通信系統(tǒng)原理第1章課件

通信系統(tǒng)原理第1章緒論第1章緒論基本內(nèi)容：通信的概念、通信系統(tǒng)的構(gòu)成通信系統(tǒng)的分類與通信方式信息及其度量通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢

聯(lián)想日常生活中接觸到的通信？？？1．通信的概念與現(xiàn)代社會中的通信

通信的目的就是互通信息?？朔嚯x上的障礙，迅速而準(zhǔn)確地傳遞信息，是通信的任務(wù)。人類社會建立在信息交流的基礎(chǔ)上，通信是推動人類社會文明、進(jìn)步與發(fā)展的巨大動力。按照人類通信交流的方式不同，通信經(jīng)歷了人工通信方式到電氣通信的變遷。古代的消息樹、烽火臺和驛馬傳令，以及現(xiàn)代社會的文字、書信、電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測等，這些都是消息傳輸?shù)姆绞交蛐畔⒔涣鞯氖侄巍?.1通信的概念

2.信息、消息、信號按照香農(nóng)信息論的定義，信息是事物運(yùn)動狀態(tài)或存在方式的不確定性的描述。通信過程是一種消除不確定性的過程，不確定性的消除，就獲得了全部信息，通信的任務(wù)就完成了。通信的結(jié)果是消除或部分消除不確定性從而獲得信息。信息要用某種物理方式表現(xiàn)出來，通?？梢杂谜Z言、文字、圖像、數(shù)據(jù)、符號等來表達(dá)。也就是說，信息通常隱含于一些按一定規(guī)則組織起來的約定的“符號”之中，這種用約定方式組成的“符號”統(tǒng)稱為消息，消息中包含大量的信息。通信系統(tǒng)在形式上傳輸?shù)氖窍?，但?shí)質(zhì)上傳輸?shù)氖切畔?。消息只是表達(dá)信息的工具，是載荷信息的客體。信息較抽象，而消息是較具體的。信號是消息的載體，是消息的一種表現(xiàn)形式。廣義地講，信號是帶有信息的隨時(shí)間變化的物理量或物理現(xiàn)象。例如，機(jī)械振動產(chǎn)生力信號、位移信號及噪聲信號；雷電過程產(chǎn)生聲光信號；大腦、心臟運(yùn)動分別產(chǎn)生腦電信號和心電信號；電氣系統(tǒng)隨參數(shù)變化產(chǎn)生電磁信號等。在通信系統(tǒng)中，信號是傳遞各種消息的工具，是通信傳輸?shù)目陀^對象。理解：信息、消息、信號消息是一組有序符號序列（如文字、語音、圖像...）

信號是消息的具體表現(xiàn)形式（電信號、聲信號、光信號...）

信息是消息和信號中包含的某種有意義的抽象的東西載體載體內(nèi)涵

*通信的實(shí)質(zhì)是傳輸信息，形式上傳輸?shù)氖窍?，客觀上傳輸?shù)氖切盘?因此信號分析方法是本課經(jīng)常采用的基本分析方法。進(jìn)一步理解通信的概念

通信的實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)信息的傳輸（與交換）。包含信息的消息形式多種多樣，如聲音、圖像、數(shù)據(jù)、多媒體等，這些形成了不同的通信業(yè)務(wù)。傳輸一般是遠(yuǎn)距離的，可以是無線（微波、移動、衛(wèi)星等）或有線（電力線、電纜、光纜等）傳輸。1.2

通信系統(tǒng)的構(gòu)成

通信系統(tǒng)-指傳輸信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總合?？捎孟旅娴囊话隳Ｐ图右愿爬āＭㄐ畔到y(tǒng)的一般模型信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿噪聲源（發(fā)送端）（接收端）1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的構(gòu)成（續(xù)）1.信源與信宿：

信源是消息的產(chǎn)生者，作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號（稱之為消息信號或基帶信號）。電話機(jī)、攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備屬于信源。信宿與信源作用相反。信源和信宿可以是人，也可以是機(jī)器設(shè)備(如電話機(jī)、計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)等)，因而既可以實(shí)現(xiàn)人-人通信，也可以實(shí)現(xiàn)人-機(jī)或機(jī)-機(jī)通信。信源發(fā)出的信號可以是語音信號，也可以是數(shù)字、符號、圖像等非語音信號。通信系統(tǒng)的構(gòu)成（續(xù)）*2.發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備：

