第 7 章 物理层
7-1 填空题
- 数据分为（ 数字数据 ）和（ 模拟数据 ），信号分为（ 数字信号 ）和（ 模拟信号 ）。
- 信号要在（ 信道 ）中传递。
- 将数字信号转换成模拟信号，最基本的 3 种方式是（ 幅移键控 ASK ）、（频移键控FSK ）和（ 相移键控 PSK ）。
- 根据所传输的信号不同，数据传输可以分为（ 基带传输 ）和（ 宽带传输 ）。
- 对于模拟信号，采用的复用技术是（ 频分复用 ）；对于数字信号，采用的复用技术是（时分复用 ）。
- 常见的有线传输介质有（ 同轴电缆 ）、（ 双绞线 ）和（ 光纤 ）。
- 物理层标准定义了通信接口的（机械特性）、（电气特性 ）、（ 功能特性 ）和（规程特性 ）特性。
- 在信道上传递的信号可以分为基带信号和（ 宽带信号 ）。
- 在 FDM 和 TDM 中，（ FDM ）技术可以使多个用户在同样的时间占用不同的带宽资源，（ TDM ）技术可以使多个用户在不同的时间占用所有的带宽资源。
- 数据通信系统由三部分组成，分别是（ 源系统 ）、（ 传输系统 ）和（ 目的系统 ）。
7-2 选择题
- （ A ）是距离传输介质最近的层。
A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．运输层 - 物理层关心物理介质上（ D ）的传输。
A．程序 B．对话 C．协议 D．比特 - 在（ C ）传输中，比特是同时发送，在独立的线路上传输的。
A．异步串行 B．同步串行 C．并行 D．A 和 B - 如果一个信号的带宽是 5kHz，而其最低频分量是 52kHz，那么其最高频分量频率为（ D ）。
A．5kHz B．5kHz C．47kHz D．57kHz - 在数据传输中，数据只能沿一个方向传递，这种方式称为（ A ）。
A．单工传输 B．全双工传输 C．半双工传输 D．都不对 - 在（ D ）传输中，比特是依次通过一条线路传输的。
A．异步串行 B．同步串行 C．并行 D．A 和 B - 多路信号共用一条链路的技术称为（ A ）。
A．复用 B．调制 C．解调 D．PCM - PCM 是 ( D )转换的例子。
A．数字－数字 B．数字－模拟
C．模拟－模拟 D．模拟－数字 - AM 和 FM 是( C )转换的例子。
A． 数字－数字 B．数字－模拟
C． 模拟－模拟 D．模拟－数字 - 如果一个 PCM 编码信号的最大值是 31 而最小值是－31，那么这种编码使用几个二进制位 ？ ( C )
A．4 B．5 C．6 D．7 - ( B )的功能是通过网络发送或接收数字或模拟信号。
A． 数据终端设备 B． 数据电路终端设备
C．数字终端编码器 D．数字传输设备 - 哪种复用技术传输模拟信号？( A )
A． 频分复用 B．同步时分复用
C．异步时分复用 D．B 和 C - 哪种复用技术传输数字信号？( D )
A． 频分复用 B．同步时分复用
C．异步时分复用 D．B 和 C - 调制解调器是一个典型的( B )设备。
A． DTE B． DCE C． TDE D．CDE - EIA－232 定义了 DTE－DCE 接口的( D )特性。
A．机械 B．电气 C．功能 D．全部 - EIA－232 标准中多数针用于( A )目的。
A． 控制 B．定时 C．数据 D．测试 - EIA-232 标准规定 0 必须是（ D ）。
A．大于-15V B．小于-15V
C．-15～-3V 之间 D．3～15V 之间 - EIA-232 标准接口有（ C ）针。
A．20 B．24 C．25 D．30 - EIA-232 标准中第（ A ）针用来发送数据。
A．2 B．3 C．4 D．全部 - EIA-232 标准中数据针上12V 意味着（ A ）。
A．1 B．0 C．未选定 D．0 或 1
7-3 判断题
- 模拟是指离散的量、数字是指连续的量。×
- 模拟信号和数字信号之间可以相互转换。√
- 波特率是指每秒能够传输的比特数。×
- 如果信号码元共有 4 种变化，那么比特率是波特率的 4 倍。×
- 物理层主要是指传输介质。×
- 与串行传输相比，并行传输更适合远距离传输。×
- 波分复用实际上是光波的时分复用。×
7-4 简答题
- 简述信息、数据和信号 3 者之间的关系。
答：
信息是以声音、语言、文字、图像、动画、气味等方式所表示的实际内容。信息在计算机中存储或者在网络中传递时，需要首先被编码成数据。数据分为模拟数据和数字数据。计算机处理的数据 0, 1 就是数字数据典型的例子。0、1 不能直接在通信介质上传递，因为通信介质只能接收电磁信号的形式，因此数据需要用信号表示才能在通信介质上传递。 - 什么是 DTE？什么是 DCE？两者有什么区别和联系？
答：
DTE 称为数据终端设备（Data Terminal Equipment, DTE）。DTE 是产生、接收和处理二进制数字数据的设备。DTE 最典型的代表是计算机。
DCE 称为数据电路终端设备（Data Circuit Terminal Equipment, DCE）。DCE 主要功能是进行信号转换。
DTE 具有一定的通信处理能力，但当它所产生的数字信号不能直接被通信网络传送时，就需要在 DTE 和通信网络之间加一个中间设备，这个设备就是 DCE，DCE 完成信号转换的工作，使得 DTE 发出的信号被转换后能够在通信网络中传递，到达对端 DCE 时，进行逆转换，将 DTE 发出的信号还原，交给对端的 DTE。 - 简述幅移键控、频移键控、相移键控各自的特点。
