信源编码及信道编码
信源编码与信道编码
信源编码与信道编码⼀．信源编码和信道编码的发展历程信源编码：最原始的信院编码就是莫尔斯电码，另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。
但现代通信应⽤中常见的信源编码⽅式有：Huffman编码、算术编码、L-Z编码，这三种都是⽆损编码，另外还有⼀些有损的编码⽅式。
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。
相对地，信道编码是为了对抗信道中的噪⾳和衰减，通过增加冗余，如校验码等，来提⾼抗⼲扰能⼒以及纠错能⼒。
信道编码：1948年Shannon极限理论→1950年Hamming码→1955年Elias卷积码→1960年 BCH码、RS码、PGZ译码算法→1962年Gallager LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校验）码→1965年Ｂ－M译码算法→1967年RRNS码、Viterbi算法→1972年Chase⽒译码算法→1974年Bahl MAP算法→1977年IMaiBCM分组编码调制→1978年Wolf 格状分组码→1986年Padovani恒包络相位／频率编码调制→1987年Ungerboeck TCM格状编码调制、SiMonMTCM多重格状编码调制、WeiL.F.多维星座TCM→1989年Hagenauer SOVA算法→1990年Koch Max－Lg－MAP算法→1993年Berrou Turbo码→1994年Pyndiah 乘积码准最佳译码→1995年 Robertson Log－MAP算法→1996年 Hagenauer TurboBCH码→1996MACKaｙ－Neal重新发掘出LDPC码→1997年 Nick Turbo Hamming码→1998年Tarokh 空－时卷格状码、AlaMouti空－时分组码→1999年删除型Turbo码虽然经过这些创新努⼒，已很接近Shannon极限，例如1997年Nickle的TurboHamming码对⾼斯信道传输时已与Shannon极限仅有0.27dB相差，但⼈们依然不会满意，因为时延、装备复杂性与可⾏性都是实际应⽤的严峻要求，⽽如果不考虑时延因素及复杂性本来就没有意义，因为50多年前的Shannon理论本⾝就已预⽰以接近⽆限的时延总容易找到⼀些⽅法逼近Shannon 极限。
005信源编码信道编码交织技术
信道编码和交织技术的使用
床前明月光 春眠不觉晓 白发三千丈 红豆生南国
编码
床床前前明明月月光光 春春眠眠不不觉觉晓晓 白白发发三三千千丈丈 红红豆豆生生南南国国
交织
床春白红床春白红 前眠发豆前眠发豆 明不三生明不三生 月觉千南月觉千南 光晓丈国光晓丈国
突发错误
解码
床？？前明明月月光光 春？？眠不不觉觉晓晓 白？？发三三千千丈丈 红？？豆生生南南国国
去交织
床春白红？？？？ ？？？？前眠发豆 明不三生明不三生 月觉千南月觉千南 光晓丈国光晓丈国
交织技术
交织：打乱原来的数据排列规则，按照一定顺序重新排列。 作用：减小信道快衰落带来的影响。 优点
交织技术是改变数据流的传输顺序，将突发的错误随机化。 提高纠错编码的有效性。 缺点： 由于改变了数据流的传输顺序，必须要等整个数据块接收后才
信道编码的原理
信道编码
信道编码技术是通过给原数据添加冗余信息，从而获得 纠错能力
目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3） 使用编码增加了无效负荷和传输时间 适合纠正非连续的少量错误
床前明月光 春眠不觉晓 白发三千丈 红豆生南国
床床前前明明月月光光 春春眠眠不不觉觉晓晓 白白发发三三千千丈丈 红红豆豆生生南南国国
脉冲编码——简单的信源编码
增量编码——脉冲编码的发展
上升台阶和下降台阶的二进制代码分别用“1”和“0”表示。这个过程 就是增量编码 采用增量调制编码编出的二进制代码为:01010111111100011
信源编码
为了减少信源输出符号序列中的剩余度、提高符号 的平均信息量，对信源输出的符号序列所施行的变 换。具体说，就是针对信源输出符号序列的统计特 性来寻找某种方法，把信源输出符号序列变换为最 短的码字序列，使后者的各码元所载荷的平均信息 量最大，同时又能保证无失真地恢复原来的符号序 列。
信源编码编译和信道编码编译的通信系统基本模型框架
信源编码编译和信道编码编译的通信系统基本模型框架
信源编码编译和信道编码编译是数字通信中常用的技术，其基本模型框架如下：
1. 信源编码编译模块：将源数据进行编码并进行编译，以减少数据的冗余度，提高传输效率。
2. 信道编码编译模块：根据通信信道的特性，采用适当的编码算法将经过信源编码编译的数据进行进一步编码，以提高数据传输的可靠性和抗干扰性。
