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二元对称信道

Binary symmetric channel · BSC

每个输入比特以固定交叉概率独立翻转的二元信道。

条目类型
模型

形式陈述

二元对称信道 BSC(p) 的输入输出均为 {0,1},每次以概率 p 翻转输入、以 1p 保持,且各次条件独立。它等价于 Y=XZ,其中噪声服从Bernoulli 分布,即 ZBernoulli(p),并且独立于输入。其容量为 1h2(p) 比特/次;p>1/2 可通过输出翻转化为 1p

直觉

BSC 让每个输入 bit 都经过一枚独立的“是否翻转”噪声硬币,以概率 p 翻转,且 0110 的概率完全对称。它把复杂噪声压成单一参数,适合研究纠错的基本极限;“无记忆”指给定当前输入后各次噪声独立,而不是接收端忘记历史。p>1/2 时先反转输出即可等价成错误率 1p<1/2

例子与边界

若发送 000p=0.1,恰一位翻转的概率为 3(0.1)(0.9)2=0.243。三重重复码用多数解码,块错误概率为 3p2(1p)+p3,在 p<1/2 时小于单次错误率但码率降为 1/3

p=0 是无噪声信道,容量为 1 bit/次;p=1/2 时输出与输入独立,容量为 0;p=1 时虽然总翻转,但在已知信道模型下可通过固定反转恢复,容量仍为 1 bit/次。真实无线和存储错误常包含具有记忆的 burst、擦除或软信息,独立 BSC 可能过于粗糙,不能充分描述这些现象。

推论与应用

BSC 是编码理论的标准测试信道,也是 离散无记忆信道 的二元特例;其容量 1H2(p) 连接 信道容量二元熵。重复码、线性码、容量和译码错误常先在 BSC 上分析,再推广到更现实的信道模型。

参考资料
  • Thomas M. Cover and Joy A. Thomas, Elements of Information Theory, 2nd ed., Wiley, 2006,Chs. 2–8。
  • Claude E. Shannon, “A Mathematical Theory of Communication,” Bell System Technical Journal 27, 1948,Parts I–II。
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