自适应滤波算法与实现
自适应滤波器算法综述以及代码实现
⾃适应滤波器算法综述以及代码实现作者：凌逆战⽂章地址：并不是每个⾃适应滤波器的的代码我都实现了，我需要⼀定的时间，⼀有时间我就会来更新代码，记得关注我，如果有问题记得反馈另外科研严谨，搞科研的建议多看论⽂，因为我是业余的，写这领域的博客主要是因为感兴趣爱好，博客也难免会有错误，所以不要以我为准，可以做个参考，如果能够帮到你，我会很欣慰。
⾃适应回声消除原理 声学回声是指扬声器播出的声⾳在接受者听到的同时，也通过多种路径被麦克风拾取到。
多路径反射的结果产⽣了不同延时的回声，包括直接回声和间接回声。
直接回声是指由扬声器播出的声⾳未经任何反射直接进⼊麦克风。
这种回声的延时最短，它同远端说话者的语⾳能量，扬声器与麦克风之间的距离、⾓度 ,扬声器的播放⾳量，麦克风的拾取灵敏度等因素直接相关；间接回声是指由扬声器播出的声⾳经过不同的路径 (如房屋或房屋内的任何物体 )的⼀次或多次反射后进⼊麦克风所产⽣的回声的集合。
房屋内的任何物体的任何变动都会改变回声的通道。
因此，这种回声的特点是多路径的、时变的。
⾃适应回声消除的基本思想是估计回⾳路径的特征参数，产⽣⼀个模拟的回⾳路径，得出模拟回⾳信号，从接收信号中减去该信号，实现回⾳抵消。
其关键就是得到回声路径的冲击响应$\hat{h}(n)$，由于回⾳路径通常是未知的和时变的，所以⼀般采⽤⾃适应滤波器来模拟回⾳路径。
⾃适应回⾳消除的显著特点是实时跟踪，实时性强。
回声消除原理框图 图中$ y(n)$代表来⾃远端的信号 , $r(n)$是经过回声通道⽽产⽣的回声，$x(n)$是近端的语⾳信号。
D端是近端麦克风，麦克风采集到的房间叠加的回声和近端说话⼈的语⾳。
对回声消除器来说，接收到的远端信号作为⼀个参考信号，回声消除器根据参考信号由⾃适应滤波器产⽣回声的估计值$\hat{r}(n)$，将$\hat{r}(n)$从近端带有回声的语⾳信号减去，就得到近端传送出去的信号。
在理想情况下，经过回声消除器处理后，残留的回声误差$e(n)=r(n)-\hat{r}(n)$将为0，从⽽实现回⾳消除。
自适应信号滤波word版
数字信号处理II——自适应信号滤波一、实验目的1、利用自适应LMS算法实现FIR最佳维纳滤波器。
2、观察影响自适应LMS算法收敛性，收敛速度以及失调量的各种因素，领会自适应处理信号的优缺点。
3、通过实现AR模型参数的自适应估计，了解自适应信号处理方法的应用。
二、实验原理及方法通过实验一我们已经知道，如果信号()y n 是由有用信号()x n 和干扰信号()w n 组成，即()()()y n x n w n =+（2-1） 利用维纳滤波方法可以从()y n 信号中得到有用信号()x n 的最佳估计ˆ()xn 。
假如最佳维纳滤波器由一个FIR 滤波器所构成，则其最佳权系数向量opt h 可表示为1opt h R r -= （2-2）其中 []12,,,Topt M h h h h =（2-3） TR E yy ⎡⎤=⎣⎦（2-4） []()r E x n y = （2-5）[](),(1),,()Ty y n y n y n M =--（2-6） 但是实际中，一般很难知道准确的统计量R 和r ，因此，若设计一个维纳滤 波器，事先要估计出R 和r 。
同时，当R 和r 改变时（如果信号或干扰时非平稳 的），需要重新计算h ，这是非常不便的。
虽然卡尔曼滤波方法无需事先知道R 和r ，但它必须知道系统的状态方程和噪声的统计特性，这在实际中也是很难 办到的。
根据卡尔曼滤波的思想，Windrow 等提出了一种自适应最小均方误差算 法（LMS ），这种算法不需要事先知道相关矩阵R 和r ，由所得到的观察值()y n，滤波器等价于自动“学习”所需要的相关系数，从而调整FIR 滤波器的权系数，并最终使之收敛于最佳值，即维纳解。
下面是自适应FIR 维纳滤波器的LMS 算法公式：0ˆˆ()()()Mm xn h n y n m ==-∑ （2-7） ˆ()()()e n x n xn =- （2-8） ˆˆ(1)()2()()0,,m mh n h n e n y n m m M μ+=+⋅-= （2-9）其中FIR 滤波器共有M+1个权系数，ˆ()(0,,)mh n m M =表示FIR 滤波器第m 个权系数在第n 步的估计值。
自适应滤波算法的仿真及工程实现
自适应滤波算法的仿真及工程实现引言自适应滤波理论是20世纪50年代末开始发展起来的。
它是现代信号处理技术的重要组成部分，对复杂信号的处理具有独特的功能。
自适应滤波器在信号处理中属于随机信号处理的范畴。
对于随机数字信号的滤波处理，通常有维纳(Weiner)滤波器、卡尔曼(Kal-man)滤波器和自适应(Adaptive)滤波器。
维纳滤波器的权系数是固定的，适用于平稳随机信号；卡尔曼滤波滤波的权系数是可变的，适用于非平稳随机信号。
但是，只有在对信号和噪声的统计特性先验已知的情况下，这两种滤波器才能获得最优滤波。
