第一章通信系統(tǒng)概論

1、v第一章 通信系統(tǒng)概論v第二章 模擬信號數(shù)字化與信源編碼v第三章 數(shù)字信號的基帶傳輸v第四章 數(shù)字信號的頻帶傳輸v第五章 信道編碼技術(shù)v第六章 信道復(fù)用與多址技術(shù)v第七章 同步原理v第八章 數(shù)字信號的最佳接收v1、能力目標(biāo): （1）能夠正確操作常用數(shù)字通信測量儀器 （2）能用儀器測量各種技術(shù)參數(shù)并理解其含義 （3）能夠用儀器測量數(shù)字通信中調(diào)制解調(diào)電路 的特性 （4）能夠用儀器測試并分析數(shù)字通信傳輸鏈路 的性能 （5）能夠用儀器觀測并分析數(shù)字通信中差錯控 制編碼的作用v2、知識目標(biāo): （1）掌握信道與噪聲的特點(diǎn) （2）掌握模擬信號的數(shù)字傳輸原理 （3）了解信道復(fù)用與數(shù)字復(fù)接技術(shù)的工作原理 （4）

2、理解數(shù)字信號的基帶、頻帶傳輸工作原理及應(yīng)用 （5）掌握同步技術(shù)分類、原理及應(yīng)用 （6）掌握差錯控制編碼的分類、原理、功能 及應(yīng)用v教學(xué)目的 數(shù)字通信原理是通信工程專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)課，通過本課程的學(xué)習(xí)，能使同學(xué)們對數(shù)字通信的基本概念及數(shù)字通信系統(tǒng)等有個較全面的了解，并能掌握一定的數(shù)字通信的基本理論和技能。 學(xué)好這門課為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下一個良好的基礎(chǔ)，同時也會對將來從事通信和計(jì)算機(jī)等方面的工作有所幫助。v1.1 通信的基本概念與通信系統(tǒng)v1.2 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)v1.3 信道容量與香農(nóng)公式v1.1.1通信的發(fā)展通信的發(fā)展 遠(yuǎn)古時代的人類用表情和動作進(jìn)行信息交流,這是最原始的通信方式。

3、后來,人類在漫長的生活中創(chuàng)造了語言和文字,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了語言和文字的消息交流。除此之外,人類還創(chuàng)造了許多消息的傳遞方式,如古代的烽火臺、金鼓、錦旗和航行用的信號燈等,這些都是解決遠(yuǎn)距離消息傳遞的方式。 進(jìn)入19世紀(jì)后,人們開始試圖用電信號進(jìn)行通信。表11中列出了一些與通信相關(guān)的歷史事件,讀者可從中清晰地掌握通信發(fā)展的概貌。 通信技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在電纜通信、微波中繼通信、光纖通信、衛(wèi)星通信、移動通信等幾個方面。下面通過分析現(xiàn)代通信技術(shù)的現(xiàn)狀來看看未來通信的發(fā)展趨勢。 電纜通信是最早發(fā)展起來的通信手段。其用于長途通信已有60余年歷史,在通信中占有突出地位。在光纖通信和移動通信發(fā)展之前,電話、傳真、

4、電報(bào)等各用戶終端與交換機(jī)的連接全靠市話電纜。電纜還曾是長途通信和國際通信的主要手段,大西洋、太平洋均有大容量的越洋電纜。由于光纖通信的發(fā)展,同軸電纜逐漸被光纖電纜所取代。 微波中繼通信始于20世紀(jì)60年代,它彌補(bǔ)了電纜通信的缺點(diǎn),較一般電纜通信,具有易架設(shè),建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。它是目前通信的主要手段之一,主要用于傳輸長途電話和電視節(jié)目。隨著數(shù)字通信的發(fā)展,數(shù)字微波成為微波中繼通信的主要發(fā)展方向。 光纖通信是以光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)為傳輸媒質(zhì)、以光波為載波的通信方式。光纖通信具有容量大、頻帶寬、傳輸損耗小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn),且成本低,與同軸電纜相比可以節(jié)約大量有色金屬和能源。光纖通

