-北邮电路与信号考1第12章通信系统的基础知识课件.ppt

1、第第12 通信系统的基础知识通信系统的基础知识1目录通信系统的质量评价12-4通信系统的基本概念12-1通信介质12-2通信的传输方式12-3212-1-1通信系统模型通信系统模型3传递信息传递信息的通道的通道发出信息的发出信息的基本设施基本设施接收信息的接收信息的基本设施基本设施把待传输的消把待传输的消息转换成原始息转换成原始电信号电信号把接收到的原把接收到的原始电信号转换始电信号转换成消息成消息系统内各种系统内各种干扰影响的干扰影响的等效结果等效结果通信系统就是传递或交换信息所需的一切技术设备的总和，用以完成信息传输过程的技术系统的总称。通信系统一般由以下几部分组成。12-1-14将信源发

2、出的原始将信源发出的原始电信号变换成适合电信号变换成适合在信道中传输的信在信道中传输的信号号从接收到的信号从接收到的信号中恢复出相应的中恢复出相应的原始电信号原始电信号12-1-15AD转换转换编码编码调制调制解调解调解码解码DA转换转换12-1-2通信系统分类通信系统分类6有线通信是指传输有线通信是指传输媒质为架空明线、媒质为架空明线、电缆、光缆等形式电缆、光缆等形式的通信，其特点是的通信，其特点是媒质能看得见，摸媒质能看得见，摸得着。得着。常见的电缆主要包常见的电缆主要包括平衡电缆（又称括平衡电缆（又称双绞线）和同轴电双绞线）和同轴电缆、光纤等。缆、光纤等。无线通信是指利用无线通信是指利用

3、电磁波在空间传播信电磁波在空间传播信号的通信形式，其特号的通信形式，其特点是传输媒质看不见、点是传输媒质看不见、摸不着。摸不着。无线通信常见的形无线通信常见的形式包括微波通信、短式包括微波通信、短波通信、移动通信、波通信、移动通信、卫星通信、散射通信卫星通信、散射通信和激光通信等。和激光通信等。有线通信有线通信无线通信无线通信 按照传输媒质分类按照传输媒质分类2.按信道中所传信号的特征分按信道中所传信号的特征分按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分为把通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统模拟通信系统与数字通信系统。7模

4、拟通信系统模拟通信系统数字通信系统数字通信系统3 按工作频段分按工作频段分按通信设备的工作频率不同，通信系统可分为长波通信、按通信设备的工作频率不同，通信系统可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。中波通信、短波通信、微波通信等。8表 1-1 通信频段、常用传输媒质及主要用途频率范围波 长频段名称 常用传输媒介用 途 3Hz 30kHz 10 8 10 4 m 甚低频VLF 有线线对超长波无线电 音频、电话、数据终端、长距离导航、时标 30 300kHz 10 4 10 3 m 低频LF 有线线对长波无线电 导航、信标、电力线通信 300k 3MHz 10 3 10 2 m 中频MF

5、同轴电缆中波无线电 调幅广播、移动陆地通信、业余无线电 3 30MHz 10 2 10m 高频HF 同轴电缆短波无线电 移动无线电话、短波广播、定点军用通信、业余无线电 30 300MHz 10 lm 甚高频VHF 同轴电缆超短波/米波无线电 电视、调频广播、空中管制、车辆通信、导航、集群通信、无线寻呼 频率范围波 长频段名称 常用传输媒介用 途 300MHz 3GHz 100 10cm 特高频UHF 波导微波/分米波无线电 电视、空间遥测、雷达导航、点对点通信、移动通信 3 30GHz l0 lcm 超高频SHF 波导微波/厘米波无线电 微波接力、卫星和空间通信、雷达 30 300GHz 1

6、0 lmm 极高频EHF 波导微波/毫米波无线电 雷达、微波接力、射电天文学 10 5 l0 7 GHz 310-4 3l0-6 cm 红外、可见光、紫外 光纤激光空间传播 光通信 94.按调制方式分按调制方式分根据是否采用调制，可将通信系统分为根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（基带传输和频带（调制）传输调制）传输。基带传输是将没有经过调制的信号直接传送，如音频市内电话基带传输是将没有经过调制的信号直接传送，如音频市内电话 频带传输是对各种信号调制后再送到信道中传输的总称。接收频带传输是对各种信号调制后再送到信道中传输的总称。接收端有相应解调措施的通信方式端有相应解调措施的通信

