数据通信原理 光纤通信 期末速成

一、图表题

1. 双极性不归零、单极性不归零、曼彻斯特码、抑制载频2ASK，2PSK、2DPSK信号的波形

双极性不归零 和 单极性不归零：不归零意思是 0 低 1 高

• 非归零编码（NRZ）：用不同电平表示二进制数字，常以低电平表示 0，高电平表示 1 ，也可相反。
• 曼彻斯特编码：定义是从低电平跳变到高电平表示 1，从高电平跳变到低电平表示 0 ，反之亦可。
• 差分曼彻斯特编码：是对曼彻斯特编码的改进。编码规则为在信号位开始时，若不改变信号极性，表示逻辑 “1” ；若改变信号极性，则表示逻辑 “0”，并且无论码元是 1 还是 0，每个码元正中间都会发生一次电平转换（口诀：0立即跳变，1延迟跳变）

例题：若二进制数据为00100110,分别画出其经过非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码后的码型（初始高电平有效）

数字调制方式

ASK：数字调幅

PSK：数字调相

FSK：数字调频

还有 4DPSK 调相图，这个也可以看看

题目1：一个4DPSK系统，其相位变换按照 B 方式工作，设已调载波信号初相为0，试求输入双比特码元序列为00 01 11 00 10等已调载波信号对应相位

双比特码元	对参考相位的相移
00	$\frac{5\pi }{4}$
10	$\frac{7\pi }{4}$
11	$\frac{\pi }{4}$
01	$\frac{3\pi }{4}$

要求 00 对应相位：则从起始位初相到 上图所对应 00 的相移，即：0 + $\frac{5\pi }{4}$ = $\frac{5\pi }{4}$

求 01 对应相位：则是从 00 到 01 所移动相移：($\frac{3\pi }{4}$ + $\frac{5\pi }{4}$) % $2\pi$ = 0

同理求 11 对应相位：则是从 01 到 11 所移动相移：0 + $\frac{\pi }{4}$ = $\frac{\pi }{4}$

最后结果如下：

数据码元序列	00	01	11	00	10
载波相位	$\frac{5\pi }{4}$	0	$\frac{\pi }{4}$	$\frac{6\pi }{4}$	$\frac{5\pi }{4}$

题目2：根据相位求码元序列（一个4DPSK系统按照 表2 的调制方法，当接收端收到的载波相位如上，求输出码元序列）

相位	$\frac{7\pi }{4}$	$\frac{\pi }{2}$	$\frac{5\pi }{4}$	$\frac{3\pi }{2}$	$\frac{3\pi }{4}$	0
码元	10	00	10	01	11	01

表2为绝对相位到码元的直接映射（非相位差），即接收端根据当前载波的绝对相位直接查表得到对应的双比特码元。这意味着系统虽然标记为4DPSK，但实际解调方式为绝对调相（4PSK），无需计算相位变化量（直接抄表即可）

题目3：根据相位求码元序列（一个4DPSK系统按照 表1 的调制方法，当接收端收到的载波相位如上，求输出码元序列）

相位	$\frac{7\pi }{4}$	$\frac{\pi }{2}$	$\frac{5\pi }{4}$	$\frac{3\pi }{2}$	$\frac{3\pi }{4}$	0
码元	10	01	01	11	00	00

分析：

从初相位到 $\frac{7\pi }{4}$ 对应码元： ( $\frac{7\pi }{4}$ - 0) % $2\pi$ = $\frac{7\pi }{4}$，对应 10

从 $\frac{7\pi }{4}$ 到 $\frac{\pi }{2}$ 对应码元：( $\frac{\pi }{2}$ - $\frac{7\pi }{4}$ + $2\pi$) % $2\pi$ = $\frac{3\pi }{4}$，对应 01

从 $2\pi$ 到 $\frac{5\pi }{4}$ 对应码元：( $\frac{5\pi }{4}$ - $\frac{\pi }{2}$ + $2\pi$) % $2\pi$ = $\frac{3\pi }{4}$，对应 01

从 $\frac{5\pi }{4}$ 到 $\frac{3\pi }{2}$ 对应码元：( $\frac{3\pi }{2}$ - $\frac{5\pi }{4}$ + $2\pi$) % $2\pi$ = $\frac{\pi }{4}$，对应 11

从 $\frac{3\pi }{2}$ 到 $\frac{3\pi }{4}$ 对应码元：( $\frac{3\pi }{4}$ - $\frac{3\pi }{2}$ + $2\pi$) % $2\pi$ = $\frac{5\pi }{4}$，对应 00

