通信原理 第10章课件 信源编码(第7版)
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樊昌信《通信原理》(第7版)名校考研真题(信源编码)【圣才出品】
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PPT课件
• 按照同步的功用不同，可分为
– 载波同步、位同步、群同步和网同步
• 数字复接就是依据时分复用基本原理把若干个 低速数字信号合并成一个高速的数字信号，以 扩大传输容量和提高传输效率。
2024/6/20
CP 第一章 绪论
28
2． 数字通信系统模型
• 如在某些有线信道中，若传输距离不太 远且通信容量不太大时， 数字基带信号 无需调制，可以直接传送，称之为数字 信号的基带传输，其模型中就不包括调 制与解调环节
信息源
发送设备
信息
接收设备
受信者
发送端
噪声源
接收端
2024/6/20
CP 第一章 绪论
5
1.2.1 通信系统模型-信源
• 信源是消息的产生地， 其作用是把各种消 息转换成原始电信号，称之为消息信号或 基带信号。
• 电话机、电视摄像机和电传机、计算机等 各种数字终端设备就是信源。
• 模拟信源，输出的是模拟信号； • 数字信源，输出离散的数字信号。
• 作用二: 是当信息源给出的是模拟语音信号时， 信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟 信号的数字化传输。
• 信源编码方法：PCM、ADPAM、DM等 • 信源译码是信源编码的逆过程。
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CP 第一章 绪论
24
2） 信道编码与译码
• 数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及 人为干扰等，将会引起差错。为了减少差错， 信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加 入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编 码”。
• 对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还 原为数字基带信号。
• 对高斯噪声下的信号检测，一般用相关器接收 机或匹配滤波器实现。
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– 载波同步、位同步、群同步和网同步
• 数字复接就是依据时分复用基本原理把若干个 低速数字信号合并成一个高速的数字信号，以 扩大传输容量和提高传输效率。
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2． 数字通信系统模型
• 如在某些有线信道中，若传输距离不太 远且通信容量不太大时， 数字基带信号 无需调制，可以直接传送，称之为数字 信号的基带传输，其模型中就不包括调 制与解调环节
信息源
发送设备
信息
接收设备
受信者
发送端
噪声源
接收端
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CP 第一章 绪论
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1.2.1 通信系统模型-信源
• 信源是消息的产生地， 其作用是把各种消 息转换成原始电信号，称之为消息信号或 基带信号。
• 电话机、电视摄像机和电传机、计算机等 各种数字终端设备就是信源。
• 模拟信源，输出的是模拟信号； • 数字信源，输出离散的数字信号。
• 作用二: 是当信息源给出的是模拟语音信号时， 信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟 信号的数字化传输。
• 信源编码方法：PCM、ADPAM、DM等 • 信源译码是信源编码的逆过程。
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2） 信道编码与译码
• 数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及 人为干扰等，将会引起差错。为了减少差错， 信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加 入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编 码”。
• 对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还 原为数字基带信号。
