考点分析：
重要程度：⭐⭐⭐，本章可能是全书最难的章节，偏理论，公式多
除了传输介质，其他知识点只考选择题，考试一般占3 ~ 5分
高频考点：PCM、奈奎斯特定理、曼彻斯特编码；难点：海明码、CRC、信道延迟
新教材变化：简化同轴电缆、简化报文交换【基本没变】
学习建议：做题 + 重复 + 可先跳过

第4节数据编码

4.1 曼彻斯特编码

曼彻斯特编码常用于以太网中，是一种双相码，在每个比特中间均有一个跳变，第一个编码自定义。“0”：由高电平向低电平跳变；“1”：由低电平向高电平跳变。

注意：双相码要求每一位都有一个电平转换，一高一低，必须翻转。

4.2 差分曼彻斯特编码

差分曼彻斯特编码也是一种双相码，用在令牌环网中。0：有跳变；1：无跳变。【有0无1】

注意：不是比较形状，而是比较起始电平（上一个的终止与下一个起点）

两种曼彻斯特编码的特点

曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码是典型的双相码
曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自定时和检测错误的功能
两种曼彻斯特编码的优点：将时钟和数据都包含在信号数据流中，也称自同步码
两种曼彻斯特编码的缺点：编码效率都是50%
两种曼彻斯特编码的数据速率是码元速率的一半，例如：当数据传输速率为100Mbps时，码元速率为200M baud

4.3 其他编码

4B/5B：发送数据流每4bit，先转换成5bit，再转换为不归零码（NRZ-I），多1位用于解决同步问题。

各种编码效率

4.4 练习

1. 10M802.3LAN使用曼彻斯特编码，它的波特率是（C）

A. 5Mbaud B. 10Mbaud C. 20Mbaud D. 30Mbaud

[答案] C

[解析] 曼彻斯特编码，数据速率是码元速率（波特率）的一半。

2. 测得一个以太网的数据波特率是40M Baud，其数据率是（B）

A. 10 Mb/s B. 20 Mb/s C. 40 Mb/s D. 80 Mb/s

[答案] B

[解析] 曼彻斯特编码，数据速率是码元速率（波特率）的一半。

3. [网工2012年5月第16-17题]

曼彻斯特编码的效率是（B）%，4B/5B编码的效率是（C）%

(1) A. 40 B. 50 C. 80 D. 100

(2) A. 40 B. 50 C. 80 D. 100

[答案] 1. B 2. C

[解析]

曼彻斯特编码效率50%，用于以太网
4B/5B编码效率80%，用于百兆以太网
8B/10B编码效率80%，用于千兆以太网

4. [网工2011年11月第15题]

下图画出了曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的波形图，实际传送的比特串为（C）

A. 10101100 B. 01110010 C. 01010011 D. 10001101

[答案] C

[解析] 曼彻斯特编码：高到低代表0，低到高代表1；差分曼彻斯特编码“有0无1”。

由曼彻斯特编码：01010011，即可确定答案C

差分曼彻斯特编码：X1010011

5. [网规2018年11月第12题]

下图中12位差分曼彻斯特编码的信号波形表示的数据是（B）

A. 001100110101

B. 010011001010

C. 100010001100

D. 011101110011

[答案] B

[解析] 差分曼彻斯特编码有0无1。所以：X10011001010

6. [网工2024年5月第2题]

以太网10BASE-T采用的编码方式是（D）

A. 差分曼彻斯特编码 B. 4B/5B编码 C. 归零编码 D. 曼彻斯特编码

[答案] D

[解析] 曼彻斯特编码用于以太网，差分曼彻斯特编码用于令牌环网。

第5节数字调制技术

5.1 数字调制技术

用数字数据调制模拟信号叫做数字调制。

幅度键控（ASK）：用载波的两个不同振幅表示0和1
频移键控（FSK）：用载波的两个不同频率表示0和1
相移键控（PSK）：用载波的起始相位的变化表示0和1
正交幅度调制（QAM）：把两个幅度相同但相位差90度的模拟信号合成一个模拟信号【点阵图】