5、信已成為各種通信干線的主要傳輸手段。 衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn),覆蓋面積大,不受地形條件限制,傳輸容量大,建設(shè)周期短,可靠性高。自1965年第一顆國際通信衛(wèi)星投入商用以來,衛(wèi)星通信得到迅速發(fā)展,現(xiàn)在第六代國際通信衛(wèi)星即將投入使用。目前,衛(wèi)星通信的使用范圍已遍及全球,僅國際衛(wèi)星通信組織就擁有數(shù)十萬條話路,80的洲際通信業(yè)務(wù)和100的遠(yuǎn)距離電視傳輸業(yè)務(wù)均采用衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信已成為國際通信的主要手段。同時,衛(wèi)星通信已進(jìn)入國內(nèi)通信領(lǐng)域,許多發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家均擁有國內(nèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。 v 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)是將通信范圍分為若干相距一定距離的小區(qū),移動用戶可以從一個小區(qū)運(yùn)動到另一個小區(qū),依靠終端對

6、基站的跟蹤,使通信不中斷。移動用戶還可以從一個城市漫游到另一個城市,甚至到另一個國家與原注冊地的用戶終端通話。數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)主要由三部分組成:控制交換中心、若干基站、諸多移動終端。通過控制交換中心進(jìn)入公用有線電話網(wǎng),從而實(shí)現(xiàn)移動電話與固定電話、移動電話與移動電話之間的通信。v 目前廣泛應(yīng)用的是第二代移動通信系統(tǒng)（2G）即GSM系統(tǒng)和第三代移動通信系統(tǒng)（3G）即CDMA系統(tǒng)v1 通信的定義通信的定義 一般意義上的通信(Communication)是指由一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞。滿足此定義的例子很多，如打電話，它是利用電話(系統(tǒng))來傳遞消息；兩個人之間的對話，亦是利用聲音來傳遞消息，不

7、過只是通信距離非常短而已；古代“消息樹”、“烽火臺”和現(xiàn)代仍使用的“信號燈”等也是利用不同方式傳遞消息的，理應(yīng)歸屬通信之列。 然而，隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，人們對傳遞消息的要求也越來越高。在各種各樣的通信方式中，利用“電”來傳遞消息的通信方法稱之為電信(Telecommunication)，這種通信具有迅速、準(zhǔn)確、可靠等特點(diǎn)，而且?guī)缀醪皇軙r間、地點(diǎn)、空間、距離的限制，因而得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。如今，在自然科學(xué)中，“通信”與“電信”幾乎是同義詞了。本教材中所說的通信，均指電信。這里不妨對通信重新定義：把利用電子等技術(shù)手段，借助電信號(含光信號)實(shí)現(xiàn)從一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞和交換稱為通信

8、。 通信從本質(zhì)上講就是實(shí)現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學(xué)技術(shù)，它要將大量有用的信息無失真、高效率地進(jìn)行傳輸，同時還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。當(dāng)今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有存儲、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學(xué)技術(shù)的一個重要組成部分。 v2 通信的分類通信的分類 常用的通信分類方法有以下幾種。v1.按傳輸媒質(zhì)分按傳輸媒質(zhì)分 按消息由一地向另一地傳遞時傳輸媒質(zhì)的不同，通信可分為兩大類：一類稱為有線通信，另一類稱為無線通信。所謂有線通信，是指傳輸媒質(zhì)為導(dǎo)線、電纜、光纜、波導(dǎo)等形式的通信，其特點(diǎn)是媒質(zhì)能看得見，摸得著。導(dǎo)線可以是架空明線、電纜、光纜及波導(dǎo)等。所謂無線通信，是