• 对高斯噪声下的信号检测，一般用相关器接收 机或匹配滤波器实现。
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通信原理——信源编码的技术95页PPT
功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
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通信原理课件第5讲 信源编码：CCITT编码,相关信源的编码,信道编码
编码一： 消息A----“0”；消息B----“1”
若产生错码（“0”错成“1”或“1”错成“0”）收端无法发现， 该编码无检错纠错能力
增加一位冗余后具有 检出一位错码的能力
编码二：
消息A----“00”；消息B----“11”
若一位产生错码，变成“01”或“10”，因“01”“10”为禁用码组， 收端可发现有错，但无法确定错码位置，不能纠正，
编码三：
消息A----“000”；消息B----“111” 传输中产生一位或是两位错码，都将变成禁用码组，具有检出 两位错码的能力 在产生一位错码情况下，收端可根据“大数”法则进行正确判 决，能够纠正这一位错码，该编码具有纠正一位错码的能力 在产生两位错码情况下，只具有检错能力 这表明增加两位冗余码元后码具有检出两位错码及纠正一位错 码的能力
6V 6V
2）计算归一化的抽样值具有多少个量化单位，即看它落在哪一个线段内：
0 .4 4 0 9 6 1 6 3 8 .4
则x落在编号为“110”的线段内，该线段被分成16小段，每小段含64个量化单位。
则可计算该抽样值落在哪一个小段上：
1638.41024614.49.6
64
64
即落在第10小段上，则其CCITT标准的编码为：1 110 1001
预测数据为误差信
号和预测器的输出
o
xl xˆl ul
预测数据为误差信
号和预测器的输出
o
xl xˆl ul
线性预测器的系数确定
因为ul是el的量化值，两者之间存在量化误差e。若不考虑量化误差， 即ul = el ，则接收端的线性预测器的输入和重建电平为：
o
xl xˆl ul xˆl el xl
若产生错码（“0”错成“1”或“1”错成“0”）收端无法发现， 该编码无检错纠错能力
增加一位冗余后具有 检出一位错码的能力
编码二：
消息A----“00”；消息B----“11”
若一位产生错码，变成“01”或“10”，因“01”“10”为禁用码组， 收端可发现有错，但无法确定错码位置，不能纠正，
编码三：
消息A----“000”；消息B----“111” 传输中产生一位或是两位错码，都将变成禁用码组，具有检出 两位错码的能力 在产生一位错码情况下，收端可根据“大数”法则进行正确判 决，能够纠正这一位错码，该编码具有纠正一位错码的能力 在产生两位错码情况下，只具有检错能力 这表明增加两位冗余码元后码具有检出两位错码及纠正一位错 码的能力
6V 6V
2）计算归一化的抽样值具有多少个量化单位，即看它落在哪一个线段内：
0 .4 4 0 9 6 1 6 3 8 .4
则x落在编号为“110”的线段内，该线段被分成16小段，每小段含64个量化单位。
则可计算该抽样值落在哪一个小段上：
1638.41024614.49.6
64
64
即落在第10小段上，则其CCITT标准的编码为：1 110 1001
预测数据为误差信
号和预测器的输出
o
xl xˆl ul
预测数据为误差信
号和预测器的输出
o
xl xˆl ul
线性预测器的系数确定
因为ul是el的量化值，两者之间存在量化误差e。若不考虑量化误差， 即ul = el ，则接收端的线性预测器的输入和重建电平为：
o
xl xˆl ul xˆl el xl
《通信系统原理教程》课件第10章
数字信号在传输过程中，加性噪声、码间串扰等都会产生 误码。为了提高系统的抗干扰性能，可以加大发射功率，降低 接收设备本身的噪声，以及合理选择调制、解调方法等。此外， 还可以采用信道编码技术。
第 10 章 差错控制编码
10.1.2 差错控制方式 常用的差错控制方式有三种：检错重发、前向纠错和
混合纠错。它们的系统构成如图10－1所示, 图中有斜线的 方框图表示在该端检出错误。
第 10 章 差错控制编码
第 10 章 差错控制编码
10.1 概述 10.2 检错与纠错原理 10.3 简单差错控制码 10.4 线性分组码 10.5 循环码 10.6 卷积码
第 10 章 差错控制编码
10.1 概 述
10.1.1 信源编码与信道编码
在数字通信中，根据不同的目的，编码可分为信源编码和 信道编码。信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使 模拟信号数字化而采取的编码。信道编码是为了降低误码率， 提高数字通信的可靠性而采取的编码。
