第2講通信系統(tǒng)的分類、信息及其度量

通信原理電子教案廣東海洋大學信息學院2012年9月《通信原理》電子教案授課班級：通信1103班、通信1104班授課教師：廣東海洋大學信息學院梁能1.3

通信系統(tǒng)分類及通信方式1.3.1通信的分類1.按傳輸媒質分：有線通信和無線通信；●有線通信是指傳輸媒質為架空明線、電纜、光纜、波導等形式的通信，其特點是媒質能看得見，摸得著。●無線通信是指傳輸消息的媒質為看不見、摸不著的媒質（如電磁波）的一種通信形式?！裼芯€通信可進一步再分類，如明線通信、電纜通信、光纜通信等?！駸o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、散射通信和激光通信、紅外通信等，其形式較多。

2.按信道中所傳信號特征分：模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)；

3.按工作頻段分：長波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。地波、天波、反射波、視距波

4.按調制方式分：基帶傳輸和頻帶傳輸（AM、SSB、DSB、VSB；ASK、FSK、PSK、DPSK；PAM、PCM、△M等）；

5.按業(yè)務的不同分：話務通信和非話務通信；●電話業(yè)務在電信領域中一直占主導地位，它屬于人與人之間的通信。●非話務通信主要包括數(shù)據(jù)傳輸、計算機通信、電子信箱、電報、傳真、可視圖文及會議電視、圖像通信等。電話通信最為發(fā)達，其它通信常借助于公共的電話通信系統(tǒng)進行。未來的綜合業(yè)務數(shù)字通信網(wǎng)中，各種用途的消息都能在一個統(tǒng)一的通信網(wǎng)中傳輸。●另:從廣義的角度來看，廣播、電視、雷達、導航、遙控、遙測等也應列入通信的范疇。但已從通信中派生出來，形成了獨立的學科。

6.按收信者是否運動分：移動通信和固定通信。

另外，通信還有其它一些分類方法，如按多地址方式可分為頻分多址通信（FDMA）、時分多址通信（TDMA）、碼分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）通信等；按用戶類型可分為公用通信和專用通信等。

1.3.2通信方式

1.按消息傳送的方向與時間分

通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。

2.按數(shù)字信號排序分

可將通信方式分為串序傳輸和并序傳輸。

3.按通信網(wǎng)絡形式分通信的網(wǎng)絡形式通?？煞譃槿N：兩點間直通方式、分支方式和交換方式。

圖1-8按網(wǎng)絡形式劃分的通信方式（a）兩點間直通方式；（b）分支方式；（c）交換方式注：●分支方式及交換方式均屬網(wǎng)通信的范疇。與點與點直通方式相比，有其特殊的一面。例：通信網(wǎng)中有一套具體的線路交換與消息交換的規(guī)定、協(xié)議等；通信網(wǎng)中既有信息控制問題，也有網(wǎng)同步問題等?！窬W(wǎng)通信的基礎仍是點與點之間的通信。●本課程只研究：點對點通信，而不涉及通信網(wǎng)的其它問題（移動通信、計算機通信、程控交換等）。

1.4

通信系統(tǒng)的主要性能指標1.4.1一般通信系統(tǒng)的性能指標

一般通信系統(tǒng)的性能指標歸納起來有以下幾個方面:（1）有效性：通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率”問題，即快慢問題。（2）可靠性：通信系統(tǒng)傳輸消息的“質量”問題，即好壞問題。（3）適應性：通信系統(tǒng)對環(huán)境條件的適應性。（4）經濟性：系統(tǒng)的成本問題。（5）保密性：系統(tǒng)對所傳信號的加密措施。對軍用系統(tǒng)尤為重要。（6）標準性：系統(tǒng)的接口、各種結構及協(xié)議是否合乎國家、國際標準。（7）維修性：系統(tǒng)是否維修方便。（8）工藝性：通信系統(tǒng)各種工藝要求。通信的任務是快速、準確地傳遞信息，從研究消息傳輸?shù)慕嵌葋碚f，有效性和可靠性是評價通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標。

對于模擬通信來說，系統(tǒng)的有效性和可靠性具體可用系統(tǒng)頻帶利用率和輸出信噪比（或均方誤差）來衡量。對于數(shù)字通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的可靠性和有效性具體可用誤碼率和傳輸速率來衡量。

