物理层习题¶
来源：
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题目 1：物理层任务与特点¶
[!question] 问题 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？
[!success] 回答 物理层要解决如何在传输媒体上传输比特流的问题。
主要包括确定与传输媒体接口有关的特性：
- 机械特性：接口形状、尺寸、引脚数量和排列等。
- 电气特性：电压范围、传输速率、阻抗匹配等。
- 功能特性：各条信号线的功能。
- 过程特性：信号线工作时的事件顺序。
物理层的主要特点是：它不关心比特的具体含义，只负责透明地传输比特流，并尽量屏蔽传输媒体和通信手段的差异，使数据链路层感觉不到这些差异。
题目 2：规程与协议¶
[!question] 问题 规程与协议有什么区别？
[!success] 回答 协议是通信双方进行数据交换时必须遵守的规则、标准或约定。
规程特指物理层的协议，更强调接口特性、信号时序和具体操作过程。可以简单理解为：协议是更通用的说法，规程常用于物理层。
题目 3：香农公式与信噪比¶
[!question] 问题 用香农公式计算一下，假定信道带宽为 \(3100\) Hz，最大信息传输速率为 \(35\) kbit/s，那么若想使最大信息传输速率增加 \(60\%\)，信噪比 \(\frac{S}{N}\) 应增大多少倍？如果再将信噪比增大到 \(10\) 倍，最大信息传输速率可以再增加 \(20\%\) 吗？
[!success] 回答 根据香农公式：
\[ C=W\log_2(1+\frac{S}{N}) \]令 \(t=\frac{S}{N}\)，原来的最大信息传输速率为：
\[ 35000=3100\log_2(1+t) \]若最大信息传输速率增加 \(60\%\)，则：
\[ 35000 \times 1.6=3100\log_2(1+t') \]所以：
\[ t=2^{\frac{350}{31}}-1 \]\[ t'=2^{\frac{560}{31}}-1 \]因此信噪比增大的倍数约为：
\[ \frac{t'}{t}\approx 2^{\frac{210}{31}}=2^{6.77}\approx 109 \]也就是大约要增大 \(109\) 倍。
如果再将信噪比增大到 \(10\) 倍，则新的速率与原来增加 \(60\%\) 后的速率相比约为：
\[ \frac{\log_2(1+10t')}{\log_2(1+t')}\approx \frac{\log_2(10t')}{\log_2(t')}=1+\frac{\log_2 10}{\log_2 t'} \]因为 \(\log_2 t'\approx \frac{560}{31}\)，所以：
\[ 1+\frac{3.32}{18.06}\approx 1.184 \]只能再增加约 \(18.4\%\)，不能再增加 \(20\%\)。
题目 4：常用传输媒体¶
[!question] 问题 常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？
[!success] 回答 常用的传输媒体可以分为导引型传输媒体和非导引型传输媒体。
导引型传输媒体：
- 双绞线：价格低、使用广，常用于局域网；抗干扰能力比同轴电缆和光纤弱。
- 同轴电缆：抗干扰能力较强，曾广泛用于有线电视和早期以太网。
- 光纤：传输速率高、通信容量大、抗电磁干扰能力强、传输损耗小，适合长距离高速传输。
非导引型传输媒体：
- 无线电波：传播范围广，可穿透建筑物，适合移动通信。
- 微波：频率高、容量大，主要沿直线传播，常用于地面微波接力和卫星通信。
- 红外线：适合短距离通信，不能穿透墙体，受障碍物影响明显。