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数字通信中的信源编码和信道编码

摘要：如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。本论文根据当今现代通信技术的发展，对信源编码和信道编码进行了概述性的介绍.

关键词：数字通信；通信系统；信源编码；信道编码

Abstract：Now it is an information society. In the all of information technologies, transmission and communication of information take an important effect. For the transmission of information, Digital communication has been an important means. In this thesis we will present an overview of source coding and channel coding dep ending on the development of today’s communication technologies.

Key Words：digital communication; communication system; source coding; channel coding

1.前言

通常所谓的―编码‖包括信源编码和信道编码。编码是数字通信的必要手段。使用数字信号进行传输有许多优点, 如不易受噪声干扰, 容易进行各种复杂处理, 便于存贮, 易集成化等。编码的目的就是为了优化通信系统。一般通信系统的性能指标主要是有效性和可靠性。所谓优化，就是使这些指标达到最佳。除了经济性外，这些指标正是信息论研究的对象。按照不同的编码目的，编码可主要分为信源编码和信道编码。在本文中对此做一个简单的介绍。

2.数字通信系统

通信的任务是由一整套技术设备和传输媒介所构成的总体——通信系统来完成的。电子通信根据信道上传输信号的种类可分为模拟通信和数字通信。最简单的数字通信系统模型由信源、信道和信宿三个基本部分组成。实际的数字通信系统模型要比简单的数字通信系统模型复杂得多。数字通信系统设备多种多样，综合各种数字通信系统，其构成如图2-l所示。

图2-1 数字通信系统模型

信源编码是以提高通信有效性为目的的编码。通常通过压缩信源的冗余度来实现。采用的一般方法是压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。

信道，通俗地说是指以传输媒质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。

信道编码是以提高信息传输的可靠性为目的的编码。通常通过增加信源的冗余度来实现。采用的一般方法是增大码率或带宽。与信源编码正好相反。在计算机科学领域，信道编码

（channel code ）被广泛用作表示编码错误监测和纠正的术语，有时候也可以在通信和存储领域用作表示数字调制方式。信道编码用来在数据传输的时候保护数据，还可以在出现错误的时候来恢复数据。

3. 信源编码

一般情况下，信源编码可分为离散信源编码、连续信源编码和相关信源编码。离散信源编码可做到无失真编码；而连续信源编码则只能做到限失真编码。

3.1信源编码的一般模型

图3-1

信源编码的一般模型如图3-1所示。如果将编码器看作是一个网络，则它有2个输入和1个输出，分别是消息集合X 、信道基本符号集合A 和代码集合C 。

设消息集合共有N 个元素，信道基本符号共有2种，代码组集合的元素个数为N ，则 X={x 1，x 2，…，x N }

A={0，1 }

C={c 1，c 2，…，c N }

由信源编码器的数学模型可将信源编码器的作用归纳为

(1)用信道的基本符号按照规定的编码方法把信源发出的消息变换成相应的代码组；

(2)建立消息集合X 与代码组集合C 之间的一一对应关系。

通常称具有上述映射规则的信源编码器为正规编码器，编出来的码称为非奇异码。

由于正规编码器一一对应的规则确保了编码过程不会造成信息量的损失，故等效信源的熵必定与初始信源的熵相等。

3.2 最佳编码

通常称具有最短的代码组平均长度或编码效率接近于1的信源编码为最佳信源编码，亦简称为最佳编码。最佳编码的目的是提高信道传输消息的有效性。

最佳编码的实质：减小每个符号所占用的时间长度，即让每个码元所携带的信息量最大。最佳编码的原则：①把信源符号集合中出现概率大的符号编成长度较短的代码组，而把出现概率小的符号编成长度较长的代码组；②信源编码器输出的代码组为单义可译码组，即序列中不必使用间隔就能把序列逐个分成代码组（因为间隔不携带信息量，使用了间隔自然降低了编码效率）

3.3 常见信源编码

3.3.1香农编码

在信源编码方面，1951年香农证明，当信源输出有冗余的消息时可通过编码改变信源的输出，使信息传输速率接近信道容量。1948年香农就提出能使信源与信道匹配的香农编码。香农编码编码步骤如下：

(1) 将符号序列a i i=1,2,…,N n 按概率降序排列;

(2) 确定第i 个码字的码长log ()i i l p a =-???? i=1,2,…,N n ；

(3) 令P(a 0

)=0，计算第i-1个符号序列的累加概率

110()()()()i a i j a i i j p a p a p a p a ==-===+∑ i= i=1,2,…,N n ；

(4) 将P a (a i )用二进制表示，取小数点后l i 位作为符号序列a i 的码字c i i=1,2,…,N n ；香农编码方法特点：由于b i 总是进一取整，香农编码方法不一定是最佳的；由于第一个消息符号的累加概率总是为0，故它对应的码字总是0、00、000、0…0的式样；码字集合是唯一的，且为即时码；先有码长再有码字；对于一些信源，编码效率不高，多余度稍大，因此其实用性受到较大限制。

3.3.2费诺编码

费诺编码是一种基于一组符号及及其或然率（估量或测量所得），从而构建前缀码的技术。在理想意义上，它与哈夫曼编码一样，并未实现码词（code word ）长度的最低预期。然而，与哈夫曼编码不同的是，它确保了所有的码词长度在一个理想的理论范围

之内。这项技术是香农于1948年，在他介绍信息理论的文章―通信数学理论‖中被提出的。这个方法归功于范诺，他在不久以后以技术报告发布了它。费诺编码不应该与香农编码混淆，后者的编码方法用于证明Shannon's noiseless coding theorem ，或与Shannon –Fano –Elias coding （又被称作Elias coding ）一起，被看做算术编码的先驱。