1.4.2信息及其度量

（1）信息定義：消息中包含的有意義的內容。

“信息”一詞在概念上與消息的意義相似，但它的含義卻更具普遍性、抽象性。消息可以有各種各樣的形式，但消息的內容可統(tǒng)一用信息來表述。

（2）信息量傳輸信息的多少可直觀地使用“信息量”進行衡量。

●在一切有意義的通信中，雖然消息的傳遞意味著信息的傳遞，但對接收者而言，某些消息比另外一些消息的傳遞具有更多的信息。例:非?？赡馨l(fā)生的事情：“今年秋季比去年秋季冷”。極不可能發(fā)生的事情：“今年秋季比去年冬季冷”。事件愈不可能發(fā)生，愈會使人感到意外和驚奇，信息量就愈大。（2）信息量

●事件愈不可能發(fā)生，愈會使人感到意外和驚奇，信息量就愈大?！穸攘肯⒅兴男畔⒘康姆椒?，必須能夠用來估計任何消息的信息量，且與消息種類無關。●消息中所含信息的多少也應和消息的重要程度無關。

另：由概率論可知，事件的不確定程度，可用事件出現(xiàn)的概率來描述：事件出現(xiàn)（發(fā)生）的可能性愈小，則概率愈小；反之，概率愈大?！窕谶@種認識，得：消息中的信息量與消息發(fā)生的概率緊密相關。消息出現(xiàn)的概率愈小，則消息中包含的信息量就愈大。且概率為零時（不可能事件）信息量為無窮大；概率為1時（必然事件）信息量為0。

綜上：信息量與消息出現(xiàn)的概率有關，具體可以描述為如下規(guī)律：（1）消息中所含信息量是消息出現(xiàn)概率的函數(shù)：（2）消息出現(xiàn)的概率愈小，它所含信息量愈大；反之信息量愈小，且：（3）若干個互相獨立事件構成的消息（）所含信息量等于各獨立事件信息量的和。信息量I和消息出現(xiàn)概率P(x)的關系為：信息量的單位取決于對數(shù)底數(shù)a的取值：

a=2單位為比特（bit，簡寫為b）；

a=e單位為奈特（nat，簡寫為n）；

a=10單位為哈特萊。

例1.1

設二進制離散信源，數(shù)字0或1以相等的概率出現(xiàn)，試計算每個符號的信息量。

解:二進制等概率時有即二進制等概時，每個符號的信息量相等，為1bit。式中，P=1/M

為每一個符號出現(xiàn)的概率。一般情況下M=2K，則上式可改寫成例：對于M進制離散信源，若M個符號等概率出現(xiàn)，且每一個符號的出現(xiàn)是獨立的，即信源是無記憶的，則每個符號的信息量相等，為結論：獨立等概情況下M進制的每一符號包含的信息量，是二進制每一符號包含信息量的K倍（K是每一個M進制符號用二進制符號表示時所需的符號數(shù)目）。（3）平均信息量當各個符號出現(xiàn)的概率不相等時，計算消息的信息量，常用到平均信息量的概念。

平均信息量定義：每個符號所含信息的平均值。用符號表示。多進制時，設各符號出現(xiàn)的概率為：則平均信息量（信息源的熵）為：顯然，當信源中每個符號獨立等概出現(xiàn)時，式（1.4-6）即成為（1.4-4）?？梢宰C明，此時信息源的熵為最大值。

信息源的熵：1.4.3有效性指標的具體表述

數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來衡量，傳輸速率越高，系統(tǒng)的有效性越好。有效性通常有兩種表示方法。1.碼元傳輸速率RB

（數(shù)碼率、傳碼率、碼率、信號速率或波形速率）

定義：單位時間內傳輸碼元的數(shù)目；單位：波特（Baud），用符號“B”表示；數(shù)字信號一般有二進制與多進制之分，但碼元速率與信號的進制數(shù)無關，只與碼元寬度有關：其中：Tb為碼元寬度。2.信息傳輸速率Rb

（傳信率、比特率）定義：單位時間內傳輸?shù)男畔⒘浚粏挝唬罕忍?秒（bit/s），簡記為b/s或bps；因為信息量與信號進制數(shù)N有關，因此，也與N有關。

3.Rb與RB之間的關系它們之間在數(shù)值上有如下關系：

4.多進制與二進制傳輸速率之間的關系（1）碼元速率不變，二進制信息速率與多進制信息速率之間的關系：（2）系統(tǒng)信息速率不變，多進制碼元速率與二進制碼元速率之間的關系：結論：1.4.4可靠性指標的具體表述

數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標是利用差錯率來衡量。差錯率通常有兩種表示方法。1.碼元差錯率（誤碼率）

發(fā)生差錯的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，也就是說，誤碼率就是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率。2.信息差錯率（誤信率）

發(fā)生差錯的信息量在信息傳輸總量中所占的比例，或者說，它是碼元的信息量在傳輸系統(tǒng)中被