發(fā)送設(shè)備對信源發(fā)來的信息進(jìn)行加工處理，使之變換為適合于信道傳輸?shù)男问剑瑫r(shí)將信號功率放大，從信道發(fā)送出去。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的變換方式。

接收設(shè)備與發(fā)送設(shè)備作用相反。信道（續(xù)）

廣義的信道還包括一些信號轉(zhuǎn)換設(shè)備，如天線、饋線、調(diào)制、解調(diào)等。如微波天線從廣義上也屬于信道。

4.噪聲源在傳輸信號的同時(shí)，自然界存在的各種干擾噪聲也作用在信道上。這里的噪聲主要是各種電磁現(xiàn)象引起的干擾脈沖，如雷電、電暈、電弧等，另外還有鄰近、鄰頻的其它信道的干擾。是信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)其它各處的噪聲的集中表示。干擾噪聲對信號的傳輸質(zhì)量影響很大，如果噪聲過強(qiáng)而又沒有有效的抗干擾措施，輕則使信號產(chǎn)生失真，重則出錯(cuò)，甚至將有效信號完全淹沒掉。正因?yàn)樵肼暤拇嬖冢邮赵O(shè)備除了應(yīng)對接收到的信號進(jìn)行與發(fā)送設(shè)備的信號加工過程相反的變換以外，還應(yīng)具有強(qiáng)大的干擾抑制能力，能有效地去除噪聲、抑制干擾，準(zhǔn)確地恢復(fù)原始信號。通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)就是：克服距離障礙和噪聲影響，迅速、可靠地傳遞信息。通信系統(tǒng)的構(gòu)成（續(xù)）

按信號特征不同可以將通信信號分為模擬信號和數(shù)字信號，因此相應(yīng)的通信系統(tǒng)也分別對應(yīng)模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)。

傳輸模擬信號的系統(tǒng)為模擬通信系統(tǒng)。傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)為數(shù)字通信系統(tǒng)。其中數(shù)字通信成為發(fā)展的主流。1.2.2模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成

數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型信源調(diào)制器信道噪聲源信宿解調(diào)器信源編碼信道編碼信源譯碼信道譯碼加密解密信道接收濾波器抽樣判決器基帶信號形成器

噪聲信宿信源數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)模型1.2.3實(shí)際通信系統(tǒng)

對通信系統(tǒng)的一般模型說明：通信系統(tǒng)的一般模型，反映了通信系統(tǒng)的共性，而實(shí)際的通信系統(tǒng)根據(jù)所傳遞消息的類型不同以及所采用的傳輸媒質(zhì)不同，系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)備有很大的差別，但從原理上說，都符合一般模型，只是不同的實(shí)際通信系統(tǒng),各個(gè)框的內(nèi)容不同。信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿噪聲源（發(fā)送端）（接收端）1.數(shù)字微波通信系統(tǒng)遠(yuǎn)距離地面微波中繼通信系統(tǒng)示意圖數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成示意圖微波通信系統(tǒng)設(shè)備2.衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信線路的組成原理圖

3.移動通信

移動通信系統(tǒng)一般由移動臺（MS）、基站(BS)及移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）組成。它與市話網(wǎng)通過中繼線相連接，如圖所示。移動通信包括公用移動、尋呼、無繩電話、集群、無線本地環(huán)（小靈通）。4.光纖通信系統(tǒng)

電力線載波機(jī)通信系統(tǒng)的構(gòu)成（續(xù)）

說明：上述圖中只給出了點(diǎn)到點(diǎn)單向通信系統(tǒng)，實(shí)際在大多數(shù)場通信系統(tǒng)需要進(jìn)行多路復(fù)用、雙向進(jìn)行，信源兼為受信者，通信設(shè)備包括發(fā)信設(shè)備和收信設(shè)備。此外，通信系統(tǒng)除了完成信息傳遞外，還必須進(jìn)行信息的交換，傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)共同組成一個(gè)完整的通信系統(tǒng)，乃至通信網(wǎng)。通信網(wǎng)中還涉及信令、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。

傳輸、復(fù)用、交換、網(wǎng)絡(luò)為現(xiàn)代通信的四大技術(shù)。信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿噪聲源（發(fā)送端）（接收端）1.2.4通信網(wǎng)的概念及通信網(wǎng)構(gòu)成

