信息论最新研究成果综述

1、信息论的最新研究成果综述摘要：本文将就信息论的最新研究成果进行了系统的梳理。信息论理论的建立，提出了信息、信息熵的概念，接着人们提出了编码定理。编码方法有较大的发展，只有无记忆单用户信道和多用户信道中的特殊情况的编码定理已有严格的证明，其它信道也有一些结果，但尚不完善。近年来，随着移动通信3G技术的发展和应用，各种数字处理技术得到进一步发展，而且Turbo 码与其他技术的结合也在不断完善信道编码方案。紧接着无线传感器网络的发展，一定基础上借助了网络信息论。关键词：信息论、编码、3G、Turbo 码、无线传感器网络、网络信息论。引言：信息论理论基础的建立，一般来说开始于香农（shannon）在研

2、究通信系统时所发表的论文。他在1941年至1944年对通信和密码进行深入研究，并用概率论的方法研究通信系统，揭示了通信系统传递的对象就是信息，并对信息给以科学的定量描述，提出了信息熵的概念。还指出通信系统的中心问题是在噪声下如何有效而可靠的传送信息，而实现着目标的主要方法是编码。1、信道编码的现状信道编码是为了与新到的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新的监督马元，以实现纠错的编码。信道编码大致分为两类 ：信道编码定理，从理论上解决理想编码器、译码器的存在性问题，也就是解决信道能传送的最大信息率的可能性和超过这个最大值时的传输问题。构造性的编

3、码方法以及这些方法能达到的性能界限。编码定理的证明，从离散信道发展到连续信道，从无记忆信道到有记忆信道，从单用户信道到多用户信道，从证明差错概率可接近于零到以指数规律逼近于零，正在不断完善。编码方法，在离散信道中一般用代数码形式，其类型有较大发展，各种界限也不断有人提出，但尚未达到编码定理所启示的限度，尤其是关于多用户信道 ，更显得不足。在连续信道中常采用正交函数系来代表消息 ，这在极限情况下可达到编码定理的限度。不是所有信道的编码定理都已被证明。只有无记忆单用户信道和多用户信道中的特殊情况的编码定理已有严格的证明；其他信道也有一些结果，但尚不完善。2、信道编码的研究信道编码的过程是在源数据码

4、流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的。在数字电视和广播系统（单向传输系统）中通常采用前向纠错编码的方式，前向纠错码（FEC）的码字是具有一定纠错能力的码型，它在接收端解码后，不仅可以发现错误，而且能够判断错误码元所在的位置，并自动纠错。这种纠错码信息不需要储存，不需要反馈，实时性好。 信道编码技术可改善数字信息在传输过程中由于噪声和干扰而造成的误差，提高系统可靠新。因而提供高效的信道编译码技术成为3G移动通信系统中的关键技术之一。3G移动通行系统所提供的业务种类的多样性、灵活性，对差错控制编译码提出了更高的要求。3、信道编码的发展几十年来信道编码始终是通信研究的一个热点领域，

5、根据取得的标志性成果大致可分为五个阶段。第一阶段，20世纪50年代，汉明码、格雷码和里德-马勒码；第二阶段，20世纪60年代，BCH码和RS码， 1961年Gallager博士在他的博士论文中首次提出了LDPC码；第三阶段，20世纪70年代，不占宽频带的编码调制技术，级联码，卷积码的软判决算法；第四阶段，多维TCM网格编码；第五阶段，20世纪90年代，Turbo码。 4、信道编码和网络编码的应用 信道编码和网络编码在通信领域有着广泛的应用，在无线领域的应用也不少，特别是在无线传感器技术方面。下面我就我研究的方向结合一些伟人的研究成果作一个小结。 1) 信道编码中LDPC在无线传感器网络中的应用

6、。无线传感器网络的一个显著特点就是其电源能量有限。因为传感器网络通过能量有限的电池供电，而由于网络中的节点个数众多、体积微小、要求每个节点制造成本低廉，并且部署环境复杂多变，使得要为大量的传感器网络节点频繁的更换电池不可能实现。因此，如何高效使用节点能量来最大化传感器网络的生命周期是其面临的首要挑战。LDPC 码是一种性能优异的信道编码方法，其性能接近于香农限。考虑其优异的纠错性能以及相对较低的编译码算法复杂度，而考虑到 LDPC 码的性能优点，我们可以用 LDPC 码来构造拓扑结构更为简单的单跳网络或者是跳数很少的网络，这样既可以节约节点能耗，还可以使传感器网络的路由得到简化我们可以将其应用

7、于无线传感器网络之中。由于 LDPC 码相比于其他编码方法具有更好的抗噪声性能，可以获得较大的编码增益，使得传感器网络可以适应于信道条件恶劣及干扰严重的通信环境，增强网络的生存能力。通过理论分析和数据仿真说明了在特定的误码率要求的条件下，传感器网络中的 LDPC 编码比 BCH 编码具有更高的能量效率。对于传感器网络这种能量有限的网络来说，LDPC无疑起着巨大的作用。2 ) Turbo码在第三代移动通信中的应用。1993年出现的Turbo码，其将卷积编码和随机交织器巧妙的结合在一起，实现了随即编码的思想，在译码端利用了基于状态转移图的迭代译码，获得了接近香农理论极限的译码性能，立即在通信界引起

8、了研究Turbo码的热潮。在实践中，只要时延和复杂度允许，Turbo码可在各种恶劣条件下提供接近极限的通信能力。目前已已成为第三代通信系统的信道编码的一种主要标准。随着Turbo码的研究发展，在3G移动通信系统设计中，Turbo码以及Turbo码思想越来越多地被用于和其他技术的结合上。例如，Turbo码与交织技术相结合、与调制技术相结合、与ARQ相结合等等将成为未来移动通信技术中的热点问题。3) 在传统的多播技术中,网络的中间节点只对收到的数据包进行存储-转发操作,从而不可能达到多播网络容量上限。网络编码思想的提出为多播技术实现最大网络容量提供了可能性。节点通过对收到的不同的数据包进行编码处理

9、后,单次传输的信息量得到增加。网络编码使得网络节点兼具编码和路由的功能,扩展了节点的处理能力。网络编码是信息论领域诞生的新技术,它的出现改变了传统路由技术所采用的存储-转发的数据分发形式,而将数据在网络的中继节点进行编码处理后再转发,以压缩数据的方式减少了网络中传送的数据分组数目,从而提高了带宽利用率。网络编码技术和节点分离路径建立无线传感器网络多播路由的分布式算法,能够减少参与多播路由的节点,并且整个多播过程中单个节点所需的传输次数大大减少,使得传感器节点的能量消耗得到有效减小,整个网络的数据流量分布更加均匀,从而延长了整个网络的生命周期。虽然网络编码有提升网络吞吐量、改善网络负载均衡、提高带宽利用率、节省无线网络节点能量消耗等优点，在无线传感器网络方面也应用广泛。但是也有不足之处，比如复杂性增大、安全问题凸显等缺点。随着信息论的发展，我觉得在编码技术方面我们还得更进一步努力，以使得信息论能满足网络及其各方面的发展。5、结束语几十年来，在香农理论的指导下，信道编码技术和网络编码技术以及各种编码技术不断进步，不断涌现出性能更接近香农极限的编码方法，并在通信系统中得到广泛的应用，随着无线通信技术和信道编码技术的发展，将有更佳的编码方法在移动通信中应用，为提高通信系统的可靠性提供保障。5、文献附录 1）基于无线传感器网络的随机线性网络编码研究 马春光 2009.01.10 2）