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1、通信原理课件通信原理课件第一章第一章 绪论绪论1.1 1.1 引言引言1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 1.6 1.6 信道及其容量信道及其容量 通信原理课件通信原理课件1.1 1.1 引言引言 在人类社会历史的长河中，人们为满在人类社会历史的长河中，人们为满足生产和生活的需要足生产和生活的需要,人际之间进行思人际之间进行思想情感的交流离不开信息的传递。古代想情感的交流离不开信息的传递。古代的烽火台、驿站；现代的电报、电话

2、、的烽火台、驿站；现代的电报、电话、传真、电子信箱、广播、电视等都是传传真、电子信箱、广播、电视等都是传递信息的手段和方式。递信息的手段和方式。通信原理课件通信原理课件自然界中，人们听到、观察到的现自然界中，人们听到、观察到的现象，可用语言、文字、图像等信息来象，可用语言、文字、图像等信息来表达、存储或传递。随着人类社会生表达、存储或传递。随着人类社会生产力的发展、科学技术的进步、全球产力的发展、科学技术的进步、全球经济一体化，信息被认为是人类社会经济一体化，信息被认为是人类社会重要的资源之一，在政治、军事、生重要的资源之一，在政治、军事、生产乃至人们的日常生活中起着十分重产乃至人们的日常生活

3、中起着十分重要的作用。谁掌握了信息，谁就拥有要的作用。谁掌握了信息，谁就拥有未来，信息是决策的基础。未来，信息是决策的基础。通信原理课件通信原理课件近代社会，人们常将信息的传递和交近代社会，人们常将信息的传递和交换，俗称通信换，俗称通信异地间人与人、人与异地间人与人、人与机器、机器与机器进行信息的传递和交机器、机器与机器进行信息的传递和交换。语言、文字、图像等信息是不能直换。语言、文字、图像等信息是不能直接在通信系统中传递，为此需在发送端接在通信系统中传递，为此需在发送端将它们转换成电（光）信号（即信源）将它们转换成电（光）信号（即信源）来载荷语言、文字、图像等信息，电信来载荷语言、文字、图像

4、等信息，电信号经通信系统传送至接收端，收端将电号经通信系统传送至接收端，收端将电信号还原成语言、文字、图像等信息。信号还原成语言、文字、图像等信息。通信原理课件通信原理课件通信中信息的传送是通过信号来进行通信中信息的传送是通过信号来进行的，如：电压、电流信号等。信号是信的，如：电压、电流信号等。信号是信息的载荷者。在各种各样的通信方式中，息的载荷者。在各种各样的通信方式中，利用利用“电信号电信号”来承载信息的通信方来承载信息的通信方式称之为电通信，这种通信具有迅速、式称之为电通信，这种通信具有迅速、准确、可靠等特点，而且几乎不受时间、准确、可靠等特点，而且几乎不受时间、空间、地点、距离的限制，

5、因而得到了空间、地点、距离的限制，因而得到了飞速发展和广泛应用。如今，在自然科飞速发展和广泛应用。如今，在自然科学中，学中，“通信通信”与与“电通信电通信”几乎是同几乎是同义词。义词。在在本书中的通信均指电通信。本书中的通信均指电通信。通信原理课件通信原理课件1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.2.1 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 我们把实现信息传输所需一切设备我们把实现信息传输所需一切设备和传输媒介所构成的总体称为通信系和传输媒介所构成的总体称为通信系统。以点对点通信为例，通信系统的统。以点对点通信为例，通信系统的一般模型如图一般模型如图1-11-1所示。所示

6、。通信原理课件通信原理课件图图1-11-1通信系统的一般模型通信系统的一般模型 通信原理课件通信原理课件图图1-11-1中，发送设备的作用一方面是中，发送设备的作用一方面是把信息转换成原始电信号，该原始电把信息转换成原始电信号，该原始电信号称为基带信号；另一方面将原始信号称为基带信号；另一方面将原始电信号处理成适合在信道中传输的信电信号处理成适合在信道中传输的信号。它所要完成的功能很多，例如调号。它所要完成的功能很多，例如调制、放大、滤波和发射等，在数字通制、放大、滤波和发射等，在数字通信系统中发送设备又常常包含信源编信系统中发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。码和信道编码等。通信原理课件

7、通信原理课件信道是指信号传输通道，按传输媒介信道是指信号传输通道，按传输媒介的不同，可分为有线信道和无线信道两的不同，可分为有线信道和无线信道两大类。大类。图中的噪声源，是信道中的所有噪声图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。集合。通信原理课件通信原理课件在接收端，接收设备的功能与发送设在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码等。它的任备相反，即进行解调、译码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号，并将原始电信号转换应的原始电信号，并将原始电信号转换成相应的

