通信原理(樊昌信)第10章 信源编码

黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCE第12卷第7期2021年4月Vol. 12Apr. 2021通信原理理论与实验深度融合模式探索童艳，李丹，贾雪松(沈阳城市建设学院，沈阳110167)摘要：为了充分利用实验室资源，增强学生的学习兴趣和动力，对通信原理课程理论和实验深度融合的教学模式进行了研究。

指 出了通信原理课程的重要性，分析了该课程理论教学和实验中存在的问题，发现了理论教学和实验分开独立进行的弊端。

提出了通信原理理论和实验深度融合教学模式的具体实施方案，在现有实验设备条件下，列出了各知识点所对应的实验。

由分析可见，通 信原理课程理论和实验深度融合的教学模式是可行的，在该模式下，理论与实验相互配合、相互促进，能有效激发学生的学习热情, 提高教学效果，达到教学目的。

关键词：通信原理;理论与实验深度融合;教学模式中图分类号：TN92-4；G434文献标志码：B 文章编号：1674 -8646(2021)07 -0064 -03Exploration of Deep Integration Model of Communication Theory and ExperimentTong Yan , Li Dan, Jia Xuesong(Shenyang Urban Construction University , Shenyang 110167 , China)Abstract : In order to fully utilize experiment resource , increase student study interest and motivation , the researchanalyzes the deep integration teaching model of communication principle course theory and experiment , points out theimportance of communication principle course , analyzes the problems , and finds the disadvantages of separation between theoretical teaching and experiment. The research proposes the specific implement scheme of the deep integration teaching model of communication principle course theory and experiment , and lists the experiments according to allknowledge points under the cunent experiment equipment situation. Through analysis , the teaching model of deepintegration of communication theory and experiment is feasible ・ Under the model , theory and experiment can match andpromote each other. So it can effectively motivate student study enthusiasm , improve teaching effect , and achieve the teaching goal ・Key words : Communication principle ； Deep integration of theoiy and experiment ； Teaching model0引言通信原理课程是所有本专科院校通信工程专业的必修课，是通信工程专业的一门专业核心课,是通信工 程专业很多专业课的基础⑴，其先修课程有高等数学、线性代数、复变函数、概率论与数理统计、信息论基 础、信号与线性系统、模拟电子技术基础、数字电子技 术基础、电磁场理论等。

第10章信源编码一、填空题1．脉冲编码调制（PCM）中最常见的二进制码包括：自然二进制码、______和______。

[北科2011研]【答案】折叠二进制码；反射二进制码（格雷码）【解析】通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制，常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码（又称格雷码）。

2.在模拟信号的数字化过程中，按奈奎斯特速率对模拟基带信号取样，______失真。

进一步在取值域上离散-量化，______失真。

[北科2010研]【答案】无；量化【解析】在模拟信号数字化的过程中，按奈奎斯特速率抽样，所得样值序列含有基带信号的全部信息，故信号无失真；但在量化时有失真，且失真与量化电平数有关，量化级数越多，量化失真越小，属于限失真。

3．对某模拟信号进行线性PCM编码，设抽样频率为8KHZ，编码位数为7，则此PCM 信号的信息速率为______；当抽样频率不变而编码位数由7增大到12时，量化信噪比提高______dB。

[华中科技大学2002研]【答案】56 kbit／s；30【解析】PCM 信号的信息速率b s R f n =⋅，其中n 为每个抽样值所对应的编码位数。

对于一M 个量化电平的线性量化器，其量化信噪比2qq S M N ≈，编码位数2log N M =。

4．A 率PCM 基群共包括______个时隙，每个时隙为______μs；帧长为______比特，因此基群总比特率为______Mbps 。

[南京大学2010研]【答案】32；3.9；256；2.048【解析】语音信号的采样频率取8kHz ，则采样间隔为1/8kHz ＝125μs。

A 律PCM 基群有32个时隙，每个时隙＝3.9μs；每个时隙中填充一个8比特码字，此32个时隙构成一帧，则帧长＝256bit ，总比特率。

5．在信源编码中，______是信源编码和数据压缩的理论基础。

[北邮2006研]【答案】信源的冗余度二、选择题1．模拟信号进行波形编码成为数字信号后（ ）。

通信原理第六版课后答案樊昌信第一章简介1.1 概述通信原理是一门研究信息传递的基本原理和方法的学科。

本章主要介绍了通信系统的基本结构和组成部分，以及通信系统的基本原理、分类和性能指标。

1.2 通信系统的基本结构通信系统由信息源、信源编码器、发送器、信道、接收器、信道解码器和信息目的地组成。

信息源能产生符合人类感知的信息，信源编码器将信息源产生的信息进行源编码，发送器将源编码后的信息通过信道传输给接收器。

1.3 通信系统的基本原理通信系统的基本原理包括信源编码、信道编码、调制和解调、传输和接收等几个方面。

信源编码是将信息源产生的信息进行编码，以提高信息的传输效率和可靠性；信道编码是为了提高通信系统在信道中传输时的抗干扰性和纠错能力；调制和解调是将数字信号转换为模拟信号以及将模拟信号转换为数字信号的过程；传输和接收是指通过信道传输和接收信息的过程。

