以一幅灰度图像为例对通信系统的通信过程进行仿真，过程如下图所示：



1、不经过信道编码与译码，图像经过BSC信道传输后的误码率，此处的编码方法为霍夫曼编码。MATLAB仿真程序如下：
clear all
clc
I0=imread('Penguinshead3.jpg');
I1=rgb2gray(I0);
subplot(1,3,1),imshow(I0),title('原图')
subplot(1,3,2),imshow(I1),title('灰度图')
[m,n]=size(I1);
I=reshape(I1,m*n,1);
P_value=zeros(1,256);
%---------------------------------------概率；
 for i=0:255
     P_value(i+1)=length(find(I==i))/(m*n);  %各像素值概率
 end
f=numel(I);                                      %频数
P_symbol=zeros(m*n,1);
for i=1:m
    for j=1:n
        P_symbol(i,j)=length(find(I==unique(i)))/f;%各信源符号概率矩阵
    end
end 
%--------------------------------霍夫曼编码
k=0:255;
dict=huffmandict(k,P_value);           %生成编码字典
huffmancode=cell(length(I),2);         %元胞数组存放对应编码
for i=1:m*n
    huffmancode{i,1}=I(i);
end
for i=1:length(I)
    for j=1:256
        if huffmancode{i,1}==dict{j,1}
            huffmancode{i,2}=dict{j,2};
        end
    end
end
%----------------------------通过BSC信道
bsc_code=huffmancode;        %通过bsc信道后的编码
for i=1:length(I)
    bsc_code{i,2}=bsc(huffmancode{i,2},0.001);
end
% --------------------------------译码
bsccode=bsc_code{1,2};
for i=2:length(I)
    bsccode0=bsc_code{i,2};
    L=length(bsccode0);
    bsccode(end+1:end+L)=bsccode0;       %转换为一串字符
end
deco=huffmandeco(bsccode',dict);         %译码
%----------------------------------------译码后存在错误
rdeco=zeros(length(I),1);                      %错误处理
L=length(I)-length(deco);
if L<=0
    rdeco=deco(1:end-abs(L));                  %截断
else
    a=ones(abs(L),1);                          %补足   
    rdeco(1:length(deco))=deco;
    rdeco(length(deco)+1:end)=195*a;  
end
Ideco=reshape(rdeco,m,n);
subplot(1,3,3),imshow(uint8(Ideco));title('经BSC信道传输后的图像');
error=length(find(Ideco~=I1));
fprintf('误码率：%.4f\n',error/length(I));

传输结果如下图所示：



上图表示的是仅经信源编码与译码，新宿的得到的结果。可以看到图像存在失真，此时的误码率为：



２、经过信道译码，此处的信道编码采用汉明码。MATLAB仿真程序如下：
clear all
clc
I0=imread('Penguinshead3.jpg');
subplot(1,3,1),imshow(I0),title('原图')
I1=rgb2gray(I0);
subplot(1,3,2);imshow(I1);title('信源发出的消息');
[m,n]=size(I1);
I=I1(:);
P=zeros(1,256);
%---------------------------------------概率；
for i=0:255
    P(i+1)=length(find(I==i))/(m*n);
end
%---------------------------------------编码译码
k=0:255;
dict=huffmandict(k,P);                    %生成霍夫曼码字典
enco=huffmanenco(I,dict);                 %霍夫曼码信源编码
code=encode(enco,15,11);                  %汉明码信道编码
bsc_code=bsc(code,0.001);                 %通过BSC信道
rcvcode=decode(bsc_code,15,11);           %汉明码信道译码
deco=huffmandeco(enco,dict);              %霍夫曼码信源译码
Ireco=reshape(deco,m,n);
subplot(1,3,3);imshow(uint8(Ireco));title('信宿接收的消息');
error=length(find(Ireco~=I1));            %误码数
fprintf('误码率:%0.4f\n',error/length(I));

经信道传输后的图像如下图所示：



此时图像无失真，误码率为：



可以明显看到第二种方式的误码率远远小于第一种方式的误码率，由此可看出在通信过程中进行信道编码与译码的重要性。

而方式1的误码率高的原因有以下三点：

（1）传输图像较小，像素值少。图像越小，编码表的码字越少，经信道传输后，越容易出现非编码表码字。（2）对于编码表码字处理的译码译码方式简单，对于译码后的编码像素值采用舍弃译码后末尾的像素值与补足像素值（由于使用的图像右下角的像素值在195左右，因此对与译码后长度不足的像素值序列，补充像素值为195的像素）的方式存在较大的误差。（3）未经过信道编码与译码。

