54393通信网概论课后习题参考答案.docx
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54393通信网概论课后习题参考答案
习题参考答案
第1章通信概述
1.什么是通信？
信息、消息、信号有什么联系与区别？
答：
通信是发送者（人或机器）和接收者之间通过某种媒体进行的信息传递。
消息是信息的物理表现形式，而信息是消息的内涵；信号是运载消息的工具，是消息的载体。
2.请画出通信系统模型，它由哪几个部分组成，分别具备什么功能？
答：
信源的作用是把待传输的消息转换成原始电信号。
发送设备的作用是将信源产生的原始电信号变换成适合在信道中传输的信号。
信道是一种物理介质，是从发送输出端到接收输入端之间传输信息的通道。
噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。
接收设备的功能是将接收到信号进行放大和反变换（如译码、解调等），其目的是从受到损耗和噪声影响的接收信号中正确恢复出原始电信号。
信宿是传输消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成消息。
3.什么是单工、双工、半双工通信？
答：
①单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式。
这种通信的双方中只有一个可以进行发送，另一个只能进行接收。
②半双工通信，是指通信的双方都能够收发消息，但不能同时进行收、发的工作方式，
③全双工通信，是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。
一般情况全双工通信的信道必须是双向信道。
4.什么是串行传输，什么是并行传输？
答：
并行传输，是将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。
串行传输，是将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。
5.噪声有哪些分类？
答：
（1）按照来源分类；
（2）按照性质分类
6.什么是香农公式，香农公式有什么作用？
答：
根据香农信息论，对于连续信道，如果信道带宽为，并受到加性高斯白噪声的干扰，其信道容量的理论公式为
，式中，
为白噪声平均功率；
是信号平均功率；
为信噪比。
香农公式给出了当信号的平均功率和作用在信道上的白噪声平均功率确定时，在具有一定频带宽度的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。
7.什么是AM、FM、PM？
答：
使用
调制
的幅度Ac，称为幅度调制（AmplitudeModulation，AM）；用
调制
的频率
，称为频率调制（FrequencyModulation，FM）；用
调制
的相位
，称为相位调制（PhaseModulation，PM）。
8.什么是ASK、FSK、PSK？
答：
幅移键控调制（AmplitudeShiftKeying，ASK）：
利用不同的载波幅度表示二进制信号“0”和“1”。
频移键控调制（FrequencyShiftKeying，FSK）：
利用不同的载波频率表示二进制信号“0”和“1”。
相移键控调制（PhaseShiftKeying，PSK）：
利用不同的载波初始相位表示二进制信号“0”和“1”。
9.什么是信源编码？
信源编码有什么作用？
答：
信源编码是一种以提高通信有效性为目的对信源符号进行的变换，或者说为了减少或消除信源冗余而进行的信源符号变换。
10.什么是信道编码？
信道编码有什么作用？
答：
信道编码的基本思想是在被传输的信息含有信息的码元中附加一些监督码元，在两者信息码元和监督码元之间建立某种校验关系，当这种校验关系因传输错误而受到破坏时，可以被发现并予以纠正。
11.通信网的拓扑结构有哪些，分别有什么特点？
答：
（1）网状网：
网内任意两个节点之间均有直达线路相连。
当节点数增加后，其线路数会迅速增加，因而不适合节点数较多的大型网络。