3. 调制与解调模块：将编码后的数字信号转换为模拟信号进行传输，并在接收端将模拟信号转化为数字信号。
4. 信道模型：用来表示传输信号的传播路径和信道干扰的情况，以便进行传输性能的分析与评估。
5. 解码模块：在接收端对接收到的信号进行处理，进行解调、信道解码、信源解码等操作，以还原出原始的数据信息。
6. 应用模块：在解码模块得到原始数据后，进行下一步的应用处理，如声音恢复、图像显示等。
这是数字通信中常用的通信系统模型框架，其中信源编码编译和信道编码编译是提高通信系统效率和可靠性的核心技术，也是广泛应用于移动通信、卫星通信等各种数字通信系统中的重要技术手段。
信源编码与信道编码解析
信源编码与信道编码解析摘要：衡量一个通信系统性能优劣的基本因素是有效性和可靠性，有效性是指信道传输信息的速度快慢，可靠性是指信道传输信息的准确程度。
在数字通信系统中，信源编码是为了提高有效性，信道编码是为了提高可靠性，而在一个通信系统中，有效性和可靠性是互相矛盾的，也是可以互换的。
我们可以用降低有效性的办法提高可靠性，也可以用用降低可靠性的办法提高有效性。
本文对信源编码和信道编码的概念，作用，编码方式和类型进行了解析,以便于更好的理解数字通信系统的各个环节。
关键字：信源编码信道编码Abstract: the measure of a communication system the basic factor is quality performance efficiency and reliability, effectiveness refers to channel to transfer information machine speed, reliability is to point to the accuracy of the information transmission channel. In digital communication system, the source coding is in order to improve the effectiveness, channel coding is in order to improve the reliability, and in a communication system, effectiveness and reliability is contradictory, is also can be interchanged. We can use to reduce the availability of improving the reliability, also can use to improve the effectiveness of reduces reliability. In this paper, the source coding and channel coding concept, function, coding mode and the types of analysis, in order to better understand all aspects of digital communication systems.Key words: the source coding channel coding中图分类号：TN911.21 文献标识码：A 文章编号：1引言数字通信系统：信源是把消息转化成电信号的设备，例如话筒、键盘、磁带等。
信源编码和信道编码的区别
信源编码和信道编码的区别信源编码和信道编码是数字通信领域中两个重要的概念。
尽管这两个概念有时会被混淆使用，但它们在通信系统中的作用和目标是不同的。
信源编码主要关注的是如何将源信息进行有效的压缩和表示，以减少传输所需的带宽和存储空间。
而信道编码则专注于在传输过程中，如何通过添加冗余信息来提高通信系统对噪声和干扰的容忍度。
下面将从定义、目标和应用等方面说明信源编码和信道编码的区别。
首先，信源编码是指对信号源进行编码，即将源数据转换为一系列编码符号的过程。
信源编码的目标是通过增加数据的冗余性，以便减少数据的存储和传输所需的比特数。
通过信源编码，我们可以压缩和表示原始数据，以便更有效地传输和存储。
常见的信源编码技术包括霍夫曼编码、算术编码、字典编码等。
例如，在图像和音频压缩中，我们通常使用信源编码来减少文件的大小，而不丢失太多信息。
相比之下，信道编码是指通过在信道上添加冗余信息，以提高通信系统对噪声、干扰和误码的容忍度。
信道编码的目标是在不增加传输时间的情况下，提高传输的可靠性和健壮性。
常见的信道编码技术包括海明码、卷积码、低密度奇偶校验码等。
