通信系统性能的评估方法

通信系统的优劣必须有一套度量的方法。使用这套度量的方法对整个系统进行综合评估,可以反映出通信系统在通信的有效性、可靠性、适应性、标准性和经济性等方面的质量水平。显然度量通信系统的性能是一个非常复杂的问题。但是,从研究信息的传输来说,通信的有效性和可靠性最为重要。

所谓有效性是指传输一定的信息量所消耗的信道资源的多少,信道的资源包括信道的带宽和时间。而可靠性则是指传输信息的准确程度。此二者是度量通信系统性能最基本的指标。

有效性和可靠性始终是矛盾的。在一定可靠性指标下,尽量提高消息的传输速率;或在一定有效性条件下,使消息的传输质量尽可能提高。根据香农公式可以知道在信道容量一定时,可靠性和有效性之间可以彼此互换。

由于模拟通信系统和数字通信系统之间的区别,二者对可靠性和有效性的要求有很大的差别,其度量的方法也不一样。

1.模拟通信系统的性能度量

(1)有效性

模拟通信系统的有效性用有效带宽来度量,同样的消息采用不同的调制方式,则需要不同的频带宽度。频带宽度占用的越窄,效率越高,有效性越好。

(2)可靠性

模拟通信系统的可靠性一般用接收端接收设备输出的信噪比来度量。信噪比越大,通信质量越高,可靠性越好。信噪比是信号功率与传输中引入的噪声功率之比。不同的系统在同样的信道条件下所得到的信噪比是不同的。

2.数字通信系统的性能度量

在数字通信中,用传输信息的速率来衡量有效性,用差错率来衡量可靠性。

(1)传输速率

携带有一定信息量的码元组成数字信号。

定义单位时间传输的码元个数为码元速率,用符号Rs表示,单位为码元/秒,称为波特(Baud),简记为B,有时也称为波特率。

定义单位时间传输的信息量为信息速率,用符号Rb表示,单位为bit/s(比特/秒),又称为比特率。

对于二进制数字信号来说,一个码元的信息量为1bit,而M进制数字信号,一个码元的信息量则为log2M,因此码元速率Rs和信息速率Rb之间的关系为(www.xing528.com)

式中,Rb的单位为bit/s,Rs的单位为Baud。

二进制的码元速率和信息速率在数量上相等,有时称它们为数码率。

数字信号的传输带宽B取决于码元速率Rs,而码元速率与信息速率Rb有确定的关系。定义频率利用率为

其物理意义为单位频带所能够传输的信息速率,单位为bit/(s·Hz)。

例1.6.1 已知二进制数字信号在0.5min内共传送了48000个码元,①问其码元速率Rs2和信息速率Rb2各为多少?②如果码元速率不变,但改为八进制数字信号,其码元速率Rs8和信息速率Rb8各为多少?

解 ①在0.5×60s=30s内传送了48000个码元,

②若改为八进制,则

(2)差错率

定义误比特率为

有时也称为误信率。它是指接收错误的信息量在传送的总信息量中所占的比例,也就是码元的信息量在传输中出现传输错误的概率。

定义误码元率为

有时也称为误码率。它是指接收错误的码元数在传送总码元数中所占的比例,也就是码元在传输系统中被传错的概率。

显然,差错率越小,通信的可靠性越高。

例1.6.2 已知某八进制数字通信系统的信息速率为6000bit/s,在接收端10min内共测得出现了24个错误码元,试求系统的误码率Ps。

解