1.3 通信系统的模型与指标

通信的目的是传送消息。消息可以表现为语音、图像、文字等多种形式，例如：电视台通过卫星可以把电视画面传送到千家万户；电话用户通过交换机可以实现拨号通话；网络用户通过互联网可以进行即时聊天等。一个通信系统应该具备一些最基本的功能特征来实现消息的传送，我们把这些最基本的功能特征总结抽象出来，就可以得到通信系统的一般模型。

1.3.1 通信系统的一般模型

在任何通信系统中，发送消息的一端称为信源，接收消息的一端称为信宿。信源和信宿之间的传输路径称为信道。信源发出的消息先要经发送设备变换成适合于信道传输的信号形式，再经信道传输后由接收设备做出反变换恢复出信源消息，最后被信宿接收。而消息在传送过程中的任何一点都有可能受到噪声的干扰。据此，我们可以得到图1-7所示的通信系统一般模型。由于多数通信系统都具有双向通信的功能，即通信一方既是信源又是信宿，所以图中展示的是一个双向通信系统模型。

信源和信宿通常是能够对应把消息解读出来的设备或人。例如，电视机、接听电话的人或计算机终端等都可以作为信源或信宿。消息的形式可以是图像、语音，也可以是文字、符号等。

发送设备主要用于对信源消息进行物理格式变换。这样的物理格式变换可以是码型调整变换或者是频率调整变换，以适应信道对所传输信号格式的要求。接收端则利用接收设备做出反变换。

狭义的信道是指具有不同物理性质的各种传输媒介，如电缆、光缆、无线大气空间等。广义的信道则包括信源和信宿之间的任何传输设备。信号在信道传输过程中会随着距离的增加而产生衰减。为了保证长距离传输，在适当的距离上必须对信号进行能量放大，称为中继再生。叠加了噪声的模拟信号衰减后再放大，其中的噪声分量也会随之放大，引起信号畸变。而数字信号经过中继再生后可以彻底去除噪声干扰，得到完全恢复，具有可靠性高、不失真的优点，因而获得了广泛应用。

噪声干扰是任何通信系统都难以避免的。噪声干扰等因素会导致信号失真，引起传输错误，因此，通信系统一般都要考虑差错控制问题。

1.3.2 通信系统的指标

一个通信系统质量如何，通常由两个指标来衡量，即系统的有效性和可靠性。有效性指的是单位时间内系统能够传输消息量的多少，以系统的信道带宽（Hz）或传输速率（bit/s）为衡量单位。在相同条件下，带宽或传输速率越高越好。可靠性指的是消息传输的准确程度，以不出差错或差错越少越好。例如，在模拟通信系统中，系统的频带越宽，其有效性越高，而其可靠性常用信噪比来衡量，信噪比越大，其可靠性越高。有效性和可靠性经常是相互抵触的，即可靠性的提高有赖于有效性的降低，反之亦然。

鉴于目前通信系统普遍采用的是数据通信技术，下面主要讨论数据通信系统中的这两个指标。数据通信系统的有效性用传输速率来衡量，可靠性用差错率来衡量。在相同条件下，传输速率越高越好，差错率越低越好。

1．传输速率

传输速率又分为码元速率（也称调制速率或符号速率）、比特速率（又称数据传输速率或信息传输速率）和消息速率三个指标。码元是携带数据信息的最小单位，单位时间内通过信道传输的码元个数称为码元速率，其单位为波特（Baud），如2400Baud指一秒钟传送了2400个码元。单位时间内传输二进制数据位数的个数称为比特速率，简称比特率，其单位为bit/s。消息速率是指单位时间内传输的消息量，其单位随着消息单位的不同而不同，消息单位为比特时，其单位为bit/s；消息单位为字符时，其单位为B/s；消息单位为码组时，其单位为码组/s。

对于采用二进制传输体制的通信系统，码元速率等于比特速率。但在采用N进制调制的通信系统中，若码元速率为B，比特速率为R，则二者之间存在着下列关系：

R=Blog2N （1-11）

例如，在四进制通信系统中，2400Baud等效于4800bit/s。

2．差错率

差错率用于衡量数据传输的可靠性，根据计量单位的不同可以有多种定义，其总的定义是

在数据传输系统中，常用的差错率计量单位有误码（比特）率、误字符率和误码组率等。例如，误码率是指在发送的码元总数中发生差错的码元数与总的发送码元数之比，它是一个统计平均值，计算公式为

3．频带利用率

若一个通信系统的传输频带很宽，传输信息的能力很强大，但在该系统上传输的数据量很少或者说数据传输速率很低，则该通信系统的频带利用率就不高。因此，在比较不同通信系统的有效性时，不仅要考虑数据的传输速率，也要考虑其带宽的占用情况。频带利用率是用单位频带内允许的最大比特传输速率来衡量系统性能的一个指标，单位是bit/（s·Hz），其计算公式为

在频带宽度相同的条件下，比特传输速率越高频带利用率就越高。