通信信号处理的技术发展新方向

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：VI．SI，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盲均衡技术；

智能技术：分形、混沌、小波和神经网络算法在通信信号处理中应用

以神经网络为代表的计算智能技术与信号处理相结合可以在3G乃至4G移动通信系统的多用户检测、信道估计、信道的盲均衡和智能天线等功能的实现方面发挥核心的作用。