物理层

调制解调技术（Modulation and Demodulation）主要用于将 数字信号转换为模拟信号，以便通过 模拟信道（如电话线、无线电波等） 进行传输。在接收端再通过解调将其还原为数字信号。

适用场景包括：

• 调制器将数字数据调制成模拟信号进行传输；
• 解调器在接收端将模拟信号还原为数字数据。

因此，调制解调器（Modem）主要用于模拟信道传输数字数据的场景中。

要计算该电话系统的最大数据传输率，我们使用香农定理（Shannon Capacity Formula）：

$$ C = B \cdot \log_2(1 + \text{SNR}) $$

其中：

• $C$：信道容量（最大数据传输率，单位是 bps）
• $B$：信道带宽（单位是 Hz）
• $\text{SNR}$：信噪比（功率比，不是分贝）
• $\text{SNR} = 10 log_{10}(\text{SNR})$

已知

• $B = 3000 , \text{Hz}$
• $\text{SNR}_{dB} = 30 \Rightarrow \text{SNR} = 10^{30/10} = 1000$

代入香农公式：

$$ C = 3000 \cdot \log_2(1 + 1000) \approx 29,910 , \text{bps} \approx 30 \text{kbps} $$

得到正确答案：B. 30kB/s

解析

• 曼彻斯特编码属于基带传输 ✅ 曼彻斯特编码是一种基带传输技术，用于在不调制的情况下直接在信道上传输数字信号。

• 采用曼彻斯特编码，波特率是数据速率的 2 倍 ✅ 曼彻斯特编码中，每一位数据都包含一个中间跳变（例如 1 表示为高到低，0 表示为低到高），因此每秒的数据位数（比特率）为波特率的一半。

• 曼彻斯特编码可以自同步 ✅ 由于每位都有跳变边沿，接收方可以通过这些跳变实现时钟同步，即“自同步”。

• 曼彻斯特编码效率高 ❌ 曼彻斯特编码每个数据位需要两个信号周期，带宽要求比非编码方式更高，因此效率较低。它以牺牲带宽换取同步能力和抗干扰性。

正确答案为 A。

解析

信道数据传输率（也称为信道容量）主要受以下因素影响：

1. 信噪比（SNR）：根据信道容量公式

   $$ C = B \cdot \log_2(1 + \text{SNR}) $$

   信噪比越高，信道容量越大。

2. 频率带宽（B）：带宽越大，单位时间可传输更多数据。

3. 调制速率：调制方式影响每个符号能携带多少比特，也影响传输速率。

信号传播速度：

• 它决定的是信号传播延迟（Latency），而不是数据传输速率（Throughput）。
• 即使信号传播得再快（如光速），每秒能传输的数据量仍由前面几项决定。

因此，不会影响信道数据传输率的是：信号传播速度。✔

解析

基带传输：

• 指不经调制、直接在信道上传输数字信号的方式。
• 通常采用编码技术，如：曼彻斯特编码、NRZ（不归零编码）等。
• 适用于局域网、有线传输等。

带通传输：

• 是调制后传输信号的方法，用于远距离或无线传输。

• 包括以下调制方式：

  • 正交幅度相位调制法（QAM）
  • 移相键控法（PSK）
  • 频移键控法（FSK）

曼彻斯特编码：

• 是一种基带传输编码，在每个位周期中间发生电平跳变。
• 常用于以太网等局域网标准中。

因此，属于基带传输的是：曼彻斯特编码（C）✔

解析

曼彻斯特编码（Manchester Encoding） 的主要特点是：

• 每个比特周期的中间进行一次电平翻转。

• 用于同步时钟，因为每一位中间都有电平变化，便于接收端提取时钟。

• 编码规则（IEEE 802.3 标准下的常见方式）：

  • 逻辑 1 表示为：低电平 → 高电平
  • 逻辑 0 表示为：高电平 → 低电平

• 无论是 0 还是 1，中间都有跳变。

错误选项解析：

• A：“每个比特的前沿有电平翻转” —— 错，跳变发生在中间。
• B、D：区分 0 和 1 是否跳变 —— 错，每一位都有跳变，不是仅某一类比特。

因此，曼彻斯特编码的特点是：C. 在每个比特的中间有电平翻转 ✔

解析：

在计算机网络中，数据传输涉及从高层到低层的逐层封装过程（通常参照 OSI 七层模型或 TCP/IP 模型）。每一层都对数据进行某种“封装”处理，直到最底层通过物理媒介传输比特。

