什么是信道?

[拼音]：xindao

[外文]：communication channel

传送信息的物理性通道。信息是抽象的，但传送信息必须通过具体的媒质。例如二人对话，靠声波通过二人间的空气来传送，因而二人间的空气部分就是信道。邮政通信的信道是指运载工具及其经过的设施。无线电话的信道就是电波传播所通过的空间，有线电话的信道是电缆。每条信道都有特定的信源和信宿。在多路通信，例如载波电话中，一个电话机作为发出信息的信源，另一个是接收信息的信宿，它们之间的设施就是一条信道，这时传输用的电缆可以为许多条信道所共用。在理论研究中，一条信道往往被分成信道编码器、信道本身和信道译码器。人们可以变更编码器、译码器以获得最佳的通信效果，因此编码器、译码器往往是指易于变动和便于设计的部分，而信道就指那些比较固定的部分。但这种划分或多或少是随意的，可按具体情况规定。例如调制解调器和纠错编译码设备一般被认为是属于信道编码器、译码器的，但有时把含有调制解调器的信道称为调制信道；含有纠错编码器、译码器的信道称为编码信道。

所有信道都有一个输入集A，一个输出集B以及两者之间的联系，如条件概率P(y│x)，x∈A，y∈B。这些参量可用来规定一条信道。

输入集就是信道所容许的输入符号的集。通常输入的是随机序列，如X1，X2，…，Xn，…，各X


∈A(r=1，2，…)。随机过程在限时或限频的条件下均可化为随机序列。在规定输入集A时，也包括对各随机变量X


的限制，如功率限制等。输出集是信道可能输出的符号的集。若输出序列为Y1，Y2，…，Yn，…，各Y


∈B。这些X


和Y


可以是数或符号，也可以是一组数或矢量。

按输入集和输出集的性质，可划分信道类型。当输入集和输出集都是离散集时，称信道为离散信道。电报信道和数据信道就属于这一类。当输入集和输出集都是连续集时，称信道为连续信道。电视和电话信道属于这一类。当输入集和输出集中一个是连续集、另一个是离散集时，则称信道为半离散信道或半连续信道。连续?a href='http://www.baiven.com/baike/224/275295.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>诺兰由?a href='http://www.baiven.com/baike/223/303640.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>数字调制器或数字解调器后就是这类信道。

输入和输出之间有一定的概率联系。信道中一般都有随机干扰，因而输出符号和输入符号之间常无确定的函数关系，须用条件概率P(y1，y2，…，yn|x1，x2，…，xn)来表示。其中各x


和 y


(r=1，2，…，n)分别是输入随机序列和输出随机序列的样，且x


∈A，y


∈B。当这条件概率可分解成

P(y1，y2，…，yn│x1，x2，…，xn)

＝P1(y1│x1)P2(y2│x2)…Pn(yn│xn)

的形式时，信道称为无记忆信道，否则就是有记忆信道。无记忆意味着某个输出样y


只与相应的输入样x


有关，而与前后的输入样无关。当只与前面有限个输入样有关时，可称为有限记忆信道；当与前面无限个输入样有关，但关联性随间隔加大而趋于零时，可称为渐近有记忆信道。此外，当上式中的P1，P2，…等条件概率是同样的函数时，称为平稳信道。这也适用于有记忆信道，即变量的下标顺序推移时，条件概率的函数形式不变。

输入和输出都是单一的情况，这类信道是单用户信道，或简称为信道。当输入和（或）输出不止一个时，称为多用户信道，也就是几个用户合用一个信道。但当几个用户的信息通过复用设备合并后再送入信道时，这个信道仍为单用户信道。只有当这个信源分别用编码器变换后再一起送入信道，或在信道的输出上接有几个译码器分别提取信息给信宿，也就是信道的输入端或输出端不止一个时，才称为多用户信道。当有几个输入如Xa，Xb，…而输出只有一个Y时，习惯上称为多址接入信道。它可用条件概率P（y|Xa，Xb，…）来规定；当只有一个输入X，而输出有几个Ya，Yb，…时，就称为广播信道，可用条件概率P（ya│x)，P(yb│x)，…来规定。广播信道还有一个特例称为退化型广播信道，此时各条件概率应满足下列各式：

就是说，x，ya，yb，yc，…组成马尔可夫链。一般的多用户信道可以有几个输入和几个输出。当然多用户信道也有离散和连续，无记忆和有记忆之分。

其实，上述分类是可以组合的，例如平稳无记忆离散信道，正态无记忆平稳连续信道等。后者是指P（y│x）为正态分布，这种信道常简称为高斯信道。

信道是信息论中的一个主要概念。它是用来传送信息的，所以理论上应解决它能无错误地传送的最大信息率，也就是计算信道容量问题，并证明这样的信息率是能达到或逼近的，最好还能知道如何实现，这就是信道编码问题。这些是C.E.仙农建立信息论时提出的关于信道的理论问题。他自己回答了一些，以后许多学者又使之不断完善。可以说信息论的发展史，有相当一部分是解决这些理论问题的历史。一般而论，对于无记忆信道，这些问题已基本解决，但具体编码方法，如采用代数码来纠错还不能达到要求。无记忆多用户信道中，只有多址接入信道和退化型广播信道才可以说基本解决了这些理论问题。

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