考研全科复习资料

408

计算机网络

CN-02-02 编码与调制

一、定位信息

圈层：核心层
前置知识：数字信号与模拟信号的区别、带宽的概念（CN-01-01）、奈奎斯特定理（CN-02-01）
知识网络位置：本单元是物理层数据传输技术的核心，连接信道理论（CN-02-01）与实际传输实现
考点热度等级：H级（高频重点）——各种编码方式的识别与对比是408常考内容，近五年出现≥3次

二、知识点讲解

1. 基本概念

数据需要转换为信号才能在信道上传输。根据数据和信号的类型，有四种组合：

数据类型	信号类型	过程	示例
数字数据	数字信号	编码（Encoding）	以太网编码
数字数据	模拟信号	调制（Modulation）	拨号上网
模拟数据	数字信号	编码（数字化）	PCM语音
模拟数据	模拟信号	调制（Modulation）	AM/FM广播

2. 数字数据编码为数字信号

常见编码方式：

编码方式	特点	优缺点
NRZ（不归零编码）	高电平=1，低电平=0	难以同步，不推荐
归零编码（RZ）	每个码元中间归零	自同步但编码效率低
曼彻斯特编码	每个码元中间跳变，高→低=0，低→高=1	自同步，以太网使用，带宽是基带两倍
差分曼彻斯特编码	码元开始处有/无跳变表示0/1，中间必跳变	自同步，抗干扰性好

曼彻斯特编码是408重点：每个码元中间有一次电平跳变，既可作为时钟信号（自同步），又可表示数据。以太网（IEEE 802.3）使用曼彻斯特编码。

4B/5B编码：将4位数据用5位编码表示，确保编码中至少有两次跳变，提高同步性。

3. 数字数据调制为模拟信号

三种基本调制方式：

调制方式	改变的参数	英文缩写	说明
调幅（ASK）	振幅	Amplitude Shift Keying	有载波=1，无载波=0
调频（FSK）	频率	Frequency Shift Keying	高频=1，低频=0
调相（PSK）	相位	Phase Shift Keying	相位变化表示0/1
QAM	振幅+相位	Quadrature Amplitude Modulation	ASK与PSK结合，常用

4. 模拟数据编码为数字信号

**PCM（脉冲编码调制）**三步骤：

采样：按奈奎斯特定理，采样频率 ≥ 2倍信号最高频率
量化：将采样值离散化为有限个等级
编码：将量化值编码为二进制

三、记忆与理解辅助

编码方式口诀："曼彻斯特看中间，差分曼彻看开头"——曼彻斯特看码元中间跳变方向判断0/1，差分曼彻斯特看码元开始处有无跳变
调制方式口诀："调幅看高矮，调频看快慢，调相看方向"
PCM口诀："采样量化编码"——先采样（连续→离散时间），再量化（连续幅度→离散幅度），最后编码（→二进制）

编码类型	自同步	编码效率	应用场景
NRZ	否	100%	很少使用
曼彻斯特	是	50%	以太网
差分曼彻斯特	是	50%	令牌环网
4B/5B	是	80%	快速以太网

四、例题与精解

例题1（基础巩固）

题目：以太网采用的编码方式是（） A. NRZ编码 B. 曼彻斯特编码 C. 差分曼彻斯特编码 D. 4B/5B编码

命题意图：考查对以太网编码方式的识记。

精解：

审题分析：需要知道以太网（IEEE 802.3）使用的编码方式。
解题思路：回顾以太网标准。
完整步骤：
- A：NRZ编码不自同步，不适合以太网。错误。
- B：正确。以太网（10BASE-T等）使用曼彻斯特编码。
- C：差分曼彻斯特编码用于令牌环网。错误。
- D：4B/5B编码用于100BASE-TX（快速以太网），但经典以太网用曼彻斯特编码。错误。
- 答案为 B。
方法反思：需要区分经典以太网（10Mbps用曼彻斯特）和快速以太网（100Mbps用4B/5B+MLT-3）。408通常考查经典以太网。

例题2（中等提升）

题目：一个模拟信号的最高频率为 4 kHz，按照PCM方式进行数字化，量化级数为 256。求：（1）最低采样频率；（2）每个采样值编码后的比特数；（3）数据传输率。

命题意图：考查PCM编码的完整流程计算。

精解：

审题分析：已知最高频率 $f_{max} = 4000$ Hz，量化级数 $L = 256$ 。
解题思路：依次用奈奎斯特采样定理、量化级数与比特数关系、数据率公式。
完整步骤：
- （1）最低采样频率： $f_s = 2 \times f_{max} = 2 \times 4000 = 8000$ Hz = 8 kHz
- （2）每个采样值的比特数： $n = \log_2 L = \log_2 256 = 8$ bit
- （3）数据传输率： $R = f_s \times n = 8000 \times 8 = 64000$ bps = 64 kbps
方法反思：64 kbps正好是PCM语音的标准速率（DS0信道）。PCM三步中，采样率由奈奎斯特定理决定，比特数由量化级数决定，数据率=采样率×比特数。

五、考情分析

考查频次：编码方式识别与PCM计算近5年出现约3–4次
常见题型：选择题（编码识别）和计算题（PCM）
分值占比：2–5分
命题趋势：曼彻斯特编码的波形识别是高频考点，PCM计算也常出现。基于大纲与命题规律推测

六、易错点提醒

错误表现：曼彻斯特编码中0和1对应的跳变方向记反 错误原因：不同教材定义可能相反（IEEE 802.3标准：高→低=0，低→高=1） 正确理解：以408考试常用定义为准，若题目未说明则按IEEE 802.3标准
错误表现：将采样频率与信号频率混淆，忘记"两倍"关系 错误原因：对奈奎斯特采样定理记忆不牢 正确理解：采样频率 ≥ 2 × 最高频率，不是信号频率本身
错误表现：误认为曼彻斯特编码效率为100% 错误原因：只看到它能传输数据，忽略了中间跳变占用了带宽 正确理解：曼彻斯特编码效率为50%——每个码元时间内有两次电平变化，所需带宽是基带信号的两倍

七、来源标注

依据2026考研统考大纲
依据《计算机网络》（第8版）谢希仁版
依据大学本科经典教材共识

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计算机网络 ​

CN-02-02 编码与调制 ​

一、定位信息 ​

二、知识点讲解 ​

1. 基本概念 ​

2. 数字数据编码为数字信号 ​

3. 数字数据调制为模拟信号 ​

4. 模拟数据编码为数字信号 ​

三、记忆与理解辅助 ​

四、例题与精解 ​

例题1（基础巩固） ​

例题2（中等提升） ​

五、考情分析 ​

六、易错点提醒 ​

七、来源标注 ​

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