香农定理的意义所在,简述香农定理的意义

http://www.itjxue.com  2023-01-23 14:58  来源:未知  点击次数: 

香农定理是什么?

奈氏准则指出,码元传输速率是受限的。香农定理则给出了信息传输速率的极限。区别在于二者传输速率不同。奈氏准则是针对波特率的,没有限制比特率,他认为码元传输速率一旦确定,再确定码元所载的比特数,极限信息传输速率也就确定了。而香农公式通过极其复杂的推演,得出了结论信息传输速率也是有极限的,且这个极限不是由波特率单独决定,还是由传输带宽和信噪比决定的。

奈氏准则与香农公式的意义在于揭示了信道对于传输率的限制,只是两者作用的范围不同。奈氏准则给出了每赫带宽的理想低通信道最高码元的传输速率是每秒2个码元。香农公式则推导出了带宽受限制且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率。

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香农定理描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。

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香农定理:信道信息传送速率的上限和信道信噪比及带宽的关系

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1、香农定理是香农在信号处理和信息理论等相关领域的研究中。通过计算信号在经过一段距离如何衰减以及一个给定信号能加载多少数据之后。得到了一个公式。

2、香农定理给出了信道信息传送速率的上限(比特每秒)和信道信噪比及带宽的关系。香农定理可以解释现代各种无线制式由于带宽不同,所支持的单载波最大吞吐量的不同。

三大香农定理的思政内涵

香农第一定理

香农第一定理(可变长无失真信源编码定理)

设离散无记忆信源X包含N个符号{x1,x2,…,xi,..,xN},信源发出K重符号序列,则此信源可发出N^k个不同的符号序列消息,其中第j个符号序列消息的出现概率为PKj,其信源编码后所得的二进制代码组长度为Bj,代码组的平均长度B为

B=PK1B1+PK2B2+…+PKN^kBN^k

当K趋于无限大时,B和信息量H(X)之间的关系为B/k=H(X)(K趋近无穷)

香农第一定理又称为无失真信源编码定理或变长码信源编码定理。

香农第一定理的意义:将原始信源符号转化为新的码符号,使码符号尽量服从等概分布,从而每个码符号所携带的信息量达到最大,进而可以用尽量少的码符号传输信源信息。

香农第二定理

香农第二定理(有噪信道编码定理)

有噪信道编码定理。当信道的信息传输率不超过信道容量时,采用合适的信道编码方法可以实现任意高的传输可靠性,但若信息传输率超过了信道容量,就不可能实现可靠的传输。

设某信道有r个输入符号,s个输出符号,信道容量为C,当信道的信息传输率RC,码长N足够长时,总可以在输入的集合中(含有r^N个长度为N的码符号序列),找到M ((M=2^(N(C-a))),a为任意小的正数)个码字,分别代表M个等可能性的消息,组成一个码以及相应的译码规则,使信道输出端的最小平均错误译码概率Pmin达到任意小。

公式:

注:B为信道带宽;S/N为信噪比,通常用分贝(dB)表示。

香农第三定理

香农第三定理(保失真度准则下的有失真信源编码定理)

保真度准则下的信源编码定理,或称有损信源编码定理。只要码长足够长,总可以找到一种信源编码,使编码后的信息传输率略大于率失真函数,而码的平均失真度不大于给定的允许失真度,即D'=D.

设R(D)为一离散无记忆信源的信息率失真函数,并且选定有限的失真函数,对于任意允许平均失真度D=0,和任意小的a0,以及任意足够长的码长N,则一定存在一种信源编码W,其码字个数为M=EXP{N[R(D)+a]},而编码后码的平均失真度D'(W)=D+a。

(责任编辑:IT教学网)

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