从 $\frac{3\pi }{4}$ 到 $0$ 对应码元：( $0$ - $\frac{3\pi }{4}$ + $2\pi$) % $2\pi$ = $\frac{5\pi }{4}$，对应 00

2. 第一、四类部分响应系统预编码方程、相关编码方程、判决规则及错误传递、幅度滚降与部分响应系统的主要特点等

通信原理笔记—部分响应基带传输系统

部分响应系统是一种可实现的传输系统，它允许存在一定的、可控的码间干扰，而在接收端可以加以消除，这样的系统既能使频带利用率提高到理论上的最大值，又近似可物理实现。

部分响应系统特点：

• 有码间干扰，但是固定的，在接收端可以消除
• 频带利用率可以达到2Baud/Hz的极限
• 形成波形的前导和后尾衰减较快，降低了对接收端定时的精度要求
• 物理上可以实现
• 接收信号电平数大于发送信号电平数，抗干扰性能要差一些

注意：第一类、第四类部分响应系统都存在误码扩散的问题，解决办法是 预编译

3. 差错控制基本思想，常用的差错控制方式

目的：确保所有帧按顺序正确递交到 数据链路层用户（网络层实体）

基本思想：在发送的数据码元序列中加入监督位，使监督位和数据位之间存在某种约束关系；在接收端检测约束关系是否被破坏从而查错，甚至可以纠错

• 检错码：可以发现错误，但不能纠正错误
• 纠错码：可以自动纠正错误

差错类型：随机差错、突发差错

差错控制方式一般可以分为4种类型：检错重发（ARQ）、前向纠错（FEC）、混合纠错检错（HEC）、信息反馈（IRQ）

• 在具体实现检错重发系统时，通常有3种重发方式，即 停发等候重发，返回重发 和 选择重发（感觉这个图可能会考，毕竟书后习题和往年有类似的题）

  • 停发等候重发：发送端每发一个码组就停下来等待接收端的应答信号，若为 ACK，则接着发下一个，否则重发
  • 返回重发：接收端发回 NAK 信号时，发送端重发前面所有的 N 个码组（从 错误的那个开始）
  • 选择重发：接收端发回 NAK 信号时，而且发送端只重发有错误的码组

4. 奇偶校验监督方程、监督码元、汉明距离及校验特性

码间距离（d） ：两个码字的对应位取值不同的个数

汉明距离（d0） ：一个有效编码集中，任意两个码字的码间距离的最小值（即一组编码中的 最小码距）

• 如果要能检测 e 个差错，则编码集的汉明距离至少为 $e+1$
• 如果要能纠正 t 个差错，则编码集的汉明距离至少为 $2t+1$
• 如果要能检测 e 个差错，同时能纠正 t 个差错（e > t） ，则编码集的汉明距离至少为 $e+t+1$

检错码：循环冗余码、奇偶校验码
纠错码：汉明码

奇偶校验码：保证信息码和监督码的个数为 偶数（偶校验）、奇数（奇校验）

• 奇偶校验码的最小码距：$d_{min}=2$
• 水平奇（偶）校验码：保证水平方向上 1 的个数为奇（偶）数
• 二维（水平垂直）奇偶校验码：保证水平和垂直方向上的 1 的个数为奇（偶）数

二、计算题

1. 线性分组码特性及循环码特性

在学线性分组码之前，最好先来了解一下 （7, 4） 汉明码（$a_6{a}_5{a}_4{a}_3{a}_2{a}_1{a}_0$）

• (n, k) 表示：码组位 n 位，信息码 k 位，编码效率：$\frac{k}{n}$
• (7, 4) 汉明码的校正子：$S_3{S}_2{S}_1$（用三位的二进制来确定汉明码哪一位有问题）
• $S_1=a_6⨁a_5⨁a_4⨁a_2$
• $S_2=a_6⨁a_5⨁a_3⨁a_1$
• $S_3=a_6⨁a_4⨁a_3⨁a_0$

若只知道信息码，需要求监督码，则是：

• $a_2=a_6⨁a_5⨁a_4$

• $a_1=a_6⨁a_5⨁a_3$

• $a_0=a_6⨁a_4⨁a_3$

• 注意：这个 $⨁$ 表示 模 2 加

线性分组码特性：封闭性、码的最小距离等于非零码的最小重量

• 封闭性：线性分组码中的任意两个码组逐位模 2 和仍为这种码的另一个许用码组
• 理解：$A_1$ ，$A_2$ 均为 许用码组，则 $A_1{H}^T=A_2{H}^T=0$，则有 $A_1{H}^T+A_2{H}^T=(A_1{H}^T+A_2{H}^T)=0$
• 则 $A_1$，$A_2$ 也是一组许用码组