费诺编码也是一种常见的信源编码方法。其步骤：

(1) 将信源消息符号按其出现的概率大小依次排列，即p (x 1) ≥ p (x 2) ≥ … p (x n )；

(2) 将依次排列的信源符号按概率值分为两大组，使两个组的概率之和接近于相同，并

对各组赋予一个二进制码元―0‖和―1‖；

(3) 将每一大组的信源符号进一步再分成两个组，使分解后的两个组的概率之和接近于

相同，并又赋予两个组一个二进制符号―0‖和―1‖；

(4) 如此重复，直至每个组只剩下一个信源符号为止；

信源符号所对应的码字即为费诺编码。

费诺编码特点为：概率大，则分解的次数小；概率小，则分解的次数多。这符合最佳编码原则。码字集合是唯一的。分解完了，码字出来了，码长也有了。因此，费诺编码方法又称为子集分解法。

3.3.3赫夫曼编码

香农编码算法并非总能得到最优编码。1952年, David A. Huffman 提出了一个不同的算法，这个算法可以为任何的可能性提供出一个理想的树。香农编码是从树的根节点到叶子节点所进行的的编码，赫夫曼编码算法却是从相反的方向，即从叶子节点到根节点的方向编码的。编码步骤如下：

(1) 将符号序列a i i=1,2,…,N n 按概率降序排列；

(2) 为概率最小的两个符号序列各自分配一个二进制码元；

(3) 将概率最小的两个符号序列合并成一个新的符号序列，用两者概率之和作为新符号

序列的概率；

重复（1）（2）（3）步骤，直到合并出一个以1为概率的新符号序列。分配给符号序列a i 的全部码元作为该符号序列的码字c i i=1,2,…,N n 。

赫夫曼码的特点：编码过程中先确定码字，后确定码长；用局部累加概率代替累加概率，多次重新排列合并累加的过程是优化过程；每次合并伴之分配码元保证大概率符号序列编为

短码，小概率符号序列编为长码；不具有唯一性，但不同赫夫曼码的编码效率相同；码率不超过熵率1/n个比特，n越大码率越接近熵率。

尽管对同一信源存在着多种结果的赫夫曼编码，但它们的平均码长几乎都是相等的，因为每一种路径选择都是使用最小概率相加的方法，其实质都是遵循最佳编码的原则，因此赫夫曼编码是最佳编码。赫夫曼编码是一种最佳编码，实现也不困难，因此到目前为止它仍是应用最为广泛无失真信源编码之一。

3.3.4通用编码

对于统计特性已知的平稳信源，有Huffman码和算术码等高效编码方法。但是，它们存在以下共同问题：①在编码时必须知道信源的概率分布，这在许多情况下是不可能的；②它们对无记忆信源较为合适，而实际应用中的信源一般都具有记忆性。因此如何利用信源的记忆性提高它的压缩率是信源编码所必需考虑的问题。因而在此简单介绍一下通用编码。通用编码是指在信源概率分布不知时，对其编码并使编码效率很高的一种码。他的基本原理是利用出现数据序列前后的相关性进行压缩。下面简单介绍一下通用码中的一种LZ码：1965年苏联数学家Kolmogolov提出利用信源序列的结构特性来编码。而两位以色列研究者J.Ziv和A.Lempel独辟蹊径，完全脱离Huffman及算术编码的设计思路，创造出了一系列比Huffman编码更有效，比算术编码更快捷的通用压缩算法。将这些算法统称为LZ系列算法。LZ码的基本算法：

(1)将长度不同的符号串编成一个个新的短语(单词)，形成短语词典的索引表；

(2)它是一种分段编码，其短语词典是由前面已见到的文本分段来定义的.

LZ码的编码步骤为：

(1)取第一个符号x作为第一段（单词），记为（0，x）；

(2)从第二个符号y起，分段时先查看是否与前面的短语相同（匹配）：若没有匹配的，

记为（0，y）；若有匹配的符号，就找从该符号开始与之匹配的最大长度L，并使

得匹配开始的距离ρ最近，记为（1，L，ρ）；

4.信道编码

4.1信道编码的基本思想和基本方式

经过信源编码后并不能将信号直接送到传输通道发送出去, 因为数字信号在传输中受到衰减、杂波、干扰等所造成的质量劣化是突变性的(模拟信号质量的劣化是渐变的), 也就是说,数字信号在衰减、杂波或干扰没有低于某一门限时, 只要接收设备能判别出0码和1码, 信号质量就不会受到大的影响, 而一旦超过此门限, 接收设备判别不出0码和1码, 信号就会丢失。因此, 在数字信号传输中最重要的是防止误码, 也就是要尽量降低误码率。

1949年香农在《有噪声时的通信》一文中提出了信道容量的概念和信道编码定理，为信道编码奠定了理论基础。无噪信道编码定理（又称香农第一定理）指出，码字的平均长度只能大于或等于信源的熵。有噪信道编码定理（又称香农第二定理）则是编码存在定理。它指出只要信息传输速率小于信道容量，就存在一类编码，使信息传输的错误概率可以任意小。随着计算技术和数字通信的发展，纠错编码和密码学得到迅速的发展。信道编码的基本思想是：在发端被传输的信息序列上附加一些多余的检验码元，这些监督码元与信息码元间以某种特定的规则相互关联。接收端按照既定的规则检验信息码元与监督码元间的关系，一但传输出错，则两者间的关系将会受到破坏，从而可以发现错误，乃至纠正错误。

信道编码的基本方式是：前向纠错（FEC）、检错重传（ARQ）、混合差错控制（HEC）和信息反馈（IRQ）。

4.2常用的信道编码

4.2.1 线性分组码

在分组码中，编码后的码元序列每n 位为一组，其中k 是信息码元，r （r=n-k ）个是附加的监督码元。如果信息元与监督码元之间呈线性关系，则为线性分组码。奇偶校验码和汉明码是典型的线性分组码。循环码是线性分组码，既可纠错又可检错。特点是任一码组的每一次循环移位得到的是码中的另一码组。BCH 码是一类纠正多个随机错误的循环码。线性分组码的简单编码过程如下：

