数字通信原理3信源编码

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。

一、填空题1．模拟信号的特点是，数字信号的特点是。

2．PAN信号的连续，离散，它属于信号。

3．信源编码的功能是，信源解码的功能是。

4．衡量数字通信可靠性的指标是和。

5．抽样是把离散化，量化是把离散化。

6．均匀量化时量化区内的最大量化误差为，过载区内的最大量化误差为。

7．已知段落码可确定样值所在量化段的和。

8． l=8的逐次渐近型编码器(即A律13折线编码器)，判定值共有种，a2的判定值为，a3的判定值为，a4的判定值有。

9．PCM30／32系统的帧周期为，l=8时帧长度为，1秒传输帧。

10．PCM30／32系统帧结构中TS0时隙的作用是，TS16时隙的作用是，话路时隙为。

11. 抽样门的作用是和，分路门的作用是。

12．前方保护的作用是，前方保护时间T前= ，前方保护的前提状态是。

13．后方保护的作用是，后方保护时间T后= ，后方保的前提状态是。

14．基带数字信号是，其频带为。

15．矩形脉冲(“1”码)经线路传输后波形失真、有拖尾，会产生，严重时造成。

16．常用的均衡波形有和；眼图用来衡量。

17．再生中继器由、和三部分组成。

18．形成二次群的方法有和，一般采用。

19．数字复接要解决和两个问题，不同步的后果是。

20．异步复接二次群的帧周期为，帧长度为，其中信息码为，插入码为，一帧中码速调整用的插入码最多为。

二、单项选择题(在备选答案中只有一个是正确的，将其选出并把它的标号写在题后括号内)1．真正能客观地反映数字通信系统传输效率的指标是 ( )A．信息传输速率 B．符号传输速率C．频带利用率 D．A、B、C均可2．抽样信号的频谱中所含频率成份为（ )A．原始频带 B．原始频带和nfs的上、下边带C．nfs的上、下边带 D．原始频带和fS、2fs的上、下边带3．CCITT规定话音信号的抽样频率选为（ )A．6．8KHz B．≥6．8KHzC．8KHz D．≥8KHz4．PCM30／32系统合路的PAM信号的样值间隔(大部分)为 ( )A．3．91μS B．125μSC．2×3．91μS D．0．488μS5．PCM30／32系统传输复帧同步码的位置为 ( )A．第1帧TS16前4位码 B．第1帧TS16C．F0帧TS16前4位码 D．F0帧TS166．样值为301Δ，它属于A律13折线的(l=8) ( )A．第4量化段 B．第5量化段C．第6量化段 D．第7量化段7．PCM30／32系统方框图中标志信号发输出的有 ( ) A．信令码 B．复帧同步码C．信令码和复帧同步码 D．话音码字8．标志信号的抽样周期为 ( )A．T(125μS) B．2TC．15T D．16T9．第19路信令码的传输位置为 ( )A．第4帧TS16后4位码 B．F4帧TS16C．F4帧TS16前4位码 D．F4帧TS16后4位码10．PCM30／32路一个同步帧的时间为 ( )A．125μS B．250μSC．375μS D．500μS11．误码增殖产生的原因是 ( )A．码型变换 B．码型反变换C．码间干扰 D．定时抖动12．再生中继器中均衡放大的作用是 ( )A．将失真的波形均放成适合抽样判决的波形 B．放大 C．消除码间干扰 D．消除噪声干扰13．再生中继器中调谐电路的作用是 ( )A．放大 B．取出时钟成份C．取出时钟及其谐波 D．滤波14．数字通信系统(传送话音信号)误码率应低于 ( )A.10-5 B．10-6C.10-7 D．10-815．就小信号的量化信噪比而言，A13折线非均匀量化编8位码相当于均匀量化编( )A．9位码B．10位码C．11位码D．12位码16．异步复接中的同步指的是 ( )A．各低次群数码率相同 B．收、发各路信号对准C．收、发定时同步 D．二次群的帧同步17．码速调整后各一次群(支路)100．38μS内的比特数为 ( )A．205 B．205或206C．212 D．25618．异步复接二次群的过程中各一次群码速调整用的插入码有 ( )A．4b B．28bC．0～1b D．1b19．异步复接二次群的帧同步码有 ( )A．7b B．8bC．10b D．12b20．STM--4的一帧的字节数 ( )A．9 x 270 B．9 x 270x4C．9 x 261 x 4 D．9 x 270 x 16三、判断题(判断下列各题是否正确，正确者在题后括号内打“√"，否则打“×")1．传送话音信息时，数字通信系统中一般不需信道编、解码器。

