17、信息传输与数据压缩技术解析

信息传输与数据压缩技术解析

1. 信息传输基础

如今，每天有上千万用户通过标准电话线接入互联网。调制解调器以高达每秒 28,800 比特的数据速率，实现了文本、音频、彩色图像甚至低分辨率视频的传输。然而，调制解调器设计者面临着最大可传输信息速率的基本限制，这就引出了信道容量的概念。

通信信道是连接发射机和接收机的设备和系统集合。发射机和接收机分别包含编码器和解码器，用于将信息源产生的信息流转换为适合信道传输的信号，反之亦然。例如，电话线中有两个通信信道（每个方向一个）共享连接两个调制解调器的物理信道，该物理信道通常由两端的双绞线和电话交换机处的各种交换和信号处理操作组成，调制解调器本身不包含在通信信道内。微波无线电链路也是一种通信信道，由放大器、天线和一定的无线电频谱部分组成。

信道可根据输入/输出信号是序列还是实变量的函数，分为离散时间信道和连续时间信道。以下是一些常见信道的示例：
| 信道类型 | 描述 |
| — | — |
| 二进制对称信道 | 离散时间无记忆信道，二进制输入输出，0 和 1 接收错误的概率相等 |
| Z - 信道 | 离散时间无记忆信道，二进制输入输出，0 接收无错误 |
| 擦除信道 | 离散时间无记忆信道，二进制输入，三进制输出，0 和 1 不会相互混淆，但可能被“擦除” |
| 白色高斯离散时间信道 | 输出序列为 (y_i = x_i + n_i)，其中 (x_i) 是输入序列，(n_i) 是独立高斯随机变量序列，方差相等 |
| 线性连续时间高斯信道 | 输出信号为 (y(t) = h(t) * x(t) + n(t))，其中 (x(t)) 是输入信号，(n(t)) 是平