该网络稳定性好，但经济性较差。
（2）环形网：
所有节点通过闭合环路连接。
该网络结构简单、易于实现。
（3）星形网：
线路投入少，经济性好；但稳定性和可靠性较差，中心节点一旦发生故障，全网就会瘫痪。
（4）树形网：
其节点按照层次进行连接，呈树状。
该网络的信息交换主要在上下节点之间进行，适用于组建分级的网络结构。
（5）总线型网：
所有节点通过总线连接。
该网络需要的传输链路少，增减节点方便；但稳定性较差，网络范围有局限性。
第2章通信网基础技术
1.光纤传输相对于传统的铜导线介质传输，具有哪些优点？
答：
光纤传输相对于传统的铜导线介质传输，具有以下优点：
频带宽；重量轻；传输损耗低、抗干扰能力强。
2.简述无线电波的优缺点。
答：
无线电波的优点是易于产生，能够长距离传输，能够轻易地穿越建筑物，并且是全向传播，非常适合广播通信。
它的缺点是其传输的特性与信号频率有关，低频信号穿越障碍物能力强，但是传输损耗大；高频信号趋向于沿直线传输，但是容易在障碍物处形成反射，而且高频信号受天气的影响比低频信号大。
3.简述TDM的原理。
答：
TDM是将信号按照规定的间隔在时间上相互错开，在一条信道上传输多路信号的复用技术。
具体来说就是把时间分成均匀的时间间隙，将每一路信号的传输分配在不同的时间间隙内，以达到相互错开的目的。
4.模拟信号转换为数字信号需要经过哪几步？
答：
PCM是将模拟信号的抽样量化值变换成二进制代码的过程，包括3个基本步骤，即抽样、量化、编码。
5.抽样定理是什么？
答：
低通信号的抽样定理描述如下：
如果
为一个频带限制在
（
为模拟信号的最高频率）内的连续模拟信号，若对它以
（
为抽样频率）的频率进行抽样，则取得的样值完全包含
的信息。
6.量化类型有几种？
为提高小信号量化信噪比，一般采用什么方法？
答：
量化可以分为均匀量化和非均匀量化两种方式。
为了照顾小信号的量化信噪比，又使大信号信噪比不过分大，实际中往往采用非均匀量化的方法。
7.分组交换分为哪两种类型？
简述其特点。
答：
分组交换方式可以分为数据报和虚电路两种。
数据报特点：
协议简单，无须建立连接，无须为每次通信预留带宽资源；抵抗网络故障的能力很强，适合于突发性强的通信业务；传输时延大，不适用于大数据量、实时性要求高的业务。
虚电路是一种面向连接型的分组交换方式，是将数据报和电路交换这两种技术的优点结合，以达到较好的数据传输效果。
在虚电路方式中，分组发送前，需要在发送方与接收方之间建立一条逻辑通路，每个分组除了包含数据之外还包含一个虚电路标识符。
在预先建好的路径上每个节点都知道把这些分组引导到哪里去，不再需要路由选择判定。
之所以被称为虚电路，是因为这条电路不是专用的。
第3章传输网
1.简述光纤通信系统的组成。
答：
光纤通信系统主要由电发射机、光发射机、光纤、光中继器、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成，如下图所示。
数字光纤通信系统的组成
在点到点的数字光纤通信系统中，主要部分的功能如下。
（1）光发射机
由电发射机输出的脉冲调制信号送入光发射机，光发射机的主要作用是将电发射机发送的电信号转换成光信号并耦合进光纤。
光发射机中的重要器件是能够完成电—光转换功能的半导体光源，通常采用直接调制来实现电—光转换功能。
（2）光纤
光纤负责光信号的传输。
由单模光纤制成的不同结构形式的光缆，因具有较好的传输特性而被广泛应用。
（3）光接收机
光接收机的主要作用是将通过光纤传输过来的光信号转换成电信号，然后对电信号进行处理，使其恢复为原来的脉冲调制信号并发送至电接收机。
光接收机中的重要器件是能够完成光—电转换功能的光检测器。
（4）光中继器
当光缆的传输距离超过所允许的最大中继时，为了保证通信质量，需要在光接收机和光发射机之间适当距离处增设光中继器，其主要形式有以下两种。
采用光—电—光转换形式的中继器，可提供电层上的信号放大、整形和定时提取功能。
只在光层上直接进行光信号放大的光放大器，并不具备波形和定时信号提取功能。
2.简述MSTP的相邻级联与虚级联的区别。
