1铁道信号专业铁道信号专业--------《《现代通信原理现代通信原理》》课程课程项目项目1-31-3：通信系统的主要性能指标：通信系统的主要性能指标*2项目准备u 信息量的公式和单位?u 检索有效性与可靠性的概念?u 探讨模拟通信系统用什么指标来衡量其通信质量?*3项目目标u 理解信息量的计算方法u 掌握有效性与可靠性的基本概念u 掌握数字通信系统的主要性能指标*4项目任务u 任务一：信息量的计算u 任务二：有效性u 任务三：可靠性u 任务四：有效性与可靠性的关系5任务一：信息量的计算– – 消息：语音、文字、图形、图像消息：语音、文字、图形、图像……– – 信息：消息的有效内容信息：消息的有效内容不同消息可有相同内容不同消息可有相同内容– – 信号：消息的载体信号：消息的载体通信系统中传输的是信号通信系统中传输的是信号– – 信息量：用以衡量传输信息的多少信息量：用以衡量传输信息的多少项目任务6两类信号：两类信号： 模拟信号：取值连续，例如语音模拟信号：取值连续，例如语音 数字信号：取值离散，例如数据数字信号：取值离散，例如数据两类通信系统：两类通信系统： 模拟通信系统模拟通信系统 要求要求 －－ 高保真度高保真度 准则准则 －－ 信号噪声功率（电压）比信号噪声功率（电压）比 ( (信噪比信噪比) ) 手段手段 －－ 参量估值方法参量估值方法 数字通信系统数字通信系统 要求要求 －－ 正确正确 准则准则 －－ 错误率错误率 ( (误码率与误信率误码率与误信率) ) 手段手段 －－ 统计判决理论统计判决理论7码元模拟信号模拟信号数字信号数字信号tttt 模拟信号和数字信号*8任务一：信息量的计算信息量是消息出现的概率的P（x）函数。
消息中包含的信息量与消息发生的概率紧密相关，消息出现的概率越小，则消息中包括的信息量就越大如果事件是必然的(概率为1)，则它传递的信息量为零；如果事件是不可能的(概率为0)，则它将有无穷的信息量如果得到的不是由一个而是由若干个独立事件构成的消息，那么，这时得到的总的信息量，就是若干个独立事件的信息量的总和项目任务9* *制定度量信息的方法制定度量信息的方法# # 消息消息“ “量量” ” 信息量信息量# # 例：例：“ “明天降雨量将有明天降雨量将有 1 mm1 mm” ” -- -- 信息量小信息量小“ “明天降雨量将达到明天降雨量将达到1 m1 m” ” -- -- 信息量大信息量大“ “明日太阳将从东方升起明日太阳将从东方升起” ” -- -- 信息量零信息量零# # 信息量信息量 I I = = I I [ [ P P( (x x) ]) ]，，P P( (x x) -- ) -- 发生概率发生概率# # 定义：定义：I I = log = loga a [1/[1/P P( (x x)] = -log)] = -loga aP P( (x x) )# # 熵熵HH（（x x）等于各个符号的信息量乘以各自出现的概率再相）等于各个符号的信息量乘以各自出现的概率再相 加，单位为加，单位为bit/bit/符号。
符号10# # 通常取通常取 a a = 2, = 2, 此时单位为此时单位为“ “比特比特” ” # 对于一个等概率、二进制码元：对于一个等概率、二进制码元：I I = log = log2 2[1/ [1/P P( (x x)] = log)] = log2 2[1/(1/2)] = 1 [1/(1/2)] = 1 比特比特# # 对于一个等概率、对于一个等概率、MM进制码元：进制码元：I I = log = log2 2[1/ [1/P P( (x x)] = log)] = log2 2[1/(1/ [1/(1/MM)] )] = log = log2 2MM比特比特若若 MM = 2 = 2k k，则，则 I I = = k k 比特比特通信系统的性能指标是衡量一个通信系统好坏与否的标准通信系统的性能涉及到系统的各个方面，诸如有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性、维修性、工艺性等主要应从信息传输的有效性和可靠性两方面来考虑任务二：有效性• 有效性是指信息传输的效率问题，即衡量一个系统传输信息的多少和快慢• 两个指标对系统的要求常常相互矛盾，但可以彼此互换。
