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干货!数字通信系统中主要性能指标有哪几点呢?

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衡量一个通信系统性能优劣的基本因素是有效性和可靠性。有效性是指信道传输信息的速度快慢;可靠性则是指信道传输信息的准确程度。
 
为了提高有效性,需要提高传输速率,但是可靠性随之降低。为了提高可靠性,可以增加冗余的抗干扰编码码元,但是有效性也随之降低。因此,有效性和可靠性是互相矛盾的,也是可以交换的。我们可以用降低有效性的办法提高可靠性,也可以用降低可靠性的办法提高有效性。
 
数字通信系统的有效性和可靠性可以用下列性能指标衡量:

比特率
 

传输速率

 
传输速率有以下3种定义:(1)码元速率(RB):单位时间(s)内传输的码元数目,单位是“波特(Baud)”。
 
(2)信息速率(Rb):单位时间内传输的信息量,单位是“比特/秒(b/s)”。
 
信息论指出,当信源可能产生的不同离散消息的数目是N,且第i个可能消息出现的概率是pi时,每个消息所含有的平均信息量为
 
 信息速率
 
在实际应用中,通常认为各种可能消息的出现概率相等,即pi=1/N。这时上式变成
 
I=log2(N)
 
对于二进制信号而言,N=2,每个码元所含的信息量是
 
I2=1
 
这时,码元速率和信息速率在数值上相等。例如,当每秒传输300个二进制码元时,我们说码元速率是300Baud,信息速率是300b/s。
 
这就是说,在二进制系统中信源的各种可能消息的出现概率相等时,码元速率和信息速率在数值上相等。在实际应用中,通常都默认这两个速率相等,所以常常简单地把一个二进制码元称为一个比特。
 
对于多(M)进制信号而言,每个码元所含的信息量是 I(m)=log2(M)
 
这时,信息速率Rb和码元速率RB的关系是
 
R(b)=R(a)log2(M)
 
 
式中,RB的单位是波特。例如,若令M=8,则由式(1.3-5)得知,Rb=3RB,即对于8进制码元,信息速率在数值上等于码元速率的3倍。”
 
(3)消息速率(RM):单位时间内传输的消息数目。例如,传输文字时单位是“字/s”。在传输消息时可以采用不同的码元基数和不同的码元长度,因此对于不同的系统消息速率与码元速率的关系是不相同的。此外,在传输信息时可能还要传输一些同步码元,这类额外开销也影响消息速率和码元速率的关系。
 

错误率

 
错误率是衡量可靠性的主要指标。它有下列三种不同定义:
 
(1)误码率(Pe):指错误接收码元数目在传输码元总数中所占的比例。即
 
P(e)=错误接收码元数目/传输码元总数目
 
(2)误比特率(Pb):指错误接收比特数在传输总比特数中所占的比例。即
 
P(b)=错误接收比特率/传输总比特率
 
现在讨论误码率和误比特率之间的关系。对于二进制而言,误码率和误比特率显然相等。而M进制信号的每个码元含有n=log2M比特,并且一个特定的错误码元可以有(M-1)种不同的错误样式。其中恰好错 i比特的错误样式有C(i)(n)个,故这些错误样式的错误比特总数等于∑(n)(i=1)iC(i)(n)。
 
假设这些错误样式以等概率出现,则当一个码元发生错误时,错误比特数的数学期望(平均)值等于(∑(n)(i=1)iC(i)(n) )/(M-1),所以在n个比特中错误比特所占比例的数学期望值等于
 
 数学期望值
 
所以,当M大时,误比特率近似等于

误比率
 
在某些通信系统中,例如在后面将要提到的采用格雷(Gray)码的多相制系统中,错误码元中仅发生1比特错误的概率最大。这时,近似地有:
 
P(b)约等于P(e)/log2(M)
 
(3)误字率(Pw):指错误接收字数在传输总字数中所占的比例。若一个字由k比特组成,每比特用一码元传输,则误字率等于 P(w)=1-(1-Pe)^k
 

频带利用率


信道频带利用率也是系统重要性能指标之一。它是指单位频带内所能达到的信息速率,通常与所采用的调制及编码方式有关。
 

能量利用率

 
能量利用率也是系统重要性能指标之一。它是指传输每一比特所需的信号能量。后面将要提到,此能量大小和系统带宽有直接关系,并且在此能量和占用频带之间可以交换。
 



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