线性分组码求监督矩阵和生成矩阵 以及 码组 A

• 理解：$a_2{a}_1{a}_0$ 保持标准矩阵的格式，$a_6{a}_5{a}_4{a}_3$ 这个暂时不管

循环性：循环码中任一许用码组经过 循环移位 后所得到的码组

2. 已知循环码生成多项式或许用码组，求生成矩阵，监督位等

监督矩阵：$H=P{I}_r$（r 为监督位）

生成矩阵：$G=I_{k}Q$（其中 $Q=P^T$，矩阵P的倒置，k 为信息位）

• 例题：比如从监督矩阵 求生成矩阵

这个题型：一般是循环码向右移动覆盖

补充：码多项式的按模运算
$$\frac{x^4+x^2+1}{x^3+1}=x+\frac{x^2+x+1}{x^3+1}\equiv x^2+x+1$$

生成矩阵：基于生成多项式 * $x^k$ 让其为最高位，然后后移）

生成多项式的另一种求法：

3. 已知基带传输特征，求奈氏频带，滚降系数，传输速率等

一、理想低通形成网络

• 奈奎斯特第一准则：如系统等效网络具有理想低通性，且截止频率为 $f_N$ 时，则该系统中允许的最高码元速率为 $2f_N$，这时系统输出波形在峰值点上不产生前后符号间干扰

奈奎斯特第一准则的三个重要参量：

• $f_N$：奈氏频带（B = $f_N$）
• $f_s=2f_N$：奈氏速率（调制速率，符号速率）
• $T=1/2f_N$：奈氏间隔
• $\eta =\frac{f_s}{B}=\frac{2f_N}{f_N}=2Bd/Hz(极限)$

补充：基带传输下 多相调相的频带利用率：$\eta =\frac{lo{g}_{2}M}{1+\alpha }$

二、具有滚降性的低通网络的形成

这种滚降特性能满足奈奎斯特第一准则的条件是，滚降部分的波形关于（fN，1/2）点为奇对称

1. 满足奈奎斯特第一准则(即无ISI)
2. 频带利用率不能达到2Bd/Hz的极限，$\eta =\frac{2}{1+\alpha }Bd/Hz$
3. 波形尾巴衰减较快，对定时要求较低
4. 物理上可以实现
   

**解：**如果符合奈奎斯特第一准则，则|H(f)|应以（$f_N$，0.5）呈基对称滚降，由图示可得：

$f_N=2000+\frac{(4000-2000)}{2}HZ=3000HZ$

符号速率：$f_s=2f_N$

滚降系统：$\alpha =\frac{4000-3000}{3000}=\frac{1}{3}$

传信速率：$R=f_{s}lo{g}_{2}M=6000\ast 300bit/s=18000bit/s$

所占频谱带宽：$B=(1+\alpha )f_N$

频带利用率：$\eta =\frac{f_s}{B}$ = 6000/4000 = 1.5 Baud/Hz（还可以表示为：$\eta =\frac{2}{1+\alpha }Baud/Hz$）

三、时域均衡

实现：横截滤波器

均衡目标：调整各增益权系数Ck，使得除了n=0以外的Yn值为0，这样就消除了符号间干扰

注意：频带传输也有对应的求解方法，不要把其与基带传输的求解混为一谈

4. 正交调幅系统求带宽、调制速率，传信速率、频带利用率等

MQAM — 多进制的 ASK

• MQAM其中M为星点数。两路基带信号的电平数应为：$\sqrt{M}$

• 设输入数据序列的比特率，即同相路和正交路的总比特率为：$f_b$（数据传信速率 $f_b=f_{s}lo{g}_{2}M$，$f_s$ 为调制速率），信道带宽为B，则频带利用率为
  $$\eta =\frac{f_b}{B}=\frac{lo{g}_{2}M}{1+\alpha }$$

• 调制调制系统带宽 应为基带信号带宽的两倍：$B=2(1+\alpha )f_N$（注意：在基带传输中 这里不用乘 2）

具体例题

如：一正交调制系统，采用256QAM，所占频带为600——3000Hz，其基带形成滤波器滚降系数α为1/3，求：

（1）调制速率 （1800 Baus/s）

（2）总比特率（14400 bit/s）

（3）每路电平数（16）

（4）频带利用率（ 6bit/(s.Hz)）

5. 已知光纤△，波长等求数值孔径、单模传输纤芯半径等

P42 页：例题 2.3.1、2.3.2

HE11 模是光纤的主模，如果光纤的归一化频率 < 2.405 ，TE01、TM01、HE21 等低阶模就不会出现，光纤中只有 HE11 模传输，因此 阶跃型折射率光纤单模传输条件：
$$\begin{gathered} V<2.405 \\ \frac{2\pi }{\lambda }{n}_{1}a\sqrt{2△}<2.405 \\ {\lambda }_c=\frac{2\pi n_{1}a\sqrt{2△}}{2.405}=2.61n_{1}a\sqrt{2△} \end{gathered}$$

