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【25软考网工笔记】第二章（6）脉冲编码调制PCM、通信和交换方式

news 来源：原创 2025/8/13 16:30:37

一、脉冲编码调制PCM

1. 脉冲编码调制的数字化过程

1）采样

2）量化

3）编码

2. PCM计算

3. 应用案例

1）例题1

2）例题1

3）例题3

知识小结

二、通信和交换方式

1.数据通信方式分类

1）按通信方向分

单工通信

半双工通信

全双工通信

2）按同步方式分

异步传输

同步传输

3）例题1

4）例题 2

5）例题 3

2.数据交换方式

电路交换

报文交换

分组交换

1）虚电路和数据报对比（重点）

2）例题4

3）例题5

4）例题6

知识小结

一、脉冲编码调制PCM

1. 脉冲编码调制的数字化过程

采样

定义: 按照一定的时间间隔对模拟信号进行取样，把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fmax，若以大于等于2fmax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。例如，语音信号的最高频率为4kHz，则采样频率需至少为8kHz。

量化

定义: 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。例如，用8个等级进行量化，或用256个数值进行量化，后者精度更高。

编码

定义: 把量化后的样本值变成相应的二进制代码。例如，量化值0用二进制000表示，量化值0.1用二进制001表示。

2. PCM计算

计算过程: 对声音信号进行数字化时，若语音最高频率为4kHz，则取样频率为8kHz。
若用128个等级量化，log2N=log2 128=7,则每个样本用7bit表示。
在数字信道上传输这种数字化后的语音信号的速率是7*8000=56 Kbps。
如果量化等级为256，则每个样本用8bit表示。

3. 应用案例

1）例题1

题目解析

审题过程: 题目给出模拟信号的频率范围为3~9MHz，问采样频率需大于多少才能使样本信号不失真。
解题思路: 应用奈奎斯特采样定理，采样频率需大于等于信号最高频率的两倍，即2×9MHz=18MHz。
答案: C. 18MHz
易错点: 注意不要与带宽公式混淆，带宽公式为f2−f1。

2）例题1

题目解析

审题过程: 题目给出信道带宽为5000Hz，采样周期为125us，每个样本量化后为256个等级，问信道速率是多少。
解题思路: 首先通过采样周期计算采样频率，采样频率等于周期的倒数，即1/125μs=8000Hz。然后，每个样本用8bit表示（因为2^8=256）。最后，信道速率等于采样频率乘以每个样本的比特数，即8000×8=64000bps=64Kbps 。
答案: D. 64Kbps
易错点: 注意单位换算，微秒需转换为秒，以及比特与字节的换算。

3）例题3

题目解析

审题过程: 题目问下列哪种传输方式属于基带传输。
解题思路: 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。因此，选择经过PCM编码的传输方式。
答案: B. PCM编码传输
易错点: 注意区分基带传输和宽带传输，基带传输传的是数字信号，而宽带传输传的是模拟信号。

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
脉冲编码调制（PCM）	PCM是数字化技术，将模拟信号转换为数字信号	PCM的定义和数字化技术的理解	🌟
	PCM主要包括采样、量化和编码三个步骤	PCM的三个步骤	🌟🌟
采样	按照一定时间间隔对模拟信号进行取样	采样定理（莱奎斯特采样定理）	🌟🌟🌟
	采样频率需大于等于二倍模拟信号的最高频率（2f max）	采样频率的计算与要求	🌟🌟🌟
量化	将采样得到的连续值转换为离散值	量化精度或等级的理解	🌟🌟
	离散值的个数决定了量化的精度	量化等级与精度的关系	🌟🌟
编码	将量化的数据用二进制编码表示	编码过程的理解	🌟
PCM计算	通过具体例子讲解PCM的计算过程	采样频率、量化等级与数据量的关系	🌟🌟🌟
	如：声音信号数字化，最高频率4k，采样频率8k，量化等级128	具体计算步骤与结果	🌟🌟🌟
易混淆点	带宽公式（f2-f1）与采样定理（2f max）的区别	注意不要混淆两个公式	🌟🌟🌟🌟
练习题解析	解析具体练习题，如采样频率的计算、周期与频率的转换等	练习题中的考点与易错点	🌟🌟🌟
	强调频率与周期的关系，以及单位转换的重要性	频率、周期与单位转换的理解	🌟🌟🌟
基带传输	基带传输传的是数字信号，PCM属于基带传输	基带传输与宽带传输的区别	🌟🌟
	PCM编码输出的是数字信号，与基带传输相匹配	PCM在基带传输中的应用	🌟

二、通信和交换方式

1.数据通信方式分类

1）按通信方向分

单工通信

定义: 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。
典型应用: 电视、广播。

半双工通信

定义: 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。
典型应用: 对讲机、Hub（集线器）。

全双工通信

定义: 通信双方可同时进行双向的信息传送。
典型应用: 电话、交换机。
注意: 交换机默认是全双工模式，但可以通过命令配置成半双工，不过这会降低通信效率，不推荐使用。