通常，信道编码采用纠错码的方式来检测和纠正传输中的错误，从而可以提高数据的可靠性。
信道编码在很多通信系统中都得到了广泛应用，例如无线通信、卫星通信等。
信源编码和信道编码的主要区别在于它们的应用领域和目标。
信源编码主要关注如何有效地对源数据进行压缩和表示，以提高存储和传输的效率。
而信道编码主要关注如何在传输过程中提高数据的可靠性和健壮性，以应对信道噪声和干扰的影响。
信源编码和信道编码是数字通信中两个独立但密切相关的概念，它们通常结合使用，以提高通信系统的性能和效果。
此外，信源编码和信道编码还在某种程度上是相互依赖的。
良好的信源编码可以提供更好的信道编码性能。
因为信源编码可以减少数据的冗余性，减小信道编码的冗余部分，从而提高传输效率。
而信道编码可以弥补信源编码在传输过程中的失真或丢失，从而提高信号的质量和可靠性。
联合信源信道编码的原理及其在无线通信中的应用
联合信源信道编码的原理及其在无线通信中的应用文章标题：深度解析联合信源信道编码的原理及其在无线通信中的应用在无线通信中，联合信源信道编码是一个重要的概念，它涉及到信源编码和信道编码的结合，能够有效提高通信系统的可靠性和效率。
本文将从信源编码和信道编码的原理入手，深入探讨联合信源信道编码在无线通信中的应用，并对其进行全面评估和分析。
一、信源编码的原理及应用1. 信源编码简介信源编码是将来自信源的信息进行编码压缩，以便在传输过程中占用更少的带宽或传输资源。
常见的信源编码算法包括霍夫曼编码、算术编码等。
2. 信源编码在无线通信中的应用信源编码可以大大减少数据传输的冗余度，提高数据传输的效率，尤其在无线通信中，由于带宽和传输资源的有限性，信源编码显得尤为重要。
二、信道编码的原理及应用1. 信道编码简介信道编码是为了提高数据传输的可靠性，通过在数据中添加冗余信息，增加数据的容错性。
常见的信道编码技术包括海明码、卷积码等。
2. 信道编码在无线通信中的应用在无线通信中，信道往往会受到多径衰落、多径干扰等影响，信道编码可以减小误码率，提高通信的可靠性。
三、联合信源信道编码的原理及应用1. 联合信源信道编码的概念联合信源信道编码是信源编码和信道编码的结合，通过联合设计信源和信道编码方案，提高信号的压缩率和传输可靠性。
其核心是在保证压缩率的增强信道编码的纠错能力。
2. 联合信源信道编码在无线通信中的应用在无线通信中，联合信源信道编码可以有效降低误码率，提高信号的传输质量，尤其在高速移动通信或弱信号覆盖的情况下具有明显的优势。
四、个人观点和结论根据对联合信源信道编码原理及应用的深入研究和分析，我认为在无线通信中采用联合信源信道编码能够有效提高通信系统的可靠性和效率，特别是在面对复杂的通信环境时能够更好地应对各种干扰和噪音。
但同时也需要考虑编解码复杂度和性能损耗，需要根据具体的通信场景进行灵活选择。
通过本文的全面介绍和分析，相信读者对联合信源信道编码的原理和应用有了更深入的了解，能够在实际的无线通信系统设计和优化中发挥重要作用。
信源编码及信道编码
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3.6 信道的定义和分类
1. 信道的定义：
信道是指信息传输的通道，包括空间传输和时间传输。 空间传输：利用各种物理通道将信息从一端发到另一端 时间传输：是指将信息保存，在以后读取，如磁带、光
盘等在时间上将信息进行传输的信道。
关于信道的主要问题有：
➢ 信道的建模（信道的统计特性的描述） ➢ 信道容量的计算 ➢ 在有噪信道中能不能实现可靠传输？怎样实现可靠传输？
信源编码及信道编码
学习目标
学习完本节课程，您应该能够： 掌握信道的定义和分类 掌握信道的数学模型 掌握什么是信道容量 了解信道复用 掌握信道编码及信道差错控制方法
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课程内容
3.6 信道的定义和分类 3.7 信道的数学模型 3.8 信道容量及信道复用 3.9 信道编码基本概念 3.10 信道差错控制及编码方法
① 离散信道 ② 连续信道 ③ 半连续信道 ④ 时间离散的连续信道
按信道的记忆特性
① 无记忆信道 ② 有记忆信道
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3.6 信道的定义和分类(续)
2. 信道的分类(续)
按输入/输出信号之间的关系分为
① 噪声信道 ② 无噪声信道
根据信道输入和输出的个数可分为
① 两端信道（单用户信道）：只有一个输入端和一个输出端 的单向通信的信道。
➢ 例如短波电离层反射信道。
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3.6 信道的定义和分类(续)
3. 通信信道实例:
随参信道举例:短波电离层反射信道
