码位上不同二进制码元的个数则10101和00110的码距为28。 A.1 B.2 C.3 D.4
把两个码组中对应码位上具有不同二进制码元的位数定义为两码组的距离称为海明距离简称码距
海明码原理
在数据中间加入几个校验码码距均匀拉大当某一位出错会引起几个校验位的值发生变化。
海明不等式
校验码个数为k可以表示2k个信息1个信息用来表示“没有错误”其余2k -1个表示数据中存在错误如果满足2k-1≥mkm为信息位mk为编码后的数总长度则在理论上k个校验码就可以判断是哪一位出现了问题。 海明码是一种纠错码一对有效码字之间的海明距离是14如果信息位6位要求纠正1位错按照海明编码规则需要增加的校验位至少15位。 A. 两个码字的比特数之和 B. 两个码字的比特数之差 C. 两个码字之间相同的比特数 D. 两个码字之间不同的比特数 A. 3 B. 4 C. 5 D. 6
海明距离一个码字要变成另一个码字时必须改变的最小位数。
根据海明不等式 2k-1≥mkm为数据位 k为校验位m6则k≥4。
4、Internet Checksum
二进制加法进位到最后相加取反
下图为某UDP报文的两个16比特计算得到的Internet Checksum35。 • 1110011001100110 • 1101010101010101 A.11011101110111011 B.1100010001000100 C.1011101110111100 D.0100010001000011
Internet Checksum计算方法是将所有的二进制数加起来之后取反码。如果遇
到最高位进位要把进的那一位加到尾部之后取反码。例如题中两个16位相加为
11011101110111011最高位进位1就把1加到结果中
101110111011101111011101110111100然后取反码为0100010001000011。
给定如下图所示的3个16bit字则求得的Internet Checksum是33。 • 0110011001100000 • 0101010101010101 • 1000111100001100 A.1011101110110101 B.1011010100111101 C.0100101011000010 D.0100010001001010
选B
Internet Checksum计算方法是将所有的二进制数加起来之后取反码。如果遇到最高位进位将要进的那一位加到尾部之后取反码。