1.通信網(wǎng)的概念通信網(wǎng)是在傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)是傳輸系統(tǒng)與終端設(shè)備的總和，而通信網(wǎng)是傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)與交換系統(tǒng)及相關(guān)信令、協(xié)議的總和?，F(xiàn)在的公眾通信系統(tǒng)不再是簡單的點(diǎn)到點(diǎn)之間簡單通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)的概念難以明確區(qū)分，人們常常不加區(qū)別混用，如全球移動通信(GSM)與碼分多址(CDMA)移動本身都是一種通信網(wǎng)，但人們卻稱它為通信系統(tǒng)。因此，如無必要，通常不必嚴(yán)格區(qū)分通信網(wǎng)與通信系統(tǒng)。2.通信網(wǎng)的組成

通信網(wǎng)由節(jié)點(diǎn)（包括通信終端節(jié)點(diǎn)、交換節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)接點(diǎn)）和連接各節(jié)點(diǎn)的傳輸鏈路有機(jī)地連接起來，以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)或更多的規(guī)定通信端點(diǎn)之間提供連接或非連接傳輸?shù)耐ㄐ朋w系。通信網(wǎng)的構(gòu)成要素包括交換系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、終端設(shè)備以及實(shí)現(xiàn)互連互通的信令、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，即一個(gè)完整的通信網(wǎng)包括硬件和軟件兩部分。硬件包括終端設(shè)備、傳輸設(shè)備和交換設(shè)備，軟件為支持這些硬件設(shè)備工作的信令、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。3.通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)的連接千變?nèi)f化，從而給用戶的通信需要帶來了方便；一般來說，通信網(wǎng)絡(luò)連接有網(wǎng)型、線型、星型、總線型、環(huán)型幾種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖所示：(a)網(wǎng)型(d)總線型(e)環(huán)型(b)線型(c)星型4.通信網(wǎng)的分類

通信網(wǎng)的類型非常多，下面給出幾種常用的通信網(wǎng)分類。(1)按業(yè)務(wù)不同可分為：電話網(wǎng)、電報(bào)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、傳真通信網(wǎng)、圖像通信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、IP網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）等。(2)按信號形式不同可分為：模擬通信網(wǎng)、數(shù)字通信網(wǎng)、數(shù)字/模擬混合網(wǎng)等。(3)按服務(wù)范圍不同可分為：本地電信網(wǎng)、農(nóng)村電信網(wǎng)、長途電信網(wǎng)、國際電信網(wǎng)等。(4)按傳輸媒質(zhì)不同可分為：架空明線網(wǎng)、電纜通信網(wǎng)、光纖通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等。(5)按交換方式分為：電路交換網(wǎng)、報(bào)文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、寬帶交換網(wǎng)等。(6)按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式不同可分為：網(wǎng)狀網(wǎng)、星形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、總線網(wǎng)等。(7)按服務(wù)對象不同可可分：公用網(wǎng)和專用網(wǎng)，在某種公共網(wǎng)絡(luò)平臺之上，還可以開展虛擬專用網(wǎng)VPN（VitalPrivateNetwork）業(yè)務(wù)。(8)按功能不同可分為：傳輸網(wǎng)、時(shí)鐘網(wǎng)、信令網(wǎng)、管理網(wǎng)。(9)按網(wǎng)絡(luò)層次分：其一縱向分層，可將網(wǎng)絡(luò)分為應(yīng)用層、業(yè)務(wù)網(wǎng)、和傳送網(wǎng)；其二水平分層可分為核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)三部分。在電力系統(tǒng)中，還經(jīng)常使用行政電話網(wǎng)、調(diào)度電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、會議電視網(wǎng)等一些具體業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)名稱。現(xiàn)代通信網(wǎng)實(shí)例通信網(wǎng)實(shí)例1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式

1．按消息的物理特征分類電報(bào)通信系統(tǒng)電話通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)圖像通信系統(tǒng)多媒體通信系統(tǒng)……這些系統(tǒng)可以是專用的，但通常是兼容的或并存的，趨勢是發(fā)展綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、多媒體通信，各種類型的信息都能在一個(gè)統(tǒng)一的通信網(wǎng)中傳輸、交換和處理。1.3.1通信系統(tǒng)的分類

通信系統(tǒng)的分類

2．按調(diào)制方式分類

通信系統(tǒng)的分類

3.按傳輸信號的特征分類模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)