8、信息，提供给受信者。成相应的信息，提供给受信者。通信原理课件通信原理课件1.2.2 1.2.2 模拟通信系统模型模拟通信系统模型 传输模拟信号的系统称为模拟通信传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。如图系统。如图 l-2 l-2 所示。所示。图图1-2 1-2 模拟通信系统模型模拟通信系统模型 通信原理课件通信原理课件我们以语音信号为例来说明图我们以语音信号为例来说明图1-21-2模模拟通信系统模型各部分的作用。拟通信系统模型各部分的作用。发信人讲话的语音信息首先经变换发信人讲话的语音信息首先经变换器将语音信息变成电信号（模拟信器将语音信息变成电信号（模拟信源），然后电信号经放大设备后可以源），

9、然后电信号经放大设备后可以直接在信道中传输。直接在信道中传输。通信原理课件通信原理课件为了提高频带利用率，使多路信号同为了提高频带利用率，使多路信号同时在信道中传输，原始的电信号（基带时在信道中传输，原始的电信号（基带信号）一般要进行调制才能传输到信道信号）一般要进行调制才能传输到信道中去。调制是信号的一种变换，通常是中去。调制是信号的一种变换，通常是将不便于信道直接传输的基带信号变换将不便于信道直接传输的基带信号变换成适合信道中传输的信号，这一过程由成适合信道中传输的信号，这一过程由调制器完成，经过调制后的信号称为已调制器完成，经过调制后的信号称为已调信号。在收端，经解调器和逆变换器调信号。

10、在收端，经解调器和逆变换器还原成语音信息。还原成语音信息。通信原理课件通信原理课件1.2.3 1.2.3 数字通信系统模型数字通信系统模型 数字通信系统是利用数字信号来传递数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。数字通信系统可进一信息的通信系统。数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统和数字步细分为数字频带传输通信系统和数字基带传输通信系统。基带传输通信系统。通信原理课件通信原理课件图图1-31-3中，变换器的作用是把信息转中，变换器的作用是把信息转换成数字基带信号。信源编码的主要换成数字基带信号。信源编码的主要任务是提高数字信号传输的有效性。任务是提高数字信号传输的有效性。信源

11、编码器的输出就是信息码元信源编码器的输出就是信息码元,此外，此外，话音和图像压缩编码等都是在信源编话音和图像压缩编码等都是在信源编码器内完成。接收端信源译码则是信码器内完成。接收端信源译码则是信源编码的逆过程源编码的逆过程通信原理课件通信原理课件图图1-3 1-3 数字通信系统模型数字通信系统模型 一、数字频带传输通信系统一、数字频带传输通信系统数字频带传输通信系统如图数字频带传输通信系统如图1-3 1-3 所示。所示。通信原理课件通信原理课件信道编码的任务是提高数字信号传输信道编码的任务是提高数字信号传输的可靠性。其基本做法是在信息码组中的可靠性。其基本做法是在信息码组中按一定的规则附加一些

12、监督码元，以使按一定的规则附加一些监督码元，以使接收端根据相应的规则进行检错和纠错，接收端根据相应的规则进行检错和纠错，信道编码也称纠错编码。接收端信道译信道编码也称纠错编码。接收端信道译码是其相反的过程。码是其相反的过程。通信原理课件通信原理课件数字通信系统还有一个非常重要的数字通信系统还有一个非常重要的控制单元，即同步系统（图控制单元，即同步系统（图1-31-3没有画没有画出）。它可以使通信系统的收、发两出）。它可以使通信系统的收、发两端或整个通信系统，以精度很高的时端或整个通信系统，以精度很高的时钟提供定时，以使系统的数据流能与钟提供定时，以使系统的数据流能与发送端同步、有序而准确地接收

13、与恢发送端同步、有序而准确地接收与恢复原信息。复原信息。通信原理课件通信原理课件二、数字基带传输通信系统二、数字基带传输通信系统与频带传输系统相对应，我们把没有与频带传输系统相对应，我们把没有调制器调制器/解调器的数字通信系统称为数解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如图字基带传输通信系统，如图1-41-4所示。所示。通信原理课件通信原理课件 图图1-4 1-4 数字基带传输系统模型数字基带传输系统模型 通信原理课件通信原理课件图图1-41-4中基带信号形成器可能包括编中基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等，接收码器、加密器以及波形变换等，接收滤波器亦可能包括译码器、解