各层封装处理如下：

• 应用层、运输层、网络层、数据链路层：

  • 都会添加各自的首部（Header），对数据进行封装。

  • 例如：

    • 应用层添加应用协议数据。
    • 运输层（如 TCP）添加端口信息、序号等。
    • 网络层（如 IP）添加 IP 地址等。
    • 数据链路层添加帧头帧尾（如 MAC 地址等）。

• 物理层：

  • 不进行任何封装。
  • 它只负责将比特流从一端发送到另一端（如通过电缆或无线），处理的是 0 和 1 的电信号或光信号。

因此，不进行封装处理的是：✔ 物理层

解析：

• 是“调制-解调器”的简称。

• 用于数字信号和模拟信号之间的相互转换：

  • 调制：把计算机的数字信号转换为模拟信号，以便通过电话线等模拟信道发送。
  • 解调：把接收到的模拟信号还原为数字信号。

其他选项解释：

• 网卡（Network Interface Card, NIC）：

  • 在数字网络中工作，只负责数字信号的传输。
  • 不涉及数字与模拟信号的转换。

• 网络线（如双绞线、光纤等）：

  • 是传输介质，不进行任何信号转换。

正确答案是：✔ 调制解调器

解析

• 数据传输速率 $R = 64 \text{ kbps} = 64,000 \text{ bps}$
• 一个载波信号码元有 4 个有效离散值

计算波特率

波特率表示每秒钟传输的符号数。

每个符号（信号码元）携带的比特数 $n$ 由离散值数目决定：

$$ n = \log_2(\text{离散值数}) = \log_2(4) = 2 \text{ bits/符号} $$

所以，波特率 $B$ 计算为：

$$ B = \frac{R}{n} = \frac{64,000}{2} = 32,000 \text{ Baud} $$

正确选项：32 kBaud/s

计算步骤：

1. 计算每个符号携带的比特数：

• 总的离散状态数 = 相位数 × 幅度数 = 8 × 2 = 16 种不同符号。

• 每个符号携带的比特数：

$$ n = \log_2(16) = 4 \text{ bits/符号} $$

2. 计算数据传输率：

$$ R = n \times \text{波特率} = 4 \times 1200 = 4800 \text{ bps} $$

正确选项是：4800b/s

解析：

信道最大传输速率通常受信道带宽和信噪比的限制，常用的理论公式包括：

• 香农公式（Shannon Capacity）：

$$ C = B \cdot \log_2(1 + \text{SNR}) $$

• 其中 $C$ 是最大传输速率（bps）， $B$ 是信道带宽（Hz）， SNR 是信噪比（无单位）。

其他选项说明：

• 码元传输速率和噪声功率：码元速率只是传输速率的一个表现，噪声功率影响信噪比，但不直接等同。
• 频率特性和带宽：频率特性影响信号失真，但不直接定义最大传输速率。
• 发送功率和噪声功率：发送功率影响信号强度，但信噪比才是关键。

所以，影响信道最大传输速率的主要因素是：信道带宽和信噪比。✔

使用香农公式计算最大数据传输率：

$$ C = B \cdot \log_2(1 + SNR) = 3000 \times \log_2(1 + 1000) $$

$$ \log_2(1001) \approx \log_2(1024) = 10 \quad (\text{近似}) $$

所以：

$$ C \approx 3000 \times 10 = 30,000 , \text{bps} = 30 \text{kbps} $$

正确选项是：30kb/s