答：
连续级联是指将同一STM-N帧中相邻的VC级联，并作为一个整体在相同的路径上进行传输，虚级联是指使用多个独立的不一定相邻的VC（可能位于不同的STM-N帧）级联，不同的VC可以像未级联一样分别沿不同路径传输，最后在接收端重新组合成为连续的带宽。
3.DWDM技术的优势是什么？
答：
DWDM的优势如下：
（1）光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高
目前实际应用的光波分复用器是无源纤维光学器件，由于不含电源，所以器件具有结构简单、体积小、可靠、易于和光纤耦合等特点。
（2）充分利用光纤频带资源，超大容量传输
光纤具有巨大的频带资源（低损耗波段），但其利用率还很低。
DWDM技术使一根光纤的传输容量比单波长传输增加到几十倍甚至几百倍，从而增加光纤的传输容量、降低成本，具有很大的应用价值和经济价值。
（3）提供透明的传输信道，具有多业务接入能力
波分复用信道的各波长相互独立、数据格式透明（与信号速率、电调制方式无关），可同时承载多种格式的业务信号；而且对于将来升级扩容、引入新业务极其方便，只要在DWDM系统中增加一个附加波长就可以引入任意所需的新业务形式，是一种理想的网络扩容手段。
（4）利用EDFA实现超长距离传播
掺铒光纤被大器具有高增益、大带宽、低噪声等优点，其增益曲线比较平坦的部分几乎覆盖了整个DWDM系统的工作波长范围。
因此利用EDFA即可对DWDM系统的波分复用信号进行放大，以实现系统的超长距离传输，可节省大量中继设备，从而降低成本。
（5）可更灵活地进行组网，适应未来光网络建设的要求
由于使用DWDM技术可以在不改变光缆设施的条件下调整光网络的结构，所以在组网设计中极具灵活性和自由度，便于对网络功能和应用范围进行扩展。
DWDM光网络结构将沿着“点到点—链形—环形—多环—网状网”的方向发展。
4.ASON技术中连接平面的接口有哪些？
答：
ASON的3个平面之间的交互接口为：
连接控制接口、网络管理A接口和网络管理T接口。
5.PTN结构分为哪几层？
答：
PTN的功能层次分为3层，PTN电路层、PTN通路层和传输介质层。
6.IPRAN分层结构中，各层的设备有哪些？
答：
接入层设备包括中国电信A设备（IPRAN接入路由器），中国联通基站侧网关（CellSiteGateway，CSG）。
汇聚层设备有中国电信B设备（IPRAN汇聚路由器），中国联通汇聚侧网关（AggregationSiteGateway，ASG）。
核心层设备包括中国电信边界路由器（EdgeRouter，ER）（相对于中国电信下一代承载网CN2，中国电信将IPRAN的核心层设备称为ER），中国联通无线侧业务网关。
7.简述数字微波中继通信系统的优点。
答：
微波中继通信有如下特点。
（1）通信频段的频带宽
微波频段占用频带300GHz，而全部长波、中波和短波频段占有的频带总和不足30MHz，前者是后者的10000多倍。
一套微波中继通信设备可以容纳几千甚至上万条话路同时工作，或传输电视图像信号等宽频带信号。
（2）受外界干扰的影响小
工业干扰、天电干扰及太阳黑子的活动对微波频段通信的影响小（当通信频率高于100MHz时，这些干扰对通信的影响极小），但它们严重影响短波以下频段的无线电波的通信。
因此，微波中继通信较稳定和可靠。
（3）通信灵活性较好
微波中继通信采用中继方式，可以实现地面上的远距离通信，并且可以跨越沼泽、江河、湖泊和高山等特殊地理环境。
在遭遇地震、洪水、战争等灾祸时，通信的建立、撤收及转移都较容易，灵活性比电缆通信更好。
（4）天线增益高、方向性强
当天线面积给定时，天线增益与工作波长的平方成反比。
由于微波中继通信的工作波长短，因而容易制成高增益天线，降低发信机的输出功率。
另外，微波具有直线传播特性，可以利用微波天线把电磁波聚集成很窄的波束，使微波天线具有很强的方向性，减少通信中的相互干扰。
（5）投资少、建设快
在通信容量和质量基本相同的条件下，按每千米话路进行计算，微波中继通信线路的建设费用不到同轴电缆通信线路的一半，还可以节省大量有色金属，建设时间短。