9、指傳輸消息的媒質(zhì)為看不見、摸不著的媒質(zhì)(如電磁波)的一種通信形式。 通常，有線通信亦可進(jìn)一步再分類，如明線通信、電纜通信、光纜通信等。無線通信常見的形式有微波通信、短波通信、移動通信、衛(wèi)星通信、散射通信等。 v 2.按信道中所傳信號的不同分按信道中所傳信號的不同分 信道是傳輸信號的通路。通常信道中傳送的信號可分為數(shù)字信號和模擬信號，由此，通信亦可分為數(shù)字通信和模擬通信。 凡信號的某一參量(如連續(xù)波的振幅、頻率、相位，脈沖波的振幅、寬度、位置等)可以取無限多個數(shù)值，且直接與消息相對應(yīng)的，稱為模擬信號。模擬信號有時也稱連續(xù)信號，這個連續(xù)是指信號的某一參量可以連續(xù)變化(即可以取無限多個值)，例如強(qiáng)弱

10、連續(xù)變化的語音信號，亮度連續(xù)變化的電視圖像信號等都是模擬信號。 凡信號的某一參量只能取有限個數(shù)值，并且常常不直接與消息相對應(yīng)的，稱為數(shù)字信號。數(shù)字信號有時也稱離散信號，這個離散是指信號的某參量是離散(不連續(xù))變化的，而不一定在時間上也離散。v 3.按工作頻段分按工作頻段分 根據(jù)通信設(shè)備的工作頻率不同，通信通?？煞譃殚L波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。為了比較全面地對通信中所使用的頻段有所了解，下面把通信使用的頻段及說明列入表12中。通信中工作頻率和工作波長可互換，公式為 式中，為工作波長；f 為工作頻率；C 為電波在自由空間中的傳播速度，通常認(rèn)為C=3108 m/s。fC(1-1)v 4

11、. 按調(diào)制方式分按調(diào)制方式分 根據(jù)消息在送到信道之前是否采用調(diào)制， 通信可分為基帶傳輸和頻帶傳輸。所謂基帶傳輸是指信號沒有經(jīng)過調(diào)制而直接送到信道中去傳輸?shù)囊环N方式，而頻帶傳輸是指信號經(jīng)過調(diào)制后再送到信道中傳輸，收端有相應(yīng)解調(diào)措施的通信系統(tǒng)。 v3 通信的方式通信的方式v 1.按消息傳送的方向與時間分按消息傳送的方向與時間分 通常，如果通信僅在點(diǎn)對點(diǎn)之間進(jìn)行，或一點(diǎn)對多點(diǎn)之間進(jìn)行，那么，按消息傳送的方向與時間不同，通信的工作方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信。 v 所謂單工通信，是指消息只能單方向進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通信工作方式，如圖11(a)所示。單工通信的例子很多，如廣播、遙控、無線尋呼等

12、，這里，信號(消息)只從廣播發(fā)射臺、遙控器和無線尋呼中心分別傳到收音機(jī)、遙控對象和BP機(jī)上。v 所謂半雙工通信方式，是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進(jìn)行收和發(fā)的形式，如圖11(b)所示。例如對講機(jī)、收發(fā)報(bào)機(jī)等都是這種通信方式。v 所謂全雙工通信方式，是指通信雙方可同時進(jìn)行收發(fā)信息的工作方式。如圖1-1（c）所示。例如普通電話、手機(jī)都是這種通信方式。圖 1-1 按消息傳送的方向和時間劃分的通信方式(a) 單工方式； (b) 半雙工方式； (c) 全雙工方式v 2.按數(shù)字信號排序分按數(shù)字信號排序分 在數(shù)字通信中，按照數(shù)字信號排列的順序不同，可將通信方式分為串行傳輸和并行傳輸。所謂串行傳輸，即是

