数据通信原理总复习

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1、总复习 第 1 章 绪论 1、数据通信、通信协议的概念。 数据通信：依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间来传递数据通信信息。 （功能单元就是指数据终端）它可以实现计算机与计算机、计算机与终端或者终端 与终端之间的数据信息传递。 通信协议：就是通信双方事先约定好的双方都必须遵守的通信规则，它实际上是一些通信 规则集。 2、基带传输和频带传输 基带传输：利用数据传输系统直接传输基带信号，经过码型变换、电平转换等必要处理后， 不经频谱搬移直接在信道上传输，常用于短距离的数据传输系统中 频带传输：就是把二进制信号（数字信号）进行调制交换，成为能在公用电话网中传输的 音频信号（模拟

2、信号），将音频信号在传输介质中传送到接收端后，在由调制 解调器将该音频信号解调还原成原来的二进制电信号。 3、有效性质量指标：调制速率（码元速率）、数据传信率（信息速率）是如何定义的？如何 计算？两者之间有什么关系？注意单位。频带利用率 有效性指标：（要求会计算） 调制速率（码元速率）：是指给定信道内单位时间传输码元的多少。其单位是波特（Baud）。又 称码元传输速率（码元速率）或传码率、波特率、符号速率。 RB = 1/T，其中T为码元长度 数据传信率（信息速率）：是指给定信道内单位时间传输信息的多少，单位是比特/秒（bit/s）, 信息速率又称为传信率。 对于 M 进制，各码元

3、等概出现时有 Rb=RBlog2M 若各码元不等概出现，则（其中 H 为平均信息量） Rb=RBH 频带利用率：是指单位频带内实现的传输速率，单位为Baud/Hz，或者bit/s. Hz（B为系统带 宽，单位为 Hz） 尸二今（单位为Baud/Hz） 心；（单位为bit/^Hz） 4、可靠性质量指标用什么表示？如何计算？误码率、误比特率 可靠性质量指标：（要求会计算） 误码率：其中 n 表示系统传输的总码元数， ne 表示传输出错的码元数目，也即误码率是指错 误码元在总码元数目中所占的比率 屁二空（11—8） n 误比特率：其中nb表示系统传输的总比特数，nbe表示传输出错的

4、比特数目，也即误比特率 是指错误比特在传输的总比特数目中所占的比率 Pb =警（咖一 5、课件例题、课本例题、习题课内容 （P22-P24 的计算例题） 第 2 章 数据通信基础知识 1、白噪声、高斯噪声？ 白噪声：是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声（是常数），所有频率具有相同能 量的随机噪声成为白噪声 高斯噪声：是指它的概率密度函数服从正太分布的一类噪声 2、什么是香农定律？信道容量如何计算？信道容量与传信率有何关系？掌握奈奎斯特准则。 C=Blog2（l+S/N）（要求会计算信道容量课本P73-P74例题） 第3章 数据信号的基带传输 l 、AMI、HDB3 编码

5、及作图。 极性交替（AMI）码： 编码规则:消息代码0仍变换为传输码的0,而把代码中的1交替地变换为传输码的+1、-1、… 三阶高密度双极性（HDB3）码： 编码规则： （1） 按AMI码编码； （2） 用000V替代长连零小段0000, V的极性与前一个非零码的极性相同； （3） 检查V码是否极性交替。若不交替，把当前的000V用B00V代替，B的极性与前一个 非零符号的极（4）性相反；加B后，则后边所有非零符号反号。 检查HDB3码正确与否，一看“ 1”与B合起来极性是否交替，二看V码是否交替，两 者都交替则编码正确。 印： j 信息

6、流： 01000011000001110 第 ~ 0+1 0 0 0 0二 1+1 0 0 0 0 0-1+F1 0 第二步二 0+1 0 0 0+V-1+1 0 0 0+V 0-1+1-1 0 第三步: 0+1 0 0 0+V-1+1-B 0 o-v 0+1-1+1 0 0+1 0 0 0 +V -1 +1 -B 0 0 -v 0 +1 -1 +1 0 t U 丨丨 或坏脉冲 □ 补救脉沖 2、奈奎斯特第一准则、奈氏频带、奈氏间隔、奈氏速率 （此答案仅供参考） 奈奎斯特第一准则：当系统的传输特性在奈氏带宽内是理想低通特性时，若发送端以其截至 频