《数字通信原理》例题讲解1、信源编码和信道编码有什么区别？为什么要进行信道编码? 解：信源编码是完成A/D 转换。

信道编码是将信源编码器输出的机内码转换成适合于在信道上传输的线路码,完成码型变换。

2、模拟信号与数字信号的主要区别是什么？解：模拟信号在时间上可连续可离散,在幅度上必须连续,数字信号在时间,幅度上都必须离散。

3、某数字通信系统用正弦载波的四个相位0、2π、π、23π来传输信息，这四个相位是互相独立的.(1） 每秒钟内0、2π、π、23π出现的次数分别为500、125、125、250，求此通信系统的码速率和信息速率；（2) 每秒钟内这四个相位出现的次数都为250，求此通信系统的码速率和信息速率。

解： (1） 每秒钟传输1000个相位,即每秒钟传输1000个符号，故 R B =1000 Bd每个符号出现的概率分别为P(0）=21，P ⎪⎭⎫ ⎝⎛2π=81,P （π）=81，P ⎪⎭⎫ ⎝⎛23π=41，每个符号所含的平均信息量为H （X )=(21×1+82×3+41×2）bit/符号=143bit/符号信息速率R b =（1000×143）bit/s=1750 bit/s（2) 每秒钟传输的相位数仍为1000，故 R B =1000 Bd此时四个符号出现的概率相等，故 H （X ）=2 bit/符号R b =（1000×2)bit/s=2000 bit/s4、已知等概独立的二进制数字信号的信息速率为2400 bit/s 。

（1) 求此信号的码速率和码元宽度；（2) 将此信号变为四进制信号,求此四进制信号的码速率、码元宽度和信息速率。

解：(1) R B =R b /log 2M =(2400/log 22）Bd=2400 Bd T =B R 1=24001 s=0.42 ms(2) R B =(2400/log 24）Bd=1200 BdT=B R 1=12001 s=0.83 ms R b =2400 b/s5、黑白电视图像每帧含有3×105个像素，每个像素有16个等概出现的亮度等级。

通信原理简答题1．数字通信的优缺点主要有哪些？答：数字通信具有以下优点：（1）抗干扰能力强；（2）传输差错可以控制，提高了传输质量；（3）便于使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理；（4）便于加密，保密性强；（5）可以综合传递多种信息，增加了通信系统的灵活性和通用性。

数字通信的缺点：频带利用率低，同步要求高。

2．数字通信系统中编码分为哪两类？简述其各自的作用。

答：数字通信系统中编码分为信源编码和信道编码两类。

信源编码完成的是将模拟信号转换为数字信号，目的是提高传输的有效性。

信道编码完成的是将信源编码输出的数字信号变换成适合于信道传输的码型，目的是提高传输的可靠性。

3．什么是狭义平稳随机过程？什么是广义平稳随机过程？它们之间有什么关系？答：若随机过程的任何n维分布特性与时间起点无关，则称为狭义平稳随机过程。

若随机过程的数字特征与时间起点无关，即满足数学期望、方差与t无关，自相关函数只与τ有关，则称为广义平稳随机过程。

狭义平稳一定是广义平稳的，反之不一定成立。

4．什么是各态历经性？对于一个各态历经的平稳随机噪声电压来说，它的数学期望和方差代表什么？它的自相关函数在τ =0时的值R(0)又代表什么？答：各态历经性是大多数平稳随机过程都具有的重要性质。

它是指平稳随机过程的每一个样本都经历了随机过程的各种可能状态，从而包含了全部统计特性信息。

这样就可任取其一个样本函数来研究，使问题大为简化。

对数字特征的计算，可利用时间平均（时间均值）来取代统计平均。

对于一个各态历经的平稳随机噪声电压来说，它的数学期望代表电压的平均值，方差代表随机噪声偏离均值的程度。

在τ＝0时，自相关函数R(0)代表噪声电压的平均功率。

5．简述调制的作用。

答：（1）将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调信号（频带信号）；（2）实现信道的多路复用，提高信道利用率；（3）减小干扰，提高系统抗干扰能力；（4）实现传输带宽与信噪比之间的互换。

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 coding1.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。

《数字通信原理》习题解答第1章 概述1-1 模拟信号与数字信号的特点分别就是什么?答:模拟信号的特点就是幅度连续;数字信号的特点幅度离散。

1-2 数字通信系统的构成模型中信源编码与信源解码的作用就是什么?画出话音信号的基带传输系统模型。

答:信源编码的作用把模拟信号变换成数字信号,即完成模/数变换的任务。

信源解码的作用把数字信号还原为模拟信号,即完成数/模变换的任务。

话音信号的基带传输系统模型为1-3 数字通信的特点有哪些?答:数字通信的特点就是:(1)抗干扰性强,无噪声积累;(2)便于加密处理;(3)采用时分复用实现多路通信;(4)设备便于集成化、微型化;(5)占用信道频带较宽。