第 10 章 差错控制编码
另外，按照噪声或干扰的变化规律，可把信道分为三 类：随机信道、突发信道和混合信道。恒参高斯白噪声信 道是典型的随机信道，其中差错的出现是随机的，而且错 误之间是统计独立的。具有脉冲干扰的信道是典型的突发 信道， 错误是成串成群出现的，即在短时间内出现大量错 误。短波信道和对流层散射信道是混合信道的典型例子， 随机错误和成串错误都占有相当比例。对于不同类型的信 道，应采用不同的差错控制方式。
设码字A=［an-1,an-2,…,a1,a0］，对偶监督码有
an1 an2 a1 a0 0
(10-2)
奇监督码情况相似， 只是码组中“1”的数目为奇数， 即 满足条件
an1 an2 a0 1
第 10 章 差错控制编码
10.1.2 差错控制方式 常用的差错控制方式有三种：检错重发、前向纠错和
混合纠错。它们的系统构成如图10－1所示, 图中有斜线的 方框图表示在该端检出错误。
第 10 章 差错控制编码
第 10 章 差错控制编码
10.1 概述 10.2 检错与纠错原理 10.3 简单差错控制码 10.4 线性分组码 10.5 循环码 10.6 卷积码
第 10 章 差错控制编码
10.1 概 述
10.1.1 信源编码与信道编码
在数字通信中，根据不同的目的，编码可分为信源编码和 信道编码。信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使 模拟信号数字化而采取的编码。信道编码是为了降低误码率， 提高数字通信的可靠性而采取的编码。
第 10 章 差错控制编码
另外，按照噪声或干扰的变化规律，可把信道分为三 类：随机信道、突发信道和混合信道。恒参高斯白噪声信 道是典型的随机信道，其中差错的出现是随机的，而且错 误之间是统计独立的。具有脉冲干扰的信道是典型的突发 信道， 错误是成串成群出现的，即在短时间内出现大量错 误。短波信道和对流层散射信道是混合信道的典型例子， 随机错误和成串错误都占有相当比例。对于不同类型的信 道，应采用不同的差错控制方式。
设码字A=［an-1,an-2,…,a1,a0］，对偶监督码有
an1 an2 a1 a0 0
(10-2)
奇监督码情况相似， 只是码组中“1”的数目为奇数， 即 满足条件
an1 an2 a0 1
通信原理——信源编码的技术共95页文档
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
通信原理——信源编码的技 术
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
精品课件-通信系统原理-第10章
第10章 信道编辑原理
混合纠错(HEC，Hybrid Error Correction)：是FEC与ARQ 的混合，发端发出便于检错和纠错的码，通过正向信道送到收 端，收端对错误能纠正的就自动纠正，纠正不了时自动发出判 决信号并送回发端，发端把收端认为有错并且无法纠正的消息 重发到收端，以达到正确传输。这种方式具有 FEC与ARQ的特点， 能充分发挥码的纠错和检错性能，在较差的信道中仍然可以收 到好的效果，缺点是需要反馈信道以及复杂的译码设备。
第10章 信道编辑原理
信息反馈(IF，Information Feedback)：又称反馈检验，收 端把收到的消息原封不动地通过反馈信道送回发端，发端把反馈 回来的信息与原发送信息进行比较，从而发现错误，并把二者不 一致的部分重发到收端。其特点是没有纠(检)错编码，电路较简 单，但是需要反馈信道并且传输速率较低。
第10章 信道编辑原理
(5) 根据纠(检)错码的类型区分，纠错码可分为纠(检) 随机错码、纠(检)突发错码及既能纠(检)随机错又能纠(检)突 发错的码。
(6) 根据码元取值的进制，纠错码可分为二进制码和多 进制码。本章主要介绍二进制纠错码。
第10章 信道编辑原理
10.1.3 差错控制的工作方式 差错控制的基本工作方式有4种，如图10.1所示。图中有
第10章 信道编辑原理
数字通信要求传输过程中所造成的码元差错足够低。引起 传输差错的根本原因是信道内存在噪声以及信道传输特性不理 想所造成的码间串扰。通常，由于信道线性畸变所造成的码间 串扰可以通过均衡的办法来消除, 因此，常常只把信道中的噪 声作为造成传输差错的根本原因。为了提高数字通信系统的抗 噪声性能，可以采取增大发射功率、降低接收设备本身的噪声、 选择好的调制制度和解调方式、加强天线的方向性等措施。但 是, 这些措施只能将差错减小到一定程度, 要进一步提高通信 的可靠性，就需要采用信道编码技术，对可能或者已经出现的 差错进行控制。
《数字通信原理》第10章 扩频通信
系数c2为0，表明其对应的寄存器与相加器无连接关系，则编码 器所对应的特征多项式为：