2）按同步方式分

异步传输

定义: 把各个字符分开传输，在字符之间插入同步信息，如起始位和停止位。
优点: 实现简单。
缺点: 引入了起止位，影响传输效率，速率不会太高。

同步传输

定义: 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: 传输效率更高。
应用场景: 短距离高速数据传输。

3）例题1

题干: 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，求码元速率和有效数据速率。
码元速率计算: 码元速率 = (1 + 7 + 1 + 1) * 100 = 1000 波特
有效数据速率计算: 有效数据速率 = 7 / (1 + 7 + 1 + 1) * 1000 = 700 b/s 或使用公式 R = B log₂N，由于采用DPSK，N=2，则B=1000，结果相同。
答案: (14)C (15)C

4）例题 2

题干: 若双工无线蜂窝系统总的频谱为20 MHz，每个单工信道的带宽为25 KHz，求双工信道数。
解题思路: 双工信道需要两个单工信道的带宽，25x2=50KHz,即50 KHz。总频谱20 MHz需转换为KHz单位，即20,000 KHz。
计算: 双工信道数 = 20,000 KHz / 50 KHz = 400
答案: A. 400

5）例题 3

题干: 某网络中，PC和服务器均与交换机连接，PC可以正常访问服务器但速度较慢，执行ping无丢包，查看交换机连接PC的接口显示信息，分析可能原因。
关键信息: 最后两行显示接口配置为speed 100，duplex half（半双工）。
分析: 交换机常规工作模式为全双工，配置为半双工会降低通信效率，导致访问速度变慢。
排除其他选项:
- ARP包超过配置阈值：广播报文为0，不符合。
- 交换机性能太低：一般家用级交换机性能瓶颈不在此。
- 接口流量过大：利用率不到1%，不符合。
答案: A. 接口双工模式配置不合理
注意: 跨厂商设备对接时，自动协商可能会出现问题，可手动配置速率和双工模式以解决问题。

2.数据交换方式

电路交换

定义与过程: 电路交换将数据传输分为电路建立、数据传输和电路拆除三个过程。
特点: 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。
典型代表: 早期电话，使用PBX交换机。

报文交换

定义: 报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。
特点: 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。
典型代表: 早期电报，电报内容需完整地在每个节点传送。
对节点缓存要求高: 每个节点需要能够存储完整的报文。

分组交换

定义: 将数据拆分成很小的分组进行传送。包括虚电路和数据报。

数据报:每个分组被独立地处理,每个节点根据路由选择算法,被独立送到目的,路径和到达目的顺序都可能不一样。(IP)

虚电路:在数据传送之前,先建立起一条逻辑上的连接,每个分组都沿着一条路径传输,不会乱序。(X.25、FR、ATM)

优势:
减小了延迟，提高了吞吐量；
可以按分组纠错，提高通信效率。

1）虚电路和数据报对比（重点）

对比项	虚电路	数据报
是否建立连接	需要先建立连接再传数据	不需要建立连接
地址	每个分组含有使用虚电路号	每个分组都有源和目的端地址
分组顺序	总是按发送顺序到达目的端(不乱序)	排序发送,不一定按序接收(乱序)
路由选择	在虚电路连接建立时进行,所有分组均按同一路由	每个分组独立选择路由
路由器出故障	所有通过了故障路由器的虚电路均不能工作	出故障的路由器可能会丢失分组,一些路由可能会发生变化
典型网络	X.25、帧中继、ATM	IP

2）例题4

题目: 下列分组交换网络中，采用的交换技术与其他3个不同的是哪一个？
答案: A（IP使用的是数据报交换技术，而其他选项X.25、帧中继、ATM使用的是虚电路交换技术）。

3）例题5

题目: 以下关于虚电路交换技术的叙述中，错误的是哪一个？
选项分析:
- A. 虚电路交换可以实现可靠传输（正确）。
- B. 虚电路交换可以提供顺序交付（正确）。
- C. 虚电路交换与电路交换不同（正确）。
- D. 虚电路交换不需要建立连接（错误）。
答案: D。

4）例题6

题目: 下列关于虚电路网络的叙述中，错误的是哪一个？
选项分析:
- A. 虚电路建立后可以确保数据分组按序交付（正确）。
- B. 路由选择在建立虚电路时进行（正确）。
- C. 需要为每条虚电路预分配信道带宽（错误，虚电路不需要预分配信道带宽）。
- D. 数据分组转发的依据是虚电路标识号(VCID)（正确）。
答案: C。