7、方式 5、按业务的不同分、按业务的不同分按通信业务分，通信系统可分为话务通信和非话务通信。按通信业务分，通信系统可分为话务通信和非话务通信。1011 按照通信业务特征分类按照通信业务特征分类按传输内容分类：按传输内容分类：单媒体通信（如电话、传真等）单媒体通信（如电话、传真等）多媒体通信（如电视、可视电话、远程教学等）多媒体通信（如电视、可视电话、远程教学等）按传输方向分类：按传输方向分类：单向传输（如广播、电视等）单向传输（如广播、电视等）交互传输（如电话、视频点播等）交互传输（如电话、视频点播等）按传输带宽分类：按传输带宽分类：窄带通信（如电话等）窄带通信（如电话等）宽带通信（如视频会议等

8、）宽带通信（如视频会议等）按传输时间分类：按传输时间分类：实时通信（如电话、电视等）实时通信（如电话、电视等）非实时通信（如非实时通信（如EmailEmail等）等）12-1-3通信系统的质量评价通信系统的质量评价12通信系统的有效性是指信道资源的利用率，即系统单位频通信系统的有效性是指信道资源的利用率，即系统单位频带传输信息的速率。在数字通信系统中，信息传输速率是带传输信息的速率。在数字通信系统中，信息传输速率是指系统每秒传送的比特数，单位为比特指系统每秒传送的比特数，单位为比特/秒（秒（bit/s或或bps），），因此信道利用率的单位为比特因此信道利用率的单位为比特/秒秒/赫（赫（bit/

9、s/Hz）。）。有有效效性性可可靠靠性性数字通信系统的可靠性用传输差错率来衡量。传输差错率数字通信系统的可靠性用传输差错率来衡量。传输差错率常用误比特率表示。常用误比特率表示。误比特率又称比特差错率，是指在传输过程中产生差错的误比特率又称比特差错率，是指在传输过程中产生差错的比特数与传输的总比特数之比，也称平均误比特率。比特数与传输的总比特数之比，也称平均误比特率。12-1-4通信行业技术标准通信行业技术标准13通信行业中的技术标准主要由各种技术标准化团体及相关的行业协通信行业中的技术标准主要由各种技术标准化团体及相关的行业协会负责制定。会负责制定。典型的标准化组织包括国际电信联盟（典型的标准

10、化组织包括国际电信联盟（ITU，International Telecommunications Union）、电气和电子工程师协会（）、电气和电子工程师协会（IEEE）等。）等。1865年5月17日，法，德，俄，意，奥等20个欧洲国家的代表在巴黎签订了国际电报公约，国际电报联盟（Internationa lTelegraph Union，ITU）。自1934年1月1日起正式改称为“国际电信联盟”（International Telecommunication Union）。经联合国同意，1947年10月15日国际电信联盟成为联合国的一个专门机构，其总部由瑞士伯尔尼迁至到日内瓦。12-1-5通

11、信网的组成通信网的组成14通信网一般由终端设备、传输系统和交换设备按照某种结构组成，以实通信网一般由终端设备、传输系统和交换设备按照某种结构组成，以实现多个节点之间的信息传递现多个节点之间的信息传递 终端设备终端设备p 终端设备是通信网中的源点和终点，除对应于信源和信宿外，终端设备还包终端设备是通信网中的源点和终点，除对应于信源和信宿外，终端设备还包括一部分变换和反变换装置。括一部分变换和反变换装置。p 常见的终端设备包括电话、电视、计算机、智能多媒体终端设备等。常见的终端设备包括电话、电视、计算机、智能多媒体终端设备等。p 终端设备的功能包括：将发送端发送的信息转变成适合在信道中传送的信号，

12、将接收端接收的信号恢复成能被利用的信息；产生和识别网内所需的信令信号或规则，以便相互联系和应答。15 交换设备交换设备p 在通信网中，交换功能由交换节点（即交换设备）完成。不同的通信网在通信网中，交换功能由交换节点（即交换设备）完成。不同的通信网络，由于所支持的业务特性不同，其交换设备也不尽相同。络，由于所支持的业务特性不同，其交换设备也不尽相同。p 交换设备根据寻址信息和交换设备根据寻址信息和网络控制质量，进行链路连接网络控制质量，进行链路连接或信号导向，从而使通信网中或信号导向，从而使通信网中的多对用户建立信号通路。的多对用户建立信号通路。16 传输系统传输系统p 传输系统是完成信号传输的