14、密器等。滤波器亦可能包括译码器、解密器等。通信原理课件通信原理课件三、三、数字通信的主要特点数字通信的主要特点 目前，无论是模拟通信还是数字通信，目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信更能适应现代社会用。但是，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，数字通信对通信技术越来越高的要求，数字通信技术已成为当代通信技术的主流。与模技术已成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，它有如下优点：拟通信相比，它有如下优点：通信原理课件通信原理课件1 1、抗干扰、抗噪声性能好、抗干扰、抗噪声性能好在数字通信系统中，传输

15、的信号是数在数字通信系统中，传输的信号是数字信号。以二进制为例，信号的取值只字信号。以二进制为例，信号的取值只有两个，这样发端传输的和收端接收和有两个，这样发端传输的和收端接收和判决的电平也只有两个值，若判决的电平也只有两个值，若“1”1”码码时取值为时取值为A A，“0”0”码时取值为码时取值为0 0，传输，传输过程中由于信道噪声的影响，必然会使过程中由于信道噪声的影响，必然会使波形失真，在接收端恢复信波形失真，在接收端恢复信号时，号时，通信原理课件通信原理课件首先对其进行抽样判决，才能确定首先对其进行抽样判决，才能确定是是“1”1”码还是码还是“0”0”码，并再生码，并再生“1”1”，“0

16、”0”码的波形。因此只要不影响判决码的波形。因此只要不影响判决的正确性，即使波形有失真也不会影的正确性，即使波形有失真也不会影响再生后的信号波形。而在模拟通信响再生后的信号波形。而在模拟通信中，如果模拟信号叠加上噪声后，即中，如果模拟信号叠加上噪声后，即使噪声很小，也很难消除它。使噪声很小，也很难消除它。通信原理课件通信原理课件2 2、差错可控、差错可控数字信号在传输过程中出现的错误数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制。（差错），可通过纠错编码技术来控制。3 3、易加密、易加密数字信号与模拟信号相比，容易加密数字信号与模拟信号相比，容易加密和解密。因此，数字通信保密

17、性好。和解密。因此，数字通信保密性好。通信原理课件通信原理课件4 4、数字通信设备和模拟通信设备相、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计和制造更容易，体积更小，比，设计和制造更容易，体积更小，重量更轻。重量更轻。5 5、数字信号可以通过信源编码进行、数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提高信道利用压缩，以减少冗余度，提高信道利用率。率。6 6、易于与现代技术相结合、易于与现代技术相结合。通信原理课件通信原理课件1.3 1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式按照不同的分法，通信可分成许多按照不同的分法，通信可分成许多类别，下面我们介绍几种较常用的分类别，下面我们介绍几种

18、较常用的分类方法。类方法。通信原理课件通信原理课件1 1、按传输媒质分类、按传输媒质分类按传输媒质分，通信系统可分为有按传输媒质分，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。线通信系统和无线通信系统两大类。有线通信系统是用导线或导引体作为有线通信系统是用导线或导引体作为传输媒质完成通信的，如架空明线、传输媒质完成通信的，如架空明线、同轴电缆、海底电缆、光导纤维、波同轴电缆、海底电缆、光导纤维、波导等。导等。通信原理课件通信原理课件无线通信系统是依靠电磁波在空间无线通信系统是依靠电磁波在空间传播达到传递信息的目的，如短波电传播达到传递信息的目的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继离层

19、传播、微波视距传播、卫星中继等。等。2 2、按信号的特征分、按信号的特征分前面已经指出，按照携带信息的信前面已经指出，按照携带信息的信号是模拟信号还是数字信号，可以相号是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分为模拟通信系统与应地把通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统。数字通信系统。通信原理课件通信原理课件按通信设备的工作频段不同，通信系按通信设备的工作频段不同，通信系统可分为长波通信、中波通信、短波通统可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。表信、微波通信等。表1.3-11.3-1列出了通信列出了通信中使用的频段、常用传输媒质及主要用中使用的频段、常用传输媒质及主要用途。途。通

20、信原理课件通信原理课件表表 1.3-11.3-1中，工作波长和频率的换中，工作波长和频率的换算公式为算公式为 (1.1)(1.1)式（式（1.3-11.3-1）中，）中，为工作波长为工作波长（m m），），f f为最高工作频率（为最高工作频率（HzHz），），c c为光速（为光速（m/sm/s）83 10cff通信原理课件通信原理课件表表 1.3-1 1.3-1 通信频段通信频段 、常用传输媒常用传输媒质及主要用途质及主要用途 通信原理课件通信原理课件4 4、按调制方式分类、按调制方式分类 根据信道中传输的信号是否经过调制，根据信道中传输的信号是否经过调制，可将通信系统分为基带传输系统和频带可

