通信信号处理的技术发展新方向.doc

通信信号处理的技术发展新方向一 通信技术的起源自19世纪初电通信技术问世以来，短短的100多年时间里，通信技术的发展可谓日新月异。“千里眼”、“顺风耳”等古人的梦想不但得以实现，而且还出现了许多人们过去想都不曾想过的新技术。实现通信的方式很多，随着社会的需求、生产力的发展和科学技术的进步，目前的通信越来越依赖利用“电”来传递消息的电通信方式。由于电通信迅速、准确、可靠且不受时间、地点、距离的限制，因而近百年来得到了迅速的发展和广泛的应用。当今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般均是指“电通信”。广义来讲，光通信也属于电通信，因为光也是一种电磁波。通信技术的发展，不可避免的就要涉及到通信信号的处理。所谓信号处理，就是要把记录在某种媒体上的信号进行处理，以便抽取出有用信息的过程，它是对信号进行提取、变换、分析、综合等处理过程的统称。二 通信系统的组成通信是从一地向另一地传递和交换信息。实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。信源是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。前者属于模拟信源，输出的是模拟信号；后者是数字信源，输出离散的数字信号。 发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。 信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、 电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同，需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型，以反映传输媒质对信号的影响。三 信号处理的目的和方法人们最早处理的信号局限于模拟信号，所使用的处理方法也是模拟信号处理方法。在用模拟加工方法进行处理时，对信号处理技术没有太深刻的认识。这是因为在过去，信号处理和信息抽取是一个整体，所以从物理制约角度看，满足信息抽取的模拟处理受到了很大的限制。由于通信信号的特殊性，以及在传播过程中的干扰和损耗，有效的传输信号成了要解决的头等问题。随着数字计算机的飞速发展，信号处理的理论和方法也得以发展。并出现了不受物理制约的纯数学的加工，即算法，并确立了信号处理的领域。信号处理的目的是削弱信号中的多余内容；滤出混杂的噪声和干扰；或者将信号变换成容易处理、传输、分析与识别的形式，以便后续的其它处理。现在，对于信号的处理，人们通常是先把模拟信号变成数字信号，然后利用高效的数字信号处理器或计算机对其进行数字信号处理。 一般数字信号处理涉及三个步骤： (一) 模数转换(A/D转换)：把模拟信号变成数字信号，是一个对自变量和幅值同时进行离散化的过程，基本的理论保证是采样定理。 (二) 数字信号处理(DSP)：包括变换域分析(如频域变换)、数字滤波、识别、合成等。 (三) 数模转换(D/A转换)：把经过处理的数字信号还原为模拟信号。通常，这一步并不是必须的。四 信号处理新技术信号处理已为通信技术的发展提供了多种分析工具(如：压缩、转换编码、过滤、去澡、检测、评估和性能评价等工具)，也提供了多种实现工具(如：VISI，收缩阵列， )，同时也促使通信技术领域划时代事件的产生(如：速度和视频编号器、调制解调器、均衡器和天线阵列等的出现)加上半导体技术的发展、计算和通信设备的集成、通过WWW的广泛的互联网的访问、线连接的迅速发展以及终端用户对蜂窝式移动服务需求的增加，所有这些促使IEEE信号处理组织力争实现“任何人、任何时间、任何地方”都能实现通信的梦想。现代通信技术正经历一个戏剧性的变化通信和计算设备的融合，互联网的广泛使用给用户提供了无限的潜力：电话会议、视频点播、万维网和互联网电话与此同时，近年的迅速发展的无线访问是世界电信业发展最强的推动力在最近的将来“任何人、任何时间、任何地方”能非常方便通信的梦想将成为现实，但这也存在艰难的技术挑战：需要新的理论和复杂的信号处理技术既包括高速光纤连接，又包括无线、有线和数字预定环技术的未来多媒体通信网络的设计，今天通信发展的趋势中的一个最重要的特性是通信需求的多样性。信号处理的特点：以算法为中心, 更加注重实现与应用。信号处理向着非平稳信号处理、非高斯信号处理、非线性信号处理的方向发展，并与各种智能技术相结合主要指神经网络、模糊系统、进化计算，也包括自适应技术、混沌技术等。同时，信号处理也向着多维、多谱、多分辨率、多媒体方向发展。信号与信息处理在支持和实现下一代通信系统中起决定性作用。 信道传输中各个部分的处理技术：信源编码：适用于不同环境并利用人的视觉、听觉生理和心理效应的低比特率、低时延、高质量的智能信源编码技术 信道编码：Turbo码、低密度奇偶校验码(LDPCC)、基于量子计算的量子纠错等信道编码技术；密码：量子密码、DNA密码和基于混沌理论的新密码体制；通信信号处理技术：高效多载波调制(平行传输)、信道动态比特分配、CDMA中的多用户检测和信道