13、媒介和设备的总称。传输系统是完成信号传输的媒介和设备的总称。p 它包括终端设备之间、终端设备与交换设备之间以及交换设备之间的各它包括终端设备之间、终端设备与交换设备之间以及交换设备之间的各种传输介质和设备。种传输介质和设备。p 如用户线（用户终端与交如用户线（用户终端与交换节点之间的连接线路）、链换节点之间的连接线路）、链路（交换节点与交换节点之间路（交换节点与交换节点之间的连接线路）等。的连接线路）等。通信网的特性通信网的特性17使用的使用的便捷性便捷性网络服务网络服务的可靠性的可靠性网络的可网络的可扩展性扩展性服务种类服务种类的多样性的多样性连通的连通的任意性任意性通信网络的结构通信网络的

14、结构18在网状网中，网络链路的冗余度高，路由选择的自由度大，在网状网中，网络链路的冗余度高，路由选择的自由度大，网络可靠性高，但传输链路利用率低。网络可靠性高，但传输链路利用率低。网状网一般用户通信业务量大或需重网状网一般用户通信业务量大或需重点保证的部门或系统点保证的部门或系统（如军事通信网），以保证信息传递的可靠性。（如军事通信网），以保证信息传递的可靠性。19星型网星型网中央节点控制全网工作，各个用户间需要通信时，都需要中央节点控制全网工作，各个用户间需要通信时，都需要通过中央节点转接。通过中央节点转接。与网状网相比，星型网具有传输链路少的优点，但由于所与网状网相比，星型网具有传输链路少

15、的优点，但由于所有通信必须通过中央节点，因此一旦中央节点出现故障，将有通信必须通过中央节点，因此一旦中央节点出现故障，将全网瘫痪。全网瘫痪。20复合型网复合型网复合型网以星型网为基础，并在信息量较大的区域构成网复合型网以星型网为基础，并在信息量较大的区域构成网状网结构。状网结构。该网络兼取了网状网和星型网的优点，较经济合理并具有该网络兼取了网状网和星型网的优点，较经济合理并具有一定的可靠性。实际通信网中，复合型网络结构较为常见。一定的可靠性。实际通信网中，复合型网络结构较为常见。21环型网环型网在环形网中，任何两个节点之间都要通过闭合环路互相通在环形网中，任何两个节点之间都要通过闭合环路互相通

16、信。单条环路往往只支持单一方向的通信，所以任何两个节信。单条环路往往只支持单一方向的通信，所以任何两个节点通信信息都要围绕环路循环一周。点通信信息都要围绕环路循环一周。22总线型网总线型网在总线型网中，互相通信的总线必须能够实现双向传输。在总线型网中，互相通信的总线必须能够实现双向传输。总线型结构具有良好的扩充性能，不需要中央控制器，有利总线型结构具有良好的扩充性能，不需要中央控制器，有利于分布式控制，因此在计算机局域网中获得广泛的应用。于分布式控制，因此在计算机局域网中获得广泛的应用。通信网的分类通信网的分类23三网融合三网融合24电信网电信网由国家电信部门（原邮电部）建设，利用有线通信或无

17、线通信由国家电信部门（原邮电部）建设，利用有线通信或无线通信系统，来发射、传递、接收各种形式信息的通信网，如公用电系统，来发射、传递、接收各种形式信息的通信网，如公用电话交换网和移动通信网等。话交换网和移动通信网等。计算机通信网计算机通信网国内的计算机通信网络即互联网，由四大骨干网组成：中国公国内的计算机通信网络即互联网，由四大骨干网组成：中国公用计算机互联网、中国教育与科研网、中国科学技术网和中国用计算机互联网、中国教育与科研网、中国科学技术网和中国金桥信息网。金桥信息网。有线电视网有线电视网有线电视网是利用光缆或同轴电缆来传送广播电视信号或本地有线电视网是利用光缆或同轴电缆来传送广播电视信