f (x) 1 x x3
n级的移位寄存器的线性反馈电路产生的序列周期不会超过2n – 1， 若序列周期的最大值为2n – 1，那么该序列就是m序列
产生m序列的充要条件是：特征多项式是本原多项式，即满足： 1）f(x)是既约型的，即f(x)是不能分解因子的多项式； 2）f(x)可整除xm + 1，m = 2n – 1 3）f(x)不可整除xq + 1，q < 2n – 1
地面战术移动通信系统、 民用移动通信系统、 全球定位系统（GPS）、 无线局域网（WLAN）、 测距与测速系统等
引言(续) 扩频的三个特点：
1.信号占用的带宽远远大于发送信息所需的最小带宽，而且几乎 与信息比特速率无关； 2.在发送端需要利用扩频码进行扩频，所采用的扩频码通常是伪 随机序列，与所发送信息本身无关； 3.在接收端需要利用与发送端同步的扩频码进行解扩，以恢复原 始信号。
第 10 章 扩展频谱通信技术
本章的基本内容： 基本概念； 伪随机序列； 直接序列扩频技术； 调频技术； 扩频系统的同步； 扩频技术的应用
10.1 基本概念
引言 扩展频谱技术是数字通信的一个重要发展方向之一 最初应用于军事通信中，具有抗干扰能力强和低检测概率等优
点，以实现战场抗干扰和保密通信 随着技术的发展，已广泛应用于军事通信和民用通信中
10.3 直接序列扩频技术
直接序列扩频技术 发送端：直接利用扩频序列进行扩频处理； 接收端：则需要利用与发送端同步的扩频序列进行解扩处理 BPSK 直接序列扩频是直扩中最简单的形式 假设待发送的数字信号d(t) 为二进制双极性脉冲信号，载波功率 为P，角频率为 0 ，初始相位为零，则载波信号s(t)可以表示为
f (x) 1 x x3
n级的移位寄存器的线性反馈电路产生的序列周期不会超过2n – 1， 若序列周期的最大值为2n – 1，那么该序列就是m序列
产生m序列的充要条件是：特征多项式是本原多项式，即满足： 1）f(x)是既约型的，即f(x)是不能分解因子的多项式； 2）f(x)可整除xm + 1，m = 2n – 1 3）f(x)不可整除xq + 1，q < 2n – 1
地面战术移动通信系统、 民用移动通信系统、 全球定位系统（GPS）、 无线局域网（WLAN）、 测距与测速系统等
引言(续) 扩频的三个特点：
1.信号占用的带宽远远大于发送信息所需的最小带宽，而且几乎 与信息比特速率无关； 2.在发送端需要利用扩频码进行扩频，所采用的扩频码通常是伪 随机序列，与所发送信息本身无关； 3.在接收端需要利用与发送端同步的扩频码进行解扩，以恢复原 始信号。
第 10 章 扩展频谱通信技术
本章的基本内容： 基本概念； 伪随机序列； 直接序列扩频技术； 调频技术； 扩频系统的同步； 扩频技术的应用
10.1 基本概念
引言 扩展频谱技术是数字通信的一个重要发展方向之一 最初应用于军事通信中，具有抗干扰能力强和低检测概率等优
点，以实现战场抗干扰和保密通信 随着技术的发展，已广泛应用于军事通信和民用通信中
10.3 直接序列扩频技术
直接序列扩频技术 发送端：直接利用扩频序列进行扩频处理； 接收端：则需要利用与发送端同步的扩频序列进行解扩处理 BPSK 直接序列扩频是直扩中最简单的形式 假设待发送的数字信号d(t) 为二进制双极性脉冲信号，载波功率 为P，角频率为 0 ，初始相位为零，则载波信号s(t)可以表示为
通信原理第7版课件樊昌信版
? z(t) cos[ ? ct ? ?(t)]
关心---z(t) 的统计特性:
大家好
? 分析思路： 在给定θ条件下，利用3.5.2节的推导方法和结论2。
? 推导结果：
大家好
讨论：
注：
? f(φ)不再服从均匀分布
大家好
莱斯 分布
§3.7
高斯白噪声
和
带限白噪声
大家好
1. 白噪声 ——理想的宽带过程
B 2
?? 0， 其他频率
R???
?
n0 B
sin ??B ??B
cos 2??fc
N ? n0B
大家好
42
结束
大家好
43
§3.3
高斯随机过程
大家好
§3.3.1 定义
? (t)
§3.3.2 重要性质
（1）若广义平稳，则狭义平稳； （2）若互不相关，则统计独立； （3）若干个高斯过程的代数和仍是高斯型； （4）高斯过程→线性变换→高斯过程。
大家好
§3.3.3 高斯随机变量
? 一维概率密度函数
性质：
关于直线 x=a 对称
? 自相关函数 ---同一过程的关联程度
令 ? ? t2 - t，1 则有：
R(t,1 t2 ) ? R(t,1 t1 ? ?)
? 互相关函数 ---两个过程的关联程度
大家好
§3.2
平稳随机过程
大家好
§3.2.1 定义
? 狭义平稳 ? 随机过程的统计特性与时间起点无关。
? 一维分布则与时间t 无关：
?
? f (x)dx? 1 ??
? ? a f (x)dx ? ? f (x)dx ? 1
??
