一、绪论
通信系统模型
基本模型
通信
互通信息，信息的传输和交换
通信系统
完成通信过程的全部设备和传输媒质
通信的目的（信号、消息、信息）
通过信号形式传递消息中的信息
- 信息是传输的本质，消息是信息的物理表现形式
- 信号是消息的载体，信号是信息的数学表示形式
信道
将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒介，分为有线信道和无线信道；对信号提供传输通路，产生干扰和噪声
模拟通信系统与数字通信系统
区分
模拟信号
电信号参量取值连续无限
数字信号
电信号参量取值离散有限
模拟通信系统（五）
基带信号
- 基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始
- 原始的模拟电信号，一般含直流和低频，不宜直接传输
- 消息信号=原始电信号=调制信号=基带信号
已调信号
- 是适合在信道中传输的信号
-
已调信号的频谱具有带通形式，且中心频率远离零频
- 频带信号=带通信号=已调信号
特点
- 抗干扰能力差
- 不易于保密通信
- 设备不易于大规模集成
- 不适于计算机通信
- 简单、易于实现
数字通信系统（六、七、八）
信源编码与译码目的（八）
完成模数转换提高信息传输的有效性，即数据压缩
信道编码与译码目的
增强抗干扰能力，即差错控制
码型编码与译码目的（六）
码型变换、波形变换、滤波等，形成适合在信道中传输的基带信号
数字调制与解调目的（七）
形成适合在信道中传输的带通信号
同步目的
使收发两端的信号保持步调一致
特点
- 优点
- 抗干扰能力强
- 传输差错可控
- 便于计算机存储和处理
- 易于集成，通信设备微型化，重量轻
- 易于加密处理，且保密性好
- 缺点
- 需要较大的传输带宽
- 对同步要求高
信息及其度量
信息量
\[I = \log_a \frac{1}{P(x)} = -\log_a P(x)\]单位：$a=2$时为比特（bit）
若信源是$M$种符号波形，等概率出现，且各符号的出现是相互独立的，则每符号的信息量为：
\[I = \log_2 M \ (\textrm{bit/符号})\]设信源是由$M$种符号波形组成的集合，各个符号$x_i$出现的概率为$P(x_i)$，且相互独立，并满足：$\sum_{i=1}^M P(x_i) = 1$，则每符号的平均信息量为：
\[H(x) = -\sum_{i=1}^M P(x_i) \log_2 P(x_i) \ (\textrm{bit/符号})\]$H(x)$称为信源的熵
主要性能指标
有效性
系统传输信息的效率 在给定的信道内能容纳多少信息量，才能实现对通信资源（频率、时间）的充分利用
可靠性
信息传输的准确程度，传送消息的准确还原
关系
二者相互矛盾，可相互转化
原因是信道不理想：带宽受限、噪声和干扰保证可靠性的前提下，尽可能提高有效性
模拟通信系统
有效性
- 有效传输频带：
- 传输信号时所占用的信道带宽，一段有效的频率范围，表示为$B$，单位： Hz
- 传输同一消息，占用带宽越小，有效性越高
可靠性
-
信噪比：
-
信号功率与噪声功率之比，单位：分贝
\[\left(\frac{S}{N}\right)_{dB}=10\lg\left(\frac{S}{N}\right) \ (dB)\] -
信噪比越高，可靠性越高
-
功率比增大一倍，信噪比提高3dB
-
数字通信系统
有效性
-
传输速率
-
码元速率（符号速率、波特率、传码率）
-
单位时间传送的码元数，与进制无关，单位：baud ，即符号/秒，设T为码元的持续时间
\[R_B = \frac{1}{T} (baud)\]
-
-
信息速率（比特率、传信率）
-
单位时间传输的平均信息量，单位：bit/s
\[R_b = R_B H(x) \ (\mathrm{b/s})\]
-
-
-
频带利用率
-
单位频带（1hz）内的传输速率
\[\eta = \frac{R_B}{B} \ (\mathrm{baud/Hz}) \\ \eta_b = \frac{R_b}{B} \ (\mathrm{bit/Hz})\]
-
可靠性
- 差错率
- 误码率$P_e = 错误码元数/传输总码元数$
- 误信率$P_b=错误比特数/传输总比特数$
系统信噪比越高，误码率越低
