东北大学信息论与编码作业优秀

信息论与编码报告专业：电子信息工程班级：班姓名：一：信息论与编码有关的科技发展基于时域的室内超宽带信道建模选材理由：基于这学期我们学的《信息论与编码》注重概念，采用通俗的文字，联系目前实际通信系统。重点介绍由香农理论发展而来的信息论的基本理论以及编码的理论和实现原理。这次选了和信道编码有关的题材，但又高于课本将所学与实际联系起来，提高对本学科的兴趣与积极性。摘要：介绍了室内超带宽信道的建模方法，对提取信道冲激响应的CLEASS算法进行了改进，提出了适合于测量的环境的变形单簇信道模型。基于一组室内信道的时域测量数据，利用该技能的CLEAN算法提取了信道冲激响应，并详细介绍了其他参数的提取步骤和方法。由于信道多径呈单簇分布，且多径时径差的概率密度函数服从单参数指数分布，故称模型为变形单簇信道模型。最后通过信道重建将仿真信道与实测信道的时延特性进行了对比，验证了信道模型的正确性和建模方法的可行性。内容：UWB通信以其高数据传输率和强抗干扰能力等优点，成为下一代无线通信的关键技术之一。信道建模将信号在信道中的传播规律数学模型化，并在“典型”环境下对物理层性能进行评估，因此是建立通信系统的基础。UWB非常适合短距离高速通信。无线信道是一种移动衰落信道，UWB信道不同于一般的无线衰落信道，其模型包括路径损耗模型与多径模型，由于建模方式不同也可称其为统计模型活确定性模型。国内外进行了广泛的超带宽信道建模研究。仿真结果表明s．V模型和IEEE802．15．3a标准模型能够较好的拟合室内NLOs信道环境，在平均时延、均方根时延、有效多径数目等信道指标上都能够较好的拟合南加州大学U、vB实验室的实测数据，但对室内LOs信道环境的性能尚显不足。而s．v模型的改进型即两簇模型在两种信道环境下都能够很好的拟合实测数据。提出了一种基于两簇模型和修正泊松模型的uwB室内L0s信道模型。模型的信道冲激响应具有两个确定的簇，每个簇内具有随机到达的多径射线。模型将多径增益分为能量较强和能量较弱两部分，在uwB室内LOs环境的小尺度多径特性上比S．V模型更好的拟合了UwB室内LOS环境测量数据。1信道特性参数信道冲激响应可以用来提取刻画信道特性的各种参数。室内环境中天线接收到的信号由时延不同的多径分量构成，它们有不同的幅度和相位。SAleh和Valenzuela提出的S-V模型认为多径分量以簇和簇内射线的形式到达，其信道冲激响应形式为：h=)(00klljklklTekl其中iT（l=0，1，2…）为第l簇第一条射线的到达时间，),2,1,0(,klk为第l簇中第k条射线相对于该簇第一条射线的时延，lk,与lk,分别是多径的幅度和相位。多径数反映信号传输到接收端所经历的路径数，其值与收发天线高度、散射体分布、信号强度、提取冲激响应时所设置的门限等相关。对于多径到达时间，S-V,模型认为多径的簇和簇内射线的到达时间都服从柏松分布。S-V模型中，多径幅度服从瑞利分布。平均功率时延服从指数分布，它反应接收信号功率随时延的分布特性。时延扩展可以用来表示信道的时间色散特性，主演参数有平均附加时延mean和均方根时延扩展rms。2.信道参数提取2.1信道冲激响应我们采用时域测量设备，在一个房间进行了测量。房间内布置一对收发天线，发射天线位置固定，接收天线轮流处于360个接收点上，测量过程中收发天线保持静止，发射信号是中心频率3.5GHz，带宽3--4GHz的一阶搞死脉冲。提取超宽带信号与接收信号之间的相关性和噪声的影响。但是CLEAN算法提取的冲激响应会出现多径的时间间隔远小于系统实际时间分辨率的问题。提取信道冲激响应的流程如下：1）初始化，设置多径序号j，可分辨多径数N，背景噪声noisev。2）计算模版信号S(t)的自相关函数r（t），r（t)=.)()(dttsts3）计算接收信号r（t)和模版信号s（t)的相互关函数r（t),r(t)=.)()(dttsts4）寻找r（t)的幅度极大值，其时延为j，用此极大值除以r(t）中的最大值得幅度值j,j=1时，保存数据ji和ji：1j时，若Tij)(，I=0，1，2，3…，i，则i=j+1,且保存数据ji和ji。其中T为设置的时间分辨率。5）得到信道冲激响应为)()()(ixjsrrrh，其中102/Niiii,且00本算法在步骤4增加了设置时间分辨率2ns，从而保证每个时隙内只有一条多径，解决了CLEAN算法从在的问题。利用本算法提取信道冲激响应，由单个接受点的接收信号提取的冲激响应，将房间内所有接收点的冲激响应全部绘制在同一图中。由图可知，多径并未呈现出明显的多簇分布，即信道多径呈单簇分布，因此可用如下的模型来表示)()(10iNiith，其中表示第i条多径相对于首径的附加时延，i是多径分量的归一化幅度因子。2.2信道的多径时延差分布由信道冲激响应计算相邻多径的时延差落在相应时隙中的多径数量。以所有接收点各时隙的概率。根据数据分布特点，采用指数函数来拟合多径时延差的概率密度函数。rcef)(。其中指相邻多径的时延差，c是多径到达率，其拟合结果可知其拟合曲线与数据吻合的很好。因为多径时延差的概率密度函数服从单参数指数分布，与S-V模型中到达时间服从柏松分布的双参数分布并不相同，因此称它为变形柏松分布。2.3信道功率时延分布由信道冲激响应计算的功率时延分布，将时延轴分成等间隔的时隙（1ns），以每一个时隙内信号功率的平均值作为相应时隙的功率。用如下的指数函数来拟合。btaemeanp。计算出的参数a和b由表可知拟合曲线与数据吻合的较好，即功率时延分布服从指数衰减的规律。3信道重建利用提取的信道参数，模拟出信道冲激响应的过程，称为信道重建。