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BSC信道的香农限

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说起香农限,大家想到的都是-1.59dB。但实际上,这只是 AWGN 信道的香农限,不同信道的香农限是不同的,本文推导 BSC 信道在码率 R 趋于 0,误比特率image趋于 0 时的香农限。 BSC 信道是一类最为简单的离散无记忆信道(Discrete Memoryless Channel),如下图所示。

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若令 X 为发送的符号集合,Y 为接收的符号集合,则 X=Y={0,1},且 

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也可用更为直观的信道转移矩阵表示为

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其中
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BSC 信道的信道容量为
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其中
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目前常用的数字通信系统都可简化为一个 BSC 信道模型,如下图所示,则误比特率image等于转移概率image

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而对于受到AWGN干扰的BPSK调制信号,又可表示为码率R与image的函数

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其中Q(.)表示
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为了描述方便,令image,则image。若要image,只有当码率image时所需的image最小。而当image时,image。则需要利用洛必达法则,根据求导的链式法则 

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而上式等号右边的三项导数分别为
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其中式(10)的推导用到了结论:
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将式(9)、(10)和(11)代入式(8),得到
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由于
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所以式(13)可化为
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由于

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因此式(15)中极限部分仍然是image类型,再次运用洛必达法则

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令式(17)等于 1,便得到 BSC 信道的香农限
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该值即为BSC信道的香农限,即只有在BSC信道的香农限大于 0.3695dB 时才可能实现无差错传输。