第2章习题解答

第二章习题解答2.01试给出数据通信系统的基本模型并说明其主要组成构件的作用。答：信源(源系统)信号转换设备信宿(目的系统)信号转换设备传输媒体(信道)发送部分接收部分传输系统1）信源和信宿信源就是信息的发送端，是发出待传送信息的设备；信宿就是信息的接收端，是接收所传送信息的设备，在实际应用中，大部分信源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备(dataterminalequipment，DTE)。2）信道信道是通信双方以传输媒体为基础的传输信息的通道，它是建立在通信线路及其附属设备(如收发设备)上的。该定义似乎与传输媒体一样，但实际上两者并不完全相同。一条通信介质构成的线路上往往可包含多个信道。信道本身也可以是模拟的或数字方式的，用以传输模拟信号的信道叫做模拟信道，用以传输数字信号的信道叫做数字信道。3）信号转换设备其作用是将信源发出的信息转换成适合于在信道上传输的信号，对应不同的信源和信道，信号转换设备有不同的组成和变换功能。发送端的信号转换设备可以是编码器或调制器，接收端的信号转换设备相对应的就是译码器或解调器。2.02试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，数字数据，数字信号。答：数据：通常是指预先约定的具有某种含义的数字、符号和字母的组合。信号：信号是数据在传输过程中的电磁波的表示形式。模拟数据：取值是连续的数据。模拟信号：是指幅度随时间连续变化的信号。数字数据：取值是离散的数据。数字信号：时间上是不连续的、离散性的信号2.03什么叫传信速率？什么叫传码速率？说明两者的不同与关系。答：传信速率又称为比特率，记作Rb，是指在数据通信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单位是比特/秒（bit/s,或kbit/s或Mbit/s）。传码速率又称为调制速率、波特率，记作NBd，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信号码元的个数，单位是波特（Baud）。若是二电平传输，则在一个信号码元中包含一个二进制码元，即二者在数值上是相等的；若是多电平（M电平）传输，则二者在数值上有Rb=NBd×log2M的关系。2.04设数据信号码元长度为833×10-6秒，若采用16电平传输，试求传码速率和传信速率。答：由于T=833×10-6秒，所以传码速率NBd=1/T≈1200波特由于传送的信号是16电平，所以，M=16。则传信速率Rb=NBdlog2M=4800bit/s。2.05异步传输中，假设停止位为1位，无奇偶校验，数据位为8位，求传输效率为多少？答：传输效率=字符的数据位/字符的总长度则传输效率=8/（1+1+8）×100%=80%2.06奈氏准则与香农公式在数据通信中的意义是什么？比特和波特有何区别?答：奈氏准则与香农公式的意义在于揭示了信道对数据传输率的限制，只是两者作用的范围不同。奈氏准则给出了每赫带宽的理想低通信道的最高码元的传输速率是每秒2个码元。香农公式则推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N），其中W为信道的带宽（以赫兹为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。比特和波特是两个完全不同的概念，比特是信息量的单位，波特是码元传输的速率单位。但信息的传输速率“比特/每秒”一般在数量上大于码元的传输速率“波特”，且有一定的关系，若使1个码元携带n比特的信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息传输率为M×nbit/s。2.07假设带宽为3000Hz的模拟信道中只存在高斯白噪声，并且信噪比是20dB，则该信道能否可靠的传输速率为64kb/s的数据流？答：按Shannon定理：在信噪比为20db的信道上，信道最大容量为：C=Wlog2(1+S/N)已知信噪比电平为20db，则信噪功率比S/N=100C=3000log2(1+100)=30006.66=19.98kbit/s则该信道不能可靠的传输速率为64kb/s的数据流2.08常用的传输媒体有哪几种?各有何特点?答：有线传输媒体主要有双绞线、同轴电缆和光缆等，无线传输媒体主要包括无线电波、地面微波、卫星微波、红外线。特点请参见教材23-27页。2.09什么是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码?其特点如何?答：在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示1，从低到高跳变表示0。差分曼彻斯特码是差分编码和曼彻斯特编码相结合的一种编码方式，首先按照差分编码的规则变换成差分码，再按照曼彻斯特编码规则进行转换即可。2.10数字通信系统具有哪些优点？它的主要缺点是什么？答：优点：抗干扰能力强，尤其是数字信号通过中继再生后可消除噪声积累;数字信号易于加密处理，所以数字通信保密性强。其缺点是比模拟信号占带宽。2.11带宽为6MHz的电视信道，如果使用量化等级为4的数字信号传输，则其数据传输率是多少？假设信道是无噪声的。答：由奈氏准则，其数据传输率=2Wlog2M=2×6M×log24=24Mbit/s2.12对于带宽为3kHz、信噪比为20dB的信道，当其用于发送二进制信号时，它的最大数据传输率是多少？