21、将通信系统分为基带传输系统和频带（调制）传输系统。基带传输是将没有（调制）传输系统。基带传输是将没有经过调制的信号直接传送，如音频市内经过调制的信号直接传送，如音频市内电话；频带传输是对基带信号调制后再电话；频带传输是对基带信号调制后再送到信道中传输。常用的调制方式及相送到信道中传输。常用的调制方式及相关理论将在本书第关理论将在本书第3 3章、第章、第6 6章和第章和第8 8章章中详细介绍。中详细介绍。通信原理课件通信原理课件5 5、按通信业务类型分类、按通信业务类型分类根据通信业务类型的不同，通信系根据通信业务类型的不同，通信系统可分为电报通信系统、电话通信系统可分为电报通信系统、电话通信系

22、统、数据通信系统和图像通信系统等统、数据通信系统和图像通信系统等.6 6、按信号复用方式分类、按信号复用方式分类 按信号复用方式，通信系统又可分按信号复用方式，通信系统又可分为频分复用（为频分复用（FDMFDM）通信系统、时分复）通信系统、时分复用（用（TDMTDM）通信系统和码分复用（）通信系统和码分复用（CDMCDM）通信系统等。通信系统等。通信原理课件通信原理课件1.3.2 1.3.2 通信方式通信方式 1 1、按信息传输的方向与时间关系划、按信息传输的方向与时间关系划分通信方式分通信方式 对于点对点之间的通信，按信息传对于点对点之间的通信，按信息传送的方向与时间关系，通信方式可分送的方

23、向与时间关系，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。信三种。通信原理课件通信原理课件单工通信是指信息只能单方向进行单工通信是指信息只能单方向进行传输的一种通信工作方式，如图传输的一种通信工作方式，如图1-51-5（a a）所示。单工通信的例子很多，如）所示。单工通信的例子很多，如广播、遥控、无线寻呼等。这里，信广播、遥控、无线寻呼等。这里，信号只从广播发射台、遥控器和无线寻号只从广播发射台、遥控器和无线寻呼中心分别传到收音机、遥控对象和呼中心分别传到收音机、遥控对象和 BP BP 机上。机上。通信原理课件通信原理课件半双工通信方式是指通信双方都能半

24、双工通信方式是指通信双方都能收发信息，但不能同时进行收和发的收发信息，但不能同时进行收和发的工作方式，如图工作方式，如图1-51-5（b b）所示。例如）所示。例如无线对讲机、收发报机等都是这种通无线对讲机、收发报机等都是这种通信方式。信方式。全双工通信是指通信双方可同时进全双工通信是指通信双方可同时进行双向传输信息的工作方式，如图行双向传输信息的工作方式，如图1-51-5（c c）所示。例如普通电话、计算机通）所示。例如普通电话、计算机通信网络等采用的就是全双工通信方式。信网络等采用的就是全双工通信方式。通信原理课件通信原理课件图图1-5 1-5 通信方式示意图通信方式示意图通信原理课件通信

25、原理课件2 2、按数字信号码元排列方式划分通、按数字信号码元排列方式划分通信方式信方式在数字通信中按照数字码元排列顺序在数字通信中按照数字码元排列顺序的方式不同，可将通信方式分为串行传的方式不同，可将通信方式分为串行传输和并行传输。输和并行传输。通信原理课件通信原理课件并行传输是将代表信息的数字信号并行传输是将代表信息的数字信号码元序列分割成两路或两路以上的数码元序列分割成两路或两路以上的数字信号序列同时在信道上传输，则称字信号序列同时在信道上传输，则称为并行传输通信方式，如图为并行传输通信方式，如图1-61-6（a a）所示。并行传输的优点是所示。并行传输的优点是:通信原理课件通信原理课件速

26、度快、节省传输时间，但需占用速度快、节省传输时间，但需占用频带宽，设备复杂，成本高，故较少频带宽，设备复杂，成本高，故较少采用，一般适用于计算机和其他高速采用，一般适用于计算机和其他高速数字系统，特别适用于设备之间的近数字系统，特别适用于设备之间的近距离通信。距离通信。串行传输是将代表信息的数字信号串行传输是将代表信息的数字信号码元序列按时间顺序一个接一个地在码元序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输，如图信道中传输，如图1-61-6（b b）所示。通）所示。通常，一般的远距离数字通信都采用这常，一般的远距离数字通信都采用这种传输方式。种传输方式。通信原理课件通信原理课件图图1-6 1-6 并

