信息论与编码期末考试题----学生复习用

《信息论基础》参考答案

一、填空题

1、信源编码的主要目的是提高有效性，信道编码的主要目的是提高可靠性。

2、信源的剩余度主要来自两个方面，一是信源符号间的相关性，二是信源符号的统计不均匀性。

3、三进制信源的最小熵为0，最大熵为32log bit/符号。

4、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为信源熵（或H(S)/logr= H r (S)）。

5、当R=C 或（信道剩余度为0）时，信源与信道达到匹配。

6、根据信道特性是否随时间变化，信道可以分为恒参信道和随参信道。

7、根据是否允许失真，信源编码可分为无失真信源编码和限失真信源编码。

8、若连续信源输出信号的平均功率为2σ，则输出信号幅度的概率密度是高斯分布或正态分布或(

)22

2x f x σ-=

时，信源

具有最大熵，其值为值21

log 22

e πσ。

9、在下面空格中选择填入数学符号“,,,=≥≤〉”或“〈”

（1）当X 和Y 相互独立时，H （XY ）=H(X)+H(X/Y)=H(Y)+H(X)。

（2）()()

1222H X X H X =≥()()12333

H X X X H X = （3）假设信道输入用X 表示，信道输出用Y 表示。在无噪有损信道中，H(X/Y)> 0, H(Y/X)=0,I(X;Y)

1234560.20.20.20.20.10.1S s s s s s s P ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦

（1）用霍夫曼编码法编成二进制变长码；（6分） （2）计算平均码长L ;（4分）

（3）计算编码信息率R ';（2分）

（4）计算编码后信息传输率R ;（2分） （5）计算编码效率η。（2分）

（1）

010

10

1

1

1

1.00.20.20.20.20.10.1

1S 2S 3S 4S 5S 6

S

编码结果为：

1234560001100101110111

S S S S S S ======

（2）6

1

0.420.63 2.6i i i L P ρ===⨯+⨯=∑码元

符号

（3）bit log r=2.6R L '=符号

（4）() 2.53

bit

0.9732.6H S R L ===码元其中，()()bit 0.2,0.2,0.2,0.2,0.1,0.1 2.53H S H ==符号 （5）()()0.973log H S H S L r

L

η=

=

=

四、某信源输出A 、B 、C 、D 、E 五种符号，每一个符号独立出现，出现概率分别为1/8、1/8、1/8、1/2、1/8。如果符号的

码元宽度为0.5s μ。计算： （1）信息传输速率t R 。

（2）将这些数据通过一个带宽为B=2000kHz 的加性白高斯噪声信道传输，噪声的单边功率谱密度为6010W n Hz

-=。试计算

正确传输这些数据最少需要的发送功率P 。 解：

（1）()()

1

t X R H X H Y t ⎡⎤=-⎣

⎦

()61111

log 4log 882211

log8log 222

31

log 2log 2222log 22bit 24100.5t H X bit R bps

s

μ=-

⨯-=+=+====⨯

（2）666

62410210log 1102101226P P

P W

-⎛⎫

⨯=⨯+ ⎪

⨯⨯⎝⎭

+==

五、一个一阶马尔可夫信源，转移概率为

()()()()1121122221

|,|,|1,|033

P S S P S S P S S P S S ====。

(1) 画出状态转移图。

(2) 计算稳态概率。

(3) 计算马尔可夫信源的极限熵。

(4) 计算稳态下1H ,2H 及其对应的剩余度。 解：(1)

S

13

(2)由公式()()()2

1

|i i

j j j P S P S

S P S ==

∑

有()()()()()()()()()

()()2

111212

2211122|31|31i i i i i i P S P S S P S P S P S P S P S S P S P S P S P S ==⎧

==+⎪⎪

⎪==⎨⎪

⎪+=⎪⎩

∑∑ 得()()12

341

4

P S P S ⎧

=⎪⎪⎨

⎪=⎪⎩ (3)该马尔可夫信源的极限熵为：

()()()

22

11

|log |322311

log log

43343311

0.578 1.599240.6810.4720.205i j i j i i j H P S P S S P S S bit nat hart ∞===-=-⨯⨯-⨯⨯=⨯+⨯===∑∑符号

(4)在稳态下：

()()2

1

3

311log log log 0.8114444i i i P x P x bit =⎛⎫=-=-⨯+⨯= ⎪⎝⎭∑符号

20.2050.4720.681H H hart nat bit ∞====符号符号

对应的剩余度为

1100.811110.1891111log log 2222H H η=-

=-=⎛⎫

⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 2200.681110.3191111log log 2222H H η=-

=-=⎛⎫

⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭

六、设有扰信道的传输情况分别如图所示。试求这种信道的信道容量。

X

Y

解：信道传输矩阵如下