信道与信道容量.ppt

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1、第3章信道与信道容量信道是通信系统的重要部分，它是传输信息的载体，其任务是以信号方式传输信息、存储信息。信道理论研究的中心问题是信道能够传输或存储的最大信息量，即信道容量的大的问题。1普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著第3章信道与信道容量本章内容提要信道的基本概念离散单个符号信道及其容量离散序列信道及其容量连续信道及其容量2普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.1信道的基本概念信道分类：研究信道主要考虑信道中受干扰的影响，由于信道存在的干扰使输入信号和输出信号之间没有固定的函数关

2、系，只有统计依赖关系，因此可以通过分析输入和输出信号之间的统计特性来研究信道。实际通信系统中，信道的种类很多，包含的设备也不相同，因此可以按照不同的角度对信道进行分类。根据用用户数量：信道可以分为单用户信道和多用户信道。单用户信道只有一个输入端和一个输出端，信息只朝一个方向单向传输；多用户信道的信号输入和输出端至少有一端有两个以上用户，信息在两个方向都能传输。根据输入端和输出端关系：无反馈信道、有反馈信道根据信道参数与时间的关系：固定参数信道（光纤、电缆）、时变参数信道（无线信道）。根据噪声种类：随机差错信道（高斯白噪声为主题的信道）

3、、突发差错信道（噪声干扰的影响前后相关，如：衰落信道、码间干扰信道）。根据输入输出信号的特点：离散信道、连续信道、半离散半连续信道以及波形信道。3普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.1信道的基本概念信道参数设信道的输入量为：输出量为：通常采用条件概率分布来来描述信道的输入和输出信号之间的统计依赖关系。在分析信道问题时，该条件概率通常叫做转移概率。信道种类1）无干扰信道4普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.1信道的基本概念2）有干扰无记忆信道信道的输出与输入信号和输入信号之间没

4、有确定的关系，但每个输出符号只与当前输入信号之间有转移概率关系，而与其他时刻的输入、输出信号都无关（即无记忆），这种情况下只需要分析单个符号的转移概率即可。对于有干扰无记忆信道我们重点关注以下信道模型：（1）二进制离散信道（二进制对称信道(BSC)）（2）离散无记忆信道(DMC)（3）离散输入、连续输出信道（4）波形信道5普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.1信道分类和表示参数二进制对称信道（BSC）该信道模型的输入和输出都只有两个符号，即X∈A={0,1},Y∈B={0,1},且转移概率为：p(Y=0

5、

6、X=1)=p(Y=1

7、X=0)=p;p(Y=1

8、X=1)=p(Y=0

9、X=0)=1-p;6普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.1信道分类和表示参数离散无记忆信道7普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.1信道分类和表示参数离散输入、连续输出信道8普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.1信道分类和表示参数波形信道9普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.2离散单个符号信道及其容量信息传输率信道在单位时间内平均传输的信息量定义为信

10、息传输速率R=I(X;Y)=H(X)－H(X/Y)比特/符号Rt=I(X;Y)/t比特/秒信道容量比特/符号（bits/symbol或bits/channeluse）10普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.2离散单个符号信道及其容量无干扰离散信道的信道容量11普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.2离散单个符号信道及其容量X、Y一一对应C＝maxI(X;Y)＝logn多个输入变成一个输出C＝maxI(X;Y)＝maxH(Y)一个输入对应多个输出C＝maxI(X;Y)＝maxH(

11、X)12普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.2离散单个符号信道及其容量对称DMC信道定义输入对称如果转移概率矩阵P的每一行都是第一行的置换(包含同样元素)，称该矩阵是输入对称输出对称如果转移概率矩阵P的每一列都是第一列的置换(包含同样元素)，称该矩阵是输出对称对称的DMC信道如果输入、输出都对称13普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.2离散单个符号信道及其容量对称DMC信道例子14普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.2离散单个符号信道及其容量输入

12、对称输出对称15普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.2离散单个符号信道及其容量对称信道容量16普通高等教育“十五”国家级规划教材《信息论与编码》曹雪虹等编著3.2离散单个符号信道及其容量Eg