• 当单模光纤中的光波长满足 $\lambda$ > ${\lambda }_c$（单模光纤），即 可实现单模传输
• 当传输条件 $\lambda$ < ${\lambda }_c$（截止），传输多种模式（基模 和 高次模等）

例题1：有阶跃型光纤，若 $n_1$ = 1.5，$\lambda$ = 1.31 um，那么

1. 若 △ = 0.25，为保证单模传输，光纤纤芯半价 a 应取多大？
2. 若区纤芯a = 5um，保证单模传输时，△ 应怎么取

（1）由 单模传输条件：$V=\frac{2\pi a}{\lambda }\sqrt{{n_1}^2-{n_2}^2}<2.405$，△ = $\frac{n1-n2}{n1}$

得 ：a = $\frac{2.405\ast \lambda }{2\pi \sqrt{{n_1}^2-{n_2}^2}}$

带入数据求得：a ≤ 0.5015 um

（2）若 a = 5um，则 $\sqrt{{n_1}^2-{n_2}^2}$ ≤ $\frac{2.405\ast \lambda }{2\pi a}$ = 0.09995

则 ${n_2}^2$ ≥ ${n_1}^2-0.09995^2$ = 2.2400

所以 △ = $\frac{n1-n2}{n1}$ = 0.0016

6. 光纤的导光原理、数值孔径物理意义，阶跃与渐变折射率光纤的特点等

光纤的导光原理：主要基于 光的全反射现象 ，其核心在于通过控制光纤材料的折射率差异，将光信号高效地限制在光纤内部进行长距离传输

光纤由三层组成：

• 纤芯（Core） ：位于光纤中心，由高纯度玻璃（如石英）或塑料制成，折射率较高（记为 n1）。
• 包层（Cladding） ：包裹纤芯，折射率略低于纤芯（记为 n2，且 n1>n2），形成折射率差。
• 涂覆层（Coating） ：外层保护材料，防止物理损伤和环境干扰（如湿气、灰尘）。

光从高折射率介质（纤芯）射向低折射率介质（包层）时，若入射角大于临界角 （Critical Angle），会发生全内反射 （Total Internal Reflection）。这一现象确保光被限制在纤芯中传播。

关键条件 ：

• 折射率差 ：纤芯折射率 $n_1$ 必须大于包层折射 $n_2$

• 入射角 ：光在纤芯与包层界面的入射角 θ 需大于临界角 ${\theta }_c$，即：
  $${\theta }_c=arcsin(\frac{n_2}{n_1})$$

• 此时光线不会进入包层，而是完全反射回纤芯

数值孔径（Numerical Aperture, NA）

• 定义：临界角 ${\theta }_c$ 的正弦（$sin{\theta }_c$）

• 物理意义：用以衡量系统能够收集的光的角度范围，体现了光纤和光源之间的耦合效率，即 光纤收集光功率的能力
  $$NA=\sqrt{n_1^2-n_2^2}$$

• NA越大 ：光纤能接收更大角度范围内的入射光，耦合效率更高

• NA越小 ：对光的限制更严格，但可能减少模式色散（适用于单模光纤）

阶跃与渐变折射率光纤 区别：主要在 纤芯 和 包层 折射率分布方式

• 阶跃：纤芯 和 包层的折射率都是常数，阶跃型光纤的 n1（纤芯折射率）沿着半径方向保持一致，而 n2（包层折射率）也保持一致，但是会在边界处呈阶跃变化。并且 多模阶光纤 存在着 模间色散
• 渐变：渐变型光纤的 n1（纤芯折射率）沿着半径方向增大而减小，而 n2（包层折射率）保持一致

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三、简答题

1. 数据通信系统的基本构成及主要功能

数据通信系统定义：依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息，可以实现 计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的信息传递

（基带传输系统模型：波形变换器 -> 发送滤波器 -> 信道 -> 接收滤波器 -> 均衡器 -> 采样判决器

数据信号的传输方式：

1. 基带传输：不搬移基带信号频谱直接在 电缆信道 上传输基带信号
2. 频带传输：需要经过 调制 将基带信号的频谱搬移到相应的 载频频带 再进行传输
3. 数字数据传输：数字信道中传输数据信号

基本构成及作用

1. 数据终端设备（DTE）：进行 数据 和 数据信号的转换
2. 数据电路：包括传输信道和数据电路终接设备（DCE），为数据通信提供传输信道
3. 中央计算机系统：处理数据终端设备输入的数据信息，并将处理结果向对应的数据终端设备输出的功能