27、行和串行通信方式并行和串行通信方式通信原理课件通信原理课件3 3、按照网络结构划分通信方式、按照网络结构划分通信方式通信系统按照网络结构可分为线型、通信系统按照网络结构可分为线型、星型、树型、环型等类型。专门为两点星型、树型、环型等类型。专门为两点之间设立传输线的通信称之为点对点通之间设立传输线的通信称之为点对点通信。多点间的通信属于网通信。网通信信。多点间的通信属于网通信。网通信的基础仍是点对点通信。因此，本书重的基础仍是点对点通信。因此，本书重点讨论点对点通信的原理。点讨论点对点通信的原理。通信原理课件通信原理课件 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 通信的目的在于信息的传递和交换。

28、通信的目的在于信息的传递和交换。人们常将语言、文字、图像和数据等信人们常将语言、文字、图像和数据等信息的传递俗称消息的传递。信息与消息息的传递俗称消息的传递。信息与消息在概念上相近，但信息一词对通信来说，在概念上相近，但信息一词对通信来说，更贴切、更具普遍性，信息可理解为消更贴切、更具普遍性，信息可理解为消息中所含有的特定内容。各种各样的消息中所含有的特定内容。各种各样的消息，其中有意义的特定内容，均可用信息，其中有意义的特定内容，均可用信息一词来表述。息一词来表述。通信原理课件通信原理课件如铁路系统运送货物量多少采用如铁路系统运送货物量多少采用“货运量货运量”（不管运送什么货物）来（不管运送

29、什么货物）来度量，通信系统中传输信息的多少采度量，通信系统中传输信息的多少采用用“信息量信息量”来度量。当人们在通信来度量。当人们在通信中获得消息之前，对它的特定内容有中获得消息之前，对它的特定内容有一种一种“不确定性不确定性”，事件的不确定程，事件的不确定程度只能就其出现的概率来描述。度只能就其出现的概率来描述。通信原理课件通信原理课件信息量与消息的种类、特定内容及重信息量与消息的种类、特定内容及重要程度无关，它仅与消息中包含的不确要程度无关，它仅与消息中包含的不确定度有关。也就是说消息中所含信息量定度有关。也就是说消息中所含信息量与消息发生的概率密切相关。消息发生与消息发生的概率密切相关。

30、消息发生概率愈小，愈使人感到意外和惊奇，则概率愈小，愈使人感到意外和惊奇，则此消息所含的信息量愈大。例如，一方此消息所含的信息量愈大。例如，一方告诉另一方一件几乎不可能发生的消息告诉另一方一件几乎不可能发生的消息包含的信息量比可能发生的消息包含的包含的信息量比可能发生的消息包含的信息量大。如果消息发生的信息量大。如果消息发生的概率趋于零概率趋于零（不可能事件（不可能事件),),通信原理课件通信原理课件则它的信息量趋于无穷大；如果消则它的信息量趋于无穷大；如果消息发生的概率为息发生的概率为1 1（必然事件），则此（必然事件），则此消息所含的信息量为零。消息所含的信息量为零。在信息论中，消息所含的

31、信息量在信息论中，消息所含的信息量I I与消息与消息x x出现的概率出现的概率P(x)的关系式为的关系式为)(log)(1logxpxpIaa（1.21.2）通信原理课件通信原理课件I I代表两种含义：当事件代表两种含义：当事件X X发生以前，发生以前，表示事件表示事件x x发生的不确定性；当事件发生的不确定性；当事件x x发发生以后，表示事件生以后，表示事件x x所含有（或所提供）所含有（或所提供）的信息量。的信息量。通信原理课件通信原理课件信息量的单位由对数底的取值决定。信息量的单位由对数底的取值决定。若对数以若对数以2 2为底时单位是为底时单位是“比特比特”（bit bit binary

32、 unit binary unit的缩写）；若的缩写）；若以以e e为底时单位是为底时单位是“奈特奈特”（natnatnature unitnature unit的缩写）；若以的缩写）；若以1010为底时为底时单位是单位是“哈特哈特”（Hart Hart Hartley Hartley的的缩写）。通常采用缩写）。通常采用“比特比特”作为信息作为信息量的实用单位。量的实用单位。通信原理课件通信原理课件 例例1.2 1.2 某信息源的符号集由某信息源的符号集由A A，B B，C C，D D和和E E组成，设每一符号独立出现，组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为其出现概率分别为1/41/4，1