其中數(shù)字通信成為發(fā)展的主流。

數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)：-無噪聲累積，抗干擾能力強(qiáng)，-便于進(jìn)行數(shù)字信號處理，實(shí)現(xiàn)集成化，-便于加密及計(jì)算機(jī)處理，實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。通信系統(tǒng)的分類

4.按傳送信號的復(fù)用方式分類頻分復(fù)用（FDM）時(shí)分復(fù)用（TDM）碼分復(fù)用（CDM）波分復(fù)用（WDM）

Oωc1ωc2ωc3ωcnω

其中頻分復(fù)用主要用于傳統(tǒng)的載波通信，時(shí)分復(fù)用廣泛用于數(shù)字微波通信等，碼分復(fù)用主要由于擴(kuò)頻通信和新型移動通信，如133CDMA移動通信系統(tǒng)，波分復(fù)用主要用于光纖通信。m1(t)m2(t)通信系統(tǒng)的分類

5．按傳輸媒質(zhì)分類有線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)還包括載波、電纜、光纖通信系統(tǒng);

無線通信系統(tǒng)有調(diào)幅、調(diào)頻廣播、移動通信、微波接力、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。

各種傳輸媒質(zhì)有其特定的工作頻率，常用傳輸媒介的頻率范圍及用途如下表:常用傳輸媒質(zhì)的頻率范圍及用途

1．按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系分按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。

單工通信是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞剑虼酥徽加靡粋€(gè)信道，如圖（a)所示。廣播、遙測、遙控、無線尋呼等就是單工通信方式。

半雙工通信是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式，如圖(b)所示。例如，使用同一載頻的對講機(jī)，收發(fā)報(bào)機(jī)等都是半雙工通信方式。全雙工通信，是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道，如圖(c)所示。普通電話、手機(jī)都是最常見的全雙工通信方式，計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。1.3.2通信方式-雙向通信過程中涉及的信道共享問題單工、半雙工和全雙工通信方式示意圖-并行傳輸是將數(shù)字序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸，如圖（a）所示。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省傳輸時(shí)間，但需要傳輸信道多，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。

2．按數(shù)字信號排列順序分-并行傳輸和串行傳輸

-串行傳輸是數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道上傳輸，如圖(b)所示。一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備…(a)發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備101(b)1.4信息的度量通信的目的在于傳輸信息，為了衡量通信系統(tǒng)的傳輸能力，需要對被傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行定量的描述，要涉及信息量的定義和相關(guān)計(jì)算。

一個(gè)消息攜帶的信息量大小與消息出現(xiàn)的可能性有關(guān)，而可能性可以由消息的統(tǒng)計(jì)特性——概率描述。

因此消息中所含的信息量I是出現(xiàn)該消息的概率P(x)的函數(shù)。即：I=I[P(x)]例1：比較以下兩條消息包含的信息量I（1）去年冬天下雪了，（2）今年夏天下雪了，1.離散信源的信息量

信息量的單位與對數(shù)底數(shù)a有關(guān)。a=2時(shí)，信息量的單位為比特(bit)；a=e時(shí)，信息量的單位為奈特(nat)；a=10時(shí)，信息量的單位為哈特萊。目前廣泛使用的單位為比特。

消息的出現(xiàn)概率越小，它所含的信息量越大；反之，信息量越小，對于獨(dú)立事件xi，若事件發(fā)生概率為P(xi)，則xi包含的信息量為,I(0)=I(1)=log2=log22=1(bit)例2.設(shè)二進(jìn)制離散信源以相等的概率發(fā)送數(shù)字0或1，則信源每個(gè)輸出的信息含量為可見，傳送等概率的二進(jìn)制波形之一（P=1/2）的信息量為1比特。同理，傳送等概率的四進(jìn)制波形之一（P=1/4）的信息量為2比特，這時(shí)每一個(gè)四進(jìn)制波形需要用2個(gè)二進(jìn)制脈沖表示；傳送等概率的八進(jìn)制波形之一（P=1/8）的信息量為3比特，這時(shí)至少需要3個(gè)二進(jìn)制脈沖。進(jìn)一步，對于離散信源，M個(gè)波形等概率（P=1/M）發(fā)送，每一個(gè)波形的出現(xiàn)獨(dú)立，即信源是無記憶的，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為：信息量計(jì)算舉例I=log2=log2=log2