异步传输 vs 同步传输

1. 异步传输 实现字符同步较简单，但是每个字符需要加入起始位和终止位，传输效率较低，以 字符 为单位进行数据传输
2. 同步传输 不需要对每一个字符加入 起始位和终止位，传输效率高，但更复杂，以 帧 为单位进行数据传输

2. 奈奎斯特第一准则与第二准则的特点

什么是奈奎斯特第一准则

系统等效网络具有理想低通特性，系统输出波形在峰值点无码间干扰。数字传输系统的最高频带利用率为 2 Bd/Hz

• 奈奎斯特第一准则 （时域）：确保接收端抽样时刻无码间干扰，是基带传输系统设计的核心。
• 奈奎斯特第二准则 （频域）：在带宽受限条件下，最大化符号速率，实现高效传输。

3. 三网融合及意义

三网融合，又称“三网合一”，是指光纤计算机通信网、光纤有线电视网、光纤电话网

意义：

1. 提升国家竞争力
2. 方便人民群众生活
3. 促进技术创新和标准统一

4. 传信速率，调制速率定义及关系

调制速率：每秒传输信号码元的个数（又称波特率、符号速率）$N_{Baud}=\frac{1}{T_s}$（其中 $T_s$ 是信号码元持续时间、符号间隔，单位 Baud）

数据传信速率：每秒所传输的信息量

当信号 为 M 电平时（即 M 进制），传信速率 和 调制速率关系
$$R=Nlo{g}_{2}M(单位:bit)$$
补充

• 频带利用率：$\eta =\frac{符号速率}{频带宽度}(Baud/Hz)=\frac{数据传信速率}{频带宽度}(bit/(s●Hz))$

信道最大传信速率

• 模拟信道的信道容量：$C=Blo{g}_2(1+\frac{S}{N})$
• 数字信道的信道容量（如：无噪声）：$C=2Blo{g}_{2}M$

5. 交换技术、ATM的定义及数据报、虚电路、帧中继等的特点

数据通信技术

• 工作原理：呼叫建立（即 建立一条实际的物理链路）、数据传输、呼叫拆迁

• 电路交换：空分 和 时分（采）

• 存储-转发交换：报文交换、分组交换、帧中继、ATM 交换

5.1 存储-转发交换方式特性

① 报文交换

概念：报文交换属于存储一转发交换方式，当用户的报文到达交换机时，先将报文存储在交换机的存储器中(内存或外存)，当所需要的输出电路有空闲时，再将该报文发向接收交换机或用户终端。

优点:

1. 用户不需要叫通对方就可以发送报文，没有呼损，并可以节省通信终端操作人员的时间。
2. 报文交换中没有电路接续过程，来自不同用户的报文可以在同一线路上以报文为单位实现时分多路复用，线路的利用率大大提高。
3. 报文以存储/转发方式通过交换机，输入输出电路的速率、代码格式可以不同，很容易实现各种不同类型用户间的相互通信。
4. 可实现同报文通信，即同一报文可以由交换机转发到不同的收信地点

缺点:

1. 不利于实时通信:报文通过交换机的时延大，且时延抖动也大
2. 交换机要有能力存储转发用户发送的报文:交换机要有能力存储转发用户发送的报文，其中有的报文可能很长，这就要求交换机要有高速处理能力和大的存储空间。
3. 报文交换不适于实时交换数据的场合。

使用场景：报文交换主要适用于公众电报和电子信箱业务。

② 分组交换

概念：按照分组交换方式，每个数据报文被分割成分组(数据块)，然后，附上控制信息被打包成一个个数据包(Packet)。采用统计时分复用
优点

1. 传输质量高：分组交换机具有差错控制、流量控制等功能
2. 可靠性高：分组交换机至少与另外两个交换机相连接
3. 为不同种类的终端相互通信提供方便
4. 能满足通信实时性要求
5. 可实现分组多路通信:同时和多个用户终端进行通信

缺点

1. 对长报文通信的传输效率比较低
2. 要求交换机有较高的处理能力

分组交换网中为什么要使用分组/拆卸 设备 PAD？

• 答案：为非分组用户终端提供接入 PSDN 的能力

分组交换的两种方式：包含 数据报 和 虚电路 两种传输方式，特点如下

① 数据报方式

1. 对于数据量小的通信，传输效率比较高
2. 数据分组的传输时延大(与虚电路方式比)
3. 同一终端送出的若干分组到达终端的顺序可能不同于发端，需重新排序
4. 对网络拥塞或故障的适应能力较强