33、/81/8，1/81/8，3/163/16和和5/165/16。试求该信息源符号的平。试求该信息源符号的平均信息量。均信息量。通信原理课件通信原理课件解：该信息源符号的平均信息量为解：该信息源符号的平均信息量为21()()log()niiiH xp xp x 222211113355log2logloglog2.23/448816161616bit 符号通信原理课件通信原理课件以上我们讨论了离散消息的度量。类以上我们讨论了离散消息的度量。类似，关于连续消息的信息量可用概率密似，关于连续消息的信息量可用概率密度来描述。可以证明，连续消息的平均度来描述。可以证明，连续消息的平均信息量（相对熵）为信

34、息量（相对熵）为 ()()log()caHxf xf x（1.31.3）式中式中,f(x),f(x)是连续消息出现的概率密度。是连续消息出现的概率密度。有兴趣的读者，可参考信息论有关专著。有兴趣的读者，可参考信息论有关专著。通信原理课件通信原理课件1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 设计和评价一个通信系统，往往要设计和评价一个通信系统，往往要涉及到许多性能指标，如系统的有效涉及到许多性能指标，如系统的有效性、可靠性、适应性、经济性及使用性、可靠性、适应性、经济性及使用维护方便性等。这些指标可从各个方维护方便性等。这些指标可从各个方面评价通信系统的性能，但从研究信面评价

35、通信系统的性能，但从研究信息传输方面考虑，通信的有效性和可息传输方面考虑，通信的有效性和可靠性是通信系统中最主要的性能指标。靠性是通信系统中最主要的性能指标。通信原理课件通信原理课件所谓有效性，是指消息传输的所谓有效性，是指消息传输的“速速度度”问题，而可靠性主要是指消息传问题，而可靠性主要是指消息传输的输的“质量质量”问题。在实际通信系统问题。在实际通信系统中，对有效性和可靠性这两个指标的中，对有效性和可靠性这两个指标的要求经常是矛盾的，提高系统的有效要求经常是矛盾的，提高系统的有效性会降低可靠性，反之亦然。因此在性会降低可靠性，反之亦然。因此在设计通信系统时，对两者应统筹考虑。设计通信系统

36、时，对两者应统筹考虑。通信原理课件通信原理课件1.5.11.5.1模拟通信系统的主要性能指模拟通信系统的主要性能指标标 模拟通信系统的有效性指标用所传信模拟通信系统的有效性指标用所传信号的有效传输带宽来表征。当信道容许号的有效传输带宽来表征。当信道容许传输带宽一定，而进行多路频分复用时，传输带宽一定，而进行多路频分复用时，每路信号所需的有效带宽越窄，信道内每路信号所需的有效带宽越窄，信道内复用的路数就越多。复用的路数就越多。通信原理课件通信原理课件显然，信道复用的程度越高，信号显然，信道复用的程度越高，信号传输的有效性就越好。信号的有效传传输的有效性就越好。信号的有效传输带宽与系统采用的调制方

37、法有关。输带宽与系统采用的调制方法有关。同样的信号用不同的方法调制得到的同样的信号用不同的方法调制得到的有效传输带宽是不一样的。有效传输带宽是不一样的。通信原理课件通信原理课件模拟通信系统的可靠性指标用整个模拟通信系统的可靠性指标用整个通信系统的输出信噪比来衡量。信噪通信系统的输出信噪比来衡量。信噪比是信号的平均功率比是信号的平均功率S S与噪声的平均功与噪声的平均功率率N N之比。信噪比越高，说明噪声对信之比。信噪比越高，说明噪声对信号的影响越小。显然，信噪比越高，号的影响越小。显然，信噪比越高，通信质量就越好。通信质量就越好。通信原理课件通信原理课件输出信噪比一方面与信道内噪声的输出信噪比

38、一方面与信道内噪声的大小和信号的功率有关，同时又和调大小和信号的功率有关，同时又和调制方式有很大关系。例如宽带调频系制方式有很大关系。例如宽带调频系统的有效性不如调幅系统，但是调频统的有效性不如调幅系统，但是调频系统的可靠性往往比调幅系统好。系统的可靠性往往比调幅系统好。通信原理课件通信原理课件1.5.21.5.2数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标一、有效性指标一、有效性指标数字通信系统的有效性指标用传输速数字通信系统的有效性指标用传输速率和频带利用率来表征。率和频带利用率来表征。1 1、传输速率、传输速率 传输速率有两种表示方法：码元传输传输速率有两种表示方法：码元传输速率

