(周围)现代信号处理基础平稳随机信号特征与信号模型

1、 (移动通信实验室移动通信实验室 逸夫楼逸夫楼YF514楼）楼）E-mail: 参考书目 姚天任、孙 洪，现代数字信号处理，华中理工大学出版社，1999 张贤达著，现代信号处理（第二版），清华大学出版社，2002 美 Simon Haykin, Adaptive Filter Theory, 4th-Ed, Prentice-Hall, 2002,中译本，自适应滤波器原理(第四版)，郑宝玉等译，电子工业出版社(2003) 龚耀寰，自适应滤波（第二版）时域自适应滤波和智能天线，电子工业出版社，2003.7 S.K.Mitra 著，孙 洪等译，数字信号处理基于计算机的方法(第三版)，下册，电子工业

2、出版社，2006 IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engineers ) 电气和电子工程师学会美 v IEEE proceeding of ICASSP (IEEE的一个学术会议）。 International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processingv IEEE Transaction on Signal Processing (IEEE Trans. SP) v IEEE Trans. ASSPv IEEE Imagev IEEE Speech IEEE 关于SP的

3、分组如下：（IEEE SP Magazine, Jan 1991) v Multichannel Data Processing Theoryv Methods of Sensor Array and Multichannel Processing v Multichannel Sinal Processing Applicationsv Signal processing theory and Methodsv Signal Processing for Communicationsv Communication Systems and Methodsv MultiChannel SPv V

4、LSI for SPv Programmable SPv Emerge Techniquesv Multimedia SPv 信息同物质、能量一起构成人类最宝贵的三项战略资源；人类正快步走向信息社会 ，信息技术信息技术( (IT) )已经成为最具时代特征和最富活力的支柱技术之一。v 作为IT基础的正在经历从“统计”到“理解”,从“传输”到“认知”的巨大变革，正满怀信心地迎接以信息的“理解”和“认知”为主要特征，以全信息理论为主要内容的信息时代的新阶段智能信息科学时代。 v 作为信息载体的经历了从模拟到数字，从确知到随机的发展过程，正阔步迈向以非平稳信号、非高斯信号为主要研究对象和以非线性、不确

5、定性为主要特征的智能信号处理时代。现代信号处理主要研究这种信号。 以算法为中心, 更加注重实现与应用 突出一个“非”， 呈现“智、多、新”的特点 “非非” SPSP向着非平稳、非高斯、非线性方向发展向着非平稳、非高斯、非线性方向发展 非线性信号处理 非平稳信号处理 多分辨信号处理 信号处理发展趋势信号处理发展趋势”智智“ 信号处理与智能技术相结合信号处理与智能技术相结合 各种智能及其关系各种智能及其关系 生物智能(BI) 人工智能(AI)： 计算智能(CI)： 相互关系：BI AICI 计算智能计算智能(软计算软计算)技术技术 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

6、信号处理与智能技术相结合的智能信号处理方法信号处理与智能技术相结合的智能信号处理方法 自适应信号处理与盲自适应信号处理 神经网络信号处理 模糊信号处理 混沌信号处理“” SPSP向着多维、多谱、多分辨率、多媒体方向发展向着多维、多谱、多分辨率、多媒体方向发展- 多维信号处理 - 高阶谱估计- 多分辨率信号处理- 多媒体信号处理“” ITIT与量子力学、生物技术等结合的信息处理新技术与量子力学、生物技术等结合的信息处理新技术- 生物信息学生物信息学：基因工程与信息科学相结合的产物。它以计算机为工具,对遗传信息进行管理、交流、破译、预测 。- 量子信息学量子信息学：量子力学与信息科学相结合的产物，

7、包括量子计算、量子通信、量子密码术、量子计算机- 基于内容的信息理论及信息内容的智能处理基于内容的信息理论及信息内容的智能处理“实现实现”信号处理技术与信号处理技术与VLSI相结合相结合,集理论、实现和应用于一体集理论、实现和应用于一体- DSP算法与VLSI技术相结合的DSP处理器有力地促进DSP技术的应用- DSPs与4C(Comp,Com, Cont. Cons)结合,有力促进了IT技术及产业进步- 把微控制单元(MCU)和DSPs结合在一起的所谓“片上系统(SoC) ”已经问世- 把DSPs和应用在一起的专用芯片(ASIC)即一种特殊的SoC,以及片上网络(NoC)已均已问世。“应用应

8、用”信号处理与通信相结合的通信信号处理是当前研究热点信号处理与通信相结合的通信信号处理是当前研究热点- 通信信号处理成为信号处理一个独立分支，并有专著出版- 通信信号处理成为通信与信号处理期刊和学术会议的专题、专集- 通信信号处理从信源、终端、信道深透到网络(如选路、流控、均衡)，形成所谓“网络信号处理”- 基于DSP平台的软件无线电(SDR)技术成为现代通信的一项重要技术，也是通信信号处理的一个典型例子- 一种具有认知 (智能) 功能的SDR与通信技术相结合的认知无线电(Cognitive Radio)乃至认知无线电网络是通信信号处理的最新发展，也是无线通信发展到智能无线通信的重要标志。-