① 短波是指波长为100m－10m(频率为3－30MHz)的无线电波。 可沿地表面传播(地波传播)，传播距离近；可由电离层反射 传播(天波传播)。传输几千千米，至上万千米。
② 传播路径:电离层离地面高60－600km的大气层。分为D、E、 F2 等层。
信源编码与信道编码课件
常见的熵编码算法包括哈夫曼编码和算术编码等。
算术编码原理
算术编码是一种基于概率的压缩方法，它将输入数据映射到一个实数范 围内，通过降低该实数范围来达到压缩数据的目的。
信道编码
广泛应用于通信和数据传输领域，如移动通信、卫星通信、光纤通信等。
性能指标的对比
信源编码
压缩比、解码时间、重建数据的失真程度等是其主要性能指标。
信道编码
误码率、抗干扰能力、频谱效率等是其主要性能指标。
06
信源与信道编码的未来发展
信编码的未来发展
视频编码
随着超高清视频和虚拟现实技术的普及，信源编码将更加注重视 频压缩效率，以适应更高的分辨率和帧率。
目的
提高信息传输效率和存储 空间利用率。
方法
通过去除冗余信息、减少 表示信息的比特数等方式 实现。
信源编码的分类
无损压缩
能够完全恢复原始数据的压缩方 法。
有损压缩
无法完全恢复原始数据的压缩方 法，一般用于图像、音频和视频 等多媒体数据的压缩。
信源编码的应用场景
文件压缩
用于减小文件大小，便 于存储和传输。
视频会议
对视频和音频信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
数字电视
对图像和声音信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
无线通信
对语音和数据信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
02
信源编码原理
熵编码原理
熵编码是一种无损数据压缩方法，它利用了数据中存在的冗余和概率分布特性，通 过编码技术去除冗余，达到压缩数据的目的。
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s0 (t ) ft [si (t )] n(t )
3.7.1 调制信道数学模型(续)
我们把ft [Si(t)]写为k(t) Si(t) k(t) 依赖于网络特性,k(t) 乘Si(t)反映网络特性对 Si(t)的作用。
调制信道模型: S0(t)= k(t) Si(t)+n(t)
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3.6 信道的定义和分类(续)
2. 信道的分类(续)
按其输入/输出信号取值是离散或连续来划分
① 离散信道
② 连续信道
③ 半连续信道 ④ 时间离散的连续信道
按信道的记忆特性
① 无记忆信道 ② 有记忆信道
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3.6 信道的定义和分类(续)
2. 信道的分类(续)
按输入/输出信号之间的关系分为
信道容量的计算
在有噪信道中能不能实现可靠传输？怎样实现可靠传输？
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3.6 信道的定义和分类(续)
2. 信道的分类
狭义信道：信号的传输媒质
信道
广义信道：媒质及有关变换装置
狭义
编 码 器 输 出
调 制 器
发 转 换 器
媒质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器 输 入
调制信道
广义
编码信道
① 具有一对(或多对) ② ③ ④
根据上述性质，我们可以用一个两端(或多端)时变线性网络来
表示连续信道
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3.7.1 调制信道数学模型(续)
2. 调制信道模型 ft [Si(t)] Si(t)
时变线性 网络
∑
S0(t)
n(t)
Si(t)输入的已调信号; ft [Si(t)]表示已调信号通过网络所发生的 （时变）线性变化。 n(t):加性噪声（或称加性干扰） S0(t):信道总输出波形; 这里n(t) 独立于Si(t) 。 表示已调信号通过网 络所发生的（时变）线性变化。
由以上分析可见，信道对信号的影响可归结到两点： ① 一是乘性干扰k(t)
② 二是加性干扰 n(t)
加性干扰：连续信道的输出中叠加 在信号上的干扰。其产生源可分为 三大类：人为干扰、自然干扰和内 部干扰(常称作内部噪声)。
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3.7.2 编码信道模型
离散信号
两者的关系?