（6）采用中继传输方式
由于微波波段的电磁波在视距范围内是沿直线传播的，考虑到地球表面的弯曲，传输距离一般只有40km～50km。
因此，在长途传输中，采用“接力”的中继方式，经过若干次中继转发才能将信号送到接收端。
8.卫星通信系统由哪几部分组成？
答：
卫星通信系统包括通信和保障通信的全部设备，一般由通信卫星、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等4部分组成。
（1）通信卫星
通信卫星主要包括通信系统、遥测指令装置、控制系统和电源装置（包括太阳能电池和蓄电池）等几个部分。
通信系统是通信卫星上的主体，主要包括一个或多个转发器，每个转发器能同时接收和转发多个地球站的信号，从而起到中继站的作用。
（2）通信地球站分系统
通信地球站分系统的地球站是微波无线电收、发信站，用户通过它接入卫星线路，进行通信。
（3）跟踪遥测及指令分系统
跟踪遥测及指令分系统负责对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置。
卫星正常运行后，要定期对卫星进行轨道位置修正和姿态保持。
（4）监控管理分系统
监控管理分系统负责对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的检测和控制，如对卫星转发器功率、卫星天线增益，以及各地球站发射的功率、射频频率和带宽等基本通信参数进行监控，以保证正常通信。
第4章宽带接入网
1.接入网的接口有哪些？
答：
接入网主要有3种接口，即UNI、SNI和维护管理接口（Q3接口）。
（1）UNI
UNI位于接入网的用户侧，是用户终端设备与接入网之间的接口，支持各种业务的接入。
对不同的业务采用不同的接入方式，对应不同的接口类型。
2
（2）SNI
SNI位于接入网的业务侧，是接入网与SN之间的接口。
SNI对于不同的用户业务提供相对应的接口类型，使其能与交换机连接
（3）Q3
Q3接口是接入网与电信管理网的接口。
把接入的管理纳入整个TMN管理范畴中，使TMN通过Q3接口实现对接入网的OAM功能，在不同的网元之间进行协调，从而提供用户所需要的接入和承载能力。
2.常见的接入网分为哪几类？
答：
接入网的分类方法有很多种，主要的分类方法有以下几种。
（1）按照传输介质分类
根据所采用的传输介质分类，接入网可以分为有线接入网和无线接入网。
1）有线接入网
接入网采用有线传输介质，又可以分为以下几种。
铜线接入网。
铜线接入网采用铜双绞线作为传输介质，具体包括高速率数字用户线、非对称数字用户线、ADSL2、ADSL2+以及甚高速数字用户线接入网。
光纤接入网。
光纤接入网、是指在接入网中采用光纤作为主要传输介质来实现信息传输的网络形式。
根据网络传输设施中是否采用有源器件，OAN分为有源光网络和无源光网络。
混合接入网。
混合接入网采用两种或两种以上传输介质。
目前主要有以下两种。
混合光纤同轴电缆接入网是在有级电视、网的基础上改造而来的，其干线部分采用光纤，配线网部分采用同轴电缆。
FTTx+LAN接入网也称以太网接入，是指光纤加交换式以太网的方式实现用户高速接入Internet。
以太网内部的传输介质大都采用双绞线，而以太网出口的传输介质是光纤。
2）无线接入网
无线接入网是指从SNI到用户终端全部或部分采用无线方式，即利用卫星、微波及超短波等传输手段向用户提供各种通信业务的接入系统。
无线接入网又可以分为固定无线接入网和移动无线接入网。
固定无线接入网。
固定无线接入网主要为固定位置的用户或仅在小区内移动的用户提供服务，主要包括本地多点分配业务、无线局域网、全球微波互联接入等。
移动无线接入网。
移动无线接入网是为移动用户提供各种通信业务，主要包括蜂窝移动通信系统、卫星移动通信系统和WiMax系统等。
其中WiMax系统既可以实现固定无线接入，也可以实现移动无线接入。
（2）按照传输信号的形式分类
按照传输信号的形式分类，接入网可以分为数字接入网和模拟接入网。
1）数字接入网
数字接入网中传输的是数字信号，如HDSL接入网、光纤接入网、以太网接入等。
