信道容量概念
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发布时间：2024-08-17 09:25
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时间：2024-08-17 11:49
信息论中的信道容量，是一个衡量信道传输能力的核心参数，它不考虑信号传输的具体物理过程，而是基于已知信道特性建立数学模型。这个模型通常表示为 {X, P(Y|X), Y}，其中X是信道输入的随机变量，Y是输出，而P(Y|X)是输入X已知时输出Y的概率分布。信道容量根据统计特性是否随时间变化分为恒参信道（如卫星通信）和随参信道（如短波通信）。
信道容量反映了在给定信道下，能够传输的最大信息量，与信源无关。对于不同的输入概率分布，互信息会有一个最大值，这个最大值即为信道容量。一旦转移概率矩阵确定，信道容量就固定了。虽然容量定义依赖于输入概率分布，但其实际数值与特定分布无关。通过改变输入概率，可以找到使互信息达到最大值的最佳试验信源，这就是信道容量的定义。
信道容量可以用单位时间内传输的二进制位数（bps）来表示，它是衡量数据传输速率的重要指标。通信的目标是传递信息，通过熵的概念来度量信息量。在信道传输过程中，发送端信源熵与接收端在接收到信号后的信源熵，代表了信息的不确定性。理想的通信效果是接收端信源熵接近于0，表明信息传输完全有效。
单用户信道容量是指在给定转移概率下，最大可能的互信息。对于离散或连续的输入集，互信息I(X;Y)与输入符号概率和信道条件概率有关。通过优化输入符号概率分布，可以找到单用户信道容量C。
多用户信道容量涉及多个输入和输出，如二址接入信道，其容量取决于输入符号概率分布和条件互信息。当输入符号相互独立时，互信息会限制信息率的上限。对于复杂的多用户信道，如多址接入信道和广播信道，容量的计算更复杂，可能存在上界和下界，但确切的容量不易确定。
扩展资料
信道能无错误传送的最大信息率。对于只有一个信源和一个信宿的单用户信道，它是一个数，单位是比特每秒或比特每符号。它代表每秒或每个信道符号能传送的最大信息量，或者说小于这个数的信息率必能在此信道中无错误地传送。对于多用户信道，当信源和信宿都是两个时，它是平面上的一条封闭线，如图中的OC1ABC2O。坐标R1和R2分别是两个信源所能传送的信息率，也就是R1和R2落在这封闭线内部时能无错误地被传送。当有m个信源和信宿时，信道容量将是m 维空间中一个凸区域的外界“面”。