必须说明的是由于上述第（2）点原因，在BSC信道的转移概率比较大的时候（p>0.1）时，方式1能够运行通过的概率很低，当信道的转移概率很小时，该方式的误码率也会比较小。

上次博文讲到了《通信系统之信道（四）》，信道的学习暂时告一段落，这只是入门性的东西，细节性的东西还需继续深入研究；接下来讲解信源编码相关知识。
信源编码是什么？
为什么要进行信源编码？


对于数字通信系统而言，因为信源是模拟信息，所以信源编码主要完成把模拟信号转换成数字信号；


若信源为离散信息，那么信源编码的主要任务就是将信源的离散符号变成数字代码，并尽量减少信源的多余度，以提高通信的有效性。

为什么要使信源减少冗余？
比如信源编码就是将信息符号T和F变换成0和1，或00和11等其他码组，显然0和1的编码效率最高，而用00和11去编码就显得有些多余了，信道的带宽是有限的，我们当然是希望在有限的带宽内传输更多有效的信息；

是不是去除越多的冗余度越好呢？
凡事都有度，也并不是凡事都要做到极限：

比如说CD的音质很好，但文件很大，不便于存储和下载，把他压缩为MP3后，文件虽然变小了很多，但音质也不会有所损失，这就要看实际情况，取其平衡了。如果能达到规定的质量标准，那么当然是去除冗余越多越好了。
对于前面讲到的概念，这里用一个实际的例子来说明去除冗余的好处：
我们国家的有线电视系统每帧图像有625行，

采用4:3的宽高比，

每个像素均有不同成分的红绿蓝三基色合成，若以数字化真彩色表示，每个基色编为8bit码，

因此，每帧图像包含的像素数，比特数，信息传输速率，所需信道带宽，实际信道带宽，信源压缩倍数为：

电视信号压缩了这么多倍，但对于我们来说，收视质量还是可以接受的；
所以说好的信源编码是既能满足通信的质量要求，又能提高通信效率的，这么说来，作为信源编码之一的语音编码，其编码技术在通信系统中是很关键的，尤其在移动通信系统中，宝贵的无线资源要求每个用户占用的频段越窄越好，因此：

语音编码的种类：

波形编码是在时域对模拟话音的电压波形按一定的速率抽样，再将幅度量化，对每个量化点用代码表示，


解码是相反的过程，将接收的数字序列，经解码和滤波后，恢复成模拟信号；
波形编码能提供很好的话音质量，但编码信号的速率较高，一般应用在信号带宽要求不高的通信中，如PCM等，其编码速率在16Kbit/s~64Kbit/s。

参量编码，又称声源编码，是以发音模型作基础，从模拟话音提取各个话音参量，并对这些特征参量进行量化编码，可实现低速率语音编码：

但话音质量只能达到中等，如线性预测编码；
混合编码：
是将波形编码和参量编码优点结合起来，既有波形编码的高质量优点，又有参量编码的低速率优点，其压缩比达到4Kbit/s~16Kbit/s；

在移动通信系统中，一般采用混合编码技术，如下：

论信源编码与信道编码
李希夷
201110404107
摘要：
如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑
作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。而在数字通信系统
中，信源编码和信道编码在信息的传送过程中起到了至关重要的作用，这要求
我们对信源编码和信道编码的了解和认识有更高的层次。
关键词：
信息传输
数字通信
信源编码
信道编码
正文：
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

手机短信抄表管理信息系统 
短信抄表系统是我们为了进一步提高电力行业在抄表方面的工作效率，结合了安全、稳定、覆盖范围广的GSM网络而开发的系统，该系统将会在抄表工作以及管理方面 
提供更加高效快捷的管理方法，以期提高工作效率。
　　
随着电力行业的快速发展，各供电公司抄表难的问题越来越突出，抄表的及时率和准确率难以保障，已经成为供电企业迫切需要解决的重要问题。目前，各供电企业已经尝试并采用了一些新的技术，并已在实际应用中取得了良好的效果。河南省各县级供电企业大部采用了手持抄表机进行抄表，避免了表底在营销系统中的二次录入问题，提高了抄表录入效率；还有的市局或县局开始实施集抄系统，从而进一步提高抄表自动化。