2）模拟接入网
模拟接入网中传输的是模拟信号，如ADSL接入网、VDSL接入网等。
3.什么是PON？
什么是APON？
答：
光纤接入网根据传输设施中是否采用有源器件分为AON和PON。
PON中的传输设备由无源器件组成。
ATM无源光网络（ATMPassiveOpticalNetwork，APON）是基于ATM技术的无源光网络，后更名为宽带无源光网络（BroadbandPassiveOpticalNetwork，BPON）。
4．简述光纤接入网的功能模块及其作用。
答：
光纤接入网的功能参考配置
ITU-TG.982建议给出的光纤接入网功能参考配置下图所示。
光纤接入网功能参考配置
光纤接入网主要包含如下配置。
a．4种基本功能模块。
光线路终端、光网络单元、光分配网络/光配线终端、接入网系统管理功能模块。
b．5个参考点。
光发送参考点S，光接收参考点R，与业务节点间的参考点V，与用户终端间的参考点T，AF与ONU间的参考点a。
c．3个接口。
Q3、UNI和SNI。
各基本功能模块的功能如下。
a．OLT具有光—电转换、传输复用、数字交叉连接及管理维护等功能，实现接入网到网络侧的连接。
b．ONU具有光—电转换、传输复用等功能，实现与用户终端设备的连接。
c．ODN/ODT是光纤接入网中的传输设备，为ONU和OLT提供光传输通道作为其间的物理连接。
AON中的传输设备为ODT（含有源器件），即AON由OLT、ONU、ODT构成。
PON中的传输设备为ODN，全部由无源光器件组成，主要包括光纤、光连接器、无源光分路器（OpticalBranchingDevice，OBD）和光纤接头等。
d．接入网系统管理功能模块。
接入网系统管理功能模块负责对光纤接入网进行维护管理，其管理功能包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及计费管理。
5.简述GPON与EPON的异同点。
答：
EPON是基于以太网的PON技术。
它采用点到多点结构，使用无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。
EPON中设备分无源网络设备和有源网络设备两种。
无源网络设备指ODN，包括光纤、无源分光器、连接器和光纤接头等。
ODN一般放置于局外，称为局外设备。
有源网络设备包括OLT、ONU和设备管理系统（EquipmentManagementSystem，EMS）。
运营成本低，维护简单。
EPON在传输途中不需要电源，没有电子器件，所以容易敷设，维护简单，可节省长期运营成本和管理成本。
可提供较高的传输速率。
EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gbit/s的速率，并且随着以太网技术的发展，可以升级到10Gbit/s。
服务范围大，容易扩展。
EPON作为一种点到多点网络，可以利用局端单个光模块及光纤资源，服务大量终端用户，而且网络容易扩展。
技术实现简单。
EPON基于以太网技术，除了扩充定义多点控制协议外，没有改变以太网数据帧格式，因此技术实现简单。
带宽分配灵活，服务有保证。
EPON可以通过动态带宽分配算法来对每个用户进行带宽分派，并采取措施保证每个用户的QoS。
GPON与EPON相同，也是由OLT、ONU、ODN3部分组成。
业务支持能力强，具有全业务接入能力。
相对于EPON技术，GPON更注重对多业务的支持能力。
GPON用户接口丰富，可以提供包括64Kbit/s业务、E1电路业务、ATM业务、IP业务和CATV等在内的全业务接入能力，是提供语音、数据和视频综合业务接入的理想技术。
可提供较高带宽和较远的覆盖距离。
GPON可以提供1244Mbit/s、2488Mbit/s的下行速率和155Mbit/s、622Mbit/s、1244Mbit/s和2488Mbit/s的上行速率，能灵活提供对称和非对称速率。
此外，GPON中的一个OLT最多可以支持128个ONU，GPON的逻辑传输距离最长可达60km。