18、号或本地播放的电视信号的网络，是一个高效廉价的综合网络，播放的电视信号的网络，是一个高效廉价的综合网络，我国的四大骨干互联网络我国的四大骨干互联网络2512.2 通信介质通信介质 传输介质是连接通信设备，为通信设备之间提供信息传传输介质是连接通信设备，为通信设备之间提供信息传输的物理通道。输的物理通道。是信息传输的实际载体。是信息传输的实际载体。传输介质传输介质分类分类：（1）有线传输介质）有线传输介质（2）无线传输介质）无线传输介质26有线传输介质有线传输介质有线传输介质主要有有线传输介质主要有双绞线双绞线、同轴电缆同轴电缆和和光纤光纤。双绞线和同轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。双绞线和同

19、轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。有线电缆的特点是成本低，安装简单；有线电缆的特点是成本低，安装简单；缺点是频谱有限，而且安装后不便移动。缺点是频谱有限，而且安装后不便移动。27双绞线双绞线 双绞线分为屏蔽双绞线双绞线分为屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair，STP)与非屏蔽与非屏蔽双绞线双绞线(Unshielded Twisted Pair，UTP)。优点：优点：成本低，易于制作；应用广泛成本低，易于制作；应用广泛，缺点：缺点：带宽有限，信号传输距离短，抗干扰能力不强带宽有限，信号传输距离短，抗干扰能力不强，应用场合：应用场合：双绞线一直被广泛用于电话通信以及局域网建设中双

20、绞线一直被广泛用于电话通信以及局域网建设中。目前十兆目前十兆/百兆百兆/千兆以太网的主要传输介质都是双绞线，千兆以太网的主要传输介质都是双绞线，28双绞线分类双绞线分类29分类分类组成组成应用应用一类线一类线两对双绞线组成的非屏蔽两对双绞线组成的非屏蔽双绞线双绞线语音语音传输传输最高只能支持最高只能支持20kbit/s的数据速率的数据速率二类线二类线四对双绞线组成的非屏蔽四对双绞线组成的非屏蔽双绞线双绞线最高可达最高可达4Mbit/s的数据传输的数据传输三类线三类线四对双绞线组成的非屏蔽四对双绞线组成的非屏蔽双绞线双绞线最高可达最高可达10Mbit/s的数据传输的数据传输四类线四类线四对双绞线

21、组成的非屏蔽四对双绞线组成的非屏蔽双绞线双绞线最高可达最高可达16Mbit/s的数据传输的数据传输五类线五类线四对双绞线组成的非屏蔽四对双绞线组成的非屏蔽双绞线双绞线最高可达最高可达100Mbit/s的数据传输的数据传输超五类线超五类线四对双绞线组成的非屏蔽四对双绞线组成的非屏蔽双绞线双绞线最高可达最高可达1000Mbit/s的数据传输的数据传输同轴电缆同轴电缆30局域网、局间中继线路、有线电视（CATV）系统的信号线、射频信号线等。可用频带宽可用频带宽 抗干扰能力强抗干扰能力强 性价比高性价比高 安装比较复杂安装比较复杂应用：应用：光纤光纤 光纤通信是指以光波为载频、光导纤维为传输媒质的一种

22、通信方式。工程中，一般将多条光纤固定在一起构成光缆。31单模光纤 当光纤直径较小时，只允许一个方向的光通过，称为单模光纤。多模光纤 当光纤直径较大时，可以允许光以多个入射角射入并传播，称为多模光纤；分类分类 优点优点32频带宽频带宽：采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频道。损耗低损耗低比同轴电缆的功率损耗要小一倍，使其能传输的距离要远得多。重量轻重量轻光纤非常细。加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。抗干扰能力强抗干扰能力强光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信

23、号不受电磁场的影响。保真度高保真度高光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引入新的非线性失真。只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号。工作性能可靠工作性能可靠光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器)，可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命都很长，成本不断下降成本不断下降无线通信无线通信33所谓无线信道就是指无线通信的传输媒质。与有线信道相比，无线信道更为复杂，主要体现为：传播环境十分复杂，传播机理多种多样由于用户端的移动性，传播参数随时变化。需要构建各类无线信道模型，以便在设计无线通信技术或进行移动通信网络建设之前，对信号的传播特性、通信环境中可能受到的系统干扰等进行

24、评估。12.3通信的传输方式通信的传输方式按消息传送的方向与时间，通信方式可分为单工通信、半按消息传送的方向与时间，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。双工通信及全双工通信三种。单工通信单工通信 是指消息只能单方向进行传输的一种通信工作方式。是指消息只能单方向进行传输的一种通信工作方式。单工通信的例子很多，如广播、遥控、无线寻呼等。单工通信的例子很多，如广播、遥控、无线寻呼等。34发端信道收端单工方式传输是只能单方向传输的通信方式 半双工通信方式，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进半双工通信方式，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。例如，对讲机行收和发

