免费智能真题库 > 历年试卷 > 网络工程师 > 2018年下半年 网络工程师 上午试卷 综合知识
  第11题      
  知识点:   码元、波特率、数据速率、数字信道带宽   波特率   调制技术   信道   信号
  关键词:   波特率   复合调制技术   码元   数据   相位   信道   信号   波特   调制        章/节:   数据通信基础       

 
信号波特率为800Baud,采用幅度一相位复合调制技术,由4种幅度和8种相位组成16种码元,则信道的数据速率为( )。
 
 
  A.  1600b/s
 
  B.  2400b/s
 
  C.  3200b/s
 
  D.  4800b/s
 
 
 

 
  第14题    2020年下半年  
   50%
在异步传输中,1位起始位,7位数据位,2位停止位,1位校验位,每秒传输200字符,采用曼彻斯特编码,有效数据速率是(13)kb/s, 最..
  第15题    2012年下半年  
   28%
设信道带宽为4000Hz,采用PCM编码,采样周期为125μs,每个样本量化为128个等级,则信道的数据速率为(15)。
  第14题    2016年下半年  
   34%
在异步通信中,每个字符包含1位起始位、7位数据位、1位奇偶位和1位终止位,每秒钟传送100个字符,采用DPSK调制,则码元速率为(1..
 
  第15题    2011年下半年  
   35%
下图中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(15)。
  第11题    2020年下半年  
   42%
8条模拟信道采用TDM复用成1条数字信道,TDM帧的结构为8字节加1比特同步开销(每条模拟信道占1个字节)。若模拟信号频率范围为10~16..
  第10题    2019年上半年  
   42%
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( )。
   知识点讲解    
   · 码元、波特率、数据速率、数字信道带宽    · 波特率    · 调制技术    · 信道    · 信号
 
       码元、波特率、数据速率、数字信道带宽
        一个数字脉冲称为一个码元,用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数,即单位时间内通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T秒,则码元速率B=1/T,其单位为波特(baud),码元速率也称波特率。若一无噪声信道的带宽为W,则该信道的极限波特率为B=2W(奈奎斯特定理)。码元携带的信息量n(比特)与码元的种类数N的关系为n=log2N
        单位时间内在信道上传送的信息量(比特数)称为数据速率,其单位为比特。数据速率也称比特率。无噪声信道的极限数据速率为
        R=Blog2N=2Wlog2N
        式中:W为信道带宽。
        有噪声的极限数据速率为
        
        式中:W为信道带宽;S为信号的平均功率;N为噪声平均功率;S/N为信噪比。
        数字信道的带宽为信道能够达到的最大数据速率。数字信道的带宽和模拟信道的带宽可以通过香农定理互相转换。
 
       波特率
        波特率又称为码元速率,是指单位时间内所传送的信号“波形”的个数,单位为波特(Baud),计算公式为:
        B=1/T (baud)
        式中,T为波形周期。
 
       调制技术
        现代调制技术最常见的方法是通过改变载波的幅度、相位或频率来传送信息。其基本原理是利用数据信号的变化控制载波的某个参数幅度、频率和相位的变化。
        因为数字信号只有几个离散值,这就像用数字信号去控制开关选择具有不同参量的振荡一样,为此把数字信号的调制方式称为键控。数字调制分为调幅、调相和调频三类,最简单的方法是开关键控,“1”出现时接通振幅为A的载波,“0”出现时关断载波,这相当于将原基带信号频谱搬到了载波的两侧。如果用改变载波频率的方法来传送二进制符号,就是频移键控的方法,当“1”出现时是低频,“0”出现时是高频。这时其频谱可以看成码列对低频载波的开关键控加上码列的反码对高频载波的开关键控。如果“0”和“1”来改变载波的相位,则称为相移键控。这时在位周期的边缘出现相位的跳变。但在间隔中部保留了相位信息。收端解调通常在其中心点附近进行。
        一般来说,相移键控系统的性能要比开关键控频移键控系统好,但系统要复杂得多。除上面所述的二相位、二频率、二幅度调制之外,还可以采用各种多相位、多振幅和多频率的方案。例如,DVB(Digital Video Broadcasting,数字视频广播)系统中卫星传输采用QPSK,有线传输采用64 QAM方式等。
 