39、速率 和信息传输速率和信息传输速率 。BRbR通信原理课件通信原理课件码元传输速率码元传输速率 简称传码率，又称简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（码元的数目，单位是波特（BaudBaud）记）记为为B B。信息传输速率信息传输速率 简称传信率，又称简称传信率，又称比特率等。它是指系统每秒钟传送的比特率等。它是指系统每秒钟传送的信息量，单位是比特信息量，单位是比特/秒，常用符号秒，常用符号“bit/s”bit/s”表示。表示。BRbR通信原理课件通信原理课件传码率和传信率都是用来衡量数字通传码率和传信率都是用来衡量数字通信系统

40、有效性指标的，但是注意二者既信系统有效性指标的，但是注意二者既有联系又有区别。有联系又有区别。通信原理课件通信原理课件在在N N进制下，设信息速率为进制下，设信息速率为 （bit/sbit/s），码元速率为），码元速率为R RBN BN(Baud)(Baud)，由于每个码元或符号通常都含有一定由于每个码元或符号通常都含有一定比特的信息量，因此码元速率和信息比特的信息量，因此码元速率和信息速率有确定的关系，即速率有确定的关系，即 (1.5)(1.5)bR()(/)bBNRRH xbit s通信原理课件通信原理课件式中，式中，为信源中每个符号所含为信源中每个符号所含的平均信息量（熵）。当离散信源的

41、的平均信息量（熵）。当离散信源的每一符号等概率出现时，熵有最大值每一符号等概率出现时，熵有最大值为为 信息速率也达到最大，即信息速率也达到最大，即()H x（1.6)1.6)（1.7)1.7)2log(/N bit 符号）2log(/)bBNRRNbit s2()logbBNRRBaudN通信原理课件通信原理课件 式中，式中，N N为符号的进制数，在二进制为符号的进制数，在二进制下，码元速率与信息速率数值相等，但下，码元速率与信息速率数值相等，但单位不同。单位不同。2 2、频带利用率、频带利用率在比较不同通信系统的有效性时，单在比较不同通信系统的有效性时，单看它们的传输速率是不够的，还应看在看

42、它们的传输速率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占信道的频带宽度。这样的传输速率下所占信道的频带宽度。频带利用率有两种表示方式：码元频带频带利用率有两种表示方式：码元频带利用率和信息频带利用率。利用率和信息频带利用率。通信原理课件通信原理课件码元码元频带利用率频带利用率是指单位频带内的码是指单位频带内的码元传输速率，即元传输速率，即信息频带利用率是指每秒钟在单位频信息频带利用率是指每秒钟在单位频带上传输的信息量，即带上传输的信息量，即 (/)BRBaud HzB（1.8)1.8)（1.9)1.9)/()bRbits HzB通信原理课件通信原理课件二、可靠性指标二、可靠性指标 数字通信系统的可

43、靠性指标用差错率数字通信系统的可靠性指标用差错率来衡量。差错率越小，可靠性越高。差来衡量。差错率越小，可靠性越高。差错率也有两种表示方法：误码率和误信错率也有两种表示方法：误码率和误信率。率。通信原理课件通信原理课件1 1、误码率：指接收到的错误码元数、误码率：指接收到的错误码元数和总的传输码元个数之比，即在传输和总的传输码元个数之比，即在传输中出现错误码元的概率，记为中出现错误码元的概率，记为传输总码元数接收的错误码元数eP（1.101.10）通信原理课件通信原理课件2 2、误信率：又叫误比特率，是指接、误信率：又叫误比特率，是指接收到的错误比特数和总的传输比特数收到的错误比特数和总的传输比

44、特数之比，即在传输中出现错误信息量的之比，即在传输中出现错误信息量的概率，记为概率，记为传输总比特数接收的错误比特数bP（1.111.11）通信原理课件通信原理课件 例例1.3 1.3 设一信息源的输出由设一信息源的输出由128128个个不同符号组成。其中不同符号组成。其中1616个出现的概率为个出现的概率为1/321/32，其余，其余112112个出现概率为个出现概率为1/2241/224。信。信息源每秒发出息源每秒发出10001000个符号，且每个符号个符号，且每个符号彼此独立。试计算该信息源的平均信息彼此独立。试计算该信息源的平均信息速率。速率。通信原理课件通信原理课件解：每个符号的平均