• 在模拟通信系统中，有效性一般用系统的有效传输频带来表示• 在数字通信系统中，一般用信息传输速率来衡量有效性• 比较两个通信系统的有效性时，有的情况下单看传输速率是不够的，因为两个传输速率相同的系统可能具 有不同的频带宽度，这时，带宽窄的系统有效性显然 应该更高一些• 所以，衡量有效性更全面的指标应是系统的频带利用率，即系统在单位时间、单位频带上传输的信息量， 它的单位是比特/秒/赫兹• 可靠性是指系统接收信息的准确程度即质量的好坏问题• 可靠性是关于消息传输质量的指标，它衡量收、发信息之间 的相似程度，取决于系统的抗干扰能力• 模拟通信系统的可靠性通常用输出信噪比来衡量• 数字通信系统的可靠性用差错率，即误比特率和误码率来衡 量任务三：可靠性• 一般在噪声分析过程中，主要考虑加性干扰的影响这种影响造成的误差可以用输出信噪比来衡量，输出信噪比越高， 通信的质量就越好• 输出信噪比除了与信号功率和噪声功率的大小有关以外，还与信号的调制方式有关，所以改变调制方式，也可以改善系 统的可靠性• 信噪比是指信号S与噪声N之间的比值• 误码率是指错误接收的码元个数在传输的码元总数中所占的比例 任务三：可靠性16有效性和可靠性的关系：速度～质量有效性和可靠性的关系：速度～质量 传输速率：传输速率：• •码元速率码元速率R RB B－－ 波特波特(Baud)(Baud)• •信息速率：信息速率：R Rb b －－ 比特比特/ /秒秒(b/s)(b/s)对对MM进制：进制：R Rb b= = R RB B loglog2 2MM• •消息速率：消息速率：R RMM 错误率：错误率：• •误码率误码率P Pe e = = 错误接收码元数错误接收码元数/ /传输码元总数传输码元总数• •误比特率误比特率P Pb b = = 错误接收比特数错误接收比特数/ /传输总比特数传输总比特数任务四：有效性和可靠性的关系17• •误字率误字率P Pw w = = 错误接收字数错误接收字数/ /总传输字数总传输字数• •误码率和误比特率的关系误码率和误比特率的关系P Pb b = = P Pe ex x MM / [2( / [2(MM-1)] -1)] P Pe e /2/2• •误字率和误比特率的关系误字率和误比特率的关系对于二进制，对于二进制，若一个字由若一个字由k k比特组成，则比特组成，则P Pw w＝＝1 1 – – (1 (1 – – P Pe e) )k k – – 频带利用率频带利用率– – 能量利用率能量利用率*18合作愉快！合作愉快！uu教师讲授几个项目任务教师讲授几个项目任务uu学生完成下面的项目任务单学生完成下面的项目任务单uu内容要求：内容要求：1.1.衡衡量通信系统的性能指标量通信系统的性能指标2.2.一离散信源由一离散信源由0 0、、1 1、、2 2、、3 3四个符号组成，它们出现的概率分别为四个符号组成，它们出现的概率分别为3/83/8、、1/41/4、、1/41/4、、1/81/8，， 且每个符号的出现都是独立的。
试求某消息且每个符号的出现都是独立的试求某消息 201020130213001203210100321010023102002010312032100120210201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量的信息量3.3.已知二进制数字信号在已知二进制数字信号在2min2min内共传送泐内共传送泐20002000个码元，（个码元，（1 1）问其传码率和传信率各是多少）问其传码率和传信率各是多少 ？（？（2 2）如果传码率不变，但改为）如果传码率不变，但改为1616进制，进制，其传码率和传信其传码率和传信率又各是多少？率又各是多少？ 4.4.已知某八进制数字通信系统的传信率为已知某八进制数字通信系统的传信率为12000 b/s12000 b/s，在收端半小时内共测得出现了，在收端半小时内共测得出现了216216个个 错误码元，试求系统的误码率？错误码元，试求系统的误码率？ uu格式要求：格式要求：A4A4纸打印，当天的项目名称即为正文的标题名称，标题的格式为：纸打印，当天的项目名称即为正文的标题名称，标题的格式为： 宋体四号加粗；正文部分格式为：宋体小四宋体四号加粗；正文部分格式为：宋体小四1.51.5倍行距；正文内的题目编号遵循倍行距；正文内的题目编号遵循1. 2. 1. 2. 3. /3. /（（1 1）（）（2 2））/①②③//①②③/项目符号格式。
项目符号格式uu提交形式：每个小组提交一份作业提交形式：每个小组提交一份作业uu作业作业wordword文档命名方式：文档命名方式：1.1.项目项目X-XX-X：第：第X X组组-X-X月月X X号（小组完成作业）号（小组完成作业）2. 2.项目项目X-XX-X：第：第X X组组- -姓名姓名-X-X月月X X号（个人完成作业）号（个人完成作业）项目行动项目行动*19感谢大家！！感谢大家！！你我他或她uu 1.1.学生的项目准备情况学生的项目准备情况uu 2.2.学生在项目行动中的表现情况学生在项目行动中的表现情况uu 3.3.学生的任务单完成情况学生的任务单完成情况项目评估项目评估你我他共同参与的你我他共同参与的360360度评价！！度评价！！。