25、的工作方式。例如，对讲机35半双工方式是通信双方可以收发消息，但不能同时收和发的工作方式终端A终端B信道发收发收终端A终端B信道发收发收 所谓全双工通信，是指通信双方可同时进行双向传输消息的工所谓全双工通信，是指通信双方可同时进行双向传输消息的工作方式。作方式。在这种方式下，双方都可同时进行收发消息。很明显，全双工通信在这种方式下，双方都可同时进行收发消息。很明显，全双工通信的信道必须是双向信道。的信道必须是双向信道。生活中全双工通信的例子非常多，如普通电话、手机等生活中全双工通信的例子非常多，如普通电话、手机等36终端A终端B发收发收信道1信道2全双工是通信双方可同时进行双向传输消息的工作方

26、式串行传输串行传输 将多位二进制码的各位码在时间轴上排列成一行，在一条传输将多位二进制码的各位码在时间轴上排列成一行，在一条传输线路上一位一位地传输的方式称为串行传输方式。线路上一位一位地传输的方式称为串行传输方式。在信道中一个码元一个码元地依次传递时速度慢、成本低，通在信道中一个码元一个码元地依次传递时速度慢、成本低，通信距离长时用此方式，信距离长时用此方式，37并行传输并行传输 构成一个编码的所有码元都同时传输为并行传输。并行传输速构成一个编码的所有码元都同时传输为并行传输。并行传输速度快、成本高，适用短距离通信，如计算机与外设度快、成本高，适用短距离通信，如计算机与外设(打印机等打印机等

27、)通通信，信，38异步传输异步传输 异步传输异步传输：将比特分成小组进行传送，小组可以是将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的位的1个个字符或更长字符或更长利用起止法来达到收发同步的目的。利用起止法来达到收发同步的目的。每次只能传送一个每次只能传送一个字符字符，用起始位和停止位来指示传输字符，用起始位和停止位来指示传输字符的开始和结束的开始和结束39每次异步传输的信息都以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了，这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间；在传输结束时，一个停止位表示该次传输信息的终止。传输机制异步传输的开始位使信号变成异步传输的开始位使信号变成0，其他的比特位使信号随传

28、输的数据，其他的比特位使信号随传输的数据信息而变化。最后，停止位使信号重新变回信息而变化。最后，停止位使信号重新变回1，该信号一直保持到下，该信号一直保持到下一个开始位到达。一个开始位到达。思考？思考？在键盘上怎么用异步传输的方法传输数字在键盘上怎么用异步传输的方法传输数字“1”。401的的ASCII码是码是4900110001应用：应用：异步传输常用于低速设备。0001100011异步传输为：异步传输为：扩展为扩展为8位的位的ASCII码码同步传输同步传输 同步传输是以同步的时钟节拍来发送数据信号的，同步传输是以同步的时钟节拍来发送数据信号的，数据帧数据帧41Sync:同步字符 Data b

29、lock:数据区块 传输机制传输机制数据帧的第一部分包含一组同步字符，用于通知接收方一个帧已经到达，但它同时还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。帧的最后一部分是一个帧结束标记。同步传输的优点：同步传输的优点：同步传输通常要比异步传输快速得多。同步传输通常要比异步传输快速得多。同步传输的开销也比较少。同步传输的开销也比较少。同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同步无间隔的。间的传输是同步无间隔的。42同步与异步传输的区别同步与异步传输的区别 异步传输的单位是字符而同步传输的单位是异

30、步传输的单位是字符而同步传输的单位是帧帧。异步传输通过字符起止的开始和停止码再同步的机会，而同步异步传输通过字符起止的开始和停止码再同步的机会，而同步传输则是以数据中抽取同步信息。传输则是以数据中抽取同步信息。异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。路协调时序。异步传输相对于同步传输效率较低。异步传输相对于同步传输效率较低。4312-4通信系统的质量评价通信系统的质量评价12.4.1 码元码元在数字通信中数据是以某种编码的形式存在的。在数字通信中数据是以某种编码的形式存在的。码字：码字：一个数据单元的编码被称为一个