M(bit)式中，P為每一個(gè)波形出現(xiàn)的概率，M為傳送的波形數(shù)。若M是2的整冪次，比如M=2k（k=1，2，3，…），則上式可改寫為：

式中,k是二進(jìn)制脈沖數(shù)目，也就是說，傳送每一個(gè)M（M=2k）進(jìn)制波形的信息量就等于用二進(jìn)制脈沖表示該波形所需的脈沖數(shù)目k。

I=log22k=k(bit)

如果是非等概情況，設(shè)離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號組成的符號集，其中每個(gè)符號xi(i=1,2,3,…,n)出現(xiàn)的概率為P(xi)，且有P(xi)=1,則x1,x2,…,xn所包含的信息量分別為-log2P(x1),-log2P(x2)，…，-log2P(xn)。于是，每個(gè)符號所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量為：

與熱力學(xué)中的熵定義類似，故通常又稱它為信息源的熵，其單位為bit/符號。

2.離散信源的平均信息量平均信息量H(x)=-[P(x1)log2P(x1)+P(x2)log2P(x2)+…+P(xn)log2P(xn)]=當(dāng)信源中每個(gè)符號等概獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，信源的熵有最大值，H

max=log2

M(bit/符號)=log22k=k(bit/符號)例3.一離散信源由0，1，2，3四個(gè)符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8,1/4,1/4,1/8，且各符號的出現(xiàn)獨(dú)立。求消息232120120210的信息量。解：此消息中，0出現(xiàn)23次，1出現(xiàn)14次，2出現(xiàn)13次，3出現(xiàn)7次，共有57個(gè)符號，故該消息的信息量為平均信息量計(jì)算舉例每個(gè)符號的平均信息量為：若用熵的概念來計(jì)算，得：可見，兩種算法的結(jié)果有一定誤差，但當(dāng)消息很長時(shí)，用熵的概念來計(jì)算比較方便。而且隨著消息序列長度的增加，兩種計(jì)算誤差將趨于零。改變條件：當(dāng)四個(gè)符號獨(dú)立等概出現(xiàn)時(shí)，熵為

最大值信源的最大熵當(dāng)信源輸出的符號等概出現(xiàn)且統(tǒng)計(jì)獨(dú)立時(shí)，信源熵取得最大值，即信源熵與符號概率關(guān)系曲線平均信息量計(jì)算舉例(續(xù)）例4:某離散信源由A，B,C,D四種符號構(gòu)成，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，1/2，各消息符號的出現(xiàn)相對獨(dú)立,該信源的平均信息量為

，要獲得最大平均信息量，條件為

,此時(shí)的平均信息量為

。

連續(xù)信源的平均信息量1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

在設(shè)計(jì)或評價(jià)通信系統(tǒng)時(shí)，往往涉及通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)，以衡量其性能的優(yōu)劣，性能指標(biāo)也稱質(zhì)量指標(biāo)。通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)涉及有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)使用等。但從研究信息的傳輸來說，主要有兩個(gè)，即：

*有效性-----消息傳輸?shù)乃俣葐栴}

*可靠性-----消息傳輸?shù)馁|(zhì)量問題

二者是一對矛盾，通常根據(jù)實(shí)際應(yīng)用求得相對的統(tǒng)一。即:在滿足一定可靠性指標(biāo)下，盡量提高消息傳輸速度；或在維持一定有效性指標(biāo)時(shí)，使消息傳輸質(zhì)量盡可能提高。-對于不同通信系統(tǒng)，指標(biāo)具體表現(xiàn)也不同