码元只取两个相位值叫2相调制，则N=2；码元可取4个相位叫4相调制，则N=4

DPSK是2相调制，N=2；QPSK是4相调制，N=4

5.2 4G和5G调制技术对比

5.3 练习

1. [网工2011年11月第14题]

可以用数字信号对模拟载波的不同参量进行调制，下图所示的调制方式称为（C）

A. ASK B. FSK C. PSK D. DPSK

[答案] C

[解析]

ASK是高低不同，排除A
FSK是快慢不同，排除B
PSK是相位不同，每个固定相位表示1或0，选C
DPSK是差分相移键控，与上一个比较形状，有0无1，排除D

2. [网工2014年11月第16题]

所谓正交幅度调制是把两个（A）的模拟信号合成一个载波信号。

A. 幅度相同相位相差90度 B. 幅度相同相位相差180度

C. 频率相同相位相差90度 D. 频率相同相位相差180度

[答案] A

[解析] 正交幅度调制（QAM）把两个幅度相同但相位差90度的模拟信号合成一个模拟信号。

3. [网工2017年11月第11-12题]

下图展示的编码方式是（A）。若数据速率为1Kb/s，则载波速率为（B）Hz。

（1）A. DPSK B. BPSK C. QPSK D. MPSK

（2）A. 1000 B. 2000 C. 4000 D. 8000

[答案] 1. A 2. B

[解析] 编码中两个0波形不一样，则不是标准的PSK。相位有变化表示1，没变化表示0，即“有1无0”，是DPSK编码。

4. [网工2018年11月第13题]

以下关于DPSK描述，正确的是（B）

A. 采用2种相位，一种固定表示数据“0”，一种固定表示“1”

B. 采用2种相位，通过前后有无相位改变来表示数据“0”和“1”

C. 采用4种振幅，每个码元表示2比特

D. 采用4种频率，每个码元表示2比特

[答案] B

[解析] DPSK是2相调制，相位有变化表示1，没变化表示0，即“有1无0”

5. [网工2019年5月第11题]

设信号的波特率为1000Baud，信道支持的最大数据速率为2000b/s，则信道采用的调制技术为（B）

A. BPSK B. QPSK C. BFSK D.4B5B

[答案] B

[解析] $R = Bn = B\log_{2}{N}$ ， $2000 = 1000\log_{2}{N}$ ，N = 4，只有QPSK是4相调制

6. [网工2022年5月第15题]

5G采用的正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）技术中，256QAM的一个载波上可以调制（D）比特信息。

A. 2 B. 4 C. 6 D. 8

[答案] D

[解析] 调制技术为256QAM，即N=256， $n = \log_{2}{N} = \log_{2}{256} = 8$ .

7. [网工2022年11月第15题]

5G无线通信采用的载波调制技术是（D）

A. OFDM B. F-OFDM C. QPSK D. 256QAM

[答案] D

[解析] 5G关键技术分析：

（1）多址技术：用来区分不同用户，比如FDMA频分多址，用不同频率区分用户。典型技术有FDMA、TDMA、CDMA，OFDM、F-OFDM、SCMA，其中5G采用F-OFDM（为主）和SCMA（候选），大幅提升了频谱利用率。

（2）调制技术：一种将基带信号搬移到高频载波，实现频谱搬移的过程。

典型技术：ASK、PSK、FSK、QAM等。5G兼容LTE调制方式，同时引入比LTE更高阶的调制技术，进一步提升频谱效率；当前版本支持最大256QAM（R15版本），后续版本会引入1024QAM。