31、数据单元的编码被称为码字码字(也称为字符也称为字符)；码字由码元码字由码元(也称为符号也称为符号)构成；构成；码元码元是指任何进制数据中每一位数据的长度。由是指任何进制数据中每一位数据的长度。由二进制代码二进制代码(0或或1)组成组成(也可以是多进制代码也可以是多进制代码)。二进制代码也称为二进制码元。二进制代码也称为二进制码元。三者的关系如图所示。三者的关系如图所示。4412.4.2 数字信号波形与码元、电平之间的关系数字信号波形与码元、电平之间的关系 数字信号可以用不同的脉冲波形表示。数字信号可以用不同的脉冲波形表示。45下下图给出了图给出了二进制系统的二进制系统的几种脉冲波形。几种脉冲波

32、形。46（a）在一个码元持续时间T内电平维持不变，用高电平代表二进制代码“1”，低电平代表二进制代码“0”。（b）用正电位代表二进制代码“1，负电位表示二进制代码“0，正幅度和负幅度相等，所以称为双极性码。（c）当发送1码时，送出正电流，但是时间短于一个码元的时间，即发个窄脉冲；发0码时，不发脉冲。这样发1码时有一部分的时间没有脉冲，幅度是零。所以这种码称为单极性归零码。（d）其由1码发一个正的窄脉冲，0码发一个负的窄脉冲，两个码元的间隔时间可以大于一个码的窄脉冲宽度。多电平信号多电平信号 如果采用多进制传输，如四进制如果采用多进制传输，如四进制(电平电平)，那么每个码元有，那么每个码元有4种

33、状种状态态.每码元信息量为二进制的一倍，所以采用多电平传输，可以在每码元信息量为二进制的一倍，所以采用多电平传输，可以在相同码元速率相同码元速率(码元周期相同码元周期相同)下提高比特率。下提高比特率。图图(a)、(b)分别画出了两种四进制码的波形。分别画出了两种四进制码的波形。47(a)正电平;(b)正、负电平总结总结波形中的电平、码元中的状态及进制波形中的电平、码元中的状态及进制 波形由不同的电平表示，波形由不同的电平表示，电平是对波形电平是对波形“等级等级”的描述的描述。例如。例如有有+3V,+1V,-1V,-3V的的“等级等级”区别。区别。码元由不同的状态表示。码元由不同的状态表示。状态

34、状态是对码元数量的描述，一种码元有是对码元数量的描述，一种码元有 状态。状态。进制是用进制形式对波形电平或码元状态的表述。进制是用进制形式对波形电平或码元状态的表述。在数字通信领域，常用的进制或者是二进制本身，或者是以二在数字通信领域，常用的进制或者是二进制本身，或者是以二进制为基础实现的。进制为基础实现的。48(2)kM 12.4.4通信系统有效指标的计算及概念通信系统有效指标的计算及概念1 码元传输速率码元传输速率 码元传输速率指数字通信系统单位时间码元传输速率指数字通信系统单位时间(每秒每秒)内传输的码元个数内传输的码元个数 其单位为波特其单位为波特(Baud)，常用符号，常用符号“B”

35、表示。表示。49【例12-1】系统2s内共传送4 800个码元，则系统码元传输速率为多少?48002400B2sBR 个码元解：解：码元传输速率码元传输速率 是二进制传码率，是二进制传码率，是是N进制传码率。进制传码率。当当 与与 在各自的码元宽度在各自的码元宽度 不一样不一样的前提下，它们的前提下，它们之间有如下转换关系：之间有如下转换关系：当当 与与 在各自的码元宽度在各自的码元宽度 一样一样的前提下，它们的前提下，它们之间有如下转换关系：之间有如下转换关系：502BRBNRBR2BNR2NlbBBRRN2BRBNRbTbT2NBBRR2 信息传输速率信息传输速率 信息传输速率简称传信率，

36、又称信息速率或信息传输速率简称传信率，又称信息速率或比特率比特率，。它表示单位时间它表示单位时间(每秒每秒)内传送数据信息的数量，内传送数据信息的数量，单位为单位为bit/s，可可记为记为“b/s”或或“bps。其中，其中，N为符号的进制数。为符号的进制数。，传输二进制信息时，传输二进制信息时，信息信息传输速率和码元传输速率是一致的，传输速率和码元传输速率是一致的，记为记为51NlbbBNRRN NbR31Mbit10 kbit31kbit10 bit22bBRR【12-2】某信源1s内传递1200个符号，且每个符号的信息量为1 bit，则该信源的信息传输率 1200bit/sbR【例【例12

