信息论与编码论文(2)

滨江学院

《信息论与编码》课程论文

题 目 信源信道联合编码方式及其运用

院 系 电子工程系

专业班级

学生姓名

学 号

教 师 成 绩

二Ｏ一四 年 十二 月 二十二 日

信源信道联合编码方式及其应用

[1**********] 张瑶

摘要 本文主要从信源信道编码的简介、联合编码的提出、联合编码的具体设计方法和关键技术、联合编码的应用环境及联合编码在实际系统中应用等方面进行论述。随着多媒体无线通信日益发展。联合信源信道编码近几年来日益受到通信界的广泛重视。根据Shannon信息论原理，通信系统中信源编码和信道编码是分离的，然而，该定理假设信源编码是最优的，可以去掉所有冗余，并且假设当比特率低于信道容量时可纠正所有误码。在不限制码长的复杂性和时延的前提下，可以得到这样的系统。而在实际系统中又必须限制码长的复杂性和时延，这必然会导致性能下降，这和香农编码定理的假设是相矛盾的。因此，在许多情况下，需要采用联合信源信道编码才能获得满意的效果。

关键词 信源编码，信道编码，信源信道联合编码

一、信源信道编码的简单介绍

信源编码：

一种以提高通信有效性为目的而对信源符号进行的变换；为了减少或消除信源剩余度而进行的信源符号变换。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。

信道编码：

数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。

二、联合信源信道编码的提出

经典的无线通信系统是将信源编码和信道编码分别进行的。信源编码主要考虑信源的统计特性，信道编码主要考虑信道的统计特性。

优点是设计简单、通用性好，可以分别形成标准。 缺点是没有充分利用各自的优势，因而不是最佳的。 无线系统的信源编码由于压缩比很高，对差错十分敏感；而信道编码面临十分恶劣的传播环境，但提供的带宽冗余度很小。

在这种背景下，需要将信源编码和信道编码综合考虑。这就是联合编码的基本思路。

在无线多媒体通信中，联合编码是抗衰落的一种十分有效的措施。如图

输入

三、联合编码的具体设计方法和关键技术

联合编码的具体设计方法：

第一、信源-信道编码器的联合设计。该法侧重与在发送端根据信源和信道的统计特性来完成设计，包括基于信源优化的信道编码和基于信道优化的信源编码。

第二、信源-信道联合解码器设计。该法侧重于在信宿端分析并利用信源编码器输出的残存冗余信息来阻止传输比特差错的传播，也可以作为先验知识用于信道译码器软输出译码的边信息。

第三、信源-信道码率分配研究。它是在给定信道码率下，信源和信道编码率的最优化分配策略。当总比特率（=信源编码速率+信道编码速率）一定，信源编码率增加，有损压缩造成的失真减小；信道编码速率减小，信道编码冗余量减少，信道噪声造成的失真提高。

联合编码关键技术：

残留冗余（额外比特率）技术 即在有噪信道且不额外增加传输比特条件下，调整编码器以提高信道鲁棒性。（由于香农编码理论存在：不能去除所有冗余问题；在有噪信道和衰落信道信道编码方法不充分的局限。）

不等差错保护技术（自适应纠错技术） 即根据数据的重要性不同，信道编译码采用不同的纠错保护策略，使误码率降到最低。又称分集接收技术[7]。

基于软输入软输出的联合译码技术 该法利用传输信道的状态信息、信源的先验信息以及信道译码器的软输出来进行软信源译码。

基于因子图形的联合译码技术 因子图形是一种双向图形，是把一个全局变量，使用特定的方法变换成几个局部函数乘积式子。传递算法描述：图形中每个节点都可看作活动的处理单元，且能执行和该节点相关的信息和局部函数的计

算。节点间的连线完成信息的发送和接收。

联合优化技术 该联合编码可被认为是一种隐马尔可夫过程模型（用状态条件概率代替无记忆信道的转移概率）。（包含状态估计、最小均方差估计和信道状态和参数估计）

网格量化联合优化技术 网格量化编码和网格编码调制，可降低系统复杂性，改善失真性能，并且使信道噪声有适中的鲁棒性

四、信源-信道联合编码适用环境

资源受限的通信系统 实现资源最优化。资源限制包括数据传输时的速率和带宽限制，系统复杂度限制，功率限制，延时限制。

多用户共享信道的通信系统 实现信道容量的利用最大化。如蜂窝移动通信系统。由于多个用户是通过统计时分或者码分等复用方式共享信道，这样便造成一个用户的信源信息，可能是另一个用户的信道噪声的问题。（不适用于多源接入信道）。

异质信源、异类信道或异种用户共存通信系统 异质信源指多媒体通信中，对于信道误码和传输延时要求不同的数据。异类信道指同一通信网下，包括信道的速率、误码率、时延或时延抖动在内的信道质量相差很大的信道。异种用户指同一通信系统中，服务质量要求不同的用户。

时变通信系统 由于时变系统的信源和信道的先验概率分布不可能准确获得，这样便不可能实现，在分离方式下，系统达到最优。

五、信源编码和信道编码在现代社会的应用

在现代无线通信中的应用：

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。数字通信系统设备多种多样，综合各种数字通信系统.

信源编码是以提高通信有效性为目的的编码。通常通过压缩信源的冗余度来实现。采用的一般方法是压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。

信道，通俗地说是指以传输媒质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。

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或带宽。与信源编码正好相反。在计算机科学领域，信道编码（channel code）被广泛用作表示编码错误监测和纠正的术语，有时候也可以在通信和存储领域用作表示数字调制方式。信道编码用来在数据传输的时候保护数据，还可以在出现错误的时候来恢复数据。

超宽带(Ultra Wideband，以下简称UWB)，系统具有高传输速率、低功耗、低成本等独特优点,是下一代短距离无线通信系统的有力竞争者。它是指具有很高带宽比射频（带宽与中心频率之比）的无线电技术。近年来，超宽带无线通信在图像和视频传输中获得了越来越广泛的应用，它具有极高的传输速率以及很宽的传输频带，可以提供高达1Gbit/s的数据传输速率，可用在数字家庭网络或办公网络中，实现近距离、高速率数据传输。例如，利用UWB技术可以在家用电器设备之间提供高速的音频、视频业务传输，在数字办公环境中，应用UWB技术可以减少线缆布放的麻烦，提供无线高速互联。

六、总结

信源编码是一种以提高通信的有效性为目的而对信源符号进行的变换；为了减少或消除信源剩余度而进行的信源符号变换。信道编码为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的可靠性，在信源编码的基础上进行信道编码更好的满足通信系统的要求。

参考文献

[1]周炯磐.信息理论基础.北京：人民邮电出版社，1983

[2]钟义信.信息科学原理.北京：北京邮电大学出版社，1996

[3]王圣谊等编译.信息工程.长沙：湖南大学出版社，1987

[4]姜丹，钱玉美.信息理论与编码.合肥：中国科学技术大学出版社，1992

[5] 通信原理. 樊昌信等. 国防工业出版社，2003.

[6] 信源编码与信道编码. 池秀清. 科技情报开发与经济. 2001年第11卷第6期，71-72.

[7] 信息论基础. (美) Thomas M.Cover Joy A.Thomas 著阮吉寿张华译.