1．模擬通信通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有效性----信號傳輸帶寬B?？煽啃?---信噪比(So/No)，通信系統(tǒng)接收端的輸出信號功率與噪聲功率比(SNR,SignalNoiseRatio)。B越小，占用信道帶寬越少，有效性越好；So/No越大，信號質(zhì)量高，可靠性越好。理解各種帶寬*需要說明的是：信號帶寬、系統(tǒng)帶寬與信道帶寬是有區(qū)別的：信號帶寬由信號頻譜密度或功率譜密度在頻域的分布規(guī)律決定；系統(tǒng)帶寬，由電路系統(tǒng)的傳輸特性決定；信道帶寬由信道的傳輸特性決定；實(shí)際工作中用到比較多的是信號帶寬和信道帶寬。其中信號帶寬越小有效性越好，如后面第4章的單邊帶（SSB）信號有效性優(yōu)于調(diào)頻（FM）信號;而信道帶寬越大越好，如同軸電纜、光纖傳輸媒質(zhì)比電話線帶寬大，傳輸能力強(qiáng)。信號帶寬和信道帶寬的關(guān)系可以比喻成高速公路上的車與路的寬度,車越小,路上容納的車就越多,路的利用率越高。理解信噪比輸出信噪比So/No越大越好，如：語音通信質(zhì)量10分貝以下質(zhì)量很差；10-25分貝中等；25-35分貝（dB）良好；40分貝以上優(yōu)質(zhì)。一般通信系統(tǒng)輸出信噪比按30dB設(shè)計(jì)，特殊場合要求更高。輸入信噪比（也稱信道信噪比Si/Ni）越小越好，能降低設(shè)備設(shè)計(jì)難度。通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)是以小輸入信噪比得到大輸出信噪比。2．?dāng)?shù)字通信通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

有效性--傳輸速率，又分成:（1）碼元傳輸速率(RB)：單位時(shí)間能夠傳送的碼元數(shù)(波特,Baud，簡稱B)。若每個(gè)碼元傳輸所占用的時(shí)間TB（秒，S）

為碼長,則RB=1/TB(Baud，)。若碼元為二進(jìn)制RB對應(yīng)RB2,若為M進(jìn)制RB對應(yīng)RBM，RB2=RBM·log2M

二者關(guān)系：Rb=RB·log2M比特/秒RB=Rb/log2M波特

（2）信息傳輸速率(Rb):單位時(shí)間傳輸?shù)男畔⒘?比特/秒，bit/s，或簡稱b/s,bps)。

傳碼率與傳信率的關(guān)系RB≤Rb，因?yàn)槎噙M(jìn)制碼元要用多位二進(jìn)制表示，所需傳輸時(shí)間長，傳輸速率降低。對傳輸速率的理解對于信源，速率越低越有效，例各種壓縮，使利用網(wǎng)絡(luò)即時(shí)收聽音樂、收看影片成為可能。對于信道，速率越高越好，例主干網(wǎng)絡(luò)的光纖化使用戶得到更好的服務(wù)。關(guān)于數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo),需要說明：1）帶寬與速率。在許多資料上帶寬與傳輸速率混用，例如說某信道的帶寬為56kb/s,也就意味著該信道的數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s。2）頻帶利用率η。比較不同通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，只看它們的傳輸速率還不夠，還應(yīng)看該傳輸速率下所占用的帶寬，故經(jīng)常用頻帶利用率η—即單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率來衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性，頻帶利用率η定義為：3）注意區(qū)分?jǐn)?shù)字信號速率與信道數(shù)據(jù)傳輸速率，數(shù)字信號速率就是每秒要傳輸?shù)男旁葱盘柖M(jìn)制信息的位數(shù)，對于數(shù)字通信系統(tǒng)而言，信號的速率越小，傳輸時(shí)占用的帶寬就越小，有效性越好；信道數(shù)據(jù)傳輸速率表示信道的傳輸數(shù)據(jù)的能力，它越大越好。越大，有效性越好速率計(jì)算舉例例1.給定八進(jìn)制速率RB=1600B，其信息速率為（A）4800b/s（B）2400b/s（C）14400b/s（D）9600b/s

例2.對MQAM，M越大，則（A）頻帶利用率越高

（B）頻帶利用率越低（C）抗干擾能力低

（D）A和C

數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（續(xù)）可靠性--錯(cuò)誤概率（差錯(cuò)概率），又分為：

Pe↓→可靠性好Pb≤Pe

（1）誤碼率Pe

=接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)/發(fā)出的總碼元數(shù)；（2）誤比特率Pb

=接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/發(fā)出的總比特?cái)?shù)；誤碼率越小越好，一般數(shù)字通信達(dá)到10-6或更高?？刂普`碼率有各種措施，如提高發(fā)信功率、合理選擇調(diào)制、解調(diào)方式、最佳接收機(jī)設(shè)計(jì)、糾錯(cuò)編碼（信道編碼）等。根據(jù)定義計(jì)算誤碼率例3.碼長0.1us,2.5s產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)碼，求Pe（A）5*10-6

