通信有效性與可靠性

通信有效性與可靠性通信質(zhì)量概述影響通信質(zhì)量的因素可分為兩個方面。一是前面已經(jīng)介紹過的廣義信道的特征及種種限制因素，二是表示信息本身的信號或編碼方式和傳輸（調(diào)制解調(diào)）方式。有效性與可靠性是相輔相承的兩個質(zhì)量指標(biāo)體系，模擬與數(shù)字通信又有所不同。1.5.2

通信系統(tǒng)有效性技術(shù)模擬通信系統(tǒng)中，每一路模擬信號需占用一定信道帶寬，如何在信道具有一定帶寬時充分利用它的傳輸能力，可有幾個方面的措施，一是多路信號通過頻率分割復(fù)用，即頻分復(fù)用（FDM），以復(fù)用路數(shù)多少來體現(xiàn)其有效性，如同軸電纜可容納10800路4kHz模擬話音信號。目前使用的無線頻段從105~1012Hz范圍的自由空間，更是利用多種頻分復(fù)用方式實現(xiàn)各種無線通信。另一方面提高模擬通信有效性是根據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)減少信號帶寬，如話音信號的調(diào)幅單邊帶（SSB）為4kHz，就比調(diào)頻信號帶寬小數(shù)倍，但可靠性較差。數(shù)字通信的有效性主要體現(xiàn)在一個信道通過的信息速率。對于基帶數(shù)字信號可以采用時分復(fù)用（TDM）以充分利用信道帶寬。其它復(fù)用方式還有前面提到的空分復(fù)用（SDM）、碼分復(fù)用（CDM）、極化復(fù)用（PDM）和波分復(fù)用（WDM）以及相應(yīng)的“多址”方式。數(shù)字信號頻帶傳輸，可以采用多元調(diào)制提高有效性。如進制信號是二進制信號信息量的（）倍，它們的信息量單位分別為波特（Baud－Bd）和比特（bit），因此另外，為了利用有限的信道帶寬支持信源信息量大的通信業(yè)務(wù)傳輸，根據(jù)信息理論可以采用信源壓縮編碼，即消除源信息中冗余部分，如電視信號中只含有大約4%的有效信息，采用無失真壓縮編碼，可能達到30多倍的壓縮率。更進一步，根據(jù)不同應(yīng)用要求的，由仙農(nóng)率失真理論，還可以去掉一些次要信息，這種有損壓縮編碼，往往可以壓縮上百倍以上，如多媒體會議電視及可視電話可以分別利用2Mb/s速率及PCM系統(tǒng)和3kHz帶寬的PSTN（公用交換電話網(wǎng)）進行傳輸，便滿足一般需要。1.5.3通信系統(tǒng)可靠性技術(shù)對于模擬通信系統(tǒng)，可靠性通常以整個系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量。一般通信系統(tǒng)特別是衛(wèi)星通信，發(fā)送信號功率總是有一定限量，而信道噪聲（主要是熱噪聲）則隨傳輸距離而增長，其功率不斷累積，并以相加的形式來干擾信號，這種干擾稱為加性干擾。信號加噪聲的混合波形與原信號相比則具有一定程度失真。模擬通信的輸出信噪比越高，通信質(zhì)量就越好。諸如，公共電話（商用）以40dB為優(yōu)良質(zhì)量，電視節(jié)目信噪比至少應(yīng)為50dB，優(yōu)質(zhì)電視接收應(yīng)在60dB以上，公務(wù)通信可以降低質(zhì)量要求，也需20dB以上。當(dāng)然，信噪比并非的衡量質(zhì)量的指標(biāo)。在實際中，常用折衷辦法來改善可靠性，即以帶寬（有效性）為代價換取可靠性，可提高輸出信噪比涉及信號的調(diào)制方式。例如，寬帶調(diào)頻（FM）比調(diào)幅多占幾倍或更大帶寬，解調(diào)輸出信噪比改善量與帶寬增加倍數(shù)的平方成正比。如民用調(diào)幅廣播，每臺節(jié)目10kHz帶寬，而調(diào)頻臺節(jié)目帶寬為180kHz，但信噪比增大十幾倍，因此音質(zhì)極好。首先，數(shù)字通信可靠性因素就主要地、本質(zhì)地說，主要還是信噪比問題，另一因素是設(shè)計的信號本身抗擾能力。但數(shù)字信號傳輸終反映在判決輸出的碼元符號是否正確，因此其可靠性指標(biāo)均為碼元或碼字的差錯概率，即一定時間內(nèi)的平均差錯率。一般通信系統(tǒng)，差錯率主要決定于信噪比輸出大小。提高數(shù)字系統(tǒng)的可靠性，減少誤差率的措施，首先從仙農(nóng)信道容量公式來奠定一個基本思路，該的公式為上列公式的概念表明，當(dāng)通過信道傳輸?shù)男畔⒖偭坎怀^信道容量時，信號本身的帶寬，傳輸時間和信號動態(tài)范圍三者的量值可以互換，則信號可以無失真通過該信道以付出帶寬換取可靠性如無線擴頻調(diào)制CDMA，以擴展帶寬成百上千倍，甚至當(dāng)信噪比小于1，即0dB以下時，仍可有較強抗干擾性，正確接收信號。降低傳輸速率，即在同樣信息量，延長傳輸時間可以提高可靠性。如一幅信息量很大的精細畫面，利用了3kHz帶寬電話信道，幾分鐘可以無失真?zhèn)鬏斖戤叀２捎眠m當(dāng)?shù)男盘柌ㄐ渭熬獯胧?，可消除信號碼元波形間干擾，提高正確判決概率。第五章基帶數(shù)字信號傳輸理論的奈奎斯特三個準則，有效地解決了消除“符號間干擾”(ISI)問題。選用調(diào)制與解調(diào)方式提高可靠性。如采用數(shù)字調(diào)頻較調(diào)幅有較好的接收質(zhì)量。接收的解調(diào)方式優(yōu)于包絡(luò)解調(diào)效果。優(yōu)良的信號設(shè)計可提高抗干擾能力。第6章將重點介紹，發(fā)送信號序列中表示不同信號的碼字或波形函數(shù)之間相關(guān)性的情況。提高抗干擾能力，減少差錯有效、也常用的方