13、將代表信息的數(shù)字信號序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸?shù)姆绞剑鐖D12(a)所示；優(yōu)點(diǎn)：只需一條通信信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費(fèi)用缺點(diǎn)：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施 如果將代表信息的數(shù)字信號序列分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號序列同時并行在信道上傳輸，則稱為并行傳輸通信方式優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省傳輸時間，速度快：不需要字符同步措施缺點(diǎn)：需要 n 條通信線路，成本高 v 3.按通信網(wǎng)絡(luò)形式分按通信網(wǎng)絡(luò)形式分 通信的網(wǎng)絡(luò)形式通常可分為三種：點(diǎn)到點(diǎn)通信方式、點(diǎn)到多點(diǎn)通信(分支)方式和多點(diǎn)到多點(diǎn)通信(交換)方式，它們的示意圖如圖13所示。 點(diǎn)到點(diǎn)通信方式是通信網(wǎng)絡(luò)中最為簡單的一種形式，終端A與終端B之間的線路是專

14、用的； 在點(diǎn)到多點(diǎn)通信(分支)方式中，它的每一個終端(A,B,C,N)經(jīng)過同一信道與轉(zhuǎn)接站相互連接，此時，終端之間不能直通信息，而必須經(jīng)過轉(zhuǎn)接站轉(zhuǎn)接，此種方式只在數(shù)字通信中出現(xiàn)； 多點(diǎn)到多點(diǎn)通信(交換)方式是終端之間通過交換設(shè)備靈活地進(jìn)行線路交換的一種方式，即把要求通信的兩終端之間的線路接通(自動接通)，或者通過程序控制實(shí)現(xiàn)消息交換，即通過交換設(shè)備先把發(fā)方來的消息存儲起來，然后再轉(zhuǎn)發(fā)至收方，這種消息轉(zhuǎn)發(fā)可以是實(shí)時的，也可是延時的。 圖 1-3 按網(wǎng)絡(luò)形式劃分的通信方式(a) 兩點(diǎn)間直通方式； (b) 分支方式； (c) 交換方式v1 通信系統(tǒng)的模型通信系統(tǒng)的模型v通信的任務(wù)是完成消息的傳遞和交

15、換。以點(diǎn)對點(diǎn)通信為例，可以看出要實(shí)現(xiàn)消息從一地向另一地的傳遞，必須有三個部分：一是發(fā)送端，二是接收端，三是收發(fā)兩端之間的信道，如圖14所示。v模型中各部分功能如下：(1) 信源 信源是指發(fā)出信息的信息源，或簡單地說是信息的發(fā)出者。信息源(簡稱信源)的作用是把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號，如電話系統(tǒng)中電話機(jī)可看成是信源，信源輸出的信號稱為基帶信號。所謂基帶信號，是指沒有經(jīng)過調(diào)制的原始信號，其特點(diǎn)是頻率較低?；鶐盘柨煞譃閿?shù)字基帶信號和模擬基帶信號。(2) 變換器 變換器的功能是把信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘枴?(3) 信道 信道是信號傳輸?shù)耐?是信號傳輸媒介的總稱。信道中自然會疊

16、加上噪聲。 (4)反變換器 在接收端，接收設(shè)備的功能正好相反于發(fā)送設(shè)備，它將從收到的信號中恢復(fù)出相應(yīng)的原始信號。 (5)信宿 受信者(也稱信宿或收終端)是將復(fù)原的原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息，如電話機(jī)將對方傳來的電信號還原成了聲音。 (6)噪聲源 噪聲源是信道中的所有噪聲以及分散在通信系統(tǒng)中其他各處噪聲的集合。圖中這種表示并非指通信中一定要有一個噪聲源，而是為了在分析和討論問題時便于理解而人為設(shè)置的。 v根據(jù)信號物理參量基本特征的不同，信號可以分為兩大類：模擬信號和數(shù)字信號。v 1.模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng) 我們把信道中傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)的組成(通常也稱為模型)可由一

