通信有效性与可靠性

　　通信质量概述

　　影响通信质量的因素可分为两个方面。一是前面已经介绍过的广义信道的特征及种种限制因素，二是表示信息本身的信号或编码方式和传输（调制解调）方式。

　　有效性与可靠性是相辅相承的两个质量指标体系，模拟与数字通信又有所不同。

　　1.5.2 通信系统有效性技术

　　模拟通信系统中，每一路模拟信号需占用一定信道带宽，如何在信道具有一定带宽时充分利用它的传输能力，可有几个方面的措施，一是多路信号通过频率分割复用，即频分复用（FDM），以复用路数多少来体现其有效性，如同轴电缆可容纳10800路4kHz模拟话音信号。目前使用的无线频段从105~1012Hz范围的自由空间，更是利用多种频分复用方式实现各种无线通信。

　　另一方面提高模拟通信有效性是根据业务性质减少信号带宽，如话音信号的调幅单边带（SSB）为4kHz，就比调频信号带宽小数倍，但可靠性较差。

　　数字通信的有效性主要体现在一个信道通过的信息速率。对于基带数字信号可以采用时分复用（TDM）以充分利用信道带宽。其它复用方式还有前面提到的空分复用（SDM）、码分复用（CDM）、极化复用（PDM）和波分复用（WDM）以及相应的“多址”方式。数字信号频带传输，可以采用多元调制提高有效性。如进制信号是二进制信号信息量的（）倍，它们的信息量单位分别为波特（Baud－Bd）和比特（bit），因此

　　另外，为了利用有限的信道带宽支持信源信息量大的通信业务传输，根据信息理论可以采用信源压缩编码，即消除源信息中冗余部分，如电视信号中只含有大约4%的有效信息，采用无失真压缩编码，可能达到30多倍的压缩率。更进一步，根据不同应用要求的，由仙农率失真理论，还可以去掉一些次要信息，这种有损压缩编码，往往可以压缩上百倍以上，如多媒体会议电视及可视电话可以分别利用2Mb/s速率及PCM系统和3kHz带宽的PSTN（公用交换电话网）进行传输，便满足一般需要。

　　1.5.3 通信系统可靠性技术

　　对于模拟通信系统，可靠性通常以整个系统的输出信噪比来衡量。一般通信系统特别是卫星通信，发送信号功率总是有一定限量，而信道噪声（主要是热噪声）则随传输距离而增长，其功率不断累积，并以相加的形式来干扰信号，这种干扰称为加性干扰。信号加噪声的混合波形与原信号相比则具有一定程度失真。模拟通信的输出信噪比越高，通信质量就越好。诸如，公共电话（商用）以40dB为优良质量，电视节目信噪比至少应为50dB，优质电视接收应在60dB以上，公务通信可以降低质量要求，也需20dB以上。当然，信噪比并非的衡量质量的指标。

　　在实际中，常用折衷办法来改善可靠性，即以带宽（有效性）为代价换取可靠性，可提高输出信噪比涉及信号的调制方式。例如，宽带调频（FM）比调幅多占几倍或更大带宽，解调输出信噪比改善量与带宽增加倍数的平方成正比。如民用调幅广播，每台节目10kHz带宽，而调频台节目带宽为180kHz，但信噪比增大十几倍，因此音质极好。

　　首先，数字通信可靠性因素就主要地、本质地说，主要还是信噪比问题，另一因素是设计的信号本身抗扰能力。但数字信号传输终反映在判决输出的码元符号是否正确，因此其可靠性指标均为码元或码字的差错概率，即一定时间内的平均差错率。一般通信系统，差错率主要决定于信噪比输出大小。

　　提高数字系统的可靠性，减少误差率的措施，首先从仙农信道容量公式来奠定一个基本思路，该的公式为

　　上列公式的概念表明，当通过信道传输的信息总量不超过信道容量时，信号本身的带宽，传输时间和信号动态范围三者的量值可以互换，则信号可以无失真通过该信道

　　以付出带宽换取可靠性如无线扩频调制CDMA，以扩展带宽成百上千倍，甚至当信噪比小于1，即0dB以下时，仍可有较强抗干扰性，正确接收信号。

　　降低传输速率，即在同样信息量，延长传输时间可以提高可靠性。如一幅信息量很大的精细画面，利用了3kHz带宽电话信道，几分钟可以无失真传输完毕。

　　采用适当的信号波形及均衡措施，可消除信号码元波形间干扰，提高正确判决概率。第五章基带数字信号传输理论的奈奎斯特三个准则，有效地解决了消除“符号间干扰”(ISI)问题。

　　选用调制与解调方式提高可靠性。如采用数字调频较调幅有较好的接收质量。接收的解调方式优于包络解调效果。

　　优良的信号设计可提高抗干扰能力。第6章将重点介绍，发送信号序列中表示不同信号的码字或波形函数之间相关性的情况。

　　提高抗干扰能力，减少差错有效、也常用的方法是利用差错控制编码。前面已经提到，它是以增加冗余而实施自动纠错或检错重发的技术措施，或者在要求的误码率不变时，采用纠错码可以降低对信噪比的要求。本书第9章将具体讨论各种差错控制原理与编码方法。

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