但在实际应用中，常无法确定这些统计特性的先验知识，或统计特性是随时间变化的，因此，在许多情况下，维纳滤波器或卡尔曼滤波器实现不了最优滤波，而自适应滤波不要求已知信号和噪声的统计特性，因而可以提供理想的滤波性能。
当前，自适应滤波技术已广泛应用于自适应噪声对消、语音编码、自适应网络均衡器、雷达动目标显示、机载雷达杂波抑制、自适应天线旁瓣对消等众多领域。
在一些信号和噪声特性无法预知或它们是随时间变化的情况下，自适应滤波器通过自适应滤波算法调整滤波器系数，使得滤波器的特性随信号和噪声的变化而变化，以达到最优滤波的效果。
这里在对自适应滤波算法研究的基础上，给出了不同信噪比情况下，LMS算法的仿真实现及基于DSP的工程实现，并对两种实现方法的结果进行了验证、分析比较。
1 自适应滤波理论所谓自适应滤波，就是利用前一时刻已获得的滤波器参数等结果，自动调节现时刻的滤波器参数，以适应信号和噪声未知或随时间变化的统计特性，从而实现最优滤波。
自适应滤波器由两个部分组成：一是滤波器的结构；二是调节滤波器系数的自适应算法。
自适应滤波器的特点是自动调节自身的冲激响应，达到最优滤波，此算法适用于平稳和非平稳随机信号，并且不要求知道信号和噪声的统计特性。
1．1 自适应滤波器结构自适应滤波器主要有无限冲激响应(IIR)和有限冲激响应(FIR)两种类型。
自适应sg滤波算法
自适应Sg滤波算法是一种在信号处理领域广泛应用的滤波方法，尤其在噪声抑制和信号特征提取方面具有显著的效果。
以下是对自适应Sg滤波算法的简要介绍和实现过程。
一、基本概念Sg滤波算法是一种基于滑动平均的滤波方法，通过不断更新滤波器参数以适应不同的信号特性，从而达到更好的滤波效果。
该算法的核心思想是利用过去和当前信号的平均值来近似信号的平均特性，同时去除噪声干扰。
二、算法实现自适应Sg滤波算法的实现主要涉及以下步骤：1. 初始化：选择滤波器长度和初始参数，例如滑动窗口大小、平均滤波器长度等。
2. 采集数据：从输入信号中采集连续的数据块，并存储在滤波器窗口中。
3. 计算均值：对窗口中的数据点进行平均计算，得到当前窗口的信号均值。
4. 更新参数：根据当前信号均值和噪声特性，调整滤波器参数，例如窗口大小、滑动速度等。
5. 重复以上步骤，直到信号处理完毕。
自适应Sg滤波算法的特点在于其能够根据信号特性和噪声分布动态调整滤波器参数，以达到最佳的滤波效果。
通过不断调整参数，该算法能够适应不同信号类型和噪声环境，具有较高的灵活性和适应性。
三、应用场景自适应Sg滤波算法在许多领域都有应用，如音频处理、图像处理、生物医学工程、工业控制等。
在音频处理中，该算法常用于去除背景噪声，提高语音识别的准确性；在图像处理中，该算法可用于去除视频中的运动模糊噪声，提高图像质量；在生物医学工程中，该算法可用于监测心电信号中的噪声，提高信号质量。
四、总结自适应Sg滤波算法是一种有效的信号滤波方法，通过动态调整滤波器参数以适应不同信号特性和噪声环境，具有较高的灵活性和适应性。
在实际应用中，应根据具体信号类型和噪声分布选择合适的滤波器参数，以达到最佳的滤波效果。
随着信号处理技术的发展，自适应Sg滤波算法将在更多领域得到应用，为信号处理领域带来更多创新和突破。
自适应滤波算法研究与DSP实现
自适应滤波算法研究与DSP 实现安 颖,侯国强(河北理工大学信息学院 河北唐山 063009)摘 要:自适应滤波算法是自适应滤波器实现过程中较为重要的环节,数字信号处理器的出现为数字信号处理算法的实现和大规模数据的实时处理提供了可能。
通过对自适应最小均方算法(L MS )及其各种改进算法的Matlab 仿真,进行分析及归纳比较,得出结论,并在此基础上,提出算法的优化方案,以DSP 为平台,用汇编语言对自适应算法进行了描述,最终以DSP 为平台完成了自适应滤波器的设计。
关键词:自适应算法;自适应滤波器;数字信号处理芯片;Matlab中图分类号:TN911 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2007)1104202R esearch to the Algorithms of Adaptive Filter and Its DSP R ealizationAN Y ing ,HOU Guoqiang(College of Information ,Hebei Polytechnic University ,Tangshan ,063009,China )Abstract :The algorithms of adaptive filter is the very important parts of the adaptive filter ,with the appearance of Digital Signal Processor ,it is possible to realize digital signal processing algorithm and real 2time processing of great