练习题

1. 基础概念题答案

1.1 选择题答案

1. A - 信道是传输数据的物理通路
2. B - 带宽的单位是 Hz
3. A - 码元是信号的最小单位
4. B - 波特是每秒传输的码元数

1.2 填空题答案

1. 模拟信号、数字信号
2. 发送方、接收方
3. 信源、发送设备、信道、接收设备、信宿、噪声源
4. 高

2. 传输理论题答案

2.1 计算题答案

1. 奈奎斯特定理计算： $C = 2W \log_2 M = 2 \times 4000 \times \log_2 4 = 16000 \text{ 波特}$

2. 香农定理计算： $\frac{S}{N} = 10^{30/10} = 1000$ $C = W \log_2(1 + \frac{S}{N}) = 3000 \times \log_2(1 + 1000) \approx 29910 \text{ bps}$

3. 实际传输速率计算： $\text{实际速率} = 10000 \times 0.8 \times (1 - 0.1) = 7200 \text{ bps}$

3. 编码调制题答案

3.1 选择题答案

1. A - 每个比特周期中间有一次跳变
2. A - 幅移键控
3. B - 2 位数据

3.2 填空题答案

1. 可靠性、效率
2. 数字、模拟
3. 0、180
4. 幅度、相位

4. 交换技术题答案

4.1 选择题答案

1. B - 传输时延小
2. B - 资源利用率高
3. C - 每个分组独立选择路由

4.2 填空题答案

1. 实时、突发性
2. 建立、释放
3. 建立连接、乱序

5. 传输介质题答案

5.1 选择题答案

1. B - 100 米
2. D - 极高
3. B - 易受干扰

5.2 填空题答案

1. UTP、STP
2. 单模光纤、多模光纤
3. 带宽、衰减、时延、抗干扰性

6. 物理层设备题答案

6.1 选择题答案

1. A - 物理层
2. A - 多端口中继器
3. C - 过滤数据

6.2 填空题答案

1. 放大信号、转发信号
2. 星型
3. 过滤数据、路由数据、转换数据

7. 综合应用题答案

7.1 网络设计题答案

1. 传输介质： 双绞线（Cat5e 或 Cat6）
2. 网络设备： 集线器或交换机
3. 拓扑结构： 星型拓扑
4. 性能保证： 使用高质量线缆，合理布线，避免干扰

7.2 故障诊断题答案

1. 可能原因： 线缆损坏、连接器松动、电磁干扰、设备故障
2. 诊断方法： 使用测试仪检测、检查连接状态、监控信号质量
3. 解决方法： 更换损坏线缆、重新连接、消除干扰源、更换设备
4. 预防措施： 定期检查、合理布线、使用屏蔽线缆、定期维护

8. 编程实践题答案

8.1 信号处理程序示例

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

class SignalProcessor:
    def __init__(self):
        self.signal = None
        self.amplified_signal = None
        self.reshaped_signal = None

    def generate_signal(self, frequency, duration, sample_rate):
        """生成模拟信号"""
        t = np.linspace(0, duration, int(sample_rate * duration))
        self.signal = np.sin(2 * np.pi * frequency * t)
        return self.signal

    def amplify_signal(self, gain):
        """放大信号"""
        if self.signal is not None:
            self.amplified_signal = self.signal * gain
            return self.amplified_signal
        return None

    def reshape_signal(self, noise_level=0.1):
        """整形信号"""
        if self.amplified_signal is not None:
            noise = np.random.normal(0, noise_level, len(self.amplified_signal))
            self.reshaped_signal = self.amplified_signal + noise
            return self.reshaped_signal
        return None

    def forward_signal(self):
        """转发信号"""
        if self.reshaped_signal is not None:
            return self.reshaped_signal
        return None

# 测试代码
processor = SignalProcessor()
signal = processor.generate_signal(10, 1, 1000)
amplified = processor.amplify_signal(2)
reshaped = processor.reshape_signal(0.05)
forwarded = processor.forward_signal()

# 绘制结果
plt.figure(figsize=(12, 8))
plt.subplot(4, 1, 1)
plt.plot(signal)
plt.title('原始信号')
plt.subplot(4, 1, 2)
plt.plot(amplified)
plt.title('放大信号')
plt.subplot(4, 1, 3)
plt.plot(reshaped)
plt.title('整形信号')
plt.subplot(4, 1, 4)
plt.plot(forwarded)
plt.title('转发信号')
plt.tight_layout()
plt.show()

8.2 网络模拟程序示例

import random
import time

class NetworkSimulator:
    def __init__(self):
        self.transmission_media = {
            'twisted_pair': {'attenuation': 0.1, 'noise': 0.05},
            'fiber': {'attenuation': 0.01, 'noise': 0.01},
            'wireless': {'attenuation': 0.3, 'noise': 0.2}
        }

    def transmit_packet(self, packet, medium, distance):
        """传输数据包"""
        if medium not in self.transmission_media:
            return None

        # 计算衰减
        attenuation = self.transmission_media[medium]['attenuation'] * distance
        attenuated_packet = packet * (1 - attenuation)

        # 添加噪声
        noise = self.transmission_media[medium]['noise'] * random.random()
        noisy_packet = attenuated_packet + noise

        # 错误检测
        if random.random() < 0.1:  # 10%的错误率
            return None

        return noisy_packet

    def analyze_performance(self, packets, medium, distance):
        """分析性能"""
        successful_transmissions = 0
        total_packets = len(packets)

        for packet in packets:
            result = self.transmit_packet(packet, medium, distance)
            if result is not None:
                successful_transmissions += 1

        success_rate = successful_transmissions / total_packets
        return {
            'success_rate': success_rate,
            'total_packets': total_packets,
            'successful_packets': successful_transmissions
        }

# 测试代码
simulator = NetworkSimulator()
packets = [random.random() for _ in range(100)]

# 测试不同传输介质
for medium in ['twisted_pair', 'fiber', 'wireless']:
    performance = simulator.analyze_performance(packets, medium, 100)
    print(f"{medium}: 成功率 {performance['success_rate']:.2%}")