离散信号
编 码 器 输 出
① 噪声信道
② 无噪声信道
根据信道输入和输出的个数可分为
① 两端信道（单用户信道）：只有一个输入端和一个输出端 的单向通信的信道。 ② 多端信道（多用户信道）：双向通信或三个或更多个用户 之间相互通信的情况。
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3.6 信道的定义和分类(续)
2. 信道的分类(续)
根据信道的统计特性是否随时间变化分为：
调 制 器
发 转 换 器
媒质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器 输 入
调制信道 编码信道
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3.7.2 编码信道模型(续)
编码信道模型
编码信道的数学模型反映其输出离散信号与其输入离散信号之 间的关系，通常是一种概率关系，常用输入输出离散信号的转 移概率描述。 二进制离散信道模型(如下图)
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3.7 信道的数学模型
传输信道主要分为
调制信道 编码信道
噪声
信道输入
调 制 器
通信信道
调制信道
解 调 器
信道输出
编码信道
下面将分别叙述这两种信道的数学模型:
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3.7.1 调制信道数学模型
信道的数学模型反映信道的输出和输入之间的关系。
1. 调制信道
调制信道的范围是从调制器输出端到解调器输入端。 调制信道(连续信道)主要性质：
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3.6 信道的定义和分类
1. 信道的定义：
信道是指信息传输的通道，包括空间传输和时间传输。
空间传输：利用各种物理通道将信息从一端发，如磁带、光 盘等在时间上将信息进行传输的信道。 关于信道的主要问题有：
信道的建模（信道的统计特性的描述）
学习目标
学习完本节课程，您应该能够：
掌握信道的定义和分类 掌握信道的数学模型 掌握什么是信道容量 了解信道复用 掌握信道编码及信道差错控制方法
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课程内容
3.6 信道的定义和分类 3.7 信道的数学模型 3.8 信道容量及信道复用 3.9 信道编码基本概念 3.10 信道差错控制及编码方法
② 传播路径:电离层离地面高60－600km的大气层。分为D、E、 F2 等层。
③ 由于D层在夜晚几乎完全消失，常存在的是E层和F2层。
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3.6 信道的定义和分类(续)
④ F2层是反射层，D、E层是吸收层。 ⑤ 当电波在这样的媒质中传播时，因逐步折射使轨道发生弯 曲，在某一高度将产生全反射。 ⑥ F2层的高度为250－300km，一次反射的最大距离约为 4000km;两次反射通信距离可达8000km。
① 恒参信道(平稳信道)：信道的统计特性不随时间变化。
例：架空明线、电缆等可以近似为恒参信道。
② 随参信道(非平稳信道)：信道的统计特性随时间变化。
例如短波电离层反射信道。
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3.6 信道的定义和分类(续)
3. 通信信道实例:
随参信道举例:短波电离层反射信道
① 短波是指波长为100m－10m(频率为3－30MHz)的无线电波。 可沿地表面传播(地波传播)，传播距离近；可由电离层反射 传播(天波传播)。传输几千千米，至上万千米。
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3.6 信道的定义和分类(续)
3.通信信道实例(续):
恒参信道
① 有线信道:一般的有线信道均可看作是恒参信道。
明线、对称电缆、同轴电缆
② 光纤信道:以光导纤维为传输媒质、以光波为载波的信道， 具有极宽的通频带，能够提供极大的传输容量。
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课程内容
3.6 信道的定义和分类 3.7 信道的数学模型 3.8 信道容量及信道复用 3.9 信道编码基本概念 3.10 信道差错控制及编码方法
0
P(0/0)
0
P(0/0)-输入为0输出为0的概率 P(0/1)-输入为1输出为0的概率 P(1/0)-输入为0输出为1的概率
1
P(1/1)
1
P(1/1)-输入为1输出为1的概率
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3.7.2 编码信道模型(续)
二进制离散信道模型可用转移概率距阵表示
其中：
p00 , p01 T p10 , p11