（1）构造秩为m 的m×n 校验矩阵H 。Hr i =s i .其中r i 为第i 个接收码字，以n 列向量表示。s i 为第i 个接收码字的误码标志，以m 列向量表示。21m

n ≥+。使校验矩阵H 满足，当r i 等于c i 时，Hr i =Hc i =s i =0;当r i 不等于c i 时，Hr i =s i !=0；

（2）构造k×n 生成矩阵G 使校验矩阵H 与生成矩阵G 之间满足HG T =0；

（3）编码c i =G T x i ，其中x i 为第i 个码字的消息，以k 列向量表示。

4.2.2 卷积码

卷积码是另一类信道编码，它也是把k 位信息编成n （n 大于等于k ）位，但k 和n 都很小，适于串行传输。特点是编码后的n 个码元不仅与当前段的k 位信息有关，而且与前N-1段的信息有关，编码过程中相互关联的码元有N n 个。纠错能力随N 的增加而增加，而差错率随N 的增加而指数下降。编码过程可以看成是输入信息序列与由移位寄存器和模2加连接所决定的的另一序列的卷积，因此称为卷积没码。N 称为约束长度，m=N-1称为编码存储。卷积编码其特点是除能纠正本组的误码外, 也纠正其它组的误码, 卷积编码可以采用不同的比率, 在DVB 标准中, 规定5种比率(即1/2、2/3、3/4、5/6、7/8)。

5.结束语

信息论理论的建立，提出了信息、信息熵的概念，接着人们提出了编码定理和编码方法，但至今尚不完善。近几年来，第三代移动通信系统的热衷探索，促进了各种数字信号处理技术发展，编码技术也在不断发展中。本文只是就几种经典的信源编码与信道编码技术做了简单的介绍了。随着通信技术的发展，编码技术也将越来越接近极限值。

6.参考资料

[1] 信息论基础. (美) Thomas M.Cover Joy A.Thomas 著阮吉寿张华译.

[2] 通信信息系统的构成及发展. 江沩. 现代通信，2000年第4期，33-34.

[3] 通信原理. 樊昌信等. 国防工业出版社，2003.

[4] MATLAB 应用于数字通信系统调制解调技术的仿真设计研究. 张懿. 武汉理工大学.

[5] 信源编码与信道编码. 池秀清. 科技情报开发与经济. 2001年第11卷第6期，71-72.

信源信道编码

青岛农业大学本科生课程论文论文题目联合信源信道编码的原理及其在通信中的应用学生专业班级信息与计算科学09级1班学生姓名（学号）董晨晨（20093991）指导教师吴慧完成时间 2012年6月27日 2012 年 6 月 27 日

课程论文任务书学生姓名董晨晨指导教师吴慧论文题目联合信源信道编码的原理及其在通信中的应用论文内容（需明确列出研究的问题）：由于通信的根本目的是将消息有效而可靠地从信源传到信宿，信源编码的目的在于提高系统的有效性，信道编码理论核心是提高系统的可靠性，因此在编码时应在一定的传信率条件下，通过有规律的增加冗余度保证信息以尽可能小的差错概率从信源传到信宿，并且充分利用系统资源。基于这种情况下，提出了信源信道联合编码，可以跟随信道的变化充分利用通信系统的资源，达到最好的端对端的通信效果。本文主要研究了以下几个方面的问题：（1）信源信道联合编码的原理；（2）信源信道联合编码的研究方向；（3）信源信道联合编码的关键技术；（4）联合编码在通信系统方面的应用。资料、数据、技术水平等方面的要求：通过书籍报刊杂志、网络等各种渠道广泛搜集资料，充分利用现有文献，借鉴他人的学术成果，做到了资料翔实，数据准确，引用规范，论证充分。论文符合一般学术论文的写作规范，具备学术性、科学性和一定的创造性。文字流畅、语言准确、要点清楚，有独立的观点和见解。内容理论联系实际，计算数据准确，涉及到他人的观点、统计数据或计算公式标明出处，结论写的概括简短。发出任务书日期2012.6.20完成论文日期2012.6.27 教研室意见（签字）院长意见（签字）

课程论文成绩评定表

信源编码的基本原理及其应用..

信源编码的基本原理及其应用课程名称通信原理Ⅱ 专业通信工程班级******* 学号****** 学生姓名***** 论文成绩指导教师***** ******

信源编码的基本原理及其应用信息论的理论定义是由当代伟大的数学家美国贝尔实验室杰出的科学家香农在他1948 年的著名论文《通信的数学理论》所定义的，它为信息论奠定了理论基础。后来其他科学家，如哈特莱、维纳、朗格等人又对信息理论作出了更加深入的探讨。使得信息论到现在形成了一套比较完整的理论体系。信息通过信道传输到信宿的过程即为通信，通信中的基本问题是如何快速、准确地传送信息。要做到既不失真又快速地通信，需要解决两个问题：一是不失真或允许一定的失真条件下，如何提高信息传输速度（如何用尽可能少的符号来传送信源信息）；二是在信道受到干扰的情况下，如何增加信号的抗干扰能力，同时又使得信息传输率最大（如何尽可能地提高信息传输的可靠性）。这样就对信源的编码有了要求，如何通过对信源的编码来实现呢？通常对于一个数字通信系统而言，信源编码位于从信源到信宿的整个传输链路中的第一个环节，其基本目地就是压缩信源产生的冗余信息，降低传递这些不必要的信息的开销，从而提高整个传输链路的有效性。在这个过程中，对冗余信息的界定和处理是信源编码的核心问题，那么首先需要对这些冗余信息的来源进行分析，接下来才能够根据这些冗余信息的不同特点设计和采取相应的压缩处理技术进行高效的信源编码。简言之，信息的冗余来自两个主要的方面：首先是信源的相关性和记忆性。这类降低信源相关性和记忆性编码的典型例子有预测编码、变换编码等；其次是信宿对信源失真具有一定的容忍程度。这类编码的直接应用有很大一部分是在对模拟信源的量化上，或连续信源的限失真编码。可以把信源编码看成是在有效性和传递性的信息完整性（质量）之间的一种折中有段。信源编码的基本原理：信息论的创始人香农将信源输出的平均信息量定义为单消息（符号）离散信源的信息熵：香农称信源输出的一个符号所含的平均信息量为为信源的信息熵。通信原理中对信源研究的内容包括3个方面： (1)信源的建模信源输出信号的数学描述已有成熟的理论——随机过程，一般的随机过程理∑=-=L i i i x p x p x H 12) (log )()()(x H

