香农极限定理是什么

香农极限定理是信息论的基础，它定义了在有噪声信道中可靠传输信息的最大速率。这个极限值由信道带宽和信噪比共同决定，实际通信系统无法超越这个理论值。光纤通信系统中，1000MHz带宽的信噪比为30dB时，最大传输速率约为10Gbps。移动通信领域，5G系统在20MHz带宽下，极限速率可达1Gbps左右。香农极限为现代通信系统设计提供了理论边界，工程师们通过各种编码和调制技术接近这一极限。

香农极限定理的实际应用体现在数据压缩领域。无损压缩算法如ZIP和PNG，其压缩效率受限于信源熵。一个1GB的文本文件，经过无损压缩后最小能压缩到约300MB。视频流媒体服务通过高效编码接近香极限，Netflix的4K流媒体每秒需要约40Mbps带宽。硬盘制造商利用纠错码技术接近存储极限，现代3TB硬盘实际可用空间约2.7TB。这些应用展示了香农理论如何指导现代信息技术的发展。