② 虚电路方式

1. 对于数据量较大的通信传输效率高
2. 传输时延较小、数据不易丢失
3. 终端之间的路由在数据传送前已被决定
4. 数据分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对分组重新排序

5.2 帧中继

特性：高效、经济、可靠、灵活

1. 帧中继交换机只检错而不纠错、省去流量控制、分组级的逻辑信道复用功能，从而比帧交换方式传输效率更高
2. 由于光纤传输线路的使用，用户终端的智能化以及采取了带宽管理、阻塞管理等措施，使得帧中继网的可靠性得以保证
3. 帧中继的特点主要有高效性、经济性、可靠性、灵活性和长远性
4. 帧中继既可以提供PVC(永久虚电路)业务，也可以提供SVC业务，目前暂时只提供PVC业务

实现帧中继的两个基本外部条件：① 保证数字传输系统的优良传输性能 和 ② 计算机终端系统的差错恢复能力

① 帧格式

• DLC1：数据链路连接标识符。标识PVC、呼叫控制或管理信息
• C/R: 命令/响应。帧中继本身不用EA:扩展地址。为0表示下一字节仍是地址字段，为1表示地址字段结束
• FECN/BECN：前/后向显式拥塞通知
• DE：可丢弃标识符

② 工作原理及特点

帧中继只有单一的数据帧，简化了协议

1. 节点交换机收到帧的目的地址后立即转发，无须等待整个帧接收完成
2. 检测到误码时，立即终止传送，发送错误指示到下一节点
3. 下一节点立即终止传输，将未接收完成的帧丢弃。只有目的终端交换机才回送端到端的确认

③ 发展条件

1. 光纤传输线路的使用
   随着光纤传输线路的大量使用，数据传输质量大大提高，光纤传输线路的误码率- 般低于10-11。也就是说在通信链路上很少出现误码，即使偶尔出现的误码也可由终端处理和纠正
2. 用户终端的智能化
   用户终端的智能化(比如计算机的使用)，使终端的处理能力大大增强，从而可以托分组交换网中由交换机完成的一些功能(如流量控制、纠错等)能够交给终端去完成。

5.3 ATM 技术

ATM是一种 异步传输模式，以信元为信息的传输、复接和交换的基本单位的传送方式。在这一模式中信息被组织成固定长度信元，来自某用户一段信息的各个信元并不需要周期性地出现

ATM具有以下一些特点:

1. ATM以 面向连接 的方式工作
2. ATM采用 异步时分复用
3. ATM网中 没有逐段链路的差错控制和流量控制
4. 信头 的功能被 简化
5. ATM采用 固定长度的信元 且 信息段的长度较小（ATM 异步转移模式中 ATM 信元长度固定为 53 字节）

ATM交换具有 空分交换 、信头变换 (信元的VPINCI值的转换) 和 排队 三个基本功能

6. 网络体系结构OSI、TCP/IP模型定义、分层、功能及异同

数据体系结构

• 定义：计算机网络各组成部分及计算机网络本身所必须实现的功能的精确定义

OSI参考模型：分为 应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层，各层分布及功能如下

TCP/IP 模型：应用层、运输层、网络层、网络接口层

1. 应用层——对应OSI参考模型的5、6、7层

   • TCP/IP应用层的作用是为用户提供访问Internet的高层应用服务，例如文件传送、远程登录、电子邮件、WWW服务等
   • 为了便于传输与接收数据信息，应用层要对数据进行格式化

2. 运输层——对应OSI参考模型的运输层

   • TCP/IP运输层的作用是提供应用程序间（端到端）的通信服务，确保源主机传送的数据正确到达目的主机

3. 网络层——对应OSI参考模型的网络层

   • 网络层的作用是提供主机间的数据传送能力，其数据传送单位是 IP数据报
   • 网络层的核心协议是 IP协议

4. 网络接口层——对应OSI参考模型的物理层和数据链路层

   • 网络接口层的数据传送单位是物理网络帧

   • 网络接口层主要功能为：①发端负责接收来自网络层
     

相同点:

1. OSI参考模型和TCP/IP参考模型都采用了 层次结构 的概念，都体现了分层设计的思想，都是下层服务上层。
2. 两种模型都有应用层、传输层、网络层。以 运输层 为界，其上层都依赖运输层提供端到端的与网络环境无关的传输服务。
3. 都能够提供 面向连接 和 无连接 两种通信服务机制
4. OSI参考模型与TCP/IP参考模型的 运输层功能基本相似 ，都是负责为用户提供 真正的端对端 的通信服务，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节

不同点:

1. 结构不同：OSI采用七层模型:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，而TCP/IP四层结构:应用层、传输层、网络层和网络接口层
2. 性质不同：OSI参考模型适用于全世界计算机网络的统一标准，是一种理想状态，缺点是层次过多，划分意义不大但增加了结构复杂性，实现周期长，运行效率低;TCP/IP参考模型是独立于特定的计算机硬件和操作系统，可移植性好，独立于特定的网络硬件，可以提供多种拥有大量用户的网络服务，并促进Internet的发展，成为广泛应用的网络模型
3. 服务和协议不同：OSI参考模型对服务和协议做了明确的区别，概念划分清晰，但过于复杂；TCP/IP参考模型在服务、接口和协议的区别上不清楚，功能描述和实现细节混在一起

X.25 建议包含 物理层、数据链路层、分组层

7. HDLC帧的类型及透明传输

HDLC：高级数据链路控制规程（书 165 页）

① 标志字段（Flag）：采用01111110为标志序列，称为F标志。用于帧同步，表示一帧的开始和结束；相邻两帧之间的F既可作为前一帧的结束，又可作为下一帧的开始。

② 地址字段（Address）：表示数据链路上发送站和接收站的地址。

③ 控制字段（Control）：用于表示帧类型、帧编号以及命令、响应等。

④ 信息字段（Information）：传用户的数据信息和来自上层的控制信息。

⑤ 帧校验字段（FCS）：作用——用于对帧进行循环冗余校验

帧类型：信息帧（I 帧）、监控帧（S 帧）、无编号帧（U 帧）

HDLC协议使用统一的帧格式，运用方便；采用零比特插入法，易于硬件实现，且支持任意的位流传输，实现信息的透明传输

透明传输

• 定义：是指在数据传输过程中，无论传输的数据是什么样的比特组合，都能够按照原样没有差错地通过数据链路层。这意味着，数据链路层对传输的数据来说是“透明”的，不会对数据进行任何修改或干扰
• 实现：采用 0 比特填充技术实现。发送方在比特流中一旦发现 5 个连续的1，就在其后填入一个0，从而保证在传输的比特流中不会出现 F 标志，在接收一个帧时，在 F 字段确定的帧边界之间，若比特流中有 5 个连续的1，就把这 5个连续1之后的一个0删去，将比特流还原
• 例如，在数据链路层中，通常会在帧的首部和尾部分别添加特殊字符（如SOH和EOT）来标识帧的开始和结束。如果传输的数据中包含了这些特殊字符，就需要使用转义字符（如ESC）来进行处理。

8. 常用光波分复用技术及TDM、STDM、WDM等的区别及特点

• TDM：电时分复用
• WDM：Wavelength Division Multiplexing 光波分复用
• OTDM：Optical Time Division Multiplexing 光时分复用
• DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing 密集波分复用
• CWDM：Coarse Wavelength Division Multiplexing 稀疏波分复用/粗波分复用

TDM（时分复用）：采用固定时间片控制

STDM（统计时分复用）：采用按需分配时间片控制

其中 PCM30/32 路、分组交换网、帧中继网采用 TDM，而 ATM 网、SDH 网采用 STDM

• WDM：在1550nm窗口附近波长的复用，波长之差约为4~10nm。

• CWDM：信道间隔小于20nm，城域网市场的主流技术。
  信道间隔较宽，可采用不带冷却器的半导体激光器

• DWDM：信道间隔小（1.6/0.8/0.4nm，200GHz/100 GHz/50 GHz），高性能，高价格，传输容量高，适用于长途干线传输系统。

9. 光纤通信系统的基本单元及主要功能

光纤通信系统可以分为三个基本单元：光发射机，光纤，光接收机。

其中光发射机又称光源，光发射机和光接收机统称光端机

• 光发射机 是实现电/光转换的光端机
• 光纤 通信系统得传输介质
• 光接收机 是实现光/电转换的光端机

10. 光纤的传输窗口，光纤通信系统的优势

光波工作波长范围：0.8～1.8μm，常用的三个低损耗窗口（又称透光窗口）的中心波长：0.85μm，1.31μm ，1.55μm（又或是：850 nm、1310 nm、1550 nm）

光纤透光窗口特性

1. 光纤的最低损耗波长是1.55um ，零色散波长是1.31um：850nm附近，损耗约2dB/km，1310nm附近，损耗约0.5dB/km，1550nm附近，损耗可降至0.2dB/km
2. 光源使用的波长范围在 近红外区 内，波长800-1700nm之间，属不可见光
3. 低损耗是实现光信号长距离无中继传输的前提
4. 光纤的损耗特性即衰减特性