网络结构图

软件结构图
系统特点
① 、短信服务模块，用于实现和短信网关（ ISMG ）的通信控制功能，采用线程池技术及数据缓冲区机制提高了短信的收发效率，具有良好的伸缩性，能够满足大批量的抄表工作要求。 
② 、系统将抄表员的身份与其手机号（或 SIM 卡号）进行绑定，对抄表员的权限和短信的有效性进行验证，从而保证了抄表数据的安全性和有效性。 
③ 、数据映射服务功能，是实现该系统和营销 MIS 系统接口的核心功能，根据目前国际上最新的关系对象映射标准，采用可配置的数据映射方式，实现了与不同厂家营销 MIS （不同库表结构）的无缝连接。该服务还具有数据隔离功能，确保对营销 MIS 系统数据访问的安全性。该服务同时也提供了异步通信功能，以 XML 数据流的方式实现与各乡所的数据交换，保证了该系统在现有不同网络和应用环境下的广泛可用性。 
④、基于 J2EE 三层架构的抄表管理平台，是该系统的主体应用模块，采用基于的 B/S 模式，其基于 J2EE MVC 的体系架构保证了系统的灵活性和可扩展性。主要包括系统管理、信息查询和统计分析三方面的功能。
 
系统功能
①、利用手机短信功能实现抄表
系统利用移动GSM通道，通过手机短信的方式实现抄表，抄表数据及时、准确，并且没有时间、空间、存储容量上的限制。对有可能异常的表底信息及时地反馈给抄表员，有效降低了抄表的出错率。
②、实现对抄表员的有效管理
系统利用流程化的管理方式，对抄表流程进行严格控制，同时也对抄表员抄表时间、抄表范围进行了控制，提高了抄表员的工作效率。
③、对抄表过程进行监控
系统提供查看当前活动抄表信息的查询，对当前正在抄表的抄表员进行监视，可以看到抄表员所抄台区、所抄用户等信息。
④、基于J2EE 三层架构的抄表管理平台，是该系统的主体应用模块，采用基于浏览器的B/S模式，其基于J2EE MVC的体系架构保证了系统的灵活性和可扩展性。主要包括系统管理、信息查询和统计分析三方面的功能。

手机抄表的优越性
手机抄表项目是对目前一些抄表方式的有益补充，它有以下几方面的特点：
①、它利用应用覆盖范围广的GSM网络通道，数据实时性高、抄表员的抄表信息直接反馈到系统中，能够对抄表员进行有效的监控
②、利用抄表员的手机，操作简便且不须购置额外的设备
③、与手持抄表机进行比较，其最大的优点是不需进行额外的上传下载操作，由于与后台服务器系统通过GSM通道连接，因此不存在容量的限制。
◆ 技术难点、技术创新及解决办法
①、数据映射技术
系统采用了先进灵活的对象关系映射技术，实现了手机短信抄表系统与用电MIS系统之间的数据映射，为手机短信抄表系统和用电MIS系统提供了灵活的、可配置的无缝连接，从而克服了不同用电MIS厂家带来的不同数据结构问题。
对于未实现乡所数据集中的局，我们设计了异步的基于XML数据交换的方式，实现了乡所数据的上传及抄表信息的下载工作。
②、基于移动CMPP2.0/3.0协议的短信接收服务
抄表过程由于时间集中，并发量大，如何提高抄表短信接收处理效率是本系统能够实用化的一个关键技术指标。 系统采用以下几种方式进行处理：
采用数据缓冲技术：为接收发送的数据建立全局的数据缓冲区，从而实现了对短信的异步处理，有效地避免了阻塞。
采用线程池对接收的短信进行处理：线程池机制保证了短信分解的高效性。
采用Web Service接口技术：保证了系统的可扩展性，可动态扩展业务功能。
③、对抄表过程的实时监控及抄表数据的安全机制
系统实现了对抄表过程的全程控制，能够对抄表员的抄表情况进行监控，对抄表过程进行跟踪。
对异常和错误信息实时进行提醒，对抄表数据系统从多方面进行分析，如发现异常系统及时反馈到抄表员手机，从而保证了抄表的成功率。
由于系统的终端是普通的手机，因此对短信的有效性验证十分重要，我们采用将抄表员的权限以及与手机号（SIM卡号）绑定的机制，杜绝非法用户或恶意短信，另外抄表员可以设置手机验证码，保证抄表的有效性。
对抄表工作的流程化管理，对抄表员可抄台区和抄表时间进行严格限制。
④、基于J2EE构建的抄表综合管理平台
系统采用了基于J2EE MVC的三层架构，利用J2EE技术对系统的网络资源、数据库资源、目录资源等紧缺资源进行有效的管理，大幅降低了开发时间和维护成本，并且保证了系统的可扩展性。