数字通信中的信源编码和信道编码.(优选)

数字通信中的信源编码和信道编码摘要：如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。本论文根据当今现代通信技术的发展，对信源编码和信道编码进行了概述性的介绍. 关键词：数字通信；通信系统；信源编码；信道编码 Abstract：Now it is an information society. In the all of information technologies, transmission and communication of information take an important effect. For the transmission of information, Digital communication has been an important means. In this thesis we will present an overview of source coding and channel coding depending on the development of today’s communica tion technologies. Key Words：digital communication; communication system; source coding; channel coding 1.前言通常所谓的“编码”包括信源编码和信道编码。编码是数字通信的必要手段。使用数字信号进行传输有许多优点, 如不易受噪声干扰, 容易进行各种复杂处理, 便于存贮, 易集成化等。编码的目的就是为了优化通信系统。一般通信系统的性能指标主要是有效性和可靠性。所谓优化，就是使这些指标达到最佳。除了经济性外，这些指标正是信息论研究的对象。按照不同的编码目的，编码可主要分为信源编码和信道编码。在本文中对此做一个简单的介绍。 2.数字通信系统通信的任务是由一整套技术设备和传输媒介所构成的总体——通信系统来完成的。电子通信根据信道上传输信号的种类可分为模拟通信和数字通信。最简单的数字通信系统模型由信源、信道和信宿三个基本部分组成。实际的数字通信系统模型要比简单的数字通信系统模型复杂得多。数字通信系统设备多种多样，综合各种数字通信系统，其构成如图2-l所示。图2-1 数字通信系统模型信源编码是以提高通信有效性为目的的编码。通常通过压缩信源的冗余度来实现。采用的一般方法是压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。信道，通俗地说是指以传输媒质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。信道编码是以提高信息传输的可靠性为目的的编码。通常通过增加信源的冗余度来实现。采用的一般方法是增大码率或带宽。与信源编码正好相反。在计算机科学领域，信道编

基于Huffman信源编码和LDPC信道编码的联合译码算法

Joint Source-Channel Decoding of Huffman Codes with LDPC Codes Zhonghui Mei and Lenan Wu Abstract In this paper, we present a joint source-channel decoding algorithm (JSCD) for LDPC codes by exploiting the redundancy of the Huffman coded sources.When the number of Huffman codes increases, just a moderate complexity is added for our algorithm by increasing the size of the lookup table, which is used to estimate the information bit probability based on the source redundancy. Key words － LDPC, Variable length codes (VLC), Huffman code, sum-product algorithm (SPA), joint source-channel decoding (JSCD) I. INTRODUCTION Recently in [1]-[4] several joint source-channel decoding algorithms for variable length codes (VLC) have been proposed. All of these algorithms consider the overall sequence of variable length codeword to exploit the source redundancy. The drawback is that the symbols have to be synchronized in order to limit error propagating. Furthermore, when the number of VLC increases, the decoding complexity of these algorithms explodes. In this paper we present a JSCD algorithm for LDPC codes in combination with Huffman coded sources. The error correcting property of our JSCD algorithm mainly depends on channel codes rather than source redundancy. In order to exploit the source redundancy, we estimate the information bit probability with just some corresponding bits before it, which simplifies the decoding algorithm significantly. The rest of the paper is organized as follows. Section II presents the Huffman coded source model. The JSCD algorithm for LDPC codes is described in section III. Section IV provides the simulation results. Section V concludes this paper. II. HUFFNAN CODED SOURCE MODEL Let denotes a sequence of information bits coded by VLC (e.g. a Huffman code). In [1], [3] and [4], they consider the overall sequence and express the source redundancy with . In order to compute , [3] and [4] design a trellis to illustrate statistics of the source sequence. When the number of the trellis states increases, the computational complexity of will rise explosively. ],......,,,[321n s s s s S =),......,,,()(21n s s s s p S p =)(S p )(S p In this paper, we make use of the source redundancy with , as is illustrated in Fig.1 and table 1. k is chose to be larger than the maximum length of Huffman codes. When the number of VLC increases, we only need to expand the lookup table. In addition, for we just estimate one bit probability with a small part bit of the information sequence every time, the error propagation phenomenon has been avoided successfully. ]),......,,[|(11?+??i k i k i i s s s s p

