Кіріспе
Коммуникациялық арнадағы ақпарат тарату жылдамдығының теориялық шегі. Электротехника, компьютерлік ғылым және ақпарат теориясында арна сыйымдылығы – ақпараттың коммуникациялық арна арқылы сенімді түрде таратылуының теориялық ең жоғары жылдамдығы. Шулы арнаны кодтау туралы теореманың талаптарына сәйкес, нақты арнаның сыйымдылығы – кез келген ең төмен қателік ықтималдығымен қол жеткізілетін ең жоғары ақпарат жылдамдығы (уақыт бірлігіне шаққандағы ақпарат мөлшері). 1948 жылы Клод Э. Шеннон жасаған ақпарат теориясы арна сыйымдылығын анықтайды және оны есептеуге арналған математикалық модельді ұсынады. Басты нәтижеде, жоғарыда айқындалғандай, арнаның сыйымдылығы арнаның кірісі мен шығысы арасындағы өзара ақпараттың ең жоғарғы мәнімен анықталады, мұнда ең жоғарғы мән кіріс үлестіріміне қатысты есептеледі. Арна сыйымдылығының түсінігі заманауи сымды және сымсыз байланыс жүйелерінің дамуында маңызды рөл атқарды, сондай-ақ жаңа қателерді түзету кодтау механизмдерінің пайда болуы арна сыйымдылығының күткен шектеріне жақын нәтижелерге қол жеткізуге мүмкіндік берді.
Channel capacity, in electrical engineering, computer science, and information theory, is the theoretical maximum rate at which information can be reliably transmitted over a communication channel. Following the terms of the noisy channel coding theorem, the channel capacity of a given channel is the highest information rate (in units of information per unit time) that can be achieved with arbitrarily small error probability. Information theory, developed by Claude E. Shannon in 1948, defines the notion of channel capacity and provides a mathematical model by which it may be computed. The key result states that the capacity of the channel, as defined above, is given by the maximum of the mutual information between the input and output of the channel, where the maximization is with respect to the input distribution. The notion of channel capacity has been central to the development of modern wireline and wireless communication systems, with the advent of novel error correction coding mechanisms that have resulted in achieving performance very close to the limits promised by channel capacity.
Графиктің Шеннондық сыйымдылығы
Егер G бағытталмаған граф болса, оны символдары граф төбелері болатын коммуникация арнасын анықтау үшін пайдалануға болады, және егер олардың символдары әрбір позицияда тең немесе жақын болса, екі кодты сөз бір-бірімен қателесуі мүмкін. Мұндай арнаның Шеннон сыйымдылығын табудың есептеу күрделілігі әлі де шешілмеген мәселе болып қала береді, бірақ оны тағы бір маңызды граф инварианты – Ловас санымен жоғары шектеуге болады.
Шулы арна кодтау теоремасы
Шулы арнаны кодтау теоремасы кез келген қателік ықтималдығы ε > 0 және арнаның сыйымдылығы C-ден төмен кез келген R тарату жылдамдығы үшін, жеткілікті үлкен блок ұзындығында R жылдамдығымен деректерді жіберу кезінде қателік ықтималдығы ε-дан кем болатын кодтау және декодтау схемасының бар екенін мәлімдейді. Сондай-ақ, арнаның сыйымдылығынан жоғары кез келген жылдамдық үшін, блок ұзындығы шексіздікке ұмтылғанда қабылдағыштағы қателік ықтималдығы 0,5-ке жақындайды.
Каналды өткізу қабілетін бағалау
Каналдың сыйымдылығын анықтау үшін сыйымдылықты қамтамасыз ететін таралуды табу және өзара ақпаратты бағалау қажет. Зерттеулер көбінесе белгілі бір қуат шектеулері мен шудың таралуы жағдайындағы қосымша шу арналарын зерттеуге бағытталған, себебі көптеген басқа сценарийлерде талдау әдістерін қолдану мүмкін емес. Сондықтан әдебиетте кіріс жиынтығын зерттеу, жеңілдетулер және сыйымдылық шектеулері сияқты баламалы тәсілдер ұсынылған. Дискретті жадысыз арнаның сыйымдылығын Блахут-Аримото алгоритмі арқылы есептеуге болады. Терең оқыту арна сыйымдылығын бағалау үшін қолданылуы мүмкін. Шындығында, кез келген дискретті уақыттық, үздісіз жады жоқ векторлық арнаның сыйымдылықты қамтамасыз ететін таралуы мен сыйымдылығын генеративті қарсыластық желілерден шабыттанған ынтымақтастық ая CORTICAL арқылы алуға болады. CORTICAL екі ынтымақтастық желіден тұрады: сыйымдылықты қамтамасыз ететін кіріс таралуынан үлгі алуды үйрену мақсатымен генератор және жұптасқан және жұптаспаған арна кіріс-шығыс үлгілері мен бағалауларын ажырата білу мақсатымен дискриминатор.
Сымсыз байланыстағы арна сыйымдылығы
Бұл бөлімде бір антеннаны пайдаланатын, нүктеден нүктеге байланыс сценарийі қарастырылады. Егер сіз көп антенналы жүйелердегі арна сыйымдылығы туралы білуді қаласаңыз, MIMO туралы мақалаға жүгініңіз.
Тез өшіретін арна
Жылдам жойылатын арнада, онда жатқан уақыт талабы когеренттік уақыттан асып түседі және кодты сөздің ұзындығы көптеген когеренттік кезеңдерді қамтиды, көптеген тәуелсіз арна жойылуларын кодтау арқылы көптеген когеренттік уақыт аралықтарында орташалауға болады. Осылайша, [бит/с/Гц] деңгейінде сенімді байланыс жылдамдығына қол жеткізу мүмкін, және осы мәнді жылдам жойылатын арнаның сыйымдылығы деп атаудың мәні бар.
Гаусс кері байланыс сыйымдылығы
Гаусс шуы түсті болғанда, канал жадқа ие болады. Мысалы, тәуелсіз және бірдей үлестірілген (i. i. d.) процесі болатын авторегрессиялық модельдегі шу процесінің қарапайым жағдайын қарастырайық.
Ерітінді әдістері
Жалпы жағдайда кері байланыс сыйымдылығын шешу қиын. Егер канал дискретті болса, басқару теориясы және Марков шешімді процестерімен байланысты әдістер бар.