1-4 为什么说数字通信的抗干扰性强,无噪声积累?答:对于数字通信,由于数字信号的幅值为有限的离散值(通常取二个幅值),在传输过程中受到噪声干扰,当信噪比还没有恶化到一定程度时,即在适当的距离,采用再生的方法,再生成已消除噪声干扰的原发送信号,所以说数字通信的抗干扰性强,无噪声积累。

1-5 设数字信号码元时间长度为1s μ,如采用四电平传输,求信息传输速率及符号速率。

答:符号速率为 Bd N 66101011===-码元时间 信息传输速率为s Mbit s bit M N R /2/1024log 10log 6262=⨯=⋅== 1-6 接上例,若传输过程中2秒误1个比特,求误码率。

答:76105.210221)()(-⨯=⨯⨯==N n P e 传输总码元发生误码个数 1-7 假设数字通信系统的频带宽度为kHz 1024,可传输s kbit /2048的比特率,试问其频带利用率为多少Hz s bit //?答:频带利用率为 Hz s bit Hz s bit //2101024102048)//33=⨯⨯==（频带宽度信息传输速率η 1-8数字通信技术的发展趋势就是什么？答:数字通信技术目前正向着以下几个方向发展:小型化、智能化,数字处理技术的开发应用,用户数字化与高速大容量等。

带宽：指信号所占据的频率范围，是信号传输频率上下限之差。

传输频率：单位时间传输的bit值，传输速率越大，带宽越高。

信源编码：对输入信息进行编码，优化信息和压缩信息并且打成符合标准的数据包。

信源编码的目标就是使信源减少冗余，更加有效、经济地传输，最常见的应用形式就是压缩。

作用二就是把模拟信号转化成数字信号进行模拟信号的数字化传输。

增加了信号传输的有效性。

信道编码：通过对做完信源编码后的信息加入冗余信息，使得接收方在收到信号后，可通过信道编码中的冗余信息，做前向纠错。

保证通信的可靠性。

增加了信号传输的可靠性。

数据：能够由计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。

分类：模拟数据可以在一定的数据区域中取连续的值，如声音和图像；数字数据只能取离散的数值，如整数、二进制序列。

信号：是数据的具体表现形式。

分类：从通信的发送端所产生的信号形式来看——模拟信号：在各种介质上传送的连续变化的电磁波。

数字信号：在介质上传送的电压脉冲序列，单位是比特。

从通信线路上传送的信号来看——基带信号：将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，在线路上传输。

宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。

信道：一般用来表示某一个方向上传送信息的逻辑意义上的媒体。

分类：传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道。

信号的传输方式：——模拟传输：将信息在传输介质中以模拟信号传输的传输方式。

数字传输：将信息在传输介质中以数字信号传输的传输方式。

数字通信系统：依据通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息的技术，它可以实现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。

数据通信系统：是通过数据电路将分布在原地的远程终端设备如计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。

数据通信系统的组成：主要由远程终端设备、数据电路、中央计算机系统三部分组成。

模拟通信系统：是利用正弦波的幅度、频率或相位的变化，或者利用脉冲的幅度、宽度或位置变化来模拟原始信号，以达到通信的目的，故称为模拟通信。

第一章1-3 何谓数字通信数字通信有哪些优缺点数字通信即通过数字信号传输的通信。

数字通信具有以下特点：（1）传输的信号是离散式的或数字的；（2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应；（3）抗干扰能力强，因为数字信号可以再生，从而消除噪声积累；（4）传输差错可以控制；（5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理；（6）便于加密，可靠性高；（7）便于实现各种信息的综合传输。