17、般通信系統(tǒng)模型略加改變而成，如圖15所示。圖15模擬通信系統(tǒng)模型v 對于模擬通信系統(tǒng)，它主要包含兩種重要變換。一是把連續(xù)消息變換成電信號(發(fā)端信息源完成)和把電信號恢復(fù)成最初的連續(xù)消息(收端受信者完成)。v 由信源輸出的電信號(基帶信號)具有頻率較低的頻譜分量，一般不能直接作為傳輸信號而送到信道中去。因此，模擬通信系統(tǒng)里常有第二種變換，即將基帶信號轉(zhuǎn)換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?，這一變換由調(diào)制器完成；v 在接收端同樣需經(jīng)相反的變換，它由解調(diào)器完成。經(jīng)過調(diào)制后的信號通常稱為已調(diào)信號。已調(diào)信號有三個基本特性：一是攜帶有消息，二是適合在信道中傳輸，三是具有較高頻率成分。v圖1-6語聲模擬通信系統(tǒng)示意

18、圖v 2.數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng) 與模擬通信相對應(yīng)，信源所發(fā)出的信息經(jīng)變換和處理后，送往信道上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。語聲信號的數(shù)字通信系統(tǒng)構(gòu)成如下圖1-7所示。圖1-7語聲數(shù)字通信系統(tǒng)示意圖v 信源編碼的作用： 1. 將模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號，即模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）。 2. 盡量降低數(shù)字信號的傳輸數(shù)碼率，即數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)，信源編碼技術(shù)很大程度上是圍繞壓縮編碼技術(shù)來展開的，以提高通信系統(tǒng)的性能。v 信源解碼的作用： 是信源編碼的逆過程，將接收端收到的數(shù)字信號還原為原來的模擬信號，即數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)換）。v 信道編碼的作用： 信道環(huán)境很復(fù)雜，經(jīng)過信源編碼后的數(shù)字信

19、號在信道傳輸過程中會受到各種各樣的噪聲干擾，難免會發(fā)生差錯，為提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力，盡可能地對傳輸過程中產(chǎn)生的差錯進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)可靠通信，我們就采用了差錯控制編碼，也稱為信道編碼。v 信道解碼的作用： 信道解碼是信道編碼的逆過程，功能是將傳輸過程中增加的差錯控制編碼恢復(fù)成原來的信號。 v 1. 數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn) (1)抗干擾能力強(qiáng) 在數(shù)字通信中，由于數(shù)字信號的幅度值為有限個數(shù)的離散值(通常取兩個幅值)，在傳輸過程中受到噪聲干擾雖然也要疊加噪聲，但當(dāng)信噪比還沒有惡化到一定程度時，即在適當(dāng)?shù)木嚯x，采用再生的方法即可消除噪聲干擾，將信號再生成原發(fā)送的信號，如圖1.9(b)所示

20、。 圖1.9 兩類通信方式抗干擾性能比較 （2）便于加密處理，且保密性強(qiáng) 信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹碓绞艿街匾?，?shù)字通信的加密處理比模擬通信更容易實(shí)現(xiàn)。以語聲數(shù)字通信為例，經(jīng)過數(shù)字變換后的信號就可以用簡單的數(shù)字邏輯運(yùn)算進(jìn)行加密處理，如圖1.10所示。圖1.10 數(shù)字通信加密方法示意v （3）差錯可控 數(shù)字信號通過差錯控制編碼，可采用糾錯和檢錯技術(shù)，可提高通信的可靠性。 v （4）易于集成化，從而使通信設(shè)備微型化 由于數(shù)字通信系統(tǒng)中大部分電路都是由數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的，微電子技術(shù)的發(fā)展可使數(shù)字通信便于用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)。v （5）易于與各種數(shù)字終端接口v 2.數(shù)字通信的缺點(diǎn)數(shù)字通信的

