通信原理系列（1）——通信系统模型

第一章 通信系统模型

1.1 通信系统模型

模拟通信系统模型

注：

• 消息基带信号：完成这种变换与反变换的是信源与信宿；
• 基带信号已调信号：完成这种变换与反变换的是调制器与解调器；
• 已调信号具有的特征：1）携带信息；2）适合在信道中传输。

数字通信系统模型

注：

• 信源编码的功能：1）完成模/数（A/D）转换；2）将数字信号进行压缩处理，以提高信息传输的有效性；
• 信道编码的功能：对传输的信息码元按照一定的规则添加保护成分，组成“抗干扰编码”，来减小差错；
• 加密的功能：提高传输信息的安全性；
• 数字调制的功能：将数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。

1.2 信息量

说明：消息出现的概率越小，所包含的信息量就越大

• 离散消息的信息量

     设某离散消息x发生的概率为，则其所携带的信息量为：

                                  

    信息量的单位与对数的底数a有关，当a=e时，单位为奈特（nit）；当a=10时，单位为哈特来（Hartly）；当a=2时，单位为比特（bit），这是当前广泛使用的单位。

                                 

 ——>

   对于等概信源，二进制的每个码元含1bit的信息量；

   对于等概信源，M进制的每个码元含有log₂M比特信息量，因为每个M进制波形需要用log₂M个二进制码元来表示。

• 离散信源的平均信息量（熵）

       设离散信源为：

             

      则离散信源的平均信息量（信源中的每个符号所含信息量的统计平均值）为：

                  

 ——>

      当每个符号等概独立出现（即P（x_i）=1/M）时，信源的熵有最大值为：

• 总信息量

      设某信源的熵为H(x)，则当该信源发送m个符号（构成一条信息）时，所发送的总信息量为：

1.3 性能指标

1.3.1 模拟通信系统

• 有效性指标：传输带宽（B）；
• 可靠性指标：输出信噪比（S_o/N_o）

1.3.2 数字通信系统

• 有效性指标：传输速率和频带利用率；
• 可靠性指标：差错率

注：

• 码元传输速率（R_B）——单位时间传送码元的数目（单位：波特B），记为：R_B =1/T (B);
• 信息传输速率（R_b）——单位时间内传递的平均信息量或比特数（单位：比特/秒，bit/s）
• R_B与R_b的关系：因为每个码元所含的平均信息量为H，所以有

R_b=R_B*H （b/s）

• 特别的当进制数为二进制时有：R_b=R_B
• 频带利用率——单位带宽内的传输速率，记为：