信息论基础与应用（第2版）

作者简介

赵生妹： 教授、博士、博士生导师，现为江苏省普通高校“青蓝工程”学术带头人，南京邮电大学信号与信息处理专业学术带头人，南京邮电大学“1311人才计划”创新团队负责人，南京邮电大学“教学名师”，中国通信学会高级会员。研究方向为无线网络中的信号处理、量子信息处理。长期从事“信息论基础”与“量子信息处理”方向的科研工作，并讲授“信息论基础”“Elements of information theory”“量子信息处理技术”等课程。在国内外重要学术期刊和国际会议上发表学术论文150多篇，SCI期刊论文（包括Nature Photonics、Nature Communications等）他引达近1500次。主讲“信息论与编码”课程被评为“江苏省普通高等学校精品课程”，主讲的“信息论基础”被评为“江苏省优秀研究生课程”，负责完成的“信息论基础”课程多媒体课件（配套教学网站）荣获江苏省高等学校优秀多媒体教学课件一等奖。编著出版量子信息处理技术》与《信息论基础与应用》。

内容简介

第3章 CHAPTER 3 信道与信道容量 信道是指信息传递的通道，通常将信源的输出至信 宿的接收部分称为信道(channel)。信道的基本任务是 以信号方式传输和存储信息。研究信道的主要目的是研 究信道中能够传送或存储的最大信息量，即信道容量 (capacity)。 本章采用与第2章相似的方式描述信道。首先对信 道进行分类，并给出其对应的数学描述 ； 然后从最简单的离散单符号信道出发，讨论离 散信道的统计特性和数学模型，定量地给出信道传输速 率的最大值， 并推导出信道容量及其计算方法； 最后在前面的 基础上， 介绍离散序列信道及其容量计算方法、连续信道及 其容量计算方法， 并介绍著名的香农信道容量公式，进一步探讨多输 入多输出(MIMO)系统的信道容量区域。 3.1信道分类和参数表示 信道是载荷信息的信号所通过的通道或媒介。例如 ，在二人对话系统中，二人之间的空气就是信道； 再 如常见的电话线就是信道； 当我们看电视、听收音机 时，发送与接收无线信号之间的自由空间也是信道。在 信息系统中，信道的主要作用是传输与存储信息，而在 通信系统中则主要是传输信息，这里我们讨论后者。在 通信系统中，研究信道的主要目的是为了描述、度量并 分析不同类型信道，计算其容量，即理论上的极限传输 能力。 实际通信系统中，信道的种类有很多种描述，可以 用不同的方式进行表达。例如，可按传输媒介的类型进 行划分，根据传输媒介的类型可将信道划分为有线信道 和无线信道。在有线信道中，传输媒介可以是固体介质 ，也可以是混合介质。对于固体介质，它包含架空线和 电缆等； 对于混合介质，它包含波导和光缆等。这样 的信道划分可用图31表示。 图31基于传输媒介类型的信道划分 除此之外，信道也可按照信道的信号与干扰的类型 进行分类，具体描述如图32所示。 图32基于信号与干扰类型的信道划分 在图32中，离散信道是指输入空间X和输出空间Y 均为离散事件集； 连续信道是指输入空间X和输出空 间Y都是连续事件集； 半离散或半连续信道是指输入 和输出空间中，一个是离散集，另一个是连续集的情形 。 根据信道的物理性质，如统计特性，也可将信道划 分为恒参信道和变参信道。其中，恒参信道是指信道的 统计特性不随时间变化(如有线信道、微波接力信道和 卫星中继信道等)； 变参信道是指信道的统计特性随 时间变化而变化(如短波通信)。最后，按用户类型可分 "信息论是信息科学比较成熟、完善的一部分，它与其他学科交叉融合，促进了许多新兴学科的发展。本书从信息论的基本理论出发，全面论述了香农信息论的基本理论与方法，并进一步介绍了信息论在网络信息理论和量子信息理论中的应用。本书特点如下： ？ 遵循电子信息类专业的教学要求，力求全面涵盖信息论课程教学知识点要求，并反映信息论的最新发展； ？ 简化数学公式推导过程，重点突出通信与信息的基本概念，强调信息论在通信中的具体应用； ？ 配套提供丰富的实验案例，并编写相应的MATLAB仿真程序，方便开展实践教学环节。 配套完善的教学资源（教学课件+教学要点+程序代码+考试题库+思维导图）。 "