21、缺點(diǎn) (1)數(shù)字信號比模擬信號占的頻帶寬，頻帶利用率不高。數(shù)字通信中，數(shù)字信號占用的頻帶寬，以電話為例，一路數(shù)字電話一般要占據(jù)約2060kHz的帶寬，而一路模擬電話僅占用約4 kHz帶寬。如果系統(tǒng)傳輸帶寬一定的話， 模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話的515倍。 (2) 系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜，同步要求較高。數(shù)字通信中，要準(zhǔn)確地恢復(fù)信號，必須要求收端和發(fā)端保持嚴(yán)格同步。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)及設(shè)備一般都比較復(fù)雜，體積較大。 如何評價一個通信系統(tǒng)的性能優(yōu)劣是選擇和使用一個通信系統(tǒng)所面臨的首要問題。因此，必須找出能夠反映通信系統(tǒng)性能的技術(shù)指標(biāo)，然而，研究通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)是一個非常復(fù)雜的問題，它包含有多方面

22、的指標(biāo)，如有效性、可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、保密性、標(biāo)準(zhǔn)性和維護(hù)的便利性等，這些指標(biāo)從不同的角度對通信系統(tǒng)的優(yōu)劣做出評價。但是通信的基本任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息，所以通信系統(tǒng)的諸多性能指標(biāo)中起決定作用的主要是快速（有效性）和準(zhǔn)確（可靠性）。v 有效性即信息傳遞的速度，是指傳輸一定信息量時所占用的信道資源（頻帶寬度和時間間隔），或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}。即在給定的信道內(nèi)，單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘康亩嗌?。通?？偸窍Ｍ趩挝粫r間里傳輸更多的信息。v 可靠性即信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。v 顯然，有效性和可靠性是兩個互相矛盾的指標(biāo)，提高有效性往往就意味著降低可靠

23、性，反之，提高可靠性必然會降低有效性。工程實(shí)際中經(jīng)常采用在保證一定的可靠性指標(biāo)的情況下，盡可能地提高信息傳輸速率；或者在維持一定的有效性的條件下，盡量提高信息傳輸?shù)馁|(zhì)量。 模擬通信系統(tǒng)中有效性：用有效傳輸頻帶來度量。即用傳輸頻帶寬度來衡量。 如模擬通信的多路頻分復(fù)用傳輸，當(dāng)每一路的有效帶寬一定時，信道帶寬越寬，可以容納的路數(shù)就越多，也就意味著系統(tǒng)的有效性越好。當(dāng)然模擬通信系統(tǒng)的有效帶寬與系統(tǒng)采用的調(diào)制方式有關(guān)，如調(diào)頻方式就要比調(diào)幅方式占用更大的帶寬。不同調(diào)制方法得到的有效帶寬不一樣，系統(tǒng)的有效性也不同。v可靠性：可用接收端最終輸出信噪比來度量。 模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)是用接收端輸出信噪比評價

24、的。信噪比是信號的平均功率S和噪聲的平均功率N的比值。信噪比越大，說明噪聲對信號的影響越小，通信的質(zhì)量就越好，即系統(tǒng)的可靠性越高。輸出信噪比不僅僅與信道內(nèi)的信號功率和噪聲功率有關(guān)，還與信號的調(diào)制方式有很大關(guān)系。如調(diào)頻系統(tǒng)的信噪比就比調(diào)幅系統(tǒng)的要高。v1有效性有效性-傳輸速率傳輸速率 通常，評價數(shù)字通信系統(tǒng)有效性的指標(biāo)是傳輸速率。傳輸速率又分為碼元傳輸速率和信息傳輸速率。 （1）碼元傳輸速率RB 碼元傳輸速率RB又稱為碼元速率，簡稱傳碼率。是指系統(tǒng)在單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目，單位為波特（Baud），常用符號“B”表示。例如系統(tǒng)1秒鐘傳輸3600個碼元，則稱碼元速率為3600波特（B）。例如：二進(jìn)