知识小结

知识点	核心内容	考试重点/易混淆点	难度系数
数据通信方式	单工通信、半双工通信、全双工通信的定义及特点	单工、半双工、全双工的区别与典型应用	★★★
	- 单工通信：信息只能单向发送，如电视、广播	易混淆点：单工与半双工、全双工的区别	★★
	- 半双工通信：双方可交替发送和接收，但不能同时，如对讲机、集线器		★★
	- 全双工通信：双方可同时双向收发，如电话、交换机（默认全双工）		★★
同步方式	异步传输与同步传输的定义及特点	异步传输与同步传输的优缺点及适用场景	★★★
	- 异步传输：字符分开传输，加入起始位和停止位	异步传输效率较低，但实现简单	★★
	- 同步传输：发送前先发同步字符串，效率高，适用于短距离高速传输		★★★
数据交换方式	电路交换、报文交换、分组交换（数据报、虚电路）	分组交换中的数据报与虚电路的区别	★★★★
	- 电路交换：建立物理通路，独占线路，如早期电话		★★
	- 报文交换：存储转发，完整报文传送，对节点缓存要求高，如早期电报		★★
	- 分组交换：数据拆成小组传送，降低对节点缓存要求		★★★★
	- 数据报：每个分组独立处理，路径和到达顺序可能不同	数据报可能乱序，但路由灵活	★★★★
	- 虚电路：传送前建立逻辑连接，分组沿同一路径，不乱序	虚电路需要建立连接，路径固定	★★★★
练习题解析	异步通信字符位数计算、双工信道数计算、网络故障原因分析	练习题中的计算方法和故障排查思路	★★★★
	- 异步通信字符位数：起始位+数据位+奇偶校验位+停止位	注意每位数的计算	★★★
	- 双工信道数计算：总频谱资源/双工信道带宽	单位转换和计算方法	★★★
	- 网络故障：交换机接口配置为半双工导致访问速度慢	识别并理解配置错误对性能的影响	★★★★

【25软考网工笔记】第二章（6）脉冲编码调制PCM、通信和交换方式

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编程日记 2025/8/10 9:04:32

C 语言中的高级数据结构与内存管理

一、引言 C 语言作为一种广泛应用的系统级编程语言，以其高效性和灵活性著称。在 C 语言编程中，高级数据结构和内存管理是两个至关重要的方面。高级数据结构能够帮助我们更高效地组织和处理数据，而合理的内存管理则是保证程序性能和稳定性的关…...

编程日记 2025/8/8 20:08:27

Django 实现服务器主动给客户端发送消息的几种常见方式及其区别

Django Channels 原理 ：Django Channels 是 Django 的一个扩展，它通过使用 WebSockets 等协议来处理长连接，使服务器能够与客户端建立持久连接，从而实现双向通信。一旦连接建立，服务器可以随时主动向客户端发送消息。…...

编程日记 2025/8/9 20:53:03

BR_频谱20dB 带宽（RF/TRM/CA/BV-05-C [TX Output Spectrum – 20 dB Bandwidth]）

目录一、规范要求 1、协议章节 2、测试目的二、测试方法 1、样机初值条件： 2、测试步骤: 方法一：频谱仪方法二：综测仪CMW500 3、预期结果一、规范要求 1、协议章节 4.5.5 RF/TRM/CA/BV-05-C [TX Output Spectrum – 20 dB Ba…...

编程日记 2025/8/6 12:38:19

rabbitmq 面试题

一、基础概念 1. 什么是 RabbitMQ？ - 基于 AMQP 协议的开源消息中间件，用于实现系统间的异步通信和解耦，支持多种消息模式（如发布/订阅、路由、主题等）。 1. 你了解那个rabbitmq， rabbitmq 的虚拟机是…...

编程日记 2025/8/9 1:46:06

论文阅读：2025 arxiv AI Alignment: A Comprehensive Survey

总目录大模型安全相关研究：https://blog.csdn.net/WhiffeYF/article/details/142132328 AI Alignment: A Comprehensive Survey https://arxiv.org/pdf/2310.19852 https://alignmentsurvey.com/ https://www.doubao.com/chat/3367091682540290 速览研究动机…...

编程日记 2025/8/7 5:28:47

spring事务事务传播

POROPAGATION_REQUIRED(必须) 解释： 存在事务时当前方法已在事务中运行，直接加入该事务无事务则自动开启一个新事物，并在方法执行结束后提交或者回滚举例 java Transactional public void transfer() {accountService.reduceBalance…...

编程日记 2025/8/6 7:29:42

JMeter介绍

文章目录 1. JMeter简介2. JMeter 下载3. JMeter修改编码集4. 启动并运行JMeter 1. JMeter简介 JMeter 是 Apache 组织使用 Java 开发的一款测试工具： 1、可以用于对服务器、网络或对象模拟巨大的负载 2、通过创建带有断言的脚本来验证程序是否能返回期望的结果优…...

编程日记 2025/8/12 15:46:30