plentif ul data.By using Matlab to simulate the least 2mean square algorithm and its modified ones ,we conclude and compare the common algo 2rithms.Upon these ,the thesis advances some optimized modification ,describes the adaptive filter (basic model )by assemble language on the platform of DSP and achieve the design finally.K eywords :adaptive algorithm ;adaptive filter ;digital signal processor ;Matlab收稿日期:200610131 自适应滤波的最小均方误差(LMS)算法最小均方误差(L MS )算法是利用梯度估计值来代替梯度向量的一种快速搜索算法,因其具有计算量小、易于实现的优点在实际中被广泛采用。
自适应滤波算法及其应用研究
自适应滤波算法及其应用研究随着科技的不断发展，我们对信号处理的要求也越来越高。
因此，滤波器的设计和优化就显得至关重要。
自适应滤波算法以其广泛应用于信号处理和控制领域，受到研究者的普遍关注。
本文将介绍自适应滤波算法及其应用研究。
一、自适应滤波算法概述自适应滤波是指滤波器能够自动调节其参数以适应输入信号的变化。
在实际应用中，输入信号通常是非稳态的，而传统的滤波器无法有效处理这些非稳态信号。
相反，自适应滤波器能够根据输入信号的实际情况来自动调整其滤波参数，以达到更好的滤波效果。
自适应滤波器通常具有以下几个基本特征：1. 自动调节参数自适应滤波器可以根据输入信号的特征自动调节其参数。
这些参数通常是滤波器的带宽、增益、延迟等。
2. 可适应采样率自适应滤波器能够根据输入信号的频率来自动调整采样率。
这使得自适应滤波器能够更好地适应不同频率的信号。
3. 更好的滤波效果与传统的固定滤波器相比，自适应滤波器的滤波效果更好，可以有效地过滤掉噪声和干扰信号。
二、常见的自适应滤波算法1. 最小均方差滤波算法最小均方差滤波算法是自适应滤波器中最常见的一种算法。
该算法通过最小化误差平方和来调整滤波器参数。
这个算法不仅可以用于信号处理，还可以用于控制系统中的自适应控制。
2. 递归最小二乘滤波算法递归最小二乘滤波算法是一种基于递归最小二乘算法的自适应滤波算法。
该算法通过计算输入信号的残差来优化滤波器参数。
在实际应用中，递归最小二乘滤波算法通常比最小均方差滤波算法更有效。
3. 梯度自适应滤波算法梯度自适应滤波算法是一种基于梯度算法的自适应滤波算法。
该算法通过计算残差的梯度来调整滤波器参数。
相比其他自适应滤波算法，梯度自适应滤波算法具有更好的收敛性。
三、自适应滤波算法的应用自适应滤波算法在信号处理和控制领域中有着广泛的应用。
下面我们将介绍其中几个应用案例。
1. 降噪在语音处理、音频处理和图像处理领域，自适应滤波算法常常用于降噪。
通过对输入信号进行滤波，可以去除不必要的噪声信号，从而获得更清晰、更可靠的信号。
基于正交分解的自适应实时滤波器的设计与实现
• 114•自适应滤波是近年来发展起来的一种滤波方法，属于自适应信号处理的领域，它能以干扰噪声为处理对象，利用噪声与信号不相关的特点，自适应地调整滤波器的传输特性，尽可能地抑制和衰减干扰噪声，以提高信号检测或信号传递的信噪比。
本文介绍了一种基于正交分解的自适应实时滤波器的设计与实现方法，采用纯模拟电路实现，响应时间极短，能够实现对正弦波噪声干扰的实时滤波。
1.引言自适应滤波是近年来发展起来的一种滤波方法，属于自适应信号处理的领域，它的处理对象是干扰噪声，利用噪声与信号不相关的特点，自适应地调整滤波器的传输特性，尽可能地抑制和衰减干扰噪声，以提高信号检测或信号传递的信噪比（任晓敏，李东新，基于多速率LMS算法的语音自适应滤波器：国外电子测量技术，2018；于新颖，多通道子带自适应噪声抵消技术研究及FPGA 实现：陕西科技大学，2013）。
由于它的滤波性能比普通的滤波器更好，适应能力更强，从而在工程实际中，尤其在信息技术处理技术中得到了广泛的应用（姜达，屠庆平，自适应噪声抵消技术的应用研究与仿真：计算机仿真，2007；Yuan Z,Songtao X.New LMS Adaptive Filtering Algorithm with Variable统实现方法适应性强，易于实现，但是其成本较高，系统性能受数模转换器件的精度影响较大，实时性能相对较差。
本文采用模拟电路，提出了一种基于正交分解的自适应实时滤波器的设计方法。
该方法理论上只要信号频率与噪声频率不是同频或倍频，都能够实现实时的自适应噪声滤除。
2.理论概述2.1 自适应滤波器的原理2.1.1 补偿抵消法补偿抵消的方法是基于自适应滤波器原理的一种扩展应用。
