习题总结——物理层
Posted zhai1997
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了习题总结——物理层相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1、物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？
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，就可以使数据链路层只需要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，而不是具体的传输媒体。
（3）完成传输方式的转换。因为计算及内部是以并行的方式传输，但数据在通信线路上是串行传输（逐个比特按照时间顺序传输）。
（4）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，功能和过程特性。
（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。
物理层的特性：
a、物理特性：各种规格的接插件。
b、电气特性：电压范围。
c、功能特性：电平电压的意义。
d、过程特性：不同功能的各种可能时间出现的顺序。
2、规程与协议有什么区别？
用于物理层的协议也常称为规程，因此，规程可以指物理层协议。
3、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。
源点：产生要传输的数据。例如：计算机的键盘输入汉字（数字比特流，是01字符串，为数字信号，但是数字信号传输距离短，需要转化为模拟信号进行传输）。
发送器：一般为调制解调器，将数字比特流进行编码，可以将数字信号转化为模拟信号进行传输。
接收器：将模拟信号进行解调，还原出数字比特流。
终点：从接收器获得数字比特流后把信息输出。
4、名词解析：
数据：是运送信息的实体。（用特定的方式表示信息）
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：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。（在二进制编码的时候只有两种码元，一种代表0状态，一种代表1状态）
单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。分为只接收不发送和只发送不接收（电视广播），只需要一条信道。
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（对讲机）。需要两条信道。
全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息，需要两条信道。
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（数字比特流）的数据信号都属于基带信号。
基带调制：仅仅对基带信号的波形进行变换，转换后的信号依旧是数字信号。
带通信号：把基带信号经过载波调制（带通调制）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），将数字信号变成了模拟信号。
基带调制方式（编码）：
不归零制：0负1正。
归零制：高低电平间有中间态。
曼彻斯特编码：位周期中心向上0，向下1
差分曼彻斯特编码：位周期中心一直都有跳变，位开始跳变0，没有1
带通调制：
调幅
调频
调相
5、物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含哪些什么内容？
（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。
6、数据在信道中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/秒”和“码元/秒”有何区别？
（1）码元传输速率受奈氏准则的限制（超过速率上限就会出现码间串扰），信息传输速率受香农公式的限制（超过上限会出现差错传输）。
（2）信噪比不能任意提高，因为噪声强度不可能无限降低。
（3）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。
（4）比特/秒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。只能说在二进制中二者相等，在多进制中就不一定了。
7、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（bit/s）?
解答此题需要知道波特率与比特率之间的关系：
其中C为比特率（信息传输速率），B为波特率（码元传输速率），V为信号级别。
8、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？）
是个信噪比要求很高的信源
解决此问题需要先用香农公式求出S/N的值，然后利用此值求出信噪比。
9、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再增大到十倍，问最大信息速率能否再增加２０％？
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18.3%左右
10、 常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？
双绞线：通过绞合减少相邻导线的电磁干扰；可以传输数字信号和模拟信号，通信距离太长的话需要加放大器放大衰弱的信号，加中继器对失真的数字信号进行整形。
屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)：加了金属丝编织的屏蔽层的双绞线，抗电磁干扰的能力更强。
无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)：没加屏蔽层的双绞线。
同轴电缆：具有很好的抗电磁干扰特性，可用于传输数据率较高的数据，如：有线电视网。
光纤：速度快；不失真；通信容量大；体积小，重量轻。
短波通信（高频通信）：主要靠电离层反射，但电离层的不稳定易产生衰落现象，电离层的反射易产生多径效应。
无线电微波通信：地面微波通信和卫星通信。
11、假定有一种双绞线的衰减是0.7dB/km(在 1 kHz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？
工作距离：20dB/0.7dB/km=28.6km
衰减：20dB/100km=0.2dB/km
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*10的八次方m/s。
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？
为了通过共享信道、最大限度提高信道利用率。
频分：时间相同，频率不同。
时分：频率相同，时间不同。
码分复用：同样的时间使用同样的频带进行通信。
波分：光的频分复用。
14、 试写出下列英文缩写的全文，并做简单的解释。
FDM(frequency division multiplexing)：频分复用
TDM(Time Division Multiplexing)：时分复用
STDM(Statistic Time Division Multiplexing)：统计时分复用
WDM(Wave Division Multiplexing)：波分复用
DWDM(Dense Wave Division Multiplexing)：密集波分复用
CDMA(Code Wave Division Multiplexing)：码分多址
SONET(Synchronous Optical Network)：同步光纤网
SDH(Synchronous Digital Hierarchy)：同步数字系列
STM-1(Synchronous Transfer Module)：第1级同步传递模块
OC-48(Optical Carrier)：第48级光载波
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？
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。
优点： 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。
缺点：占用较大的带宽。
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1
S•B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1， B发送0
S•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1
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