25、制調(diào)頻波，一個例如：二進(jìn)制調(diào)頻波，一個1或或0符號的持續(xù)時間為符號的持續(xù)時間為sT610833，則碼元速率為多少？，則碼元速率為多少？解：碼元速率為解：碼元速率為120010833116TRBBaudv（2）信息傳輸速率Rb 信息傳輸速率Rb又稱為信息速率，簡稱傳信率。是指系統(tǒng)在單位時間內(nèi)傳輸?shù)钠骄畔⒘炕虮忍財(cái)?shù)。單位是bit/s或bps。 碼元速率和信息速率都屬于數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)，兩者之間既有聯(lián)系，也有區(qū)別。它們之間的關(guān)系如下： （bit/s） （1-6） 或 （B） （1-7） 式中，N代表碼元的進(jìn)制數(shù)。從表達(dá)式中可以看出，當(dāng)N等于2時， Rb = RB 。NRRbB2log/NR

26、RBb2log 對于二進(jìn)制數(shù)字信號：M = 2，碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。對于多進(jìn)制，例如在八進(jìn)制（M = 8）中，若碼元速率為1200 B，則信息速率為多少？22log1200log 81200*33600bBRRN例例：設(shè)一數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳送二進(jìn)制碼元的速率為：設(shè)一數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳送二進(jìn)制碼元的速率為1200Baud，試求該系統(tǒng)的信息速率；若該系統(tǒng)改為傳送十六進(jìn)制信號碼試求該系統(tǒng)的信息速率；若該系統(tǒng)改為傳送十六進(jìn)制信號碼元，碼元速率為元，碼元速率為2400Baud，則這時的系統(tǒng)信息速率為多少？，則這時的系統(tǒng)信息速率為多少？解解（1） （2）12002loglog22BBbRNRR比特比特

27、/秒秒96004240016log2BbRR比特比特/秒秒練習(xí)練習(xí)：已知二進(jìn)制數(shù)字信號的傳輸速率為：已知二進(jìn)制數(shù)字信號的傳輸速率為2400b/s，試問變換，試問變換成四進(jìn)制數(shù)字信號時的傳輸速率為多少成四進(jìn)制數(shù)字信號時的傳輸速率為多少Baud。解：解：12002/24004log/2bBRRBaud/sv2可靠性可靠性-差錯率差錯率 衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是差錯率，常用誤碼率和誤信率表示。是指通信終端接收到的數(shù)字信號發(fā)生錯誤的概率。 （1）誤碼率Pe 誤碼率Pe又稱為碼元差錯率，是指接收端錯誤接收的碼元數(shù)與所接收的總碼元數(shù)的比值，即碼元在通信系統(tǒng)中被傳錯的概率。 （1-10） （2）誤信率

28、Pb 誤信率又稱為比特差錯率，是指接收端的錯誤接收的比特?cái)?shù)與所接收的總比特?cái)?shù)的比值。 （1-11） NPNe傳輸總碼數(shù)發(fā)生誤碼個數(shù)nlimNPNb傳輸總比特?cái)?shù)發(fā)生錯誤比特?cái)?shù)nlim 顯然，誤碼率和誤信率越低，數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性就越高，質(zhì)量越好，在二進(jìn)制系統(tǒng)中Pe = Pb。v例1：某系統(tǒng)經(jīng)長期測定，它的誤碼率Pe=10（-5），系統(tǒng)碼元速率為1200B，問平均在多長時間內(nèi)可能收到360個誤碼元。v例2：已知某4進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)的傳信率為2400bit/s，接收端在半個小時內(nèi)共收到216個錯誤碼元，試計(jì)算該系統(tǒng)的誤碼率Pe。v3. 系統(tǒng)頻帶利用率系統(tǒng)頻帶利用率 在比較不同數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性時

