数字通信原理05-信源编码

1．均匀量化
均匀量化是指各量化分级间隔相等的量化方 式，也就是均匀量化是在整个输入信号的幅 度范围内量化级的大小都是相等的。
由于量化间隔相等，为某一固定值，它不能 随信号幅度的变化而变化，故大信号时信噪 比大，小信号时信噪比小。所以量化信噪比 随信号电平的减小而下降。
2．非均匀量化
非均匀量化的特点：信号幅度小时，量化间 隔小其量化误差也小；信号幅度大时，量化 间隔大，其量化误差也大。采用非均匀量化 可以改善小信号的量化信噪比。实现非均匀 量化的方法之一是采用压缩扩张技术。
第5章编码 5.1 信源编码
5.1.1 抽样 5.1.2 量化 5.1.3 编码 5.1.4 常用的信源编码 5.1.5 PCM系统仿真
信源编码的作用： 1、设法减少码元数目和降低码元速率，即 通常所说的数据压缩； 2、将信源的模拟信号转化成数字信号，以 实现模拟信号的数字化传输。
图5-1 模拟信号数字化传输系统框图
目前，主要有两种对数形式的压缩特性：A 律和μ律，A律编码主要用于30/32路一次群 系统，μ律编码主要用于24路一次群系统。 我国和欧洲采用A律编码， 北美和日本采用 μ律编码。
图5-4 压缩扩张特性曲线
5.1.3 编码
编码，就是用一组二进制码组来表示每一个 有固定电平的量化值。在语音通信中，通常 采用8位的PCM编码就能够保证满意的通信 质量。 二进制码具有很好的抗噪声性能，并 易于再生，因此PCM中一般采用二进制码。
5.1.1 抽样
模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号 进行离散化处理，即将时间上连续的信号处 理成时间上离散的信号，这一过程称之为抽 样。
图5-2 模拟信号抽样示意图
要从样值序列无失真地恢复原时间连续信号， 其抽样频率应选为fs≥2fm。这就是著名的奈 奎斯特抽样定理，简称抽样定理。无失真所 需 应最 的小 最抽大样抽速样率间f隔s=T2sfm称为为奈奈奎奎斯斯特特速间率隔，。对
0A
1
B
传输产生错码，不能检错和纠错
如用2位二进制编码代表两个消息A，B
00 A
11 B 发生一位错误，许用码字将变成禁用码字，接收端就能 知道出错，但是不能纠错
如用3位二进制编码代表两个消息A，B 000 A
111 B
检二个错误，纠正一个错误
编码方法
1位编码方法 2位编码方法 3位编码方法
信息
ABaidu Nhomakorabea
5.2.1 信道编码基本原理
信号在传输过程中不可避免地会发生差错， 即出现误码。造成误码的原因很多，但主要 原因可以归纳为两方面：一是信道特性不理 想造成的码间干扰；二是噪声对信号的干扰。 对于前者通常通过均衡方法可以改善以至消 除，因此，常把信道中的噪声作为造成传输 差错的主要原因。差错控制是对传输差错采 取的技术措施，目的是提高传输的可靠性。
话音信号的最高频率限制在3400Hz，这时满 足抽样定理的最低抽样频率应为fs=6800Hz， 为了留有一定的防卫带，原CCITT规定语音 信号的抽样频率为fs=8000Hz，这样，就留 出了8000－6800=1200Hz作为滤波器的防卫 带，则抽样周期T＝125μs。
5.1.2 量化
量化是把信号在幅度域上连续的样值序列用 近似的办法将其变换成幅度离散的样值序列。 具体的定义是，将幅度域连续取值的信号在 幅度域上划分为若干个分级（量化间隔）， 在每一个分级范围内的信号值取某一个固定 的值用来表示。这一近似过程一定会产生误 差，称为量化误差。
B
0
1
00
11
000
111
检、纠错能力
无检、纠错能力 检错1位，不能纠错 检错2位，纠错1位
编码效率
R k n
其中，k为信息码元的数目
n为编码后码组的总数目（n=k+r，r 为监督码元的数目）。
R越大，编码效率越高，它是衡量编码性能
的一个重要参数。
2．码重和码距的概念
（1）码重 在信道编码中，定义码组中非零码元的数 目为码组的重量，简称码重。 （2）码距与汉明距离 把两个码组中对应码位上具有不同二进制码 元的个数定义为两码组的距离，简称码距。
1．基本原理
差错控制的核心是差错控制编码，不同的编 码方法，有不同的检错或纠错能力，差错控 制编码一般是在用户信息序列后插入一定数 量的新码元，这些新插入的码元称为监督码 元。它们不受用户的控制，最终也不发送给 接收用户，只是系统在传输过程中为了减少 传输差错而采用的一种处理过程。如果信道 的传输速率一定，加入差错控制编码，就降 低了用户输入的信息速率，新加入的码元越 多，冗余度越大，检错纠错越强，但效率越 低。由此可见，通过差错控制编码提高传输 的可靠性是以牺牲传输效率为代价的。
（1）如果要传送A和B两个信息，可以用1 位二进制编码表示，例如用“0”码表示信 息A，用“1”码表示信息B。
（2）如果分别在“0”和“1”后面附加一个 “0”和“1”，变为“00”和“11”，还是传送 A和B两个信息，即“00”表示A，“11”表 示B。
（3）若在信息码之后附加两位监督码，即
如用1位二进制编码来代表两个消息A ，B
5.1.4 常用的信源编码
常用到的语音信源编码方法有波形编码、参 数编码和混合编码三种。 1．QCELP（Qualcomm码激励线性预测） 2．EVRC（增强型变速率编解码） 3．AMR（自适应多速率编解码）
5.1.5 PCM系统仿真
1．取样定理仿真
图5-6 取样定理仿真模型
取样定理证明过程中的频谱仿真
2．脉冲编码调制系统仿真
图5-12 原模拟信号和恢复的信号的波形图（编码位数为2）
图5-13 原模拟信号和恢复的信号的波形图（编码位数为4）
5.2 信道编码
5.2.1 信道编码基本原理 5.2.2 奇偶校验码 5.2.3 汉明码 5.2.4 循环码 5.2.5 卷积码 5.2.6 Turbo码 5.2.7 信道编译码仿真
【例5-1】设输入电话信号抽样值的归一化动 态范围在－1至+1之间，将此动态范围划分 为4096个量化单位，即将1/2048作为1个量化 单位。当输入抽样值为+1270时，试按照13 折线A律特性编码，并求量化误差。
【例5-2】设某一电平的A律13折PCM编码为 11110011，求该电平的实际数值（归一化）。