9、通信信号处理方法也应用于雷达雷达信号处理 雷达信号处理雷达信号处理 通信信号处理通信信号处理 用户 通信用户为合作性对象 信道 通信信道时变、衰落特征明显 干扰 码间干扰和多址干扰 信号 通信用户信号部分特征可已知 雷达信号处理雷达信号处理 用户 雷达目标为非合作性对象 信道 与通信信道相似,但处理更难 干扰 杂波干扰 信号 雷达目标的特征未知结论：结论：虽然移动通信与雷达是完全不同的系统，但其信号处理却存在诸多相通的地方，一些主要的理论、技术和方法可以相互借鉴。线性因果最小相位时不变平稳随机信号高斯随机信号整数维信号非线性非因果非最小相位时变非平稳随机信号非高斯随机信号分数维(分形)信号现代

10、信号处理现代信号处理主要手段主要手段信号处理的主要手段信号处理的主要手段辨识辨识从含有噪声的输入输出数据从含有噪声的输入输出数据 中获中获取研究对象的数学模型和参数取研究对象的数学模型和参数估计估计从观测到的有限样本中，获取信从观测到的有限样本中，获取信号的某些特征的近似值号的某些特征的近似值滤波滤波从观测数据中滤除噪声从观测数据中滤除噪声and/or干干扰，获取所希望的信号扰，获取所希望的信号 精确计算 数学模型 求解微分或差分方程 估计与预测 黑盒子 软计算: : 两大支柱两大支柱, ,表层信息表层信息快速变换数字滤波: : 四大处理四大处理, , 深层信息深层信息自适应信号处理(盲,半盲

11、）非平稳信号处理(高阶谱HOS，,小波Wavelets)非线性信号处理(如NSP)v 以实现智能系统作为目标v 以DSP的原理为理论基础 以软计算为主要处理方法 以计算机为主要实现手段 以通信业为主要应用领域 现代信号处理课程主要内容 （一）（一） 平稳随机信号特征与信号模型平稳随机信号特征与信号模型（二）（二） 维纳滤波和卡尔曼滤波维纳滤波和卡尔曼滤波（三）（三） 自适应信号处理自适应信号处理（四）（四） 现代功率谱估计现代功率谱估计（五）（五） 现代信号处理发展前沿概述现代信号处理发展前沿概述（六）（六） 信号参数估计理论信号参数估计理论 （七）（七） 同态信号处理同态信号处理（八）（八）

12、 高阶谱分析高阶谱分析（九）（九） 时频分析和小波分析时频分析和小波分析（十）（十） 神经网络信号处理神经网络信号处理（十一）阵列信号处理及应用（十一）阵列信号处理及应用（十二）混沌信号处理（十二）混沌信号处理 *(不讲）现代信号处理基础现代信号处理基础现代信号处理现代信号处理本期，学位课专业基础下期，非学位课专业课本学期课程的主要内容（一）平稳随机信号特征与信号模型（一）平稳随机信号特征与信号模型（二）维纳滤波和卡尔曼滤波（二）维纳滤波和卡尔曼滤波（三）自适应信号处理（三）自适应信号处理（四）现代功率谱估计（四）现代功率谱估计（五）现代信号处理发展前沿概述（五）现代信号处理发展前沿概述所需基

13、础：所需基础：信号与系统信号与系统，数字信号处理数字信号处理、随机过程随机过程，矩阵分析矩阵分析等等 离散时间离散时间信号与系统（回顾） 内内 容容v 离散时间信号与线性移不变系统离散时间信号与线性移不变系统v离散时间信号的频域表示离散时间信号的频域表示 v离散时间系统描述及系统频响离散时间系统描述及系统频响 v离散时间信号与线性移不变系统离散时间信号与线性移不变系统 离散时间信号序列离散时间信号序列 - 常用序列常用序列：(n)、u(n)、sin n0 、RN(n)、指数序列、指数序列 - 一般序列一般序列：x(n) = x(n)*(n)=x(k)(n-k) 注意注意： 1 1、区分数字信号与离散时间信号、区分数字信号与离散时间信号 2、区分数字频率与模拟频率区分数字频率与模拟频率 ：=T/Fs ；f= F/f= F/ Fs 离散时间系统离散时间系统 - 线性时不变（线性时不变（LTI）系统定义）系统定义 线性系统线性系统: 满足叠加原理，即满足叠加原理，即 时时(移移)不变系统不变系统: 系统参数不随时间变系统参数不随时间变,即即Tx(n-n0)=y(n-n0) 一个重要性质：一个重要性质：y(n)=x(n)*h(n) - 线性时不变系统线性时不变系统 性质性质 稳定性稳定性：输入有界，输出必有界输入有界，输出必有界 充要条件充要条件: |h(n)| 因果性因果