现代通信原理指导书第七章信源编码习题详解

第七章信源编码 7-1已知某地天气预报状态分为六种：晴天、多云、阴天、小雨、中雨、大雨。 ① 若六种状态等概出现，求每种消息的平均信息量及等长二进制编码的码长N 。 ② 若六种状态出现的概率为：晴天—；多云—；阴天—；小雨—；中雨—；大雨—。试计算消息的平均信息量，若按Huffman 码进行最佳编码，试求各状态编码及平均码长N 。解: ①每种状态出现的概率为 6,...,1,6 1 ==i P i 因此消息的平均信息量为 ∑=- ===6 1 22 /58.26log 1 log i i i bit P P I 消息等长二进制编码的码长N ＝[][]316log 1log 22=+=+L 。 ②各种状态出现的概率如题所给，则消息的平均信息量为 6 2 1 2222221log 0.6log 0.60.22log 0.220.1log 0.10.06log 0.060.013log 0.0130.007log 0.0071.63/i i i I P P bit - == = ------ ≈ ∑消息 Huffman 编码树如下图所示：由此可以得到各状态编码为：晴—0，多云—10，阴天—110，小雨—1110，中雨—11110，大雨—11111。平均码长为： 6 1 10.620.2230.140.0650.01350.0071.68 i i i N n P == =?+?+?+?+?+? =∑— 7-2某一离散无记忆信源（DMS ）由8个字母(1,2,,8)i X i =???组成，设每个字母出现的概率分别为：，，，，，，，。试求： ① Huffman 编码时产生的8个不等长码字； ② 平均二进制编码长度N ； ③ 信源的熵，并与N 比较。解：①采用冒泡法画出Huffman 编码树如下图所示可以得到按概率从大到小8个不等长码字依次为： 0100,0101,1110,1111,011,100,00,1087654321========X X X X X X X X

移动通信练习题+答案

1.（√）所谓移动通信，是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息交换的通信方式。 2.（×）邻道干扰是指相邻或邻近的信道（或频道）之间的干扰，是由于一个弱信号串扰强信号而造成的干扰。（强信号串扰弱信号） 3.（√）移动通信的信道是指基站天线、移动用户天线和两幅天线之间的传播路径。 4.（×）电波的自由空间传播损耗是与距离的立方成正比的。（平方） 5.（×）由于多径传播所引起的信号衰落，称为多径衰落，也叫慢衰落。 6.【】（×）移动通信中，多普勒频移的影响会产生附加的调频噪声，出现接收信号的失真。 7.（√）莱斯分布适用于一条路径明显强于其他多径的情况。在接收信号中没有主导分量时，莱斯分布就转变为瑞利分布。 8.（×）在多径衰落信道中，由于时间色散导致发送信号产生的衰落效应是快衰落和慢衰落。（频率色散）P39 9.（√）分集接收的基本思想，就是把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。 10.（√）在实际工程中，为达到良好的空间分集效果，基站天线之间的距离一般相当于10多个波长或更多。 11.（×）GSM移动通信系统中,每个载频按时间分为16个时隙,也就是16个物理信道.8 12.（√）GSM中的逻辑信道分为专用信道和公共信道两大类。 13.（×）GSM中的同频干扰保护比要求C/I＞-9dB，工程上一般增加3dB的余量。9 14.（×）GSM中的广播控制信道BCCH和业务信道TCH一样可通过跳频方式提高抗干扰性能。P261 15.（√）跳频就是有规则地改变一个信道的频隙（载频频带）。跳频分为慢跳频和快跳频。在GSM的无线接口上采用的是慢跳频技术。 16.（√）GPRS是指通用分组无线业务，是基于GSM网络所开发的分组数据技术，是按需动态占用频谱资源的。P293

以香农编码为信源编码、(7,4)循环码为信道编码的2FSK信号的调制解调

目录 1 课程设计目的 (1) 2 课程设计正文 (1) 2.1 调制原理 (1) 2.2 解调原理 (3) 2.3 程序分析 (3) 3 课程设计总结 (9) 4 参考文献 (9)

1 课程设计目的通过我们对这次CDIO 二级项目的学习和理解，综合运用课本中所学到的理论知识完成一个以香农编码为信源编码、（7,4）循环码为信道编码的2FSK 信号调制解调的课程设计。以及锻炼我们查阅资料、方案比较、团结合作的能力。学会了运用MA TLAB 编程来实现2FSK 调制解调过程，并且输出其调制及解调过程中的波形，并且讨论了其调制和解调效果，增强了我们的动手能力，为以后学习和工作打下了基础。 2 课程设计正文本次课程设计我们所做的课题是一个以香农编码为信源编码、（7,4）循环码为信道编码的2FSK 信号调制解调的CDIO 项目，这就要求我们需要完成信源编码、信道编码、信号的调制解调以及误码率分析等问题。图1 数字通信系统模型数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。 2.1 调制原理用基带信号)(t f 对高频载波的瞬时频率进行控制的调制方式叫做调频，在数字调制系统中则称为频移键控(FSK)。频移键控在数字通信中是使用较早的一种调制方式，这种方式实现起来比较容易，抗干扰和抗衰落的性能也较强。其缺点是占用频带较宽，频带利用串不够高，因此，额移键控主要应用于低、中速数据的传输，以及衰落信道与频带较宽

移动通信参数表..

一. 移动通信参数表参数缩写含义解释参数缩写含义解释 1 TCH 业务信道23 BSIC 基站色码 2 BCCH 广播控制信道24 CA 小区置配 3 CCCH 公共控制信道25 HSN 跳频序列 4 RACH 随机接入信道26 MA 移动配置 5 AGCH 接入允许信道27 MAIO 移动培植指数偏移 6 PCH 寻呼控制信道28 FN 帧号码 7 DCCH 专用控制信道29 TSC 训练序列码 8 CBCH 小区广播信道30 TN 时隙号 9 SDCCH 独立专用控制信道31 PD 协议识别语 10 SACCH 慢速随路控制信道32 TI 处理识别语 11 SCH 同步信道33 IMSI 国际移动用户识别 12 CM 连接管理34 TMSI 临时移动用户识别 13 MM 移动管理35 IMEI 国际移动设备识别 14 RR 无线资源管理36 MCC 国际移动码 15 DTX 非连续发送（由话音激活）37 MNC 移动网号 16 OMC 操作维护中心38 LAC 位置区号码 17 MS 手机39 PLMN 公共陆地移动网 18 BS 基站40 TA 时间提前 19 SIM 用户识别模块41 RXLEV 平均的接收电平 20 ARFCN 频道（载频）序号42 RXQUAL 信道接收质量 21 Um 基站子系统与MS间接口43 TXPWR 发信功率电平 22 C2 小区重选信道质量标准参数44 C1 路径损耗原则参数二. 参数详述 (一) 频道配置参数 GSM网和TACS网一样都采用等间隔频道配置方法。 1. 工作频段、频段间隔、频道序列及频点数字公用陆地蜂窝移动通信网采用900Mhz频段。 MS发，BS收：890 –915 Mhz (上行) BS发，MS收：935-960MHz（下行）载频间隔为200kHz，共124个无线载频，在每端留有200 kHz的保护带。按照国家规定，邮电部门占用905 –909MHz(上行) / 950 –954 MHz(下行)；连通公司占用909 –915 MHz（上行）/ 954 –960 MHz(下行)； 10MHz频带共有49个频道（载频），序号（ARFCN）为76 –124 。注：但如果邮电部门将ETACS的模拟网退频将继续扩频。GSM在900MHZ共有16MHZ 频段. 频道标称中心频率与序号的关系由以下公式确定：基站收：Fl(n)=890.200MHz + (n+1)x 0.200MHz