7、率两倍的速率传输信号，接收端仍以间隔 Tb 在码元峰值处抽样就可以 消除码间干扰，此时可以得到最大的频带利用率 2Baud/Hz 奈氏频带：数字通信系统无码间干扰的最小传输带宽（奈奎斯特带宽） 奈氏间隔：当信道在奈奎斯特速率下使用时,每个码元所占有的时间间隔叫做奈奎斯特间隔 奈氏速率：理想低通信道下的最高码元传输速率=2W Baud （其中W是理想低通信道的带宽，单位为赫兹；Baud是波特） 3、 为什么要采用具有幅度滚降特性的低通网络来形成数据信号的传输波形？（此答案仅供参 考） 数字信号基带传输系统不可能具有理想低通特性 ,故必须通过波形形成解决在规定传 输速率下有效控制符号间干扰问

8、题。即当选用的波形形成网络使基本传输系统传递函数的 幅频特性满足以 fN 为中心呈奇对称滚降作为传输网络，可满足无码间干扰的条件 4、 部分响应形成系统中，为何要对发端数据序列进行预编码？ 解决错误传播的有效方法是采用预编码和相关编码 5、 眼图是什么？它有什么作用？能过眼图的哪些方面可以掌握数据信号的基本传输质量？ 眼图：示波器荧光屏上显示出由多个随机码元波形所共同形成的图形，类似于人眼，称为 数据信号的眼图，以此来判决系统的传输质量 作用：能直观地表明数字信号传输系统出现码间干扰和噪声的影响，能评价一个基带系统 的性能优劣（眼图 的 “眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。 “

9、眼睛”张 的 越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。） 眼图与数据信号的基本传输质量： （1） 对接收波形的最佳取样时刻应选择眼图最大张开处； （2） 系统对定时误差的灵敏度——眼图上/下边的两条人字形斜线的斜率，斜率越大，对定时误 差越灵敏 （3） 图中央的横轴位置对应于判决门限电平； （4） 噪声边际/噪声容限——取样时刻距离判决门限最近的迹线到判决门限的距离； （或者说，抽样时刻上，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声的容限，噪声瞬时值超过它就 可能发生错误判决。） 第 4 章 数据信号的频带传输（书本第五章，了解 P139 的表 5.4，重点 4DPSK

10、的波形 P147） 1、ASK定义，2ASK基本框图、产生、表示、波形、功率谱密度特点、带宽和频带利用率。 ASK定义：用基带数据信号控制一个载波的幅度，又称数字调幅，简称ASK 频带利用率: R f 1 r 2 ASK 二 b = b = Baud / Hz b 2、 FSK 定义， 2FSK 的表示、波形、功率谱密度特点、带宽和频带利用率、 2FSK 的产生与 解调各有哪些方法。 FSK定义：用基带数据信号控制载波频率又称数字调频 3、 相移键控的定义、PSK和DPSK的区别与联系（相对调相是经过相对码变换后的数字信号 序列的绝对调相）、相对码与绝对码的转换；2P

11、SK和2DPSK的表示（矢量表示）、波形、功 率谱密度特点、带宽、频带利用率、产生与解调分别有哪些方法。 相移键控的定义：用基带数据信号控制载波的相位，使它作不连续的、有限取值的变化以实 现信息传输的方法，又称数字调相。 绝对调相PSK:已调信号的相位变化都是相对于一个固定的参考相位一一未调载波的相位来 取值 相对调相DPSK：每一个码元载波相位的变化不是以固定相位作参考，而是以前一码元载波 相位作参考 第 5 章 差错控制 1、 差错控制的基本思想。 是通过某种方法，发现并纠正传输中出现的错误。它是数据通信系统中提高传输可靠 性，降低系统传输误码率的有效措施 。 2、 码长、码