37、-3】已知二进制系统在】已知二进制系统在2 min内共传递了内共传递了7 200个码个码元，求：元，求：码元速率码元速率 和信息速率和信息速率 各为多少？各为多少？如果码元宽度不变如果码元宽度不变(即码元速率不变即码元速率不变)，但改为八进制但改为八进制数字信号，则码元速率数字信号，则码元速率 为多少？信息速率为多少？信息速率 为多少？为多少？解：解：522BRb2R2720060 B2 60BR2260 bit/sbBRR8BRb8R 若改为八进制系统，则若改为八进制系统，则538720060 B2 60BR88860 3180bBRRlbbit/s此例说明系统此例说明系统 不变，对不同进制

38、信号传输的信息量不不变，对不同进制信号传输的信息量不一样。一样。BR3（平均）误码率（平均）误码率 数据传输系统的基本数据传输系统的基本可靠性指标可靠性指标是是平均误码率平均误码率，误码率通常以二进制码元误码率通常以二进制码元(二进制代码二进制代码)作为计算的基准。作为计算的基准。误码率定义误码率定义为：接收端收到的二进制码元中发生错误的码元个为：接收端收到的二进制码元中发生错误的码元个数数(ne)与发送端已发送的总码元个数与发送端已发送的总码元个数(n)之比。之比。误码率一般记为误码率一般记为 Pe，即，即54eenPn错错误误接接收收的的码码元元数数传传输输的的总总码码元元数数这个指标应当

39、是较长时间、多次统计结果的平均值，因而是平均误码率。误码率只代表传输错误的概率，并不是实践中任何时候都可能出现的错误码元比率。【例【例12-4】已知八进制数字通信系统的信息速率】已知八进制数字通信系统的信息速率 为为12 kbit/s，在接收端，在接收端30min内共测得出现内共测得出现216个错误码元，试求个错误码元，试求系统的误码率系统的误码率 .解：解：55eP812 kbit/sbR8812000400083bBRRlb52163 104000 30 60eP eenPn错误接收的码元数传输的总码元数根据公式根据公式4、误比特率、误比特率 误比特率用误比特率用 表示表示Pb，即，即5.

40、频带利用率频带利用率 数字通信传输系统的频带利用率定义为：所传输的信息速率（数字通信传输系统的频带利用率定义为：所传输的信息速率（或符号速率）与系统带宽之比值，其单位为或符号速率）与系统带宽之比值，其单位为bit/s/HZ（或为（或为Baud/Hz).56P b错错误误接接收收的的比比特特数数传传输输的的总总比比特特数数/BRB HzBbit/bRHzB或或其中，是系统码元速率，是系统信息速率。BRbR如果实际系统传输的不是二进制码元，须折合成二进制码元来计算。6 信噪比信噪比（1）噪声噪声 信道上是有噪声的。信道里的高斯白噪声、突发噪声、衰减失信道上是有噪声的。信道里的高斯白噪声、突发噪声、

41、衰减失真等都会造成对信道上传输的信号产生影响，使信号丢失或者真等都会造成对信道上传输的信号产生影响，使信号丢失或者误码。误码。一般将噪声大致分为自然噪声、人为噪声和电路噪声。一般将噪声大致分为自然噪声、人为噪声和电路噪声。人为噪声指电气设备、内燃机引擎等产生的噪声。人为噪声指电气设备、内燃机引擎等产生的噪声。自然噪声是指宇宙噪声和大气噪声，宇宙噪声和大气噪声通常是经自然噪声是指宇宙噪声和大气噪声，宇宙噪声和大气噪声通常是经过接收天线进过接收天线进入入系统的系统的。电路噪声，即通常所说的热噪声和散粒噪声。热噪声是由导体中的电路噪声，即通常所说的热噪声和散粒噪声。热噪声是由导体中的自由电子随机运动

42、产生的，散粒噪声是由电子器件中电子的随机扩自由电子随机运动产生的，散粒噪声是由电子器件中电子的随机扩散和发射产生的。电路噪声是不能消除的。散和发射产生的。电路噪声是不能消除的。57 以上各种噪声源产生的随机噪声在很宽频率范围内都有均匀功以上各种噪声源产生的随机噪声在很宽频率范围内都有均匀功率分布率分布(超过此频率则按量子理论的规律衰减超过此频率则按量子理论的规律衰减)。这样的噪声一般。这样的噪声一般被称为被称为白噪声白噪声。白噪声白噪声n(t)的功率谱密度的功率谱密度 在在(-，)的整个频率范围内都的整个频率范围内都是均匀分布的。是均匀分布的。58()nP 为单边功率谱密度，单位为瓦/赫（W/