信源编码(数据压缩)课程课后题与答案(第二章)

信源编码 Assignment of CH2 1、（a）画出一般通信系统结构的组成框图，并详细说明各部分的作用或功能；信源信源编码信道编码调制噪声信道传输 , 信宿信源解码信道解码解调图1、一般数字通信系统框图各部分功能： 1、信源和信宿：信源的作用是把消息转换成原始的电信号；信宿的作用是把复原的电信号转换成相应的消息。 . 2、信源编码和信源解码：一是进行模/数转换，二是进行数据压缩，即设法降低信号的数码率；信源解码是信源编码的逆过程。 3、信道编码和信道解码：用于提高信道可靠性、减小噪声对信号传输的影响；信道解码是信道编码的反变换。 4、调制和解调：将信息调制为携带信息、适应在信道中传输的信号。数字 " 解调是数字调制的逆变换。 5、信道：通信的通道，是信号传输的媒介。（b）画出一般接收机和发射机的组成框图，并分别说明信源编解码器和信道编解码器的作用； … 高频振荡器高频放大调制高频功放天线

" 音频功放信号图2、一般发射机框图（无线广播调幅发射机为例）

天线信号放大器混频器解调器音频放大器信号本地振荡器图3、一般接收机框图（无线广播调幅发射机为例）信源编解码器作用：它通过对信源的压缩、扰乱、加密等一系列处理，力求用最少的数码最安全地传输最大的信息量。信源编解码主要解决传输的有效性问题。信道编解码器作用：使数字信息在传输过程中不出错或少出错，而且做到自动检错和尽量纠错。信道编解码主要解决传输的可靠性问题。（c）信源编码器和解码器一般由几部分组成，画出其组成图并给以解释。信源编码器时频分析量化熵编码信道传输时频分析反量化熵解码信源解码器图 4、信源编解码器框图时频分析部分：信源编码器对信源传送来的信号进行一定方法的时域频域分析，建立一个能够表达信号规律性的数学模型，从而得知信号中的相关性和多余度，分析出信号数据中可以剔除或减少的部分（比如人感知不到的高频率音频信号或者看不见的色彩信号等等），以决定对后续数据的比特分配、编码速率等处理问题。量化部分：根据时频分析的结果，为了更加简洁地表达利用该模型的参数，减少精度，采取相应量化方法对信号进行量化，减小信号的多余度和不相关性，

信源编码与信道编码解析

信源编码与信道编码解析摘要：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，可靠性是指信道传输信息的准确程度。在数字通信系统中，信源编码是为了提高有效性，信道编码是为了提高可靠性，而在一个通信系统中，有效性和可靠性是互相矛盾的，也是可以互换的。我们可以用降低有效性的办法提高可靠性，也可以用用降低可靠性的办法提高有效性。本文对信源编码和信道编码的概念，作用，编码方式和类型进行了解析,以便于更好的理解数字通信系统的各个环节。关键字：信源编码信道编码 Abstract: the measure of a communication system the basic factor is quality performance efficiency and reliability, effectiveness refers to channel to transfer information machine speed, reliability is to point to the accuracy of the information transmission channel. In digital communication system, the source coding is in order to improve the effectiveness, channel coding is in order to improve the reliability, and in a communication system, effectiveness and reliability is contradictory, is also can be interchanged. We can use to reduce the availability of improving the reliability, also can use to improve the effectiveness of reduces reliability. In this paper, the source coding and channel coding concept, function, coding mode and the types of analysis, in order to better understand all aspects of digital communication systems. Key words: the source coding channel coding 中图分类号：TN911.21 文献标识码：A 文章编号： 1引言数字通信系统：信源是把消息转化成电信号的设备，例如话筒、键盘、磁带等。信源编码的基本部分是压缩编码。它用于减小数字信号的冗余度，提高数字信号的有效性，如果是模拟信源，则它还包括数模转换功能，在某些系统中，信源编码还包括加密功能。