第6节脉冲编码调制PCM

6.1 脉冲编码调制PCM

常用数字化技术就是脉冲编码调制技术（Pulse Code Modulation，PCM），简称脉码调制。

PCM数字化过程3个步骤：采样、量化、编码。

（1）采样：按照一定的时间间隔对模拟信号进行取样，把模拟信号的当前值作为样本。

奈奎斯特采样定理：如果模拟信号的最高频率为 $f_{max}$ ，若以大于等于2 $f_{max}$ 的采样频率对其进行采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。 $f = \frac{1}{T} \geqslant 2f_{max}$

（2）量化：把取样后得到的样本由连续值转换为离散值，离散值的个数决定了量化的精度。

（3）编码：把量化后的样本值变成相应的二进制代码。

6.2 PCM计算

step1：对声音信号数字化时，由于语音最高频率是 $f_{max}$ = 4kHz，所以取样频率是 $f = \frac{1}{T} \geqslant 2f_{max}$ = 8kHz。

step2：对语音样本用128个等级量化，因而每个样本用7bit（ $2^7=128>127$ )表示。

step3：在数字信道上传输这种数字化的语音信号的速率是7*8000=56Kbps。

6.3 练习

1. [网工2013年5月第12题]

假设模拟信号的频率范围为3~9MHz，采样频率必须大于（C）时，才能使得到的样本信号不失真。

A. 6MHz B. 12MHz C. 18MHz D. 20MHz

[答案] C

[解析] $f = \frac{1}{T} \geqslant 2f_{max}$ = 2 x 9 = 18MHz

2. [网工2018年11月第17题]

设信道带宽为5000Hz，采用PCM编码，采样周期为125 $\mu s$ ，每个样本量化后为256个等级，则信道的速率为（D）

A. 10Kb/s B. 40Kb/s C. 56Kb/s D. 64Kb/s

[答案] D

[解析]

step1 采样频率 f = 1/125 $\mu s$ = 8000Hz

step2 样本用256个等级量化，因而每个样本用8bit表示

step3：在数字信道上传输这种数字化的语音信号的速率是8*8000=64Kbps。

3. [网工2022年11月第12题]

下列传输方式中属于基带传输的是（B）

A. PSK编码传输 B. PCM编码传输 C. QAM编码传输 D. SSB传输

[答案] B

[解析] 基带传输也叫数字传输，PCM会经过采样、量化和编码的过程，把模拟信号转换为数字信号进行传输。

通常把表示数字信号的方波所固有的频带称为基带，所以这种电缆也叫基带同轴电缆，直接传输方波信号称为基带传输。
常用的另一种同轴电缆是特性阻抗为75Ω的CATV电缆（RG-59），用于传输模拟信号，这种电缆也叫宽带同轴电缆。

第7节通信和交换方式

7.1 数据通信方式

1. 按通信方向分

单工通信：信息只能在一个方向传送，发送方不能接收，接收方不能发送（电视/广播）
半双工通信：通信的双方可以交替发送和接收信息，但不能同时接收或发送（对讲机/Hub）
全双工通信：通信双方可同时进行双向的信息传送（电话/交换机）

2. 按同步方式分

（1）异步传输：把各个字符分开传输，在字符之间插入同步信息，典型的是插入起始位和停止位。

优点：实现简单；缺点：引入了起始位，影响传输效率，导致速率不会太高。

（2）同步传输：发送方在传送数据之前，先发送一串同步字符SYNC，接收方检测到2个以上SYNC字符就确认已经进入同步状态，开始准备接收数据。

优点：同步传输效率更高，在短距离高速数据传输中，大多采用同步传输方式。

7.2 数据交换方式

数据交换技术有3种：电路交换、报文交换、分组交换。

电路交换：将数据传输分为电路建立、数据传输和电路拆除3个过程。在数据传送之前需建立一条物理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被用户完全占有。【代表：早期电话】
报文交换：报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。报文中含有每一个下一跳节点，完整的报文在一个个节点间传送（数据不拆分）。【代表：早期电报】
分组交换：将数据拆分成很小的分组进行传送，包括：数据报和虚电路。【代表：互联网Internet】

分组交换的优势：