1 概率論、隨機過程與無線通信

信息論的創始人香農在 1948 年那篇具有劃時代意義的論文《通信的數學理論》（A Mathematical Theory of Communication）中告訴我們：在概念層面上，通信系統可以由以下5個組成要素，如圖1-1所示。

信源：任何發送方想要接收方知道的信息。比如張三想通過LTE網絡發送一條短消息給李四，那么張三就是信源，而短消息的內容則是信息本身。

發射機：對待發送信息進行操作，使其適合于信道傳輸。張三的LTE終端將把信息進行一系列的操作，最終以LTE的信號格式由天線發往空口。

信道：發射機和接收機之間的傳輸媒質，在無線通信中表現為發射天線和接收天線之間的無線傳播環境。

接收機：對接收信號進行操作，以求對發送信息進行正確的判決。

信宿：信息的最終目地（李四）。

圖1-1 通信系統的基本組成要素[1]

香農的貢獻之一就是建立了通信系統的概率模型 無論是信息本身還是信道，都具有隨機特性。顯然，對于通信的雙方而言，如果信息是確定性的，也就失去了通信的必要性；類似的，如果傳輸過程中信道對信號的作用是確定性的，那么我們就可以有針對性地設計發射機和接收機，取得可靠通信。

因此，我們可以說：通信的本質就是在不確定因素中對信號的檢測與估計。在數學領域，《概率論和隨機過程》就是用于描述不確定性（隨機）的一門學科。在接下來的篇幅中，我們對概率論和隨機過程理論做一簡單的總結，并在這個過程中著重介紹這些數學概念是如何與通信理論相聯系的。

在本書后面的章節中，我們將會經常用到本章的知識。那些對概率和隨機過程比較熟悉的讀者可以跳過這一章。