通信系统中的信道编码方法

通信系统中的信道编码方法 Xx （xx大学信息工程学院，湖北武汉430070）摘要：目前，中国固定和移动两大网络的规模都已位居世界第2位，上网用户也在不断增加，中国的信息通信制造业也得到很大的发展。中国将加快建设新一代信息通信网络技术、生产体系。在信息通信网络的高速发展下，要有效地提高传输速率，然而在实际信道上传输数字信号时，由于信道特性的不理想以及加性噪声和人为干扰的影响，系统输出的数字信息不可避免地会出现差错。因此，为了保证通信内容的可靠性和准确性，每一个数字通信系统对输出信息码的差错概率即误码率都有一定的要求。为了降低误码率，常用的方法有两种：一种是降低数字信道本身引起的误码，可采取的方法有：选择高质量的传输线路、改善信道的传输特性、增加信号的发送能量、选择有较强的抗干扰能力的调制解调方案等；另一种方法就是采用差错控制措施，使用信道编码。在许多情况下，信道的改善是不可能的或是不经济的，这时只能采用信道编码方法。因此实现信道编码方法具有重要的意义。关键词：信道，误码率，信道编码 Abstract：At present, the scale of the fixed and mobile network are ranked 2 in the world, the Internet users are always growing, China’s information and communication industry has got a lot of development. China will speed up the construction of a new generation of information and communications network technology and production system. Under the fast development of information and communication network, we should improve the transmission rate effectively, however, when transmitting digital signals in actual channels, there are mistakes in the system outputs of digital signals inevitably due to not ideal characteristics of the channels and additive noise as well as man-made interference. Though, in order to ensure dependability and accuracy of communication contents, a digital communications system for each output code error probability of bit error rate that has certain requirements. To reduce the error rate, there are commonly two ways: one is to reduce the number of channel bit error caused by its own, the following methods: Select high-quality transmission lines, to improve the transmission characteristics of the channel ,to increase signal transmission power, Select a strong anti-interference ability of modulation and demodulation programs; the other method is to use error-control measures , to use channel coding. In many cases, the improvement of the channel is not possible or not economical, then we can only use channel coding. Therefore, implementing channel coding method is significant. Keywords：channel，code errorrate，channel coding，

第10讲信源编码的性能指标

第10讲信源编码的性能指标 1. 无失真信源编码的冗余度压缩原理为了压缩冗余度，必须改造信源输出符号的统计特性。一方面要尽量提高任一时刻输出符号的概率分布的均匀性，另一方面要尽量消除前后输出符号的统计相关性。因此，无失真信源编码的实质是将信源尽可能地改造为均匀分布的无记忆信源。这种信源的通信效率是最大的。改造后的新信源是由原信源和编码器共同组成的，称为编码后的信源。设f 是信源S 的一个编码，X 是编码后的信源，则三者之间的关系表示如下 f S X ??→ 信源编码f 所用的码元可以与信源S 的符号不同，一般是某个信道的输入符号。从数据处理这个角度来看，编码f 是一个数据处理器，输入信源S 的数据，输出信源X 的数据。从通信的角度看，编码f 是一个信道，输入信源S 的数据，输出信源X 的数据。无失真信源编码的目的是无损压缩，即用尽可能少的数据表示数据中的所有信息，不能破坏数据原有信息。这相当于提高信息传输效率，使之接近于1。因此，度量无失真编码的压缩性能可以看编码后信息传输效率，称为编码效率。编码效率越接近于1，无损压缩性能越好。下面介绍信源编码的5个性能指标，包括平均码长、码率、编码效率、编码冗余度和压缩率。 2. 平均码长平均码长是信源编码的一个关键的性能指标。在已知信源熵的前提下，根据平均码长，可以计算出无损压缩编码的码率和编码效率。定义2.1 设f 是一个N-分组码，各码字的码长分别记为,1i l i q ≤≤，对应的N 长分组的概率为i p ，则f 的平均码长定义为 11(/ q i i i L p l N ==∑码元信源) 注：在有的教材中，当平均码长的单位转化为“比特/信源”时，称为编码速率。本课程用不到这个概念。讨论：用平均码长估计编码后的数据长度设S 是一个离散无记忆信源，:f S C →是信源S 的一个编码，其平均码长为L 。令12n s s s s =?是一个信源序列。假设用f 对该数据进行编码，试估计编码后码元序列的长度。对于信源数据12n s s s s =?，我们令L i 表示信源符号s i 所对应的码字f (s i )的长度，则编码后的数据长度为12+++n L L L 。我们把L i 视为随机变量，则对于任何i ，我们有[]i E L L =。因为S 是离散无记忆的，所以{L i }是独立同分布随机序列。根据辛钦大数定理，我们有

WCDMA技术的信源编码和信道编码

WCDMA技术的信源编码和信道编码 WCDMA网络是全球商用时间最长，技术成熟、可演进性最好的，全球第一个3G商用网络就是采用WCDMA制式。我国采用了全球广泛应用的WCDMA 3G技术，目前已全面支持HSDPA/HSUPA，网络下载理论最高速率达到14.4Mbps。2G无线宽带的最高下载速度约为150Kbps，我国的WCDMA网络速度几乎是2G网络速度的100倍。支持业务最广泛，基于WCDMA成熟的网络和业务支撑平台，其所能实现的3G业务非常丰富。无线上网卡、手机上网、手机音乐、手机电视、手机搜索、可视电话、即时通讯、手机邮箱、手机报等业务应用可为用户的工作、生活带来更多的便利和美妙享受。终端种类最多，截至2008年底，支持WCDMA商用终端的款式数量超过2000款，全球主要手机厂商都推出了为数众多的WCDMA手机。国内覆盖广泛，截至2009年9月28日，联通3G网络已成功在中国大陆285个地市完成覆盖并正式商用，新覆盖的城镇数量还在不断增长中，联通3G网络和业务已经覆盖了中国绝大部分的人口和地域。开通国家最广，可漫游的国家和地区最多，截至2008年底，全球已有115个国家开通了264个WCDMA网络，占全球3G商用网络的71.3%。截至2009年9月28日，中国联通已与全球215个国家的395个运营商开通了。 WCDMA的优势明显，技术成熟，在WCDMA物理层来看，信源编码和信道编码是WCDMA技术的基础，信源编码是采用语音编码技术，AMR语音编码技术是由基于变速率多模式语音编码技术发展而来，主要原理在于：语音编码器模型由一系列能提供多种编码输出速率与合成质量的声码器构成AMR支持八种速率。鉴于不同信源比特对合成语音质量的影响不同AMR 语音编码器输出的话音比特在传输之前需要按照它们的主观重要性来排序分类，分别采用不同保护程度的信道编码对其进行编码保护。信源编码AMR模式自适应选择编码器模式以更加智能的方式解决信源和信道编码的速率匹配问题，使得无线资源的配置和利用更加灵活和高效。实际的语音编码速率取决于信道条件，它是信道质量的函数。而这部分工作是解码器根据信道质量的测量参数协助基站来完成，选择编码模式，决定编码速率。原则上在信道质量差时采用低速率编码器，就能分配给信道编码更多的比特冗余位来实现纠错，实现更可靠的差错控制。在信道质量好、误比特率较低时采用高速率编码器，能够提高语音质量。在自适应过程中，基站是主要部分，决定上下行链路采用的速率模式。信源编码AMR编码器原理，WCDMA系统的AMR声码器共有八种编码模式，它们的输出比特速率不同。为了降低成本和复杂度，八种模式都采用代数码本激励线性预测技术，它们编码的语音特征参量和参量提取方法相同，不同的是参量的量化码本和量化比特数。AMR语音编码器根据实现功能大致可分为LPC分析、基音搜索、代数码本搜索三大部分。其中LPC分析完成的主要功能是获得10阶LPC滤波器的-.个系数，并将它们转化为线谱对参数，并对LSF进行量化；基音搜索包括了开环基音分析和闭环基音分析两部分，以获得基音延迟和基音增益这两个参数；代数码本搜索则是为了获得代数码本索引和代数码本增益，还包括了码本增益的量化。