答：按Shannon定理：在信噪比为20db的信道上，信道最大容量为：C=Wlog2(1+S/N)已知信噪比电平为20db，则信噪功率比S/N=100C=3000log2(1+100)=30006.66=19.98kbit/s而奈氏极限值是6kbit/s，显然，瓶颈是奈氏极限，所以，最大传输速率是6kbit/s2.13一个每毫秒钟采样一次的4kHz无噪声信道的最大数据传输率是多少？答：不管采样速率如何，一个无噪声信道都可以运载任意数量的信息，因为每个采样值都可以发送大量数据。事实上，对于4KHz的信道，以高于每秒8000次的速率来采样是没有意义的。因为本题中每毫秒采样一次，则采样频率为1000次/秒，若每个采样点的值用4bit编码，则速率是4kb/s,若每个采样点的值用16bit编码，则速率可达16kb/s。2.14什么是多路复用？按照复用方式的不同，多路复用技术基本上分为几类？分别是什么？答：多路复用技术是指在一条传输信道中传输多路信号，以提高传输媒体利用率的技术。分为：时分复用、频分复用、码分复用和波分复用四类。2.15比较频分多路复用和时分多路复用的异同点。答：略，见教材41-43页。2.16简述电路交换和分组交换的优缺点。答：电路交换的优点：电路交换是一种实时交换，适用于实时要求高的话音通信（全程）。缺点：（1）在通信前要通过呼叫，为主、被叫用户建立一条物理的、逻辑的连接。（2）电路交换是预分配带宽，话路接通后，即使无信息传送也虚占电路，据统计，传送数字话音时电路利用率仅为36%。（3）在传送信息时，没有任何差错控制措施，不利于传输可靠性要求高的突发性数据业务。分组交换优点：（1）能够实现不同类型的数据终端设备（含有不同的传输速率、不同的代码、不同的通信控制规程等）之间的通信。（2）分组多路通信功能。（3）数据传输质量高、可靠性高。（4）经济性好。缺点：（1）由于采用存储—转发方式处理分组，所以分组在网内的平均时延可达几百毫秒（2）每个分组附加的分组标题，都会需要交换机分析处理，而增加开销，因此分组交换适宜于计算机通信的突发性或断续性业务的需求，而不适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应用；（3）分组交换技术比较复杂，涉及到网络的流量控制、差错控制、代码、速率的变换方法和接口；网络的管理和控制的智能化等。2.17在循环冗余校验系统中，利用生成多项式G（x）=x5+x4+x+1判断接收到的报文010110001101是否正确？并计算100110001的冗余校验码。答：若收到的报文是1010110001101，则用其去除以生成多项式对应的码组110011，11000100110011⌡101011000110111001111000011001111001111001101≠0可知结果不是全零，所以肯定是有错的。当要发送的数据是100110001，根据生成多项式，可知所对应的冗余校验码为5位，则在100110001后添加00000，用10011000100000/110011后，所得余数为110，则冗余校验码为00110。2.18一码长为n=15的汉明码，监督位应为多少？编码效率为多少？答：因为对于汉明码来说，应满足2r-1≥n又因为n=15，所以监督位r至少应为4。编码效率100%kRn154100%15=73.3%2.19已知（7，4）汉明码接收码组为0100100，计算其校正子并确定错码在哪一位。答：因为校正子S1=c6c5c4c2=0，S2=c6c5c3c1=1，S3=c6c4c3c0=0，因为三个校正因子不全为0，说明码字有错。S=S1S2S3=010，说明信息位c1有错，将c1上的0变为1，即可纠正错误。2.20常用的差错控制的方法有哪些？各有什么特点？答：（1）自动请求重发（ARQ）：接收端检测到接收信息有错时，通过自动要求发送端重发保存的副本以达到纠错的目的，这种方式需要在发送端把所要发送的数据序列编成能够检测错误的码，在后面的数据链路层中将会详细介绍这种差错控制的方法。（2）前向纠错（FEC）：接收端检测到接收信息有错后，通过计算，确定差错的位置，并自动加以纠正，这种方式需要发送端将输入的数据序列变换成能够纠正错误的码。（3）混合方式：接收端采取纠检错混合（在ATM中应用），即对少量差错予以自动纠正，而超过其纠正能力的差错则通过重发的方法加以纠正。（4）信息反馈（IRQ）：接收端把收到的数据序列全部由反向信道送回给发送端，发送端比较其发送的数据序列与送回的数据序列，从而发现是否有错误，并把认为错误的数据序列的原始数据再次发送，直到发送端没有发现错误为止，这种方式不需要发送端进行差错控制编码。2.21简述（7，4）汉明码中7和4的含义。答：7是指一个码组的总长度是7位，4是指一个码组中信息位的长度是4位。2.22简述DTE和DCE的概念。答：DTE：数据终端设备（DTE，DataTerminalEquipment）是泛指智能终端（各类计算机系统、服务器）或简单终端设备（如打印机），内含数据通信（或传输）控制单元，其又称为计算机系统。DCE：数据电路终接设备（DCE，DataCircuitTerminatingEquipment）是指用于处理网络通信的设备。2.23物理层接口标准包含哪方面的特性？每种特性的具体含义是什么？答：包含四个方面的特性：机械特性、电气特性、规程特性和功能特性。机械特性规定了接插件的几何尺寸和引线排列。电气特性描述了通信接口的发信器（驱动器）、接收器的电气连接方法及其电气参数，如信号电压（或电流、信号源、负载阻抗等）。功能特性描述了接口执行的功能，定义接插件的每一引线（针，Pin）的作用。规程特性描述通信接口上传输时间与控制需要执行的事件顺序。