将实测数据和信道重建的信道冲激响应进行对比。可见吻合情况非常好，说明了提出的信道模型及其信道参数的正确性。4结语本文采用改进的CLEAN算法提取了信道冲激响应，并根据测量数据的分布特点提取了信道参数。由于冲激响应中多径并无明显的成簇分布特点，而时延差符合单参数指数分布，因此称所建立的信道模型为变形单簇信道模型。最后通过信道重建，对所建立的信道模型进行了验证.二理论公式的看法我们在第5章和第6章分别学习了三大极限定理。但是我们也只仅限于一些简单的应用。比如第5章学的无失真信源编码还停留于二进制等长码。我们可以看到香农编码法多余度稍大，实用性不强，但它是依据编码定理而来，因此具有重要的理论意义。香农定理描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系.在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N关系为：Rmax=B*Log2(1+S/N)。香农（Shannon）定理它以比特每秒（bps）的形式给出一个链路速度的上限，表示为链路信噪比的一个函数，链路信噪比用分贝（dB）衡量。因此我们可以用香农定理来检测电话线的数据速率。显然，信道容量与信道带宽成正比，同时还取决于系统信噪比以及编码技术种类香农定理指出，如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C，那么，在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。该定理还指出：如果RC，则没有任何办法传递这样的信息，或者说传递这样的二进制信息的差错率为1/2。对于后来学习的变长编码我们得出了最佳的哈夫曼编码，该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长度最短的码字，哈夫曼压缩是个无损的压缩算法，一般用来压缩文本和程序文件。相对的费诺编码，它编码后的费诺码要比香农码的平均码长小，消息传输速率达，编码效率高，但它属于概率匹配编码它不是最佳的编码方法。上面说了对信源的新认识，下面说说信道。为了提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。信道编码的本质是增加通信的可靠性。但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的，这就是我们常常说的开销。这就好象我们运送一批玻璃杯一样，为了保证运送途中不出现打烂玻璃杯的情况，我们通常都用一些泡沫或海棉等物将玻璃杯包装起来，这种包装使玻璃杯所占的容积变大，原来一部车能装5000各玻璃杯的，包装后就只能装4000个了，显然包装的代价使运送玻璃杯的有效个数减少了。同样，在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。将有用比特数除以总比特数就等于编码效率了，不同的编码方式，其编码效率有所不同。另外，课上我们学习了无失真编码定理，对于限失真编码了解的不是太多。通过查阅资料对此有了部分了解。率失真函数只指出限失真条件下所必需的最小信息率。从理论上讲，尚应能证明实际存在一种编码方法，用这样的信息率就能实现限失真的要求。这就是限失真信源编码定理。这个定理可表述为：只要信源符号序列长度N足够大,当每个符号的信息率大于R(D)，必存在一种编码方法，其平均失真可无限逼近D；反之，若信息率小于R(D),则任何编码的平均失真必将大于D。对于无记忆平稳离散信源，上述定理已被严格证明，并知其逼近误差是依指数关系e而衰减的。其中B(R)是信息率R的函数，当R＞R(D)时，B(R)是正值,且随R的增大而增大。因此当序列长度N增大时，误差将趋于零。对于其他信源，结果还不十分完善。通过信息论的学习使我们对信息传输有了初步的认识，为我们下一步继续学习做了铺垫。三教学建议说实话老师的课讲的确实很好。刘老师授课的方式非常适合我们，您根据本课程知识结构的特点，重点突出，层次分明。理论和实际相结合，通过例题使知识更条理化。我觉得老师的教课方式和说话语气和同学们贴的很近，让我们有种很亲切的感觉，这也使我们上课更有动力。有什么问题老师能和我们一起讨论语气很和蔼，师生关系像朋友一样。能使我们很好的融入到课堂，没有生搬硬套的授课模式。老师注意启发和调动学生的积极性，课堂气氛较为活跃；上课例题丰富，不厌其烦，细心讲解，使学生有所收获还有一些方法可供老师参考：1.教学既要注重细节，但又要不拘小节。2.让学生学会挑战：挑战同学，挑战教师，挑战教材，挑战自己。3.有一些小组讨论但重在讨论，不在结论。参考文献【1】俞飞，郭义喜，李瑛，超带宽通信技术及其在军事通信方面的应用，信息安全与通信保密，2005（07）：55-57.【2】杨美华，一种无线信道复合衰减模型的分析与仿真，通信技术，2010，43（08）：94-96。【3】王一强，孙罡，侯祥博，UWB超带宽技术研究及应用。通信技术，2009，42（03）;70-72.【4】张冬梅，超带宽室内信道模型研究与MATLAB仿真，武汉：华中师范大学，2007.【5】张兆中，沙学军，张钦宇，等。超带宽通信系统，北京电子工业出版社，2010.【6】SUNYanjingmPengLi.TheSimilstionandAnalysisofUWBModifiedS-VChannelModel[c].USA:IEEF.2009:1-4.【7】曹雪红张宗橙《信息论与编码》清华大学出版社2004.3【8】傅祖云《信息论基础教程》电子工业出版社2011.02