通信原理第10章课件信源编码(第7版)
量化后的信号——多电平数字信号
西安电子科技大学
通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§10.4. 1 量化原理
—— 用 有限个 量化电平 表示 无限个 抽样值。
分层
电平
抽样值
mi
量化值
量化
电平
qi=q1~qM
vi mi - mi 1
量化
间隔
抽样值
量化信号值
§10.4. 2 均匀量化
——等间隔划分输入信号的取值域
使Iw向Is逐步逼近，从而实现对信号抽样值的非均匀量化和编码。
类似天平称物过程
若 Is＞Iw，输出“1”码
若 Is＜Iw，输出“0”码
➢ 记忆电路：寄存前面编出的码，以便确定下一次的标准电流 值 Iw。
➢ 7/11变换：将 7 位非线性码转换成 11位线性码，以便恒流源产生
所需的标准电流 Iw。
一个
PCM
码组
各部件的功能：
PAM信号
1，样值为正
0，样值为负
➢ 极性判决：确定样值信号的极性，编出极性码：C1
➢ 整流器：双单（样值 的幅度大小）。
➢ 保持电路：使每个样值的幅度在 7 次比较编码过程中保持不变。
➢ 比较器（核心）：将样值电流 Is与标准电流 Iw 进行逐次比较，
推广：
n=任意整数
2(n+k) B= nfs
f
-fH -fL
3fs
fL fH
fs 与 fL 关系
n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6
§10.3
模拟脉冲调制
PAM、 PDM、PPM
实际抽样 —— 自然抽样的PAM
西安电子科技大学
通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§10.4. 1 量化原理
—— 用 有限个 量化电平 表示 无限个 抽样值。
分层
电平
抽样值
mi
量化值
量化
电平
qi=q1~qM
vi mi - mi 1
量化
间隔
抽样值
量化信号值
§10.4. 2 均匀量化
——等间隔划分输入信号的取值域
使Iw向Is逐步逼近，从而实现对信号抽样值的非均匀量化和编码。
类似天平称物过程
若 Is＞Iw，输出“1”码
若 Is＜Iw，输出“0”码
➢ 记忆电路：寄存前面编出的码，以便确定下一次的标准电流 值 Iw。
➢ 7/11变换：将 7 位非线性码转换成 11位线性码，以便恒流源产生
所需的标准电流 Iw。
一个
PCM
码组
各部件的功能：
PAM信号
1，样值为正
0，样值为负
➢ 极性判决：确定样值信号的极性，编出极性码：C1
➢ 整流器：双单（样值 的幅度大小）。
➢ 保持电路：使每个样值的幅度在 7 次比较编码过程中保持不变。
➢ 比较器（核心）：将样值电流 Is与标准电流 Iw 进行逐次比较，
推广：
n=任意整数
2(n+k) B= nfs
f
-fH -fL
3fs
fL fH
fs 与 fL 关系
n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6
§10.3
模拟脉冲调制
PAM、 PDM、PPM
实际抽样 —— 自然抽样的PAM
樊昌信《通信原理》(第7版)课后习题(信源编码)【圣才出品】
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。
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10．在 PCM30／32 路基群帧结构中，TS0 用来传输______，TS16 用来传输______。 【答案】帧同步信息；信令信息 【解析】由 PCM 一次群的帧结构知，时隙 TS0 传送帧同步信息，时隙 TS16 传送信令信 息，其他 30 个时隙用于传输语音抽样值的 8b 码组。
11．A 律 PCM 二次群是由______个基群复用而成，其比特率为______Mb／s，可同时 传输______路数字电话。
综上，－753 单位的抽样脉冲值对应的 13 折线 A 律编码为 01100111。 在接收端译码时，通常将此码组转换成量化间隔的中间值输出，这里是 512＋32×7＝ 608 单位，故量化误差为 753－736＝17 单位。
5．在 PCM 系统中，某抽样值 线编码为______（段内码采用自然二进码）。
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】01100111；17 个量化单位 【解析】设编码输出为 c1c2c3c4c5c6c7c8 Is 753 0 ，故极性码为 c1 0 ；
512＜ | Is | ＜1024，故段落序号为 7，段落码为 c2c3c4 110 ；
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 c5c6c7c8 0111 ；
《信源编码》PPT课件
器的存在性，它使输出符号的信息率与信源熵之比接