1.4 通信系统的分类通信系统可以分为有线通信系统和无线通信系统。

有线通信系统主要通过有线媒介传输信息，如光纤通信系统和电力线通信系统等；无线通信系统则主要通过无线电波传输信息，如移动通信系统和卫星通信系统等。

1.5 通信系统的性能指标通信系统的性能指标包括传输速率、频谱利用率、误码率、误差概率、信噪比等。

传输速率是指单位时间内传输的比特数；频谱利用率是指在给定带宽内传输的比特数；误码率是指传输中出现错误比特的比例；误差概率是指在解调和解码过程中出现错误的比例；信噪比是信号功率与噪声功率之比。

第二章信号与系统2.1 信号的定义和分类信号是随时间、空间或其他变量而变化的物理量。

根据信号的分类标准，信号可以分为连续信号和离散信号、周期信号和非周期信号、模拟信号和数字信号等。

2.2 系统的定义和性质系统是对输入信号进行处理并产生输出信号的装置或算法。

系统可以分为线性系统和非线性系统、时不变系统和时变系统、因果系统和非因果系统等。

2.3 信号的时域分析信号的时域分析主要是对信号在时间上的变化进行分析。

通信原理第三版课后思考题答案樊昌信第⼀章1.1 消息和信息有什么区别？信息和信号有何区别？P1 语⾳，⽂字，图形，图像等都是消息，信息则是消息中包含有意义的内容，或者说有效内容，信息必须转换为电信号，才能在通信系统中传输，所以，信号是消息的载体。

1.2 什么是模拟信号？什么是数字信号？P3 在时间上和幅值上均是连续的信号称为模拟信号，在时间和幅值都离散的信号称为数字信号。

1.3 数字通信有何优点？P3 P4 （1）由于数字信号的可能取值数⽬有限，所以在失真没有超过给定值的条件下，不影响接收端的正确判决。

此外，在有多次转发的线路中，每个中继站都可以对有失真的接收信号加以整形，消除沿途线路中波形误差的积累，从⽽使经过远距离传输后，在接收端仍能得到⾼质量的接收信号。

（2）在数字通信系统中，可以采⽤纠错编码等差错控制技术，从⽽⼤⼤提⾼系统的抗⼲扰性。

（3）可以采⽤保密性极⾼的数字加密技术，从⽽⼤⼤提⾼系统的保密度。

（4）可以综合传输各种模拟和数字输⼊消息，包括语⾳、⽂字、图像、信令等；并且便于存储和处理（包括编码、变换等）。

（5）数字通信设备和模拟通信设备相⽐，设计和制造更容易，体积更⼩，重量更轻。

（6）数字信号可以通过信源编码进⾏压缩，以减少多余度，提⾼信道利⽤率。

（7）在模拟调制系统中，例如调频，接收端输出信噪⽐仅和带宽成正⽐的增长；⽽在数字调制系统中，例如脉冲编码调制，输出信噪⽐随带宽按指数规律增长。

1.4 信息量的定义是什么？信息量的单位是什么？ P2 (1) )(log )(1log I x P x P a a-==为信息量的定义。

信息量的单位为⽐特（Bit)1.5 按照占⽤频带分，信号可以分为哪⼏种？P5 基带信号和带通信号1.6 信源编码的⽬的是什么？信道编码的⽬的是什么？P4 信源编码⽤以减少数字信号的冗余度，提⾼数字信号的有效性；如果是模拟信源（如话筒），则它还包括A/D 转换功能，把模拟输⼊信号转变成数字信号。

9.9 采用13折线A律编码，设最小量化间隔为1个单位，已知抽样脉冲值为+635单位:(1)试求此时编码器输出码组，并计算量化误差;(2)写出对应于该7位码(不包括极性码)的均匀量化11位码。

(采用自然二进制码) 解（1）已知抽样脉冲值它位于第7段序号为3的量化级，因此输出码组为量化误差为635-(512+3*32)=27(2) 对应的11位均匀量化码为010********9-10采用13折线A律编码电路，设接收端收到的码组为“01010011”最小量化间隔为1个量化单位，并已知段内码改用折叠二进码：(l) 试问译码器输出为多少量化单位；(2) 试写出对应于该.7位码(不包括极性码)的均匀量化11位码。

