计算机网络第七版第二章答案

2-03 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。

答案：(1)源点：源点设备产生要传输的数据，例如，从计算机键盘输入汉字，计算机产生输出的数字比特流。源点又称为源站或信源。

(2)发送器：通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。现在很多计算机使用内置的调制解调器(包含调制器和解调器)，用户在计算机外面看不见调制解调器。

目的系统一般也包括以下两个部分：

(1)接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器，它对来自传输线路上的模拟信号进行解调，提取出在发送端置入的消息，还原发送端产生的数字比特流。

(2)终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出（例如，把汉字在计算机屏幕上显示出来）。终点又称为目的站或信宿。

在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。

2-06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?

解答:数据在信道中的传输速率是受限制的。首先，具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道。如果信号中的高频分量在传输时受到衰减，那么在接收端收到的波形前沿和后沿就变得不那么陡峭了，每一个码元所占的时间界波)限也不再是很明确的，而是前后都拖了“尾巴”。也就是说，扩散了的码元波形所占的时间也变得更宽了。这样，在接收端收到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限。这种现象叫做码间串扰。严重的码间串扰使得本来分得很清楚的一串码元变得模糊而无法识别。为了避免码间串扰，码元的传输速率就受到了限制。其次，所有的电子设备和通信信道中都存在噪声。由于噪声是随机产生的，它的瞬时值有时会很大。因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误(1判决为0或0判决为1)。但噪声的影响是相对的。如果信号相对较强，那么噪声的影响就相对较小。对于一定的信噪比，码元的传输速率越大就越容易出现接受时的判决错误，如果增大信噪比，那么码元的传输速率就可以提高而不至于使判决错误的概率增大。在实际的传输环境中，信噪比不可能做到任意大。一方面，我们的信号传输功率是受阳的(经济问题、器件问题、材料的绝缘问题，等等)，而任何电子设备的噪声也不可能做到仁意小(任何电子设备都有其固有噪声)。因此，在实际的传输环境中，信噪比不可能做到在意大。香农公式的意义就在于，只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。不过，香农没有告诉我们具体的实现方法。这要由研究通信的专家去寻找。“比特秒” 和“码元秒”是不完全一样的，因为比特和码元所代表的意思并不相同。在使用二进制编码时，一个码元对应于一个比特。在这种情况下，“比特秒”和“码元秒”在数值上是一样的。但一个码元不一定总是对应于一个比特。根据编码的不同，一个码元可以对应于几个比特，但也可以是几个码元对应于一个比特。

2-08 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？

解答：将以上数据带入香农公式，得出：C=3kHz×log2(1+S/N)=64kbit/s

解出 1 + S/N =264/3

S/N=2.64×106是

或用分贝表示：(S/N)dB=10log10(2.64×106)=64.2dB

这个结果说明这个信道应该是个信噪比很高的信道。

2-09 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％？

解答:将以上数据代入香农公式，得出: 35000= 3100log2(1 + S/N)log2(1 + S/N)= 35000/ 3100 = 350/31 = 1g(1 + S/N)/lg 2

请注意:以10为底的对数通常就记为lg。

lg(1 + S/N)=lg2x 350/31

1+S/N=10 lg2 x 350/31

S/N= 10 lg2x350/31- 1= 2505

使最大信息传输速率增加60%时，设信噪比S/N应增大到x倍，则

35000 × 1.6= 3100 log2(1 + xS/N)

log2(1 + xS/N)= 35000x 1.6/ 3100=350x 1.6/31

lg(1 + xS/N)/lg2=350x 1.6/31

1 + xS/N= 10lg2x350x1.6/31

xS/N= 10lg2x350x1.6/31-1

x= (10lg2x350x 1.6/31- 1)/( 10lg2x 350/31- 1)= (105.438- 1)/(103.399-1)≈105.438/103.399= 102.039= 109.396

信噪比应增大到约100 倍。

设在此基础上将信噪比SIN再增大到10倍，而最大信息传输速率可以再增大到y倍，则利用香农公式，得出

35000 × 1.6×y= 3100 log2(1 + 2505 × 109.396 × 10)

y= 3100 log2(1 + 2505 x 109.396x 10)/35000x 1.6

= (3100 lg 2740370.8/1g 2)/35000 × 1.6= 1.184

即最大信息速率只能再增加18.4%左右。

[2-16]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)

现收到这样的码片序列: (-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1还是0?

解答:

A站的内积: (-1+1-3+1-1 -3+1+1)●(-1-1-1+1+1-1+1+1)/8

=(+1-1+3+1-1+3+1 +1)/8=1

B站的内积: (-1+1-3+1-1-3+1+1)●(-1-1+1-1+1+1+1-1)/8

=(+1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1

C站的内积: (-1+1 -3+1-1-3+1+1)●(-1+1-1+1+1+1-1-1)/8

=(+1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0

D站的内积: (-+1-3-+1-1-3+1)●(-1+1-1-1-1-1+1-1)/8