答：
幅移键控：在幅移键控中，正弦载波幅度随调制信号变化。
频移键控：频移键控中，正弦载波的瞬时频率随调制信号的瞬时值变化。
相移键控：相移键控中，正弦载波的瞬时相位随调制信号变化。 - 简述脉码调制（PCM）的作用和工作过程。
答：
脉码调制（PCM）用来将模拟信号转换为数字信号，使其能够在数字网络中传递。
PCM 由 4 个过程组成：采样、量化、二进制编码、数字－数字编码。 - 画出 01101100 的曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。
答：
- 简述异步传输和同步传输各自的特点。
答：
异步传输：在异步传输中，传输的单位是字节。每个字节的前面有开始位，后面有停止位。在异步传输中，对于一个字节内部的每个比特，接收方和发送方要保持同步；而在字节和字节之间是异步的，接收到起始位后，接收方就开始重新同步。异步传输中每个字节都要附加开始位和停止位，字节和字节之间间隙不定，所以速度较慢，适合于低速通信。
同步传输：在同步传输中，传输的单位称为帧。一个帧可以包含多个字节，字节和字节之间没有间隙，收发双方传递的就是不间断的 0, 1 比特流。在每一帧的首尾会有特殊的比特组合作为标志（如 01111110），表示帧的开始和结束。开始标志不仅能够通知接收方帧已到达，它同时还能让接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。 - 什么是单工、半双工和全双工？
答：
单工传输是指消息只能单方向传输的工作方式，也称为单工通信。
半双工可以进行双向通信，但任一时刻，数据只能有一个方向上的传输存在，称为半双工传输。
全双工在任一时间可以同时接受和发送信息，实现双向通信，通信的双方可以同时发送和接受信息。 - 简述物理层的功能和 4 个特性。
答：
（1）机械特性。物理层要定义接口的形状、尺寸、插头的针和插座孔的数量，以及针的排列方式等。
（2）电气特性。传输介质上不可能传递数字 0、1，传输介质只能传输电磁信号，所以物理层必须定义用什么样的信号表示 1，什么样的信号表示 0，每个比特占用多长时间等。
（3）功能特性。接口上会连接多根导线，有的导线用来传输数据信号，有的导线用来传输控制信号，物理层需要定义每根导线的功能，以及导线上出现某个特定信号的含义。
（4）规程特性。发送 0、1 串时需要有工作流程，物理层需要定义数据传输的操作过程，也就是在完成通信的过程中各线路上的动作规则或动作序列。 - 信号 y = A sin(wt + a)中，振幅、频率、相位分别由哪个参量决定？试画出两种不同频率
的信号。
答：
信号 y = A sin(wt + a)中，振幅、频率、相位分别由 A，w，a 决定。
- 共有四个站进行码分多址 CDMA 通信。四个站的码片序列为：
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）
现收到这样的码序列：（-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？
答：
A、B、C、D 四个站点分别与（-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1）计算格式化内积，结果分别为 1，-1，0，1。
因此，A、B、D 三个站点发送了数据，数据分别为 1,0,1。C 没有发送数据 - 如下图所示，主机 A 和主机 B 通过 Modem 接入电话网络进行通信。
用户的接入电话线传输模拟信号，而在电话系统内部则采用数字信号传输，请简要回答数据从主机 A 发送到主机 B，要使用哪些信号转换技术和复用技术？
答：电话网络示意图如下所示。
主机 A 和主机 B 的通信过程如下：
（1）主机 A 生成数字信号，通过 RS232 接口传递给调制解调器 A。
（2）数字信号要转换成模拟信号才能进入电话网络，调制解调器可以采用幅移键控、频移键控、相移键控技术进行转换，但在实际应用中，更多地采用正交调制 QAM 的方式来提高转换效率。
（2）经过调制解调器的调制，模拟信号进入电话网络，进入本地交换机。本地电话交换机会同时为多个用户服务，接收多路模拟信号。本地交换机将多路模拟信号向上传递时，会使用频分复用技术，将多路模拟信号在一条上行线路上传递。
（3）本地电话交换机将复用模拟信号传递给上一级交换机（干线交换机），干线交换机之间的线路为数字信号，因此干线交换机会将本地交换机传来模拟信号采用 PCM 转换为数字信号，传递给对端干线交换机。一个干线交换机会连接多个本地交换机，一个本地交换机的模拟信号会被转换为一路数字信号，因此会有多路数字信号在干线上传递，此时在干线上会采用时分复用技术。
（4）数字信号到达对端干线交换机，干线交换机通过时分复用，还原得到相应的数字信号，再采用 PCM 的逆过程，还原得到相应的模拟信号，将模拟信号交给本地交换机
（5）本地交换机收到模拟信号，进行频分复用的逆过程，将用户数据的模拟信号还原出来，交给调制解调器
（6）调制解调器收到模拟信号，通过解调，将模拟信号还原为数字信号，发送给主机 B。
