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2013年(13)

我的朋友

分类: C/C++

2013-12-21 22:53:00

  本文作者maxfiner,毕业于西安电子科技大学,拥有信号与信息处理专业硕士学位。maxfiner曾供职于华为通信技术公司无 线通信部门,拥有多年的工程项目研发经验,同时兼备算法理论研究,仿真验证,以及对应的硬件设计实现能力;具备通信物理层开发设计各个方面的实战经 验...

  信号与信息处理涵盖的内容相当广泛,并和自动控制,计算机等其他学科存在紧密的交叉关系。从应用方向应用来看,应用最多最广泛的是通信方面的应用,以及与之相关的导航,定位,另外还有雷达,图像,视频,语音,分类和识别等方向。从专业领域细分,又有基本的信号处理,谱估计,自适应信号处理,阵列信号处理等大方向,每一个方向都够人研究一阵子的。那么,为了更好的满足应用和实践的需要,我们应该侧重和关注哪些内容呢。毫无疑问,肯定是最最基础的内容。信号处理中的各种新事物,新概念,新方法,新理论,都是建立在一个共同的牢固的基础上的。比如信号处理的核心处理算法之一——快速傅立叶变换,是1965年提出的,到现在有48年了,是当今LTE,WIFI,WiMax等无线通信制式的调制方式的核心。比如相关运算,应用之广泛,使我坚信再过一百年也不会丢弃不用(后续我会讲述工程实践中的相关运算的七八个大的应用,在解决这些实际问题时,相关运算起着核心关键作用)。因此基础知识牢固掌握了,在碰到各种实际的问题,遇到各种需要熟悉的新概念,就会轻松很多。道理很简单,即所谓磨刀不误砍柴工。

精通信号处理设计小Tips(3):必须掌握的三大基石

  先举个例子,最近我正在熟悉和理解XILINX的FPGA的高速串行接口,总体来说,这个是偏硬件的内容。FPGA的高速串行接口的发端有预加重功能,接收端有均衡功能。这两个措施都是为了解决高速信号传输过程中的失真问题。不论是预加重,还是均衡,从信号处理角度来看待,其原理和功能就非常容易理解。预加重为实际传输链路之前的预失真处理,均衡为实际传输链路之后的补偿处理。物理传输链路可看作一个系统,预加重和均衡都可看作是传输链路构成的系统的逆系统,任何一个和实际的物理传输链路串联起来,目的是去逼近一个理想的、只存在一定延迟的、不存在波形失真系统,从而消除码间干扰。

  按我个人的鼠光,谈谈信号处理的三大基石吧。第一块基石:信号与系统的概念,以及对应的相关,卷积等概念。 第二块基石:傅立叶变换。第三块基石:采样定理。这三个概念的前提条件都是理想的情况,比如线性,等间隔采样等等,实际场景和环境并不是理想的,但都是以理想条件为基础,来进行处理、改进和优化的。

  第一块基石——信号与系统。我接触过有些同事和朋友,总是不能很好的理解信号处理的一些概念,后来发现,一个很重要的原因就是没有很好的理解信号与系统的概念。对于电子信息领域的几个大方向,比如信号处理,通信工程,自动控制,其理论基础和分析都离不开信号与系统的概念。可以说这三个大专业,信号系统概念是共同的核心基础。只不过通信工程在此基础上又包含了调制,编码以及物理层之上的某些概念和内容。自动控制侧重控制和反馈等理论的分析和研究。信号的概念相对直观和明了,比较容易理解,需要注意的是几个关键的信号的理解。系统的概念就相对抽象,需要关注系统的几个重要特性。

信号与系统

  第二块基石——傅立叶变换,就像以前提到的,信号处理很多的应用领域和应用场景都离不开傅立叶变换。傅立叶变换是一个很大的分支,内容也很丰富,包括连续形式和离散形式,每种形式有分为周期信号的傅立叶变换和非周期信号的傅立叶变换。离散形式的傅立叶变换又分为离散时间的傅立叶变换,离散傅立叶变换等多种形式,初次接触很容易搞昏,搞清楚它们之间的关系很有必要。我个人的感觉是,一次理解远远不够,我认为到目前为止,虽然我已经学习了好多年,但我仍需要不断的对其进行理解和学习。与傅立叶变换紧密关联的一个概念是频率和频谱。频谱分析是一种非常重要的分析手段,在很多领域有广泛的应用。搞无线电监测的,搞2G、3G、4G通信测试的,对频谱的理解和切身感受应该更加深刻。

  第三块基石——采样定理。现实的世界都是模拟的,连续的。由传感器(温度传感器,湿度传感器,压力传感器,天线等等)得到的信号是模拟的连续形式的信号,每时每刻都有一定的量值。但是采用信号处理手段去处理它们时,却又是离散的数字形式。因为用数字的方式处理更精准,也更容易操作,而这是模拟方式和模拟器件所无能为力的。这也是数字信号处理的魅力所在,也是数字信号处理(器)越来越广泛应用的主要因素,联想一下苹果的最新手机的协处理器,高通的霸道就会感受更深刻,更强烈些。这就涉及到信号由模拟到数字的转换,其关键器件就是能够直接影响到国防军事装备性能的AD转换器。按照通常理解,信号变成数字形式后,两个离散时间点之间的信号数值都被抛弃了,肯定信号丢失了很多信息,和原来的不一样了。但是采样定理告诉我们,在某些条件下,即使信号被离散化处理了,采样时间之间的信号数值都不保留了,信息却不会丢失,从这个离散的信号仍可重建回原有的模拟形式的信号。这也是采样定理之所以成为数字信号处理理论基础核心的原因之一。采样定理远远不止应用在信号从模拟到数字形式的转换时刻,在信号处理应用的很多方面都能得到体现。

  后续,希望对各块基石进行展开描述。跟大家一起学习和感悟信号处理。

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