所谓补偿抵消就是在检测有用信号的同时，还专门设计一个传感器检测干扰噪声，之后再从检测信号中减去噪声传感器的输出以抵消信号中的干扰噪声。
对于信号源s用传感器1来检测其输入信号，但却叠加了干扰噪声n(t),其输出信号为（高晋占，微弱信号检测：清华大学出版社，2011）：图1 补偿法噪声抵消用传感器2来检测噪声信号,其输出信号为x(t)。
(完整)自适应滤波算法原理及其应用
自适应滤波算法原理与应用经典的滤波算法包括,维纳滤波，卡尔曼滤波，自适应滤波。
维纳滤波与卡尔曼滤波能够满足一些工程问题的需求，得到较好的滤波效果。
但是他们也存在局限性，对于维纳滤波来说,需要得到足够多的数据样本时，才能获得较为准确的自相关函数估计值，一旦系统设计完毕，滤波器的长度就不能再改变,这难以满足信号处理的实时性要求；对于卡尔曼滤波，需要提前对信号的噪声功率进行估计，参数估计的准确性直接影响到滤波的效果。
在实际的信号处理中,如果系统参数能够随着输入信号的变化进行自动调整，不需要提前估计信号与噪声的参数,实现对信号的自适应滤波，这样的系统就是自适应滤波系统.1。
基本自适应滤波算法自适应滤波算法的基本思想是根据输入信号的特性自适应调整滤波器的系数，实现最优滤波。
图1 自适应滤波结构框图若自适应滤波的阶数为M ，滤波器系数为W ，输入信号序列为X ，则输出为： 10()()()M m y n w m x n m -==-∑（ 1）()()()e n d n y n =-( 2）其中()d n 为期望信号，()e n 为误差信号。
11()()()M Mj i ij m i y n w m x n m y w x -===-→=∑∑（ 3） 令T T 01112[,,,],[,,,]M j j j Nj W w w w X x x x -==（ 4）则滤波器的输出可以写成矩阵形式： T Tj jj y X W W X == ( 5）T Tj j j j j jj e d y d X W d W X =-=-=- （ 6）定义代价函数：222()[][()][()]j j j T j j J j E e E d y E d W X ==-=- （ 7）当使上式中的代价函数取到最小值时,认为实现最优滤波，这样的自适应滤波成为最小均方自适应滤波（LMS)。
对于最小均方自适应滤波，需要确定使得均方误差最小的滤波器系数，一般使用梯度下降法求解这类问题。
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第二节 数字信号处理的
实现
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数字信号处理实现方法
•1.采用大、中小型计算机和微机。
•2.用单片机。 •3.利用通用DSP芯片 •4.利用特殊用途的DSP芯片
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采用大、中小型计算机和微机
•工作站和微机上各厂家的数字信号软件，如有 各种图象压缩和解压软件。
•频率20Hz~20KHz称为声波，Low frequency (处于LF) •频率>20KHz称为超声波，具有方向性，可以成束(处于
LF)
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信号分类
•连续信号和离散信号 •模拟信号和数字信号 •确定性信号和随机信号
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连续信号和离散信号
•连续信号：指随时间信号而连续变化的信号。 •离散信号：只有在离散的时间点有确定的值。
器)
编辑ppt6信号的最基的参数•频率和幅度 •3-30kHz:Very low frequency VLF (潜水艇导航) •30-300kHz:Low frequency LF (潜水艇通信) •300~3000kHz:Medium frequency (调幅广播) •3-30MHz:High frequency (HF) (无线电爱好者，
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前置滤波器
•将输入信号xa(t)中高于某一频率(称折叠频率，
等于抽样频率的一半)的分量加以滤除。
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A/D变换器
•由模拟信号产生一个二进制流。 •在A/D变换器中每隔T秒(抽样周期)取出一次
xa(t)的幅度，抽样后的信号称为离散信号。 A/D转换分两步进行：第一步，采样。第二步
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数字信号处理基本应用
•数字信号处理对于很多的应用都是必需的：
语音合成 回声处理 数字信号及图像滤波 文字识别 声音压缩 音乐合成 水印加密 数字测绘
