1-3通信系统的主要性能指标

2020/2/241铁道信号专业----《现代通信原理》课程主讲：梅容芳地点：计算机4室项目1-3：通信系统的主要性能指标2020/2/242项目准备简述信息量的公式和单位?检索衡量通信系统的主要性能指标?探讨数字通信系统用什么指标来衡量其通信质量?2020/2/243项目目标理解信息量的计算方法掌握有效性与可靠性的基本概念掌握数字通信系统的主要性能指标2020/2/244项目任务任务一：信息量的计算任务二：有效性任务三：可靠性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…–信息：消息的有效内容不同消息可有相同内容–信号：消息的载体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项目任务6两类信号：模拟信号：取值连续，例如语音数字信号：取值离散，例如数据两类通信系统：模拟通信系统要求－高保真度准则－信号噪声功率（电压）比(信噪比)手段－参量估值方法数字通信系统要求－正确准则－错误率(误码率与误信率)手段－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2020/2/248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#消息“量”信息量#例：“明天降雨量将有1mm”--信息量小“明天降雨量将达到1m”--信息量大“明日太阳将从东方升起”--信息量零#信息量I=I[P(x)]，P(x)--发生概率#定义：I=loga[1/P(x)]=-logaP(x)#熵H（x）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bit/符号。10#通常取a=2,此时单位为“比特”。#对于一个等概率、二进制码元：I=log2[1/P(x)]=log2[1/(1/2)]=1比特#对于一个等概率、M进制码元：I=log2[1/P(x)]=log2[1/(1/M)]=log2M比特若M=2k，则I=k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传输速率：•码元速率RB－波特(Baud)•信息速率：Rb－比特/秒(b/s)对M进制：Rb=RBlog2M•消息速率：RM错误率：•误码率Pe=错误接收码元数/传输码元总数•误比特率Pb=错误接收比特数/传输总比特数任务四：有效性和可靠性的关系17•误字率Pw=错误接收字数/总传输字数•误码率和误比特率的关系Pb=PexM/[2(M-1)]Pe/2•误字率和误比特率的关系对于二进制，若一个字由k比特组成，则Pw＝1–(1–Pe)k–频带利用率–能量利用率2020/2/2418合作愉快！教师讲授几个项目任务学生完成下面的项目任务单内容要求：1.衡量通信系统的性能指标2.一离散信源由0、1、2、3四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8、1/4、1/4、1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。108bit3.已知二进制数字信号在2min内共传送泐2000个码元，（1）问其传码率和传信率各是多少？600Bd、600（2）如果传码率不变，但改为16进制，其传码率和传信率又各是多少？4.已知某八进制数字通信系统的传信率为12000b/s，在收端半小时内共测得出现了216个错误码元，试求系统的误码率？格式要求：A4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：宋体小四1.5倍行距；正文内的题目编号遵循1.2.3./（1）（2）/①②③/项目符号格式。提交形式：每个小组提交一份作业。作业word文档命名方式：1.项目X-X：第X组-X月X号（小组完成作业）2.项目X-X：第X组-姓名-X月X号（个人完成作业）项目行动一离散信源由0，1，2，3四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8,1/4,1/4,1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。解：此消息中，0出现23次，1出现14次，2出现13次，3出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量为)(1088log74log134log1438log232222bitI每个符号的算术平均信息量为符号位）符号位/(89.157108bitII若用熵的概念来计算，由式（1.3-5）得81log8141log4183log83222H符号位）/(906.1bit2020/2/2421感谢大家！！你我他或她1.学生的项目准备情况2.学生在项目行动中的表现情况3.学生的任务单完成情况项目评估你我他共同参与的360度评价！！