       信道
        信道是数据传输的通路,在计算机网络中信道分为物理信道和逻辑信道。
        (1)物理信道。物理信道指用于传输数据信号的物理通路,由传输介质与有关通信设备组成。物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线信道和无线信道,也可按传输数据类型的不同分为数字信道和模拟信道。
        (2)逻辑信道。逻辑信道指在物理信道的基础上,发送与接收数据信号的双方通过中间结点所实现的逻辑联系,由此为传输数据信号形成的逻辑通路。逻辑信道可以是有连接的,也可以是无连接的。
        信道传输按信息传送的方向与时间可以分为单工、半双工、全双工三种传输方式。
        (1)单工通信。单工通信就是单向传输,传统的电视、电台就是单工传输。单工传输能够节约传输的成本,但是没有了交互性。现在传统的电视向可以点播的电视方向发展,这使得必须对原来的单工传输的有线电视网络进行改造才能支持点播。
        (2)半双工通信。半双工通信可以传输两个方向的数据,但是在一段时间内只能接受一个方向的数据传输,许多对讲机使用的就是半双工方式,当一方按下按钮说话时,不能听见对方的声音。这种方式也称为“双向交替”。对于数字通道,如果只有一条独立的传输通道,那么就只能进行半双工传输。对于模拟通道,如果接收和发送使用同样的载波频率,那么它也只能使用半双工的传输方式。
        (3)全双工通信。全双工通信意味着两个方向的传输能够同时进行,电话是典型的全双工通信。要实现全双工通信,对于数字通道,必须有两个独立的传输路径。对于模拟通道,如果没有两条独立的路径,双方使用的载波频率不同,那么也能实现。另外还有一种“回声抵消”的方法,也能实现全双工通信。下图所示是单工、半双工和全双工示意图。
        
        传输方式比较示意图
 
       信号
        任务间同步的另一种方式是异步信号。在两个任务之间,可以通过相互发送信号的方式,来协调它们之间的运行步调。
        所谓的信号,指的是系统给任务的一个指示,表明某个异步事件已经发生了。该事件可能来自于外部(如其他的任务、硬件或定时器),也可能来自于内部(如执行指令出错)。异步信号管理允许任务定义一个异步信号服务例程ASR(Asynchronous Signal Routine),与中断服务程序不同的是,ASR是与特定的任务相对应的。当一个任务正在运行的时候,如果它收到了一个信号,将暂停执行当前的指令,转而切换到相应的信号服务例程去运行。不过这种切换不是任务之间的切换,因为信号服务例程通常还是在当前任务的上下文环境中运行的。
        信号机制与中断处理机制非常相似,但又各有不同。它们的相同点是:
        .都具有中断性:在处理中断和异步信号时,都要暂时地中断当前任务的运行;
        .都有相应的服务程序;
        .都可以屏蔽响应:外部硬件中断可以通过相应的寄存器操作来屏蔽,任务也能够选择不对异步信号进行响应。
        信号机制与中断机制的不同点是:
        .中断是由硬件或特定的指令产生,而信号是由系统调用产生;
        .中断触发后,硬件会根据中断向量找到相应的处理程序去执行;而信号则通过发送信号的系统调用来触发,但系统不一定马上对它进行处理;
        .中断处理程序是在系统内核的上下文中运行,是全局的;而信号处理程序是在相关任务的上下文中运行,是任务的一个组成部分。
        实时系统中不同的任务经常需要互斥地访问共享资源。当任务试图访问资源时被正使用该资源的其他任务阻塞,可能出现优先级反转的现象,即当高优先级任务企图访问已被某低优先级任务占有的共享资源时,高优先级任务必须等待直到低优先级任务释放它占有的资源。如果该低优先级任务又被一个或多个中等优先级任务阻塞,问题就更加严重。由于低优先级任务得不到执行就不能访问资源、释放资源。于是低优先级任务就以一个不确定的时间阻塞高优先级的任务,导致系统的实时性没有保障。下图为是一个优先级反转的示例。
        
