信息传输需要媒介。电线可以传输信息。空气也能传输信息。人们发现电磁波能够传递信号。电磁波看不见摸不着。它是一种能量。这种能量可以加载信息。早期传输信息很简单。电报用开关控制信号。点划组合代表字母。这种方式传输速度慢。信息内容少。

通信技术不断发展。传输的信息越来越多。声音可以传输。图像可以传输。视频也能传输。信息量变得很大。大信息量需要快速传输。快速传输需要更多资源。资源总是有限的。频率资源有限。时间资源有限。功率资源有限。如何在有限资源下传输更多信息。这是一个重要问题。

山农思考这个问题。他研究通信的数学原理。通信有五个基本部分。信源产生信息。发送器处理信息。信道传输信息。接收器还原信息。信宿接收信息。信息在传输中会受损。噪声会干扰信号。信号会衰减变形。接收到的信号与发送的不同。

信息需要度量。信息是不确定性的减少。事件越不确定信息量越大。太阳东升西落确定性强信息量小。明天天气不确定信息量大。信息量用比特表示。一个比特代表二选一。抛硬币的结果有一个比特信息。

信源有特性。信源产生符号序列。符号有出现概率。有些符号经常出现。有些符号很少出现。信息编码可以压缩。出现多的符号用短码。出现少的符号用长码。平均码长变短。传输效率提高。这是信源编码的基本思想。

信道有容量。信道容量是最大可靠传输速率。信道容量由带宽和信噪比决定。带宽是频率范围。信噪比是信号与噪声的功率比。带宽大容量大。信噪比高容量大。山农证明了一个重要定理。只要传输速率低于信道容量。就能找到方法实现可靠传输。传输速率超过信道容量。可靠传输不可能实现。

这个定理给人希望。它指出通信的极限。就像物理中的光速。光速是不可超越的极限。信道容量是通信的极限。工程师知道目标在哪里。他们可以努力接近这个极限。

编码技术很关键。好编码能够抵抗噪声。重复发送是一种简单编码。重要信息说三遍。但这种方法效率低。更聪明的编码使用冗余。冗余不是简单重复。冗余是添加校验信息。接收端利用校验发现错误。校验还能纠正错误。

传输速率接近容量时。噪声影响变得严重。需要更强纠错能力。纠错码设计是大学问。线性分组码是一种。卷积码是另一种。Turbo码性能很好。LDPC码也很优秀。这些码都接近山农极限。

数字通信成为主流。模拟信号转为数字信号。采样量化编码。数字信号抗干扰强。数字信号处理方便。数字电路成本低。数字通信系统广泛应用。手机是数字通信。互联网是数字通信。数字电视也是数字通信。

无线通信发展迅速。手机离不开无线通信。基站和手机通过无线电波连接。频率资源非常宝贵。不同用户共享频率资源。多址技术解决这个问题。FDMA按频率划分。TDMA按时间划分。CDMA按码型划分。OFDMA综合多种优势。

现代通信系统很复杂。但基本原理不变。信息还是从信源到信宿。信道还是有噪声。资源还是有限。山农理论仍然指导实践。5G技术追求更高速度。6G研究已经开始。通信技术永远在进步。

通信改变人类社会。距离不再是障碍。信息传递瞬间完成。地球变成地球村。人们联系更加紧密。文化传播更加迅速。经济发展得到促进。社会进步获得动力。

通信技术还有挑战。信息安全需要保障。隐私保护变得重要。通信能耗需要降低。绿色通信成为趋势。海量连接需要支持。物联网时代已经到来。通信与计算融合。通信与感知结合。通信技术继续发展。

山农的贡献永载史册。他奠定信息论基础。他指明通信发展方向。后来的研究者站在他的肩膀上。通信技术改变世界。这个改变还在继续。未来会有更多创新。更多奇迹将会出现。