第14讲——时间离散连续信道的容量
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连续信道的信道容量公式
连续信道容量是指由若干连续频道组成的信道容量,其计算公式为:C=B log2 (1+SNR),其中B为信号带宽,SNR即信噪比。
连续信道信号容量的估计与信号带宽、信噪比等参数密切相关。
在信道带宽固定的情况下,信号容量随信噪比的增大而增大。
即当信噪比增大时,信号容量也会相应增大。
因此,为了提高信号容量,在设计信号量化之前,应充分考虑信噪比,以最大限度提高信号容量。
由于连续信道容量紧密联系信号带宽与信噪比,为计算连续信道容量,应确定信号带宽及相应的信噪比。
以确定连续信道容量时,不同系统或应用场合,信号带宽及信噪比也不尽相同,选取参数则会有所差异。
考虑到防止信噪比损失过大的情况,在参与系统的比特率及频带带宽都有限的情况下,连续信道容量高信道容量可以通过改善信噪比来提升。
另外,改善系统的外部条件也会促进信号容量的增长,例如改善环境噪声及其他外部干扰因素。
如此可以使连续信道带宽进一步扩大,可产生更大的信号容量。
总之,带宽与信噪比是影响信号容量的两个重要因素,考虑到这两个参数,可以准确地估计连续信道容量。
改善信噪比及相应的外部条件是提高连续信道容量的主要手段,此外还要正确合理的选择信号带宽,以较大程度提升连续信道容量。
信道容量是信道的一个参数,反映了信道所能传输的最大信息量,其大小与信源无关。
对不同的输入概率分布,互信息一定存在最大值。
我们将这个最大值定义为信道的容量。
一但转移概率矩阵确定以后,信道容量也完全确定了。
尽管信道容量的定义涉及到输入概率分布,但信道容量的数值与输入概率分布无关。
我们将不同的输入概率分布称为试验信源,对不同的试验信源,互信息也不同。
其中必有一个试验信源使互信息达到最大。
这个最大值就是信道容量。
信道容量有时也表示为单位时间内可传输的二进制位的位数(称信道的数据传输速率,位速率),以位/秒(b/s)形式予以表示,简记为bps。
通信的目的是为了获得信息,为度量信息的多少(信息量),我们用到了熵这个概念。
在信号通过信道传输的过程中,我们涉及到了两个熵,发射端处信源熵——即发端信源的不确定度,接收端处在接收信号条件下的发端信源熵——即在接收信号条件下发端信源的不确定度。
接收到了信号,不确定度小了,我们也就在一定程度上消除了发端信源的不确定性,也就是在一定程度上获得了发端信源的信息,这部分信息的获取是通过信道传输信号带来的。
如果在通信的过程中熵不能够减小(不确定度减小)的话,也就没有通信的必要了。
最理想的情况就是在接收信号条件下信源熵变为0(不确定度完全消失),这时,发端信息完全得到。
通信信道,发端X,收端Y。
从信息传输的角度看,通过信道传输了I(X;Y)=H(X)-H(X|Y) ,( 接收Y前后对于X的不确定度的变化)。
I该值与两个概率有关,p(x),p(y|x),特定信道转移概率一定,那么在所有p(x) 分布中,max I(X;Y)就是该信道的信道容量C(互信息的上凸性)。
入与输出的互信息量的最大值,这一最大取值由输入信号的概率分布决定。
[3]X代表已传送信号的随机变量空间,Y代表已收到信号的随机变量空间。
代表已知X的情况下Y的条件机率。
我们先把通道的统计特性当作已知,p Y | X(y | x)就是通道的统计特性。