12、重、码距的定义及最小码距与检纠错能力的关系。 1） 、码长：码字的码元数目，例如（n, k）分组码的码长为n 2） 、码重：指码字中“ 1”的数目，记作W（A）。 例如： W（110110）=4 3） 、码距：又称汉明距，两个等长码对应位不同的数目，记作d（A，B）， 例如：A=110110，B=101011，则 d（A，B）=4 4） 、码距与码重的关系： d（A， B）=W （A+B） 5） 、最小码距与检纠错能力的关系 要在一个码组中检出e个误码，要求 dO±e+1 要在一个码组中能纠正 t 个误码，要求 d0 三 2t+1 要在一个码组中能纠正t个误码，同时检出

13、e （e > t）个误码 d0> e+t+1 3、 编码效率： R=k/n 4、 汉明码的编码原理及参数。 汉明码：是最早发现的具有纠错能力的码，是一种编码效率较高的分组码，也是一种线性 码。对于任何的整数，必存在一个（n，k）汉明码，码长n和监督元数目r=n-k 满足 n=2r-1 编码效率： k 2r -1 - r r = = n 2r 5、 一般线性分组码的原理及性质；典型形式的监督矩阵H、典型形式的生成矩阵G、全部的 码组 A。 线性码是指信息位和监督位满足一组线性方程的码； 分组码是监督码仅对本码组起监督作用； 既是线性码又是分组码称为线性分组码。（n, k）线

14、性分组码，其码字通常记作： A=[an-1 an-2 … a0 ]lxn 性质：（1）封闭性：指码中任意两许用码组之和仍为一许用码组。 （2） 线性分组码中必有一个全0码组 （3） 码的最小距离等于非零码的最小重量 典型形式的监督矩阵H、典型形式的生成矩阵G （要求会计算生成矩阵和监督矩阵） P174 例题 6.3 6、 循环码的性质；g（x）、G表示什么？有何作用？求相应的矩阵等。 循环码：是一类重要的线性分组码，若（an-1 an-2 „aO）是循环码的一个码组，则循环移 位后的码组： （an-2 an-3 … a0 an-1） （an-3 an-4 … an-1 an-

15、2） （a0 an-1 ...a2 al） 仍然是该编码中的码组 求相应的矩阵： P178-179 例题 7、卷积码的定义？卷积码的计算问题。 卷积码：又称为连环码，任何一段规定时间内编码器产生的 n 个码元，不仅取决于 这段时间中的 k 个信息码元，而且还取决于前 N-1 段规定时间内的信息码元，编码过程 中相互关联的码元为Nn个，Nn称为约束长度（卷积码通常记作（n, k, m）,其中k为 一次移入编码器的比特数目，n为对应于k比特输入的编码输出，m为约束长度，编码 效率为 k/n） 卷积码的计算：P190例题6.9 第 6 章 数据交换技术（第六章的概念跟网络的一样，大家自己

16、复习） 1 、数据交换方式。 2、 电路交换方式的过程。 3、 报文交换的思想。 4、 分组交换的原理。方式？ 5、 分组交换与报文变换的不同点。 6、 虚电路方式与数据报方式相比，不同点。 第 7 章 物理层接口与传输控制规程 1、透明传输的概念？透明传输的实现。 概念：所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。 当所传数据中的比特组合恰巧出现了与某一个控制信息完全一样时，必须采取适当 的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路 层的传输是透明的。 实现：通过字节填充的过程实现（转义）0插入技术（即比特填充，每5个

17、连续的1后添 加一个 0） 考试类型： 名词解释：12分=3X4 （3小题，每题3分） 填空题：16分=8X2（10小题，每题2分） 选择题：8分=8X1 （10小题，每题1分） 简答题：24分=6X4 （10小题，每题1分） 计算题：40分=10X4 （4小题，每题10分） 填空题 1. 速率为100kbit/s的二进制基带传输系统，理论上最小传输带宽为50kHz 2. 加性高斯白噪声的含义是 噪声与信号是相加关系,功率谱密度在整个频率轴上为常数, 具有正态分布的概率密度函数 3•四个离散信源的四个符号出现的概率分别为1/4、1/2、1/8、1/8，其信源熵为 1.75bit/