（B）4*10-8

（C）2*10-7

（D）2*10-8例4.四進(jìn)制信息速率為2400bit/s，30分鐘內(nèi)接收端收到216個(gè)錯(cuò)碼，計(jì)算誤碼率Pe例4答案(10-4)例5.二進(jìn)制傳輸信息速率為2400bit/s，30分鐘內(nèi)接收端收到216個(gè)錯(cuò)碼，計(jì)算誤信率Pb。例5答案(5*10-5)進(jìn)一步理解通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)例6.通信系統(tǒng)的兩個(gè)重要的性能指標(biāo)為模擬通信系統(tǒng)的兩個(gè)重要的性能指標(biāo)為數(shù)字通信系統(tǒng)的兩個(gè)重要的性能指標(biāo)為模擬通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)為數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)為模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)為數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)為*比較SSB與FM的有效性指標(biāo)*比較2ASK與2DPSK的可靠性指標(biāo)1.6現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢

縱觀通信的發(fā)展歷史，結(jié)合當(dāng)今社會對通信的需求，了解通信的發(fā)展趨勢。19世紀(jì)后期至20紀(jì)初期，莫爾斯發(fā)明了電報(bào)、貝爾發(fā)明了電話、馬可尼發(fā)明了無線電，這三大發(fā)明標(biāo)志著通信的開創(chuàng)。20紀(jì)20年代起，通信建設(shè)和應(yīng)用在全世界廣泛發(fā)展，大致有下列幾個(gè)主要里程碑。30-40年代起，無線電技術(shù)原理促使通信發(fā)展加快速度，銅線傳輸多路載波電話，長途通信迅速發(fā)展。50年代后期起，半導(dǎo)體晶體管成功地在很多通信設(shè)備的電子電路中替代電子管。60年代后期起，計(jì)算機(jī)應(yīng)用增多，數(shù)據(jù)通信興起，電話數(shù)字編碼和時(shí)分多路成功，模擬通信向數(shù)字通信過渡?，F(xiàn)代通信發(fā)展趨勢（續(xù)）70年代后期起，玻璃光纖拉制成功，由于它性能優(yōu)越，導(dǎo)致電纜通信向光纖通信過渡。80-90年代，電話、圖像和數(shù)據(jù)信息應(yīng)用普遍增多，通信網(wǎng)開始由電話網(wǎng)向綜臺業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)過渡，壓縮編碼技術(shù)成熟，數(shù)字電視開始在廣播和通信領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，城市蜂窩網(wǎng)無線移動通信向公眾開放，導(dǎo)致了個(gè)人通信發(fā)展。90年代中期起，Internet的興起引起眾多計(jì)算機(jī)用戶踴躍上網(wǎng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量急劇增長，而光通信的波分多路復(fù)用技術(shù)和電的時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，有力地保證了大容量傳輸和寬帶通信網(wǎng)的發(fā)展需要?，F(xiàn)代通信發(fā)展趨勢（續(xù)）長期以來，人類社會為了工作和社交需要通信，感到電話非常適用，實(shí)時(shí)的雙方會話比單向投遞電報(bào)方便得多。對此，國家設(shè)置了公用交換電話通信網(wǎng)(PSTN)，提供市內(nèi)、長途和國際通信業(yè)務(wù)，而眾多單位又各自設(shè)置專用分組交換機(jī)(PBX)，提供內(nèi)部相互間的電話通信。電話交換技術(shù)和設(shè)備從人工制演進(jìn)至自動制，從機(jī)電式演進(jìn)至程控式，通信效率提高。近年來，各城市分別設(shè)置了無線蜂窩網(wǎng)，讓用戶利用便攜手機(jī)互通移動電話，又利用高空運(yùn)行的衛(wèi)星，提供遠(yuǎn)地和國際電話通信。在固定通信網(wǎng)方面，有很多用戶需要使用傳真和圖像通信，甚至計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信，為此，電話通信網(wǎng)向兼顧音頻、視頻和數(shù)據(jù)通信的方向發(fā)展，成為ISDN，但仍以電話通信為主，相應(yīng)地，隨著通信業(yè)務(wù)量的增長，國家的固定通信網(wǎng)正準(zhǔn)備向?qū)拵ЬW(wǎng)發(fā)展，進(jìn)一步利用同步數(shù)字系列(SDH)和異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)，以滿足這些以電話為主的數(shù)字通信的需要，一個(gè)國家通信建設(shè)的普及和發(fā)達(dá)程度，常常用這個(gè)國家每百人平均裝設(shè)的電話機(jī)數(shù)量為標(biāo)志。當(dāng)然，全世界的趨勢是各國的電話機(jī)數(shù)不斷增多，電話通信的業(yè)務(wù)量不斷加大，以致通信網(wǎng)的容量和規(guī)模逐年擴(kuò)大。現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢（續(xù)）最近幾年的事實(shí)表明，雖然電話通信業(yè)務(wù)量仍保持每年繼續(xù)增長，但I(xiàn)nternet數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量的每年增長率遠(yuǎn)大于電話業(yè)務(wù)量的每年增長率，盡管現(xiàn)在每年的世界數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)總量還沒有象電話通信業(yè)務(wù)總量那樣大，但據(jù)可靠測算，數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)總量會超過電話通信業(yè)務(wù)總量，國家的通信業(yè)務(wù)重點(diǎn)從傳統(tǒng)的電話通信轉(zhuǎn)移至新興的數(shù)據(jù)通信。