45、信息量为解：每个符号的平均信息量为 =6.404bit/=6.404bit/符号符号已知码元速率已知码元速率RB=1000BRB=1000B，故该，故该信息源的平均信息速率为信息源的平均信息速率为2211()16log 32 112log 22432224H x()6404/bBRRH xbit s通信原理课件通信原理课件 例例1.4 1.4 已知某八进制数字通信已知某八进制数字通信系统的信息速率为系统的信息速率为 3000bit/s 3000bit/s，在，在收端收端1010分钟内共测得出现分钟内共测得出现1818个错误个错误码元，试求该系统的误码率。码元，试求该系统的误码率。解：解：依题意

46、依题意则则 由式（由式（1.101.10）得系统的误码率）得系统的误码率3000/bRbit s82/log 81000BbRRBaud5183 101000 10 60eP 通信原理课件通信原理课件1.6 1.6 信道及其容量信道及其容量 任何一个通信系统，均可视为由发任何一个通信系统，均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成。送端、信道和接收端三大部分组成。因此，信道是通信系统必不可少的组因此，信道是通信系统必不可少的组成部分，信道特性的好坏直接影响到成部分，信道特性的好坏直接影响到系统的总特性。本节将重点讨论信道系统的总特性。本节将重点讨论信道特性及其对信号传输的影响，并介绍特性及其对

47、信号传输的影响，并介绍信道中加性噪声的一般特性及信道容信道中加性噪声的一般特性及信道容量的概念。量的概念。通信原理课件通信原理课件1.6.1 1.6.1 信道的定义和分类信道的定义和分类 通常对信道的定义有两种理解：一通常对信道的定义有两种理解：一种是指信号的传输媒质，如对称电缆、种是指信号的传输媒质，如对称电缆、同轴电缆、超短波及微波视距传播路同轴电缆、超短波及微波视距传播路径、短波电离层反射路径、对流层散径、短波电离层反射路径、对流层散射路径以及光纤等，称此种类型的信射路径以及光纤等，称此种类型的信道为狭义信道。道为狭义信道。通信原理课件通信原理课件另一种是将传输媒质和各种信号形另一种是将

48、传输媒质和各种信号形式的转换、耦合等设备都归纳在一起，式的转换、耦合等设备都归纳在一起，包括发送设备、接收设备，馈线与天包括发送设备、接收设备，馈线与天线、调制器等部件和电路在内的传输线、调制器等部件和电路在内的传输路径或传输通路，这种范围扩大了的路径或传输通路，这种范围扩大了的信道称为广义信道。信道称为广义信道。通信原理课件通信原理课件广义信道按照它包含的功能，可以划广义信道按照它包含的功能，可以划分为调制信道与编码信道。分为调制信道与编码信道。在模拟通信系统中，主要是研究调制在模拟通信系统中，主要是研究调制和解调的基本原理，其传输信道可以用和解调的基本原理，其传输信道可以用调制信道来定义。

49、调制信道来定义。通信原理课件通信原理课件所谓调制信道是指图所谓调制信道是指图1-71-7中调制器输中调制器输出端到解调器输入端的部分。从调制出端到解调器输入端的部分。从调制和解调的角度来看，调制器输出到解和解调的角度来看，调制器输出到解调器输入端的所有变换装置及传输媒调器输入端的所有变换装置及传输媒质，不管其中间过程如何，只是对已质，不管其中间过程如何，只是对已调信号进行某种变换，因此可以将其调信号进行某种变换，因此可以将其视为一个整体。在研究调制、解调问视为一个整体。在研究调制、解调问题时，定义一个调制信道是非常方便题时，定义一个调制信道是非常方便的。的。通信原理课件通信原理课件图图1-7

50、1-7 调制信道和编码信道调制信道和编码信道通信原理课件通信原理课件在数字通信系统中，如果我们只关心在数字通信系统中，如果我们只关心编码和译码问题，可以定义编码信道来编码和译码问题，可以定义编码信道来突出研究的重点。所谓编码信道是指图突出研究的重点。所谓编码信道是指图1-71-7中编码器输出端到译码器输入端的中编码器输出端到译码器输入端的部分。部分。通信原理课件通信原理课件因为从编码和译码的角度来看，编因为从编码和译码的角度来看，编码器是把信源所产生的消息信号变换码器是把信源所产生的消息信号变换为数字信号，译码器则是将数字信号为数字信号，译码器则是将数字信号恢复成原来的消息信号，而编码器输恢复