18、符 号—;理论上，四元信源的最大熵 2bit/符号,条件是各符号互不相关 。 4•在四进制系统中每秒钟传输1000个独立且等概的四进制符号，则此系统的码速率RB为 1000Bd ，信息速率 Rb 为 2000bit/s 。 5.使用香农公式时，要求信号的概率分布为 正态分布，信道噪声为 6. 当无信号时，加性噪声是否还存在？存在；乘性噪声是否还存在？不存在 。 7. 通过眼图可观察到 和 噪声 的大小。 8. 码组0100110的码重为 3 ，它与码组0011011之间码距 5 。 8. 码组10110的码重为 3 ，它与码组01100之间码距 3 。 9. 线性

19、分组码（63, 51）的编码效率为 ，卷积码（2，1，7）的编码效 率为 1/2 。 10. 已知循环码的生成多项式为X4+X2+X+1，此循环码可纠正 1 位错误码元， 可检出 3 位错误码元。 10. 已知循环码的生成多项式为x4+x3+x2+1，此循环码的监督位长度为 4 位, 可纠正 1 位错误码元。 11. 用（7, 4）汉明码构成交织度为5的交织码，此交织码的码长为 35 ，可 纠正 5 位突发错误。 12. 若信息码为100101，则奇监督码为 0 ，偶监督码为 1 。 13. 在（7, 3）线性分组码的一个码组中，信息码元的位数是3 ，监督码元的位数

20、是4 14. 在2ASK、2FSK、2PSK通信系统中，可靠性最好的是 2PSK ，有效性最 好的是2ASK和2PSK 。 15. 多进制相位调制信号的优点是 频率利用率高 ，多进制频率调制信号的 优点是 。 16. 线性分组码（n, k）若要求它能纠正3个随机错误，则其最小码距为 7 ； 若要求它能纠正2个随机错误，同时能检测3个随机错误，则其最小码距为 6 。 17. 对2DPSK、2ASK、2FSK通信系统，按可靠性好坏，排列次序为 2DPSK、2FSK、 2ASK ;按有效性好坏，排列次序为 。 18•设信息速率为 2.048Mbit/s，则 2DPSK 信

21、号带宽为 4.096Mbit/s , QPSK 信号的带宽为 2.048Mbit/s 。 19、 与二进制相位调制系统相比较，M进制相位调制（M>4）系统的优点是 频率利用率 高 ，缺点是 抗噪性能差 。 20、 数据通信系统是通过数据电路将分布在远端的数据设备与中央计算机系统连接起来，实 现数据传输、交换、存储和处理功能的一个系统。由数据终端设备、数据电路、中央计算 机系统三大部分组成。 21、 信道是信号传输的通道,信道有狭义信道和广义食道，其中狭义信道分为 有线信道 和 无线信道 ，广义信道分为调制信道和编码信道 。 22、 数据基带传输是数据通信中的基本传输方式，数据终端

22、只要经过简单的电平和 码 基变换后就可以在信道中直接传输，主要应用在局域网等短距离的数据传输中。 23、 频带传输系统是在发送端用基带信号控制载波的参量，变换成频带信号进行传输, 接收端再由解调器 将频带信号恢复成基带信号的传输系统。调制和解调 技术是频带传 输系统的核心内容。 24、 利用交换网实现数据通信主要有利用PSTN和利用公用网两种方式交换数据。 25、 分组交换采用存储-转发的方式，有 面向连接 的虚电路分组交换和面向无连接 的数 据报分组交换两种。 26、 面向字符型的基本型传输控制规程以字符 作为传输信息的基本单位，并规定了 10控 制字符 用于传输控制。 27、 面

23、向比特的高级数据链路控制规程，帧为单位传输数据信息和控制信息，帧的类型有 信 息帧、监控帧和无编号帧。 28、 我国提出的TD-SCDMA移动通信体制被国际电联确认为第三代移动通信三大国际标准 之一。 试题举例： 一、名词解释 （4 题，每题 3 分） 1、 数据通信：是依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间来传递数据通信信 息。 2、眼图：示波器荧光屏上显示出由多个随机码元波形所共同形成的图形，类似于人眼，称为 数据信号的眼图。 二、选择题（8题，每题 1 分） 1、 频带传输采用4DPSK （A方式），若前一个编码为初始角度为90度，若后一个编码为10, 则其编码