29、，某些情況下單純看信息傳輸速率是不夠的，兩個信息傳輸速率相同的系統(tǒng)所占用的信道頻帶寬度可能不同，這時，所占頻帶窄的系統(tǒng)傳輸信息的能力更強(qiáng)。所以系統(tǒng)頻帶利用率是全面評價數(shù)字通信系統(tǒng)有效性的指標(biāo)。 = （B/Hz） (1-8) 對于采用二進(jìn)制傳輸時的系統(tǒng)頻帶利用率可以表示為： = （bps/Hz） (1-9)頻帶寬度碼元傳輸速率頻帶寬度信息傳輸速率一、信息及其度量一、信息及其度量信息：消息中所包含的有效的內(nèi)容。信息：消息中所包含的有效的內(nèi)容。信息量：消息出現(xiàn)概率的函數(shù)。消息出現(xiàn)的概率越小，所包含信息量：消息出現(xiàn)概率的函數(shù)。消息出現(xiàn)的概率越小，所包含的信息量越大。的信息量越大。一個符號或事件，以概率

30、一個符號或事件，以概率P出現(xiàn)，則這個符號攜帶的信息量為：出現(xiàn)，則這個符號攜帶的信息量為：pIa1log信息量的單位與對數(shù)的底有關(guān)。底為信息量的單位與對數(shù)的底有關(guān)。底為2，單位為比特（，單位為比特（bit)，底為底為e，單位為奈特，單位為奈特(nit)，底為，底為10，單位為哈特，單位為哈特(hart)。例例1：已知二進(jìn)制離散信源（：已知二進(jìn)制離散信源（0，1），每一符號波形等概發(fā)送），每一符號波形等概發(fā)送，求傳送二進(jìn)制波形符號的信息量。，求傳送二進(jìn)制波形符號的信息量。解：由于每一波形出現(xiàn)的概率為解：由于每一波形出現(xiàn)的概率為P=1/2，故其信息量為：，故其信息量為：12log1log22pI比特

31、（比特（bit）例例2：已知四進(jìn)制離散信源（：已知四進(jìn)制離散信源（0，1，2，3），獨(dú)立等概發(fā)送，求），獨(dú)立等概發(fā)送，求傳送每一波形的信息量。傳送每一波形的信息量。解：由于每一波形出現(xiàn)的概率為解：由于每一波形出現(xiàn)的概率為P=1/4，故其信息量為：，故其信息量為：24log1log22pI比特（比特（bit）例例3：已知二進(jìn)制離散信源（：已知二進(jìn)制離散信源（0，1），若），若“0”出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為1/3，求出求出“1”符號攜帶的信息量。符號攜帶的信息量。解：由于解：由于“1”符號出現(xiàn)的概率為符號出現(xiàn)的概率為P=2/3，故其信息量為：，故其信息量為：585.023log1log22pI比特（比

32、特（bit）585.13log1log220pI比特（比特（bit）平均信息量：是指信源中每個符號所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值。平均信息量：是指信源中每個符號所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值。定義：統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的定義：統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的M個符號的離散信息源的平均信息量為：個符號的離散信息源的平均信息量為：iMiippH1log1比特比特/符號符號H 也稱為信源熵。也稱為信源熵。例例3 中每個符號的平均信息量為：中每個符號的平均信息量為：92. 0585. 131585. 032H比特比特/符號符號v 單位時間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘糠Q為信道容量。它可用信道的最大信息傳輸速率來表示。v 以無限小的差錯率和無限大的速率傳輸信息是人們對通信系統(tǒng)的理想要求?？墒切诺纻鬏斝盘柕墓β屎托诺赖膸捑怯邢薜?，信號在信道中傳輸要受到干擾的影響，在實(shí)際的工程應(yīng)用中往往采用折衷方案，即在滿足可靠性的前提下盡可能地提高信息速率。那么，在怎樣的情況下，信道可以不失真地將信息以盡量高的速率傳輸呢？香農(nóng)定理為我們解決