近于 1 ，即：
若要实现，取无限长 L 的
信源符号进行统一编码。
精选ppt
30
例： 设离散无记忆信源概率空间为
•
信源熵：
H
(
X
)
=
-
∑
i=
p
1
(
xi
)
log
p
(
xi
)
=
2.55
bit
/
符号
对信源符号采用定长二元编码, 要求编码效率η为 90 ％
若取 L ＝ 1 ，则
• 信源熵： H ( X ) = 2 . 55 bit / 符号
要求编码效率η为 90 ％ 用二进制变长编码， m ＝ 2
精选ppt
38
例： 设离散无记忆信源概率空间为
• 信源熵： H ( X ) = 1/4 log4 +3/4 log3/4 = 0. 811 bit / 信源符号
精选ppt
存在唯一可译码
20
K1 =1 , K2 =2 , K3 =3 , K4 =3 。
注意Βιβλιοθήκη Kraft 不等式只是用来说明唯一可译码是 否存在，并不能作为唯一可译码的判据。
如码字 {0，10，010，111} 虽然满足 Kraft 不等式，
但它不是唯一可译码。
精选ppt
21
5.2 无失真信源编码
在不失真或允许失真的条件下，用
尽可能少的符号传送信源信息。
精选ppt
3
• 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/带宽。
通信原理第10章信源编码(7版)资料
S M2 Nq
M 2N
v 2a / M
S 20 lg M 6N N q dB 含义？
m(nT ) (t nT )
s s
1/Ts
1 M s ( f ) M ( f ) T ( f ) Ts
M ( f ) ( f n f ) s n
n= 0
理想抽样过程的波形和频谱 ：
fs ≥ 2fH
混叠失真 ：
若 fs<2 fH
§10.4
模拟信号de量化
量化——幅度上离散化 量化后的信号——多电平数字信号
§10.4. 1 量化原理
分层 电平
—— 用 有限个 量化电平 表示 无限个 抽样值 。
抽样值 量化值
mi
量化 电平
qi=q1~qM
vi mi - mi 1
量化 间隔
抽样值
量化信号值
§10.4. 2 均匀量化
s
恢复：修正+低通滤波
1 MH( f ) Ts
n
H ( f )M ( f nf )
s
1 1 H ( f )M ( f ) + Ts Ts n= 0
H ( f ) M ( f nf )
n0 s
ˆ ( f )=M ( f ) M H
1 1 HL ( f )kTs ) mq = mq (kTs )
信号mk 的平均功率：
输入样值信号 的概率密度
信号量噪比——信号功率与量化噪声功率之比 ：
解：量化噪声功率
Nq E (m mq ) a ( x mq ) f ( x)dx
2 2
通信原理——信源编码的技术PPT95页
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
通信原理——信源编码的技术
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
谢谢！
樊昌信《通信原理》(第7版)配套题库【章节题库1-4章】【圣才出品】
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第1章 绪 论
一、选择题 1．在远程多次转发传输时，下面（ ）的陈述是科学的。 A．模拟传输系统的累积噪声可控制到极小 B．数字传输系统的累积噪声可控制到极小 C．数字传输系统无累积噪声 D．模拟传输系统无累积噪声 【答案】B 【解析】与模拟传输系统相比较，数字传输系统的抗干扰能力强，利用中继手段可以实 现无噪声积累；利用信道编码技术可以实现传输差错可控等。通过数字传输技术使得数字传 输系统的安全性得到有力的保障，累积噪声可以控制到极小的范围内。
7．设在 125μs 内传输 256 个码元，则码元速率为______，若该信码在 2s 内有 3 个码 元产生错误，则误码率为______。
【答案】2.048×106Baud； 【解析】码元速率为 256÷125μs＝2.048×106Baud；
误码率为 3 复(2 2.048 106) 7.32 10 -7 。
【答案】7200b/s
3 / 103
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【解析】最大可能信息速率时，该八进制数字传输系统传输的码元应为独立等概出现， 则此时该系统的信息速率为
Rb RB log2 M 2400 Baud log28 7200（b/s ）
【答案】3/4；0.81b/符号
【解析】由于两符号独立出现，当“1”出现的概率为 1/4 时，则“0”出现概率为 1
－1/4＝3/4。
由信源的平均信息量公式可得
H (x)
M
i 1
P(xi ) log 2 P(xi )
1 4
log
2
1 4
3 4
log
2
3 4