43、Hz）0n由于通信电路一般是限带的，所以更实际的应用时白噪声通过限定带宽由于通信电路一般是限带的，所以更实际的应用时白噪声通过限定带宽的滤波器后的噪声。限带滤波器输出噪声被称为限带白噪声或有色噪声。的滤波器后的噪声。限带滤波器输出噪声被称为限带白噪声或有色噪声。高斯噪声高斯噪声指它的概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）的指它的概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）的一类噪声。一类噪声。高斯白噪声：高斯白噪声：如果一个噪声，它的幅度分布服从高斯分布，而它的功率谱密如果一个噪声，它的幅度分布服从高斯分布，而它的功率谱密度又是均匀分布的，则称它为高斯白噪声。度又是均匀分布的，则称它为高斯白噪声。这

44、是考查一个信号的两个不同方面的问题。这是考查一个信号的两个不同方面的问题。热噪声和散粒噪声是高斯白噪声。热噪声和散粒噪声是高斯白噪声。59（2）信噪比）信噪比SNR 在有噪声的情况下，带宽增加就不一定相应的增加传输在有噪声的情况下，带宽增加就不一定相应的增加传输速率速率。因为带宽越高，由于频带的展宽，相应的高斯白噪声也会增多因为带宽越高，由于频带的展宽，相应的高斯白噪声也会增多对数据的影响也会相应增加。对数据的影响也会相应增加。用信噪比用信噪比SNR(sinal-to-Noise Ratio)来衡量信号功率相对噪声功来衡量信号功率相对噪声功率的强度。率的强度。定义定义：SNR为信道输出的信号功

45、率为信道输出的信号功率S与输出高斯白噪声功率与输出高斯白噪声功率N的的比值比值60/SNRS N7、信道及其信道容量信道及其信道容量 信道容量是指信道在单位时间内所能传送的最大信息量。信道容量是指信道在单位时间内所能传送的最大信息量。信道容量的单位是比特信道容量的单位是比特/秒秒(b/s)，即信道的最大比特率。，即信道的最大比特率。信道的信道容量可以根据香农公式计算。香农信道的信道容量可以根据香农公式计算。香农(Shannon)公式指公式指出：在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中，信道的极限信出：在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中，信道的极限信息传输速率息传输速率(信道容量信道容量)C为为

46、S/N为平均信号为平均信号/噪声功率比，噪声为正态分布的白噪声；噪声功率比，噪声为正态分布的白噪声；B为信为信道带宽；道带宽；C为信道容量。为信道容量。信道容量是一定信道容量是一定S/N下的信道能达到的最大信息传输速率，实际下的信道能达到的最大信息传输速率，实际通信系统的信息传输速率一般低于信道容量。通信系统的信息传输速率一般低于信道容量。612Slog1(bit/s)NCB由于高斯白噪声的功率由于高斯白噪声的功率N与信道带宽与信道带宽B有关，若噪声的功率有关，若噪声的功率谱密度为谱密度为 ，则功率噪声，则功率噪声N等于等于 。因此。因此香农公式转化为香农公式转化为由此可以看出，增大带宽由此可

47、以看出，增大带宽 B 并不一定能使并不一定能使 C 不断增加。不断增加。当当 时，时，C是一个给定的有效值。是一个给定的有效值。6220Slog1(bit/s)CBn BB 0000SSlb 1lb 1n BSCBn BnSn B00000Slimliml1lb1.44BBn BSSSCbeSn Bnnn 0n0Nn B香农定理指出了达到一个既定信道的最大容量，却没有提香农定理指出了达到一个既定信道的最大容量，却没有提及如何实现它，所以香农容量这是一个衡量实际通信系统及如何实现它，所以香农容量这是一个衡量实际通信系统性能的尺度。性能的尺度。以上关于信道噪声的讨论都是以高斯白噪声为前提的，对以上关于信道噪声的讨论都是以高斯白噪声为前提的，对于其他类型的噪声，香农公式需要修正才能适用实际的情于其他类型的噪声，香农公式需要修正才能适用实际的情况。况。6364