解（1）接收端收到的码组由C1=0知，信号为负值；由段落码知，信号样值位于第6段，起点电平为256,量化间隔为16;由段内码码器输出为C5C6C7C8 =0011 采用折叠码) C5C6C7C8 =0011 采用折叠码，对应自然二进制码为0100可知，信号样值位于第6段的第5级(序号为4)，故译码器输出为256416162328 (/)I=-+⨯+=-（2）均匀量化11位码为001010010009.11采用13折线A律编码，设最小的量化间隔为1个量化单位，已知抽样脉冲值为-95量化单位：(1)试求此时编码器输出码组，并计算量化误差;(2)试写出对应于该7位码(不包括极性码)的均匀量化11位码。

解（1）因为样值为负值.所以极性码又因64 < 95 < 128，所以码组位于第四段，段落码为量化间隔为4。

由于95=64 +7 *4 +3,所以段内码为故编码器输出为量化误差为3个单位。

(2)对应的均匀量化11位码为（92=64 +7 *4）9.13 对10路带宽均为300Hz-3400Hz的模拟信号进行PCM时分复用传输。

设抽样速率为8000Hz，抽样后进行8级量化，并编为自然二进制码，码元波形是宽度为 的矩形脉冲，且占空比为1。

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。

第10章信源编码思考题10-1 模拟信号在抽样后，是否变成时间离散和取值离散的信号了？答：模拟信号在进行抽样后变成时间离散信号，其取值仍然是连续的。

10-2 试述模拟信号抽样和PAM的异同点。

答：模拟信号抽样和PAM的异同点：（1）相同点：两者都是时间离散取值连续的信号；（2）不同点：抽样信号的频谱是周期延拓，幅度不下降，而PAM频谱是周期延拓，但幅度下降。

10-3 对于低通模拟信号而言，为了能无失真恢复，理论上对于抽样频率有什么要求？答：对于低通模拟信号而言，为了能无失真恢复，理论上需要采样频率大于等于信号最高频率的两倍，即满足奈奎斯特抽样定理。

10-4 试说明什么是奈奎斯特抽样速率和奈奎斯特抽样间隔？答：对无失真恢复低通信号所要求的最低采样速率称为奈奎斯特速率，与此相对的最小抽样时间间隔称为奈奎斯特间隔。

10-5 试说明抽样时产生频谱混叠的原因。

答：抽样时产生频谱混叠的原因：在信号域内的采样，会造成信号频谱的周期延拓，当采样频率小于两倍的信号最高频率时，就会造成不同周期的混叠。

10-6 对于带通信号而言，若抽样频率高于教材图10-3所示曲线，是否就能保证不发生频谱混叠？答：对于带通信号而言，若抽样频率高于教材图10-3所示曲线，不能保证不发生频谱混叠。

对于带通信号，若要求抽样后的频谱不产生重叠，需要满足221s s n k B nf f B k n ++（）＝或＝（／）10-7 PCM 电话通信通常用的标准抽样频率等于多少？答：PCM 电话通信通常用的标准抽样频率等于8000Hz 。

10-8 信号量化的目的是什么？答：信号量化的目的是使信号取值离散，是把模拟信号变成数字信号过程中重要的一部分。

10-9 量化信号有哪些优点和缺点？答：量化信号的优点和缺点：（1）优点：抗干扰能力强、无噪声积累；便于传输、存储和加密。

（2）缺点：量化会产生量化误差和引入量化噪声。

10-10 对电话信号进行非均匀量化有什么优点？答：对电话信号进行非均匀量化的优点：电话信号主要集中在小幅度区间，故采用非均匀量化能够改善信号量噪比和传输比特数。