24、的初始角度为 C 。 A.0 度 B.90 度 C.180 度 D.270 度 2、 下列编码中，不具备纠错能力的编码是 B 。 A.奇偶校验码 B.循环码 C.汉明码 D.卷积码 3、 卷积码（2, 1，7）的编码效率为 B 。 A.1/ 7 B.1/2 C.2/7 D.1/10 4、 在相同的环境下，误码率最高的是 A 。 A.2ASK B.2FSK C.2PSK D.2DPSK 5、 面向比特的高级数据链路控制规程中，以下不存在的帧是 。 A.信息帧 B.监控帧 C.无编号帧 D.传输帧 二、 简答题 （4 题，每题 6 分） 1．“差错控制是为了传输的可靠性而牺牲

25、传输的有效性。”这句话是否正确？为什么？ 正确。 在发送端按一定的规则增加若干监督码进行传输，这就使得传输的有效性降低了，但加 入的码元与原来的信息码序列之间存在着某种确定的约束关系，可以通过接端接收到的信息 进行判断，从而发现传输中的错误，乃至纠正错误。 2．如何理解“高的频带利用率和消除码间干扰是互相矛盾”这句话。采用什么技术进行解决？ 此技术的好处和代价各是什么？ 用理想低通可以实现无码间干扰，且频带利用率最高（2Baud/Hz）,但理想低通难于实现， 所以得采用幅频滚降的系统，虽然这种系统波形的前导和后尾波动减少，但是所需频带要加 宽，所以无法达到2Baud/Hz。所以说高的频

26、带利用率和消除码间干扰是互相矛盾。 采用部分响应系统解决。此技术的优点是频带利用率相对较高，时域衰减快，系统易于 实现。代价是抗噪能力比较差。 三、 作图题： 1. 某数据通信系统采用的是 4DPSK（A 方式），若已知二进制码为 001110010010，试画出四 相调制波形（参考：P147图5.42） 2. 画基带信号的码型变换图，如AMI码、HDB3码等（参考：总复习材料中第3章的规则 画图） 四、计算题（4小题，每题10分） 1、 监督矩阵和生成矩阵的计算 （P178例题6.5、P196题6.14自己可看书本其他例题） 2、 香农公式的运用 3、 基带传输系统的计算 （

27、P110 题4.14） 4、 频带传输系统的计算 1.设在某信道上实现传真传输。每幅图片约有2.55X106个像素，每个像素有12个亮度等级， 且各亮度等级是等概率出现的。设信道输出信噪比S/N为30dB。试求：（1）若传送一幅图片 需时1分钟，则此时信道的带宽应为多少？（2）若在带宽为3.4KHz的信道上传送这种图片， 那么传送一幅图片所需的时间是多少？(提示表示每个像素的 12 个亮度等级所需要的信息量 是 4bit；log2x=3.32lgx (香农公式的运用) (1)一幅图片需要传输的信息量：2.55*106*4=10.2*106bit 由于传输需要 1 分钟，所以图片信息的

28、传输率为： R=10.2*106/60=0.17*106 bit/S 又由于 C=Blog2(1+S/N),从而 B=C/ log2(1+S/N)= 0.17*106/log2(1+1000) = 0.17*106/3.32lg(1+1000) =17KHz (5 分) (2) C=Blog2(1+S/N)=3400*3.32lg(1+1000)=33864 bit/s R 应小于工等于 C,取 R=C,贝U T=10.2*106/33864=301s(5 分) 2.采用4PSK调制传输2400bit/s数据：(1)最小理论带宽是多少？(2)若传输带宽不变，而 数据率加倍,贝调制方式应作如何改变？如果此时发送端的发送功率不变,贝误比特率是增 大还是减小？(频带传输系统的计算) (1) 4PSK系统的最大频带利用率为r=log2M=log24=2 bit/(s Hz) 所以最小理论带宽为 BC=RB/r=2400/2=1200 Hz CB (2) 若传输带宽不变,而数据率加倍,贝要求频带利用率也要加倍,只有通过增大 M 来实 现，采用16进制，如16PSK。如果此时发送端的发送功率不变，则误比特率是增大了。