        一个优先级反转的示例
        如上图所示,系统存在任务1、任务2、任务3(优先级从高到低排列)和资源R。某时,任务1和任务2都被阻塞,任务3运行且占用资源R。一段时间后,任务1和任务2相继就绪,任务1抢占任务3运行,由于申请资源R失败任务1被挂起。由于任务2的优先级高于任务3,任务2运行。由于任务3不能运行和释放资源R,因此任务1一直被阻塞。极端情况下,任务1永远无法运行,处于饿死状态。
        解决优先级反转问题的常用算法有优先级继承和优先级天花板。
               优先级继承协议
               L. Sha、R. Rajkumar和J. P. Lehoczky针对资源访问控制提出了优先级继承协议(Priority Inheritance Protocol,PIP)。
               PIP协议能与任何优先级驱动的抢占式调度算法配合使用,而且不需要有关任务访问资源情况的先验知识。优先级继承协议的执行方式是:当低优先级任务正在使用资源,高优先级任务抢占执行后也要访问该资源时,低优先级任务将提升自身的优先级到高优先级任务的级别,保证低优先级任务继续使用当前资源,以尽快完成访问,尽快释放占用的资源。这样就使高优先级任务得以执行,从而减少高优先级任务被多个低优先级任务阻塞的时间。低优先级任务在运行中,继承了高优先级任务的优先级,所以该协议被称作优先级继承协议。
               由于只有高优先级任务访问正被低优先级任务使用的资源时,优先级继承才会发生,在此之前,高优先级任务能够抢占低优先级任务并执行,所以优先级继承协议不能防止死锁,而且阻塞是可以传递的,会形成链式阻塞。另外,优先级继承协议不能将任务所经历的阻塞时间减少到尽可能小的某个范围内。最坏情况下,一个需要μ个资源,并且与v个低优先级任务冲突的任务可能被阻塞min(μ,v)次。
               优先级冲顶协议
               J. B. Goodenough和L. Sha针对资源访问控制提出了优先级冲顶协议(Priority Ceiling Protocol,PCP)。
               PCP协议扩展了PIP协议,能防止死锁和减少高优先级任务经历的阻塞时间。该协议假设所有任务分配的优先级都是固定的,每个任务需要的资源在执行前就已确定。每个资源都具有优先级冲顶值,等于所有访问该资源的任务中具有的最高优先级。任一时刻,当前系统冲顶值(current priority ceiling)等于所有正被使用资源具有的最高冲顶值。如果当前没有资源被访问,则当前系统冲顶值等于一个不存在的最小优先级。当任务试图访问一个资源时,只有其优先级高于当前系统冲顶值,或其未释放资源的冲顶值等于当前系统冲顶值才能获得资源,否则会被阻塞。而造成阻塞的低优先级任务将继承该高优先级任务的优先级。
               已经证明,PCP协议的执行规则能防止死锁,但其代价是高优先级任务可能会经历优先级冲顶阻塞(Priority ceiling blocking)。即高优先级任务可能被一个正使用某资源的低优先级任务阻塞,而该资源并不是高优先级任务请求的。这种阻塞又被称作回避阻塞(avoidance blocking),意思是因为回避死锁而引起的阻塞。即使如此,在PCP协议下,每个高优先级任务至多被低优先级任务阻塞一次。使用PCP协议后,能静态分析和确定任务之间的资源竞争,计算出任务可能经历的最大阻塞时间,从而能分析任务集合的可调度性。在PCP协议下,高优先级任务被阻塞时会放弃处理器,因此,访问共享资源的任务可能会产生4次现场切换。
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第11题    在手机中做本题