缺点：一般需要较大的传输带宽。

1-4数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么（1）信息源：把各种消息转换成原始电信号。

（2）信源编码：一是提高信息传输的有效性，二是完成模/数转换。

（3）加密：保证所传信息的安全。

（4）信道编码：增强数字信号的抗干扰能力。

（5）数字调制：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。

（6）信道是用来将来自发送设备的信号传送到接收端。

（7）解调：在接收端可以采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号。

（8）信道译码：接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。

（9）解密：在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息。

（10）信源译码：是信源编码的逆过程。

（11）受信者：是接受消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息。

1-5按调制方式，通信系统如何分类按调制方式，可将通信系统分为基带传输系统和带通传输（频带或调制）系统。

基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频室内电话；带通传输是对各种信号调制后传输的总称。

1-8单工,半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的解释它们的工作方式并举例说明。

按消息传递的方向与时间关系来分类。

（1）单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式。

如：广播，遥控，无线寻呼等例子。

（2）半双工通信，指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。

通信原理知识点串讲第1章 绪论一、数字通信系统的模型框图及各部分的作用 考点预测：简答题（1）信源编码与译码：作用有两个，一个是将模拟信号转换为数字信号，即通常所说的模数转换；二是设法降低数字信号的数码率，即通常所说的数据压缩。

信源译码是信源编码的逆过程。

（2）信道编码与译码：数字信号在信道上传输时，由于噪声、干扰等影响，将会引起差错。

信道编码的目的就是提高通信系统的抗干扰能力，尽可能地控制差错，实现可靠通信。

译码是编码的逆过程。

（3）加密与解密：为保证所传信息的安全。

将输入的明文信号人为干扰，即加上密码。

这种处理过程称为加密。

在接收端对收到的信号进行解密，恢复明文。

（4）调制与解调：其作用是在发端进行频谱的搬移，在收端进行频谱的反搬移。

二、 信息及其度量：信息量、熵 考点预测：填空选择（1）信息量I 与消息出现的概率P(x)之间的关系为：（2）说明： a=2时，信息量的单位为比特（bit ）； a=e 时，信息量的单位为奈特（nit ）； a=10时，信息量的单位为十进制单位，叫哈特莱。

（3）信源熵H ：统计独立的M 个符号的离散信息源的平均信息量为：11logMi i iH p p ==å例题1：某信源符号集由A 、B 、C 、D 、E 、F 组成，设每个符号独立出现，其概率分别为1/4、1/4、1/16、1/8、1/16、1/4，试求该信息源输出符号的平均信息量。

解：222222111111log 4log 4log 16log 8log 16log 444168164H =+++++ 2.375/bit =符号三、主要性能指标：有效性和可靠性 考点预测：填空选择噪声信 道 调 制 器信道 编码器加 密 器信源 编码器信源解 调 器信道 译码器解 密 器信源 译码器信宿()1log log ()a a I P x P x ==-∑数字通信系统1. 有效性：信息速率、码元速率、频带利用率有效性：指在给定信道内所传输的信息内容的多少，用码元传输速率或信息传输速率或频带利用率来度量。

第一章 绪论1. 数字通信系统模型通信系统结构：信源-发送设备-传输媒质-接收设备-收信数字通信系统模型：信源-信源编码-信道编码-调制-信道-解调-信道解码-信源解码-收信 其中干扰主要来至传输媒质或信道部分 信源编码的作用： 信道编码的作用：2. 香农信道容量公式SCWlog21NECSCWb，代入上式有 EbN021NN0W对上式进行变形后讨论其含义：令CW，讨论当信道容量C固定时，EbN0和W的关系。

注意，W的单位是Hz，（1） （2）S是瓦特比值！ NEbN0CWW0，功率可以无限换取带宽 WCWEbN01.6dB，带宽不能无限换取功率（3）PPPRmaxCITWlog21ITWlog21，信噪比一定时，传输NNN时间和带宽也可以互换第三章 模拟线性调制1. 调制分类A. AM（双边带幅度调制）载波 CtA0cosctc已调信号 SAMtA0ftcosctc产生方式：将调制信号ft加上一个直流分量A0然后再乘以载波cosctcAM调制信号信息包含在振幅中 其频谱为 SAM1FcFc A0cc2实现频谱的搬移，注意直流分量的存在。

B. DSB-SC（抑制载波双边带调制）产生方式：相对于AM调制，仅是A00，即不包含直流分量 DSB-SC调制信号信息包含在振幅和相位中已调信号 SAMt其频谱为ftcosctcSAM1FcFc2C. SSB（单边带调制）产生方式：DSB信号通过单边带滤波器，滤除不要的边带 ．．．．．．已调信号 SSSBSDSBHSSB实际物理信号频谱都是的偶函数，可去掉其中一个边带，节省带宽和功率任何信号 ．．．．ft可以表示为正弦函数的级数形式，仅讨论单频正弦信号的单边带调制不失一般性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．sDSBtcosmtmcosctc sSSBtcosmtmcosctcsinmtmsinctc令c0，m0，式中“-”取上边带，“+”取下边带sSSBtcosmtcosctsinmtsinct通过移相相加或相减可以得到相应边带的调制信号。