图像边缘检测 噪音控制 地震波分析 图像压缩 语音识别 数字音频
图像文字识别 建筑音响
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数字信号处理系统的基本组成
以下所讨论的是模拟信号的数字信号处理系统.
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DSP 的定义
凡是利用数字计算机或专用数字硬件、对数字信号所 进行的一切变换或按预定规则所进行的一切加工处理 运算。
•例如：滤波、检测、参数提取、频谱分析等。
•对于DSP:狭义理解可为Digital Signal Processor 数字 信号处理器。广义理解可为Digital Signal Processing 译为数字信号处理技术。在此我们讨论的DSP的概念 是指广义的理解。
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信号
信号是一种物理体现。在信号处理领域中，信号被定 义为一个随机变化的物理量。
•例如：为了便于处理，通常都使用传感器把这些真实 世界的物理信号------>电信号，经处理的电信号--->传 感器--->真实世界的物理信号。
如现实生活中最常见的传感器是话筒、扬声器 话筒(将声压变化)--->电压信号-->空气压力信号(扬声
•用这一方法优点：可适用于各种数字信号处理 的应用场合，很灵活。
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确定性信号和随机信号
随机信号：不能用有限的参量加以描述。也无 法对它的未来值确定地参预测。它只能通过统计
学的方法来描述(概率密度函数来描述)。 例：许多自然现象所发生的信号、语音信号、图
象信号、噪声都是随机信号。它们具有幅度 (能量)随机性、或具有发生时间上的随机性或 二都兼有
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数字信号处理领域的理论基础
•数字信号处理的基本工具：微积分，概率统计，
随机过程，高等代数，数值分析，近代代数， 复杂函数。
•数字信号处理的理论基础：离散线性变换(LSI) 系统理论，离散付里叶变换(DFT)。
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“数字信号处理”又成为一些学科的理 论基础
•在学科发展上，数字信号处理又和最优控 制，通信理论，故障诊断等紧紧相连， 成为人工智能，模式识别，神经网络， 数字通信等新兴学科的理论基础。
它通常都是通过对连续信号采样而得到的。
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模拟信号和数字信号
•模拟信号：指幅度连续的信号，通常指时 间和幅度上都是连续的信号。
•数字信号：时间和幅度上都是离散的信号。
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确定性信号和随机信号
确定性信号：它的每一个值可以用有限个参量来 唯一地加以描述。
例：直流信号：仅用一个参量可以描述。 阶跃信号：可用幅度和时间两个参量描述。 正弦波信号：可用幅度、频率和相位三个参量 来描述。
量化和数字化。
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数字信号处理器(DSP)
•按照预定要求，在处理器中将信号序列x(n)进 行加工处理得到输出信号y(n).
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D/A变换器
•由一个进制流产生一个阶梯波形，是形成模拟 信号的第一步。
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后置滤波器
•把阶梯波形平滑成预期的模拟信号。 •以滤除掉不需要的高频分量，生成所需的模拟
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信号处理
•滤波 •变换 •压缩 •估计 •识别
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数字信号处理的学科概貌
1.数字信号处理开端 •在国际上一般把1965年由Cooley-Turkey提出快
速付里叶变换(FFT)的问世，作为数字信号处 理这一学科的开端。 •而它的历史可以追溯到17世纪--18世纪，也即 牛顿和高斯的时代。
自适应滤波算法与实现
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1
第一节 什么是数字信号
处理
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2