带宽分配灵活，服务质量有保证。
与EPON一样，GPON采用DBA算法可灵活调用带宽，而且能够保证各种不同类型和等级的业务的服务质量。
具有保护机制和OAM功能。
GPON具有保护机制和完整的OAM功能，此外ODN的无源特性减少了故障点，便于维护。
安全性高。
GPON下行采用高级加密标准（AdvancedEncryptionStandard，AES）加密算法，对下行帧的负载部分进行加密，可以有效地防止下行数据被非法ONU截取。
GPON通过通道随时维护和更新每个ONU的密钥。
网络扩展容易，便于升级。
GPON模块化程度高，对局端资源占用少，树形拓扑结构使系统扩展容易。
技术相对复杂，设备成本较高。
GPON承载有QoS保障的多业务和强大的OAM能力等，这些优势是以技术和设备的复杂性为代价换来的，因此相关设备成本较高。
但随着GPON技术的发展和大规模应用，GPON设备的成本可能会下降。
6.无线宽带接入网可以分为哪几类？
答：
无线接入技术按不同的终端接入网方式可分为固定接入网和移动接入网两大类。
（1）固定接入网
固定无线接入主要是为固定位置的用户或仅在小范围区域内移动的用户提供通信服务，其用户终端包括电话机、传真机或计算机等。
传统的固定接入网有一点到多点微波系统、多路多点分配业务、本地多点分配业务、无线本地环路、直播卫星系统、甚小天线卫星地球站、低轨卫星本地固定宽带接入及光无线接入等。
（2）移动接入网
移动接入网可分为高速和低速两种。
高速移动接入网一般包括蜂窝系统、卫星移动通信系统、集群系统等。
低速接入网一般是个人通信系统。
第5章移动通信网
1．什么是移动通信？
移动通信有哪些特点？
答：
移动通信是指通信双方中至少有一方处于运动状态的通信，是联通移动用户与固定用户之间，或移动用户之间的通信方式。
移动通信把无线通信技术、有线传输技术、计算机技术等有机结合在一起，具有以下几个特点。
（1）用户的随机移动性
与固定通信方式相比，移动通信最大的特点就是允许通信终端在通信时移动。
由于移动通信终端的位置不固定，为了保证及时准确地为通信终端与通信终端之间、通信终端与移动通信系统之间建立通信链路，移动通信网络必须对移动通信终端的位置进行有效管理。
（2）电磁波传播环境复杂
因为允许通信终端自由移动，所以移动通信系统必须采用无线接入方式，即一切无线信道都是基于电磁波在空间的传播来实现开放式信息传输。
移动通信终端往来于建筑物群或其他障碍物，电磁波在传播时会产生直射、反射、绕射等多种传播方式，造成所接收信号的电场强度起伏不定，这种现象称为“衰落”。
移动通信系统必须具有一定的抗衰落能力。
（3）强干扰条件下工作
无线信道的主要特点就是开放性，因此移动通信系统更容易受到噪声和干扰的影响，且噪声和干扰的来源更复杂。
移动终端工作环境周边的各种电气设备中电流或电压的剧变，如马达、焊机、电气开关等产生的火花放电都伴随着电磁波辐射。
移动通信系统内部由于有多个用户，系统内还会有互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。
因此移动通信系统需要对信道进行合理的划分和频率的复用。
2．分集的含义是什么？
常用的分集技术和合并技术有哪些？
答：
分集就是把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。
分集技术包括宏分集和微分集，微分集又分为时间分集、空间分集、频率分集、极化分集等。
合并方式包括：
最佳比值合并、等增益合并、选择式合并。
3．什么是扩频？
扩频系统是如何提高抗干扰能力的？
答：
扩展频谱通信，简称扩频通信，是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽。
频带的扩展是通过一个独立的码序列（一般是伪随机码）来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关。
在接收端则用同样的码进
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