移动通信中的语音编码和信道编码

移动通信中的语音编码和信道编码目录摘要---------------------------------------------------2 前言---------------------------------------------------3 1 基础理论---------------------------------------------3 2 语音编码---------------------------------------------3 2.1 PHS系统的语音编码-------------------------------4 2.2 GSM系统的语音编码------------------------------4 2.3 IS95 CDMA系统的语音编码-------------------------4 2.4 语音编码比较-------------------------------------5 2.5 语音编码展望-------------------------------------5 3 信道编码----------------------------------------------6 3.1 GPRS的信道编码----------------------------------6 3.2 WCDMA的信道编码---------------------------------6 3.3 信道编码比较-------------------------------------7 3.4 编码速率对网络规划的影响-------------------------7

移动通信期末试卷B答案

移动通信试卷（A卷） 1.移动通信的工作方式可以是 ( ) A 单工、双工和半双工 ;B仅仅是双工; C 单工和双工 2. 蜂窝系统的频率复用技术可以使( ) A 系统容量增大; B 系统容量减少; C系统容量不变 ; 3. 哪种干扰是蜂窝移动通信所特有( ) A 同频干扰; B 短波干扰; C反射干扰 4、3G的主流技术是( ) A窄带CDMA; B 宽带CDMA ; C有线接入 5 图象、音乐、网页浏览、视频会议及其他信息服务是移动通信的 ( ) A语音服务; B增殖服务; C技术手段 6、在移动通信中英文缩写GPRS是指：( ) A无线应用协议; B增强数据改进; C通用分组无线服务 7、移动通信系统中影响传播机制是( ) A发射、绕射和散射; B直射、绕射和散射; C全射、折射和散射 8、正六边形作为典型几何图形被采用在( ) A蜂窝网系统中; B寻呼系统中; C集群系统中 9、移动通信中英文缩写TDMA是指：( ) A 频分多址; B码分多址; C 时分多址 10、增大蜂窝系统的频率复用通过采用( ) A 大区制; B小区分裂; C波分复用技术 11 PCM的抽样、量化、编码是属于( ) A波形编码; B参量编码; C混合编码 12、移动通信系统采用信道编码技术是为降低( ) A网络编码差错; B 语音编码差错; C信道突发和随机的差错 13、GSM数字蜂窝移动通信系统的得到广泛使用的调制技术之一是( ) A BPSK ; B GMSK; C QPSK

14、GSM系统采用的多址方式是 ( ) A FDMA; B TDMA ; C FDMA/TDMA 15、手机功率控制的优点是（） A 降低电池的功率损耗； B 避免接收机处于饱和状态，防止远近效应. C 减少系统内干扰 16、模拟移动通信系统采用的多址方式是( ) A. FDMA B. TDMA C. CDMA 17、GSM1800收发频率间隔为（） A 95MHz ； B 45MHz； C 25MHz 18、锁相环的英文缩写是（） A. VCO; B. PFD; C. PLL 19、 GSM系统的信道间隔为（） A. 100KHz; B. 200KHz; C. 200MHz 20、GSM的语音编码速率为（） A. 22.8kbps; B. 13kbps; C. 270.833kbs 二、填空题（ 10分，每空0.5分） 1、GSM系统的调制方式为（GMSK ）、CDMA的调制方式为（QPSK ）； 2、GSM系统由（移动交换中心MSC）、（本地用户位置寄存器HLR）、（访问位置寄存器VLR）、（鉴权中心AUC）、（操作维护中心OMC）和（设备识别寄存器EIR）等组成。 3、GPRS的中文名称是（通用无线分组业务）英文全称是（General packet Radio Service ）; 4、PCM的中文名称是（脉冲编码调制）英文全称是（Pulse Code Modulation）； 5、PWM的中文名称是（脉冲宽度调制）英文全称是（Pulse Width Modulation ）； 6、CDMA的中文名称是（码分多址），英文全称是（Code Division Multiple Address）; 7、GSM的中文名称是（全球移动通信系统），英文全称是（Global System for Mobile Communication）; 8、GC87接收信号频率为935—960MHz,第一接收本振频率为782—807MHz，则第一接收中频频率为（108MHz ） 9、GSM信道编码加入的冗余码元为（9.8kbps ）三、简述题 ( 30分，每小题6分 ) 1 简述移动通信的特点是什么？ 1)利用无线电波进行信息传输；2）在复杂的干扰环境中进行；