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第1章 绪 论
一、选择题 1．在远程多次转发传输时，下面（ ）的陈述是科学的。 A．模拟传输系统的累积噪声可控制到极小 B．数字传输系统的累积噪声可控制到极小 C．数字传输系统无累积噪声 D．模拟传输系统无累积噪声 【答案】B 【解析】与模拟传输系统相比较，数字传输系统的抗干扰能力强，利用中继手段可以实 现无噪声积累；利用信道编码技术可以实现传输差错可控等。通过数字传输技术使得数字传 输系统的安全性得到有力的保障，累积噪声可以控制到极小的范围内。
7．设在 125μs 内传输 256 个码元，则码元速率为______，若该信码在 2s 内有 3 个码 元产生错误，则误码率为______。
【答案】2.048×106Baud； 【解析】码元速率为 256÷125μs＝2.048×106Baud；
误码率为 3 复(2 2.048 106) 7.32 10 -7 。
【答案】7200b/s
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【解析】最大可能信息速率时，该八进制数字传输系统传输的码元应为独立等概出现， 则此时该系统的信息速率为
Rb RB log2 M 2400 Baud log28 7200（b/s ）
【答案】3/4；0.81b/符号
【解析】由于两符号独立出现，当“1”出现的概率为 1/4 时，则“0”出现概率为 1
－1/4＝3/4。
由信源的平均信息量公式可得
H (x)
M
i 1
P(xi ) log 2 P(xi )
1 4
log
2
1 4
3 4
log
2
3 4
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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。
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1 ( x qi ) dx mi 1 2a i 1
mi 2
M
平均信号量噪比
V 2 1 ( x a iV ) dx a ( i 1) V 2 2a i 1
M a iV 3 3 2 M V V 1 V 12 24a 12 i 1 2a M
ΔVi ——第 i 段的量化间隔 。 不同段落， ΔVi 不同 。前两段相同
§10.5.3 电话信号的编译码器
—— 编码的实现
任务 —— 把每个样值脉冲编出相应的 8 位二进码。
11110011…
就送出 一个 PCM 码组
每来 一个 样值 脉冲
各部件的功能：
PAM信号
极性判决：确定样值信号的极性，编出极性码： C1 整流器：双单（样值 的幅度大小）。
Iw1＝128， Is > Iw1 ， c2＝1 Iw2＝512， Is > Iw2 ， c3＝1 Iw3＝1024， Is > Iw3 ，c4＝1 c2 c3 c4＝111 （第⑧段） （3）段内码：
起始 1024 ∆V8 =64
IW6
IW7 1270 Iw4 =1024+8×64=1536，Is<Iw4 ， C5=0 Iw5 =1024+4×64=1280，Is<Iw5 ， C6=0 Iw6 =1024+2×64=1152，Is>Iw6 ， C7=1 Iw7 =1024+3×64=1216，Is>Iw7 ， C8=1
1，样值为正 0，样值为负
保持电路：使每个样值的幅度在 7 次比较编码过程中保持不变。 比较器（核心）：将样值电流 Is与标准电流 Iw 进行逐次比较，
类似天平称物过程
使Iw向Is逐步逼近，从而实现对信号抽样值的非均匀量化和编码。 若 Is＞Iw，输出“1”码 若 Is＜Iw，输出“0”码
1
非均匀量化
y1
x － 归一化输入电压 y － 归一化输出电压
2.
A
律 13 折 线
图10-14 对称输入13折线压缩特性
3 . 压缩律 及其 15 折线
非均匀量化
=0 时无压缩效果
A律和 律不易用 电子线路准确实现，
实用中分别采用
13折线和15折线。
15 折 线
K1 =32 小信号的量噪比是 A律 的 2 倍。
大信号的量化性能比 A律 稍差。
§10.5
脉冲编码调制
Pulse Code Modulation, PCM
—— 模拟信号数字化方式之一
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§10.5.1 PCM的基本原理
PCM系统原理框图
模拟信号 输入
抽样 保持 量 化 编 码
PCM信号 输出
(a) 发送端
S M2 Nq
M 2N
v 2a / M
S 20lg M 6N N q dB 含义？
均匀量化的缺点
—— 原因： Nq与信号样值大小无关，仅与量化间隔 V 有关 。
应用：主要用于概率密度为均匀分布的信号，如遥测遥控信号、图 像信号数字化接口中。
解决方案：非均匀量化
