香农定理包含哪些内容

        上个世纪 40 年代，美国数学家和电子工程师克劳德‧香农（信息理论之父）发现，在任何通信信道内，能够准确无误地传输数据的最大速度与噪声和带宽有关。他将这个最大比特率称为“信道容量”，也就是目前众所周知的“香农极限”。

其中 B 表示测得的带宽 (Hz)，S 表示接收的信号平均功率 (W)，N 表示平均噪声功率 (W)。

信道容量可以通过增加带宽或优化信噪比 (SNR = S/N) 来增加。

实际上，该定理给出了理论上的最大值，但没有说明哪种信号概念可以让我们最接近这一极限。实际上，SNR 是基本的限制因数。无论在现在还是未来，它都需要不断优化，因为当数据速率超过 100 Gbps 时，远距离通信需要更好的信噪比性能才能在给定带宽内达到香农极限。

Ellis、Zhao 和 Cotter 采用了实例参数来仿真与传输和检测类型有关的信息频谱密度 C/B （图 1）。对于非线性传输，信息频谱密度不会随着发射功率谱密度无限增长。由于功率放大器的饱和效应以及光纤本身的非线性效应，信息频谱密度有一个最大值。这与传输介质是完全线性时的情况不同。

此图清晰地说明，OOK 采用的直接检测只能从幅度提取信息，在信息频谱密度上无法与复合调制信号的相干检测相提并论。

数字调制信号几乎遍布在每一个有线网络和光纤网络。如今，大多数无线服务都在使用复杂的载波调制方案。调制技术和元器件的持续改进以及纠错码的进步，促使信道容量更加接近香农定理设定的基础极限。

随着新型传输方法的兴起，例如 MIMO (多路输入多路输出)，以及高度灵活的多址接入方案在时域、频域和码域中的实施，信道的容量和效率得到了显著改善。，越来越多的低价位产品和服务采用多项无线技术，以确保正常工作。

        多路输入、多路输出（MIMO）通过给香农定理（图 1）添加一个有利条件，以提高以前频谱的数据速率，这一做法目前获得了无线通信史上前所未有的关注。人们对于 5G MIMO 的讨论现在集中在“大规模 MIMO”方面，一些人认为这是一个相对较新的概念。