1 概率论、随机过程与无线通信

信息论的创始人香农在 1948 年那篇具有划时代意义的论文《通信的数学理论》（A Mathematical Theory of Communication）中告诉我们：在概念层面上，通信系统可以由以下5个组成要素，如图1-1所示。

信源：任何发送方想要接收方知道的信息。比如张三想通过LTE网络发送一条短消息给李四，那么张三就是信源，而短消息的内容则是信息本身。

发射机：对待发送信息进行操作，使其适合于信道传输。张三的LTE终端将把信息进行一系列的操作，最终以LTE的信号格式由天线发往空口。

信道：发射机和接收机之间的传输媒质，在无线通信中表现为发射天线和接收天线之间的无线传播环境。

接收机：对接收信号进行操作，以求对发送信息进行正确的判决。

信宿：信息的最终目地（李四）。

图1-1 通信系统的基本组成要素[1]

香农的贡献之一就是建立了通信系统的概率模型 无论是信息本身还是信道，都具有随机特性。显然，对于通信的双方而言，如果信息是确定性的，也就失去了通信的必要性；类似的，如果传输过程中信道对信号的作用是确定性的，那么我们就可以有针对性地设计发射机和接收机，取得可靠通信。

因此，我们可以说：通信的本质就是在不确定因素中对信号的检测与估计。在数学领域，《概率论和随机过程》就是用于描述不确定性（随机）的一门学科。在接下来的篇幅中，我们对概率论和随机过程理论做一简单的总结，并在这个过程中着重介绍这些数学概念是如何与通信理论相联系的。

在本书后面的章节中，我们将会经常用到本章的知识。那些对概率和随机过程比较熟悉的读者可以跳过这一章。