通信原理思考题复习，消息和信息有什么区别信息和信号有什么区别答：消息是信息的形式，信息是消息中包含的有效内容，信号是信息的载体。

，什么是模拟信号，什么是数字信号答：取值连续的信号是模拟信号，取值离散的信号是数字信号。

.数字通信有何优点答：质量好，便于差错控制和保密编码，便于存储和处理，易集成，信道利用率高信噪比高。

，信息量的定义是什么信息量的单位是什么答：设消息x的概率为P(x),其信息量I(x)=-logap(x),.当a=2时，信息量单位为比特（bit)，当a=e时。

信息量单位为奈特（nat)，当a=10时，信息量单位为哈特莱。

按照占用频带区分，信号可以分为哪几种答：基带信号和带通信号。

信源编码的目的是什么信道编码的目的是什么答：信源编码的目的是提高信号表示的有效性。

信道编码的目的是提高信号传输的可靠性。

何谓调制调制的目的是什么答：对信号进行调整就是调节。

调制的目的是使经过调制的信号适合信道的传输特性。

数字通信系统有哪些性能指标答：主要有传输速率、错误率、频带利用率和能量利用率。

信道有哪些传输特性答：噪声特性、频率特性、线性特性和时变特性等。

无线信道和有线信道的种类各有哪些答：无线信道的种类是按电磁波的频率划分的，主要分为无线电波，微波和光波。

有线信道主要有三类，即明线，对称电缆和同轴电缆，还有传输光信号的光纤。

信道模型有哪几种答：调制信道模型和编码信道模型。

什么是调制信道什么是编码信道答：将发送端的调制器输出至接收端调制器输入端之间的部分称之为调制信道。

而将编码器输出端至解码器输入端之间的部分称之为编码信道。

何谓多径效应答：信号经过多条路径到达接收端，而且每条路径的时延和衰减不尽相同，造成接收端的信号幅度和随机变化，这一现象称为多径效应。

电磁波有哪几种传播方式答：电磁波有地波传播、天波传播和视线传播三种传播方式。

适合在光纤中传播的光波波长有哪几个答：目前应用最广泛的两个光波波长是和。

什么快衰落什么是慢衰落答：由多径效应引起的衰落称为快衰落，由单一路径上季节、昼夜、气候等变化引起的衰落称为慢衰落。

第10章信源编码一、填空题1．若信号m（t）的频带范围为0～108kHz，则无失真恢复信号的最小抽样频率为______。

【答案】f s＝2f H＝216kHz【解析】由奈奎斯特抽样定理可知无失真恢复原信号的条件是f s≥2f H，即抽样频率f s 应不小于f H的2倍，故此时的最小抽样频率应为f s＝2f H＝216kHz。

2．改善弱信号的信号量噪比，通常可采用______技术。

【答案】压扩【解析】压扩技术在“发端”实行压缩，即对小信号值进行放大，对大信号进行压缩，以满足量化信噪比要求；在“收端’’实行扩张，压与扩相互补偿以保证放大系数为1，即信号不失真，从而改善弱信号的信号量噪比。

3．已知采用13折线A律编码的PCM码组为11101100，最小量化间隔为1个量化单位，则该码组相对应的译码电平为______量化单位。

【答案】912【解析】PCM码组为1234567811101100c c c c c c c c=。

由11c=知，信号样值为正值；由段落码234110c c c=，即信号样值位于第7段，起始电平为512，量化间隔为512/16＝32单位；由段内码56781100c c c c =，即信号样值的段内序号为12； 故译码器输出为512＋32×12＋32/2＝912单位。

4．已知输入抽样脉冲值为－753个量化单位，采用13折线A 律PCM 编码，则此时编码器的输出码组为______，量化误差为______。

【答案】01100111；17个量化单位 【解析】设编码输出为12345678c c c c c c c c 7530s I =-<，故极性码为10c =；512＜||s I ＜1024，故段落序号为7，段落码为234110c c c =；第7段中总电平单位数为512，则量化间隔512/16＝32，因753＝512＋32×7＋17，故段内码56780111c c c c =；综上，－753单位的抽样脉冲值对应的13折线A 律编码为01100111。

《通信原理》樊昌信__课后习题答案第⼀章概论1.3 某个信息源由A 、B 、C 、D 等4个符号组成。

这些符号分别⽤⼆进制码组00、01、10、11表⽰。

若每个⼆进制码元⽤宽度为5ms 的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。

（1）这4个符号等概率出现；（2）这4个符号出现的概率分别为1/4、1/4、3/16、5/16。

解：每秒可传输的⼆进制位为：()20010513=?÷-每个符号需要2位⼆进制，故每秒可传输的符号数为： 1002200=÷ （1） 4个符号等概率出现时每个符号包含的平均信息量为： bit 24log 2=故平均信息速率为：s b R b /2002100=?=（2）每个符号包含的平均信息量为：bit 977.11651log 1651631log 163411log 41411log 412222=+++故平均信息速率为： s b R b /7.197977.1100=?=1.6 设⼀个信号源输出四进制等概率信号，其码元宽度为125s µ。

试求码元速率和信息速率。

解：码元速率为：()baud R B 80001012516=?÷=- 信息速率为：s kb R R B b /16280004log 2=?==第⼆章信号2.2 设⼀个随机过程X （t ）可以表⽰成：()()∞<<∞-+=t t t X θπ2cos 2其中θ在（0，2π）之间服从均匀分布，判断它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。

解：它的能量⽆限，功率有界，所以是⼀个功率信号。

`()[]()[]()()()πτθπτθππτπθπθπτπθπππ2cos 4224cos 2cos 22122cos 22cos 22020=+++=+++=?d t d t t由维纳－⾟钦关系有：()()ττωωτd e R P j X -+∞∞-?=()()[]πωδπωδπ222++-=2.3 设有⼀信号可表⽰为：()()??>≥-=000exp 4t t t t x试问它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。