建設(shè)新型的、以數(shù)據(jù)為重心和以分組為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)，必將是大容量的寬帶網(wǎng)，而且隨著年代的推移，網(wǎng)絡(luò)容量勢必越來越大，不僅傳輸線路需要大容量，而且網(wǎng)絡(luò)本身的各結(jié)點(diǎn)(Node)及其各種設(shè)備也是大容量。對此，波分復(fù)用(WDM)和密集波分復(fù)用(

DWDM)，技術(shù)可以應(yīng)用于通信網(wǎng)內(nèi)部，整個(gè)通信網(wǎng)的進(jìn)化，由電通信網(wǎng)過渡至全光通信網(wǎng)(AON)，導(dǎo)致更高的通信網(wǎng)容量，適合未來通信業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，國家的固定通信網(wǎng)有可能從電通信網(wǎng)進(jìn)化為全光通信網(wǎng)，這是以WDM為基礎(chǔ)的、透明的、可提供更大容量的通信網(wǎng)?，F(xiàn)代通信發(fā)展趨勢（續(xù)）近20年，城市無線蜂窩網(wǎng)在世界各地風(fēng)起云涌，發(fā)展非常迅速，給行駛的汽車和步行的個(gè)人提供通信，深受歡迎，個(gè)人用戶隨身攜帶一部無線手持機(jī)，可以隨時(shí)呼叫與對方用戶互通電話，Internet興起受到廣大計(jì)算機(jī)用戶歡迎，同樣它吸引了無線移動用戶用膝上計(jì)算機(jī)上網(wǎng)查詢和瀏覽數(shù)據(jù)信息。對此，蜂窩網(wǎng)無線電基臺的設(shè)備經(jīng)過改進(jìn)，可以向移動用戶提供不對稱傳輸，從基站至用戶終端的下行線路可以有較長時(shí)間傳送網(wǎng)上的大量數(shù)據(jù)信息。另外，在36000km高空地球靜止軌道(GEO)上運(yùn)行的衛(wèi)星，以及在1000km低軌道(IEO)和10000km中軌道(MEO)上運(yùn)行的衛(wèi)星群，都能成功地對任何地點(diǎn)的移動個(gè)人提供遠(yuǎn)地通信、甚至全球通信?，F(xiàn)代通信發(fā)展趨勢（續(xù)）到目前為止移動通信的發(fā)展已經(jīng)有3代，第一代(1G)主要以模擬通信為主要特征業(yè)務(wù)是語音業(yè)務(wù);第二代(2G)是數(shù)字通信主要的代表為GSM和基于窄帶CDMA技術(shù)的;經(jīng)過演進(jìn)又有了所謂的2.5代(2.5G)的GPRS和CDMA20001x,其業(yè)務(wù)主要是語音業(yè)務(wù)和低速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);第三代移動通信(3G)主要以CDMA技術(shù)為核心,標(biāo)準(zhǔn)由最初的WCDMA、TD-SCDMA以及CDMA2000增加了WiMAX標(biāo)準(zhǔn)，它主要提供中高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);第四代移動通信(4G)的標(biāo)準(zhǔn)征集已經(jīng)結(jié)束，第四代移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)被稱為廣帶接入和分布網(wǎng)絡(luò),該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有非對稱的超過2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸能力及不同速率間的自動切換能力，是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)寬帶接入IP系統(tǒng),包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動寬帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò),集成了不同模式的無線通信移動用戶，可以自由地從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在不同的