记忆电路：寄存前面编出的码，以便确定下一次的标准电流 值 Iw。 7/11变换：将 7 位非线性码转换成 11位线性码，以便恒流源产生
所需的标准电流 Iw。
非线性码与线性码（7/11）：
非线性码
对应
非均匀量化：
——只需 7 位（非线性）编码 称为非线性 / 对数PCM编码
M 8 16=128=27
①
② 压缩编码； 模/数转换
模拟信号数字化传输的三个环节： 6、7、8章 A/D → 数字方式传输 → D/A
A/D转换（数字化编码）的技术： 波形编码的三个步骤： 波形编码的常用方法：
波形编码和参量编码
“抽样、量化 和 编码”
PCM、DPCM、 ∆M
§10.2
模拟信号de抽样
抽样定理 --- 模拟信号数字化和时分多路复用的理论基础
段内 码 量化级 序号
C5 C6 C7 C8
段 内 码
8 7～ 6 5 4 3 2 1
1 1 1 1 0 0 0 0
1 1 0 0 1 1 0 0
1 0 1 0 1 0 1 0
15 14 13 12 11 10 9 8
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000
7 6 5 4 3 2 1 0
第10章
信源编码
本章内容:
抽样 — 低通信号和带通信号
量化 — 标量（均匀/非均匀）和矢量
第10章 信源编码
脉冲编码调制 — PCM、 DPCM 、ADPCM
增量调制 — ∆M
时分复用 — TDM、准同步数字体系（PDH）
压缩编码 — 语音、图像和数字数据
§10.1
引 言
引言
信源编码的作用： 为什么要数字化？
C1 极性码
C2C3C4 段落码
C5C6C7C8 段内码
极性码：表示样值的极性。正编“1”，负编“0”
段落码：表示样值的幅度所处的段落
段内码：16种可能状态对应代表各段内的16个量化级
表10-5 段落码
段落序号 i =1 ~8 段落码 C 2 C 3 C4
量化级 序号
表10-6 段内码
C5 C6 C7 C8
PCM信号 输入
译 码
低通 滤波
模拟信号 输出
(b) 接收端
模拟信号数字化过程 ---“抽样、量化和编码”
§10.5.2 常用二进制码
表
10 │ 4
—— 编码考虑的问题之一
样值脉冲极性 量化级序号 自然二进制码 折叠二进制码 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1
0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
起始电平和量化间隔
——之三，确定样值所在的段落和量化级
(幅值)
=
1 2048
---归一化输入电压的最小量化单位
段内码的权值：
C5的权值 —— 8 ΔVi C6的权值 —— 4 ΔVi C7的权值 —— 2 ΔVi C8的权值 —— 1 ΔVi
自然抽样与恢复原理框图：
理想抽样： 自然抽样：
理想冲激序列
s(t) 实际脉冲序列
恢复：均可用理想低通滤波器取出原信号。
实际抽样������ —— 平顶抽样的PAM
特点：每个样值脉冲的顶部
是平坦的。 m(t)
产生：
抽样 保持
1 Ms ( f ) Ts
n
M ( f nf )
特点： 具有镜像特性 优点： ①简化编码过程 ②误码对小电压 的影响小
自 然 二 进 码 和 折 叠 二 进 码
正极性部分
负极性部分
码位的选择与安排
—— 之二，关乎通信质量和设备复杂度
在A律13折线 PCM编码中，共计：
2 8 16=256=28 个量化级
—— 需将每个样值脉冲（Is ）编成 8位 二进制码：
§10.2.2 带通模拟信号的抽样定理
定理：
|M(f)|
B
(a) fH = nB（n>1）
fH = 3B(n=3,k=0)
f s = 2B
-3B -2B -B
B 2B
3B
-fH -fL
2fH = 6B
fL fH
f
|Ms(f)|
-fH -fL
3f s
|M(f)|
0
fL fH
B
f
(b) fH = nB+kB（0≤k<1） fH = 3B+kB 2 fH =3 fs 即2(3+k) B= 3fs 推广： n=任意整数 2(n+k) B= nfs
抽样过程可看作是 m(t ) 与 δ T(t) 的相乘。因此 ，理想抽样信号为：
ms (t ) m(t )T (t )
其频谱为：
n
m(nT ) (t nT )
s s
1/Ts
1 M s ( f ) M ( f ) T ( f ) Ts
M ( f ) ( f n f ) s n
ms (t )
ms (t ) m(t )s(t )
Ms ( f ) M ( f ) S( f )
---自然抽样
对比：
1 Ms ( f ) Ts
n
M ( f nf )
s
---理想抽样
ms (t ) m(t )T (t )
自然抽样过程的波形和频谱：
ms (t ) m(t )s(t )
-3B -2B -B
0
B 2B 3B
f
-fH -fL 2fH = 2(3+k)B