物联网概论(物联网概论第二版课后答案)

 

通信技术分为：有线通信技术、无线通信技术、光纤通信技术

通信技术的主要研究内容包括：信号处理、信号传输、通信网络。

为了有效利用电信号，需要对信号进行处理，信号处理技术在通信等领域有着相当重要的应用价值。譬如：电信号弱小时对它放大；电信号混有噪声时对它滤波；频率不适应于信道的传输时，对它进行调制和解调；信号遇到失真畸变时，对它进行均衡；信号类型很多时，进行识别。

信号处理就是对信号进行分析、变换、综合、识别、加工，以便提取有用的信息加以利用。可以分为模拟信号处理，数字信号处理。电路是信号处理的载体，模拟电路是对模拟信号进行处理，数字电路是对数字信号进行处理。

对信号的分析通常可以从时域、频域、复数域三个方面进行有效分析。

1.信号的定义：可以理解为任何携带信息的物理量，譬如距离、速度、温度、压力、电压、电流等，信号是传递信息的函数，随时间空间的变化而变化，函数的图像对应信号的波形。

2.信号的产生：可以自然界产生，也可以通过计算机等设备人工合成。

互联网小常识：网络管理系统一般由管理进程（Manager）、被管对象（MO）、代理进程（Agent）、管理信息库（MIB）和网络管理协议（SNMP和CMIP）五部分组成。

3.常见的信号：语音信号、音乐信号、图像信号、视频信号。语音信号表示空间上某个点的空气压力，是时间的函数；图像信号是光强度的表示，黑白平面图像可以看成是横纵空间坐标的函数；视频信号是由一幅幅图像（帧）按照时间序列排序组成的，光强度随着两个空间坐标和一个时间坐标的变化而变化。

4.按照时间的连续性，信号可以分为连续时间信号和离散时间信号；按照间和幅度的连续性，信号可以分为模拟信号和数字信号两种。模拟信号在时间和幅度上都是连续的，数字信号在时间和幅度上都是离散的。

5.信号的分析：信号可以描述为一个或多个变量的函数，分析信号就是分析函数，通常用各类数学工具将信号分解为多个分量的叠加，通过分析这些分量的组成情况，观察信号特性。

信号分析方法通常有时域和频域两种，时域是以时间为变量来描述信号或系统，将信号看作时间的函数，分析信号随时间的变化，通过对信号函数在时间域内加减、滤波、放大、统计特性分析计算、相关性分析计算等，可以获得信号波形在不同时刻的相似性和关联性。

频域分析是利用傅里叶变化和傅里叶分析的数学工具，把信号分解为不同的频率正弦波信号的叠加组合。

时域和频域可以通过傅里叶分析的数学工具互相转换，根据傅里叶变换的理论，可以把任意一个信号（周期或非周期信号）分解成很多不同频率、不同幅度的正弦信号的叠加，通过频谱图直观的表现出来。

除了时域与频域之间相互转换的傅里叶变换之外，还可以把信号转换到其他域进行分析。譬如：拉普拉斯变换是将信号转换到复数域，将信号分解为不同频率的复指数信号的线性组合；Z变换可以将原来求解差分方程的问题转换为求解代数方程的问题；希尔伯特变换能够实现瞬时信号的提取；小波变换类似于傅里叶变换，但变换后得到的信号兼具了时域和频域的信息，更适合一些不稳定、有突变的信号。

1.数字信号处理是利用计算机/可编程逻辑控制器/专用集成电路芯片，采用数值计算的方法对信号进行处理的一门学科。相比于模拟信号，数字信号灵活性好、稳定性高、性能强大、抗干扰能力强、处理精度高、安全性强和可集成度好等一系列优点。

互联网小常识：可变长子网掩码地址规划。子网长度不同，根据需求分析应该为每个子网分配的子网号长度、主机号长度，计算子网掩码，列出ip地址段。

2.数字信号处理的过程：输入信号——预处理——模数转换——数字滤波——数模转换——平滑滤波——输出信号。

预处理：对输入模拟信号进行模拟滤波，初步去除无用部分和噪声，为数字信号处理的前端处理。

模数转换：将模拟信号转化为数字信号，通过采样——保持——量化——编码四个步骤，变成二进制编码。

频谱分析：将信号从时域变换为频域，从频域的角度分析信号，数学理论基础是傅里叶变换/傅里叶分析/离散傅里叶变换/快速傅里叶变换。

数字滤波：使用一些专门的数字滤波器对信号进行加工处理。

数模转换：将处理后得到的数字信号转换为模拟信号。

平滑滤波：数模转换本身会产生一定的噪声，去除噪声。

3.频谱分析分析信号所包含的频率分量、构成特点、变换规律等，对于在频域上不能很好反应其特征的信号，譬如幅度不确定但有一定的统计规律的随机信号，需要用到相关计算、谱估计、小波分析。

滤波：对信号频谱进行处理，数字滤波本质上是一种算法，数字滤波可以对信号实现特殊的滤波功能，譬如频率选择、微分、希尔伯特变换、频率校正。数字滤波具有精度高、误差小，依靠数字逻辑门电路寄存器、延时器、加法器、乘法器等数字运算器件来实现。

滤波器可分为经典滤波器和现代滤波器。经典滤波器假设输入信号中的有效信号和噪声是分布在不同频率范围内的，滤波时滤出噪声所在频率范围的成分即可，通常包括高通滤波、低通滤波、带通滤波、带阻滤波。现代滤波器建立在随机信号处理的理论基础上，从统计学角度，如自相关函数、互相关函数、自功率谱、互功率谱，估计出有效信号和噪声信号，然后利用数字设备譬如维纳滤波器、卡尔曼滤波器、自适应滤波器实现滤波功能。

4.数字信号处理的实现有3种方法：软件实现、专用硬件实现、软硬件结合实现。

软件实现：在单片微型计算机上编程实现，简单方便、处理速度快，有现成的用于特定信号处理问题的函数库可供开发使用。

专用硬件实现：先确定数字信号处理的算法，然后用专用集成电路设计的方法设计一款芯片去执行该算法。处理速度快，定型后无法改动，一般适用于某种专用特殊场合。

软硬件结合实现：用FPGA或者专用的DSP芯片去实现，速度快，也可以灵活调整，已经成为了最广泛的方法。

互联网小常识：水平子系统导线选型10Mbps 4-5类双绞线，10-100Mbps 5-6类双绞线，100Mbps 6类双绞线。水平子系统布线一般采用走廊金属布线。

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