优点：

1. 信道带宽极宽，传输容量大
2. 传输损耗小，中继距离长
3. 抗干扰能力强，传输质量好
4. 保密性好
5. 体积小，质量轻，便于施工
6. 原材料资源丰富，节约有色金属，有利于环保等

决定光纤通信中继距离的主要因素：色散、衰减、信噪比

11. 光与物质三个过程，LD与LED的异同、激光出射的条件

光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：（自发辐射，受激吸收，受激辐射）；产生激光的最主要过程是 受激辐射

1. 受激吸收（光检测器）
2. 自发辐射（发光二级管LED），特点如下
   • ①无外界作用，自发产生;
   • ②发生自发辐射的高能级不只一个，而可以是一系列高能级，因此，辐射光子的频率亦不同，频率范围很宽;
   • ③即使辐射出的光子频率相同，由于是自发、独立的辐射，它们发射的反向和相位也不同，是非相干光。而非相干光是非常弱的。
3. 受激辐射（半导体激光器LD），特点如下
   • ①受激产生，且外来光子的能量等于跃迁的能级之差;
   • ② 受激辐射的光子与外来光子不仅频率相同，而且相关、偏振方向、传播方向都相同，称为全同光子;
   • ③全同光子的叠加使光增加，使入射光得到放大

激光器实现 激光振荡，必须满足的两个条件：（粒子数反转分布 和 具有正反馈谐振腔）

光隔离器的作用是（防止LD输出的激光回射），避免引起激光器RIN（相对强度噪声）的增加，它位于LD输出边

比较 LD 和 LED 特点

• LED 是通过 自发辐射 形成光输出的，输出的是荧光，不需要粒子数反转，而 LD 通过 受激辐射 产生激光输出的，不仅需要粒子数反转，还需要光学谐振腔
• LED 只要有注入电流就有光输出，而 LD 是阈值器件，只有当注入电流高于阈值电流时，才有激光输出

不同：

• 工作原理不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。LED不需要光学谐振腔，而LD需要
• 和LD相比，LED输出光功率较小，光谱较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。
• 所以，LED的主要应用场合是小容量（窄带）短距离通信系统；而LD主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统

相同

• 使用的半导体材料相同、结构相似，LED和LD大多采用双异质结（DH）结构，把有源层夹在P型和N型限制层之间。

12. 光纤网络传输体制定义、光纤网络传输体制的主要特点及网络节点信息流的规范及优势、意义

定义：是指以光纤作为主要传输媒介，利用光波作为载体来传输数字或模拟信息的通信系统和支撑其运行的整套技术规范、协议、设备和管理方法

主要特点：高带宽、低损耗、抗电磁干扰、高安全性、体积小、重量轻、良好的耐腐蚀性，串扰小

规范：标准化的协议栈、统一的接口标准、标准化的数据格式和封装、标准化的管理和监控接口（SDH/SONET ），比如：NNI 对节点之间传输的信息流作了规范

SDH 复用结构：帧结构
在 SDH 网中任何任何等级的 STM-n 传输帧率为 8000 帧/s

规范化的信息流是互联网、全球电信网络等大规模信息基础设施能够稳定运行和持续发展的根本保障

优势：高效传输、低时延和高吞吐、资源利用率高

意义：从 经济、技术发展、资源利用 等角度回答，比如：

• 降低通信成本、推动新型产业发展
• 支持下一代通信技术
• 能源效率提升

光纤网络中的两种帧结构及速率特性

① SONET 帧结构

1. 9行，90列字节构成的二维结构
2. 基本的SONET帧的周期为 125us
3. SONET的基本的传输速率：51.84Mb/s
4. 左边是基本帧结构，右边是STS-N帧结构

② SDH 帧结构

1. 比特的传送方式是从左到右，从上到下
2. STM-1的帧结构共有9行，270列字节。每个字节为8比特
3. STM-1传输速率：155.52Mb/s
4. 左边是STM-1帧结构，右边是STM-N帧结构

SDH 复用结构：帧结构

在 SDH 网中任何任何等级的 STM-N 传输帧率为 8000 帧/s

SDH的特点

• 具有了 统一的网络结点接口
• 各网络单元的 光接口有严格的标准规范
• SDH的帧结构是 矩形块状结构
• 采用 数字同步复用技术
• 采用数字 交叉连接 设备DXC可以对各种端口速率进行可控的连接配置

③ ATM 和 SDH/SONET 系统恒定

• 基于SDH的接口物理层中，SDH帧的净荷承载ATM信元。所有不同种类的业务，包括固定速率和可变速率的业务都被转换成ATM信元，然后置于SDH的净荷中
• STM-1(155.52.Mb/s)接口，用户信息信元、信令信元和运行维护信元都位于帧的净荷域，传输速率149.76Mb/s.