基于物理熵和信息熵的通信研究

The concept of entropy was introduced in science research for its perfect descriptions of state numbers and connected micro-worlds with thermodynamic phenomenon. This study led to the birth of the second law of thermodynamics. In 1929, Szilard extended the entropy into the fields of information theory. However, when Shannon created information theory, the entropy became pure mathematical number and optimum receiver is just in pure mathematic model. .From above analysis, one can find that entropy of thermodynamic and that of information are the bases, from which the efficiency of energy and that of spectrum are derived, respectively, and the essential of the entropies lies in the facts that they describe the random phenomenon precisely. Thus, in this research proposal, we will study entropy characterization in both areas and explore the relationship between communication and thermodynamics for analyzing the random behaviors jointly. The goal of this research is to establish a joint model and find some results for the use of green communication.

科学研究中, 熵概念由热力学引入,它完美地解释了微观状态数与宏观现象的联系。随后的研究得到了热力学第二定律。至1929年，Szilard最终将热力学扩展到物理信息熵。此后发展的信息熵（Shannon,1942），成为描述信息量的方法,并转变为纯数学概念。.热力学熵和信息熵理论分别成为推导一个系统能量效率和信息传输效率的基础，这也就联系了热现象与通信现象的本质。本研究将无线通信系统存在的大量随机因素，归结于系统随机状态数，如：信息随机性、信道状态随机性、各种资源使用随机性，多天线辐射随机性等。在这些物理随机事件中，提取信息熵，以探索通信系统中物理熵与信息熵的联系，以熵理论为基础，研究频谱效率和能量效率的系统模型，据此，探索绿色通信的基本问题。

热力学熵和信息熵理论分别成为推导一个系统能量效率和信息传输效率的基础，这也就联系了热现象与通信现象的本质。本研究将无线通信系统存在的大量随机因素，归结于系统随机状态数，如：信息随机性、信道状态随机性、各种资源使用随机性，多天线辐射随机性等。在这些物理随机事件中，提取信息熵，以探索通信系统中物理熵与信息熵的联系，以熵理论为基础，研究频谱效率和能量效率的系统模型，据此，探索绿色通信的基本问题。. .具体而言，从提高信息熵的角度出发，我们提出了一种结合空域调制的多天线全双工技术，称为空域调制全双工。通过过在全双工节点上设置收发天线选择开关，可增大信道容量和增强系统的稳健性。仿真结果表明，一方面，空域调制全双工总是优于普通全双工：另一方面，在信道相关性比较大而且信噪比髙的时候，空域调制全双工能够超 越MIMO半双工。更为重要的是，在独立衰落的信道环境下，髙信噪比下的空域调制全双工的1%中断容量可以比MIMO半双工的大。..另外，我们研究OFDM系统同频干扰分布特性，提出了一种通过修改信道译码置信度函数，以减小同频干扰带来的影响的方法。这是一种针对OFDM系统同频干扰的抑制的新方法。我们目前对干扰的处理往往是将其视作高斯白噪声。通过分析和仿真的手段，我们发现OFDM系统在给定资源块信干噪比的情况下，干扰的分布并非 服从高斯分布。由此提出了通过获取OFDM干扰的统计分布，替代高斯分布进 行最大似然译码计算的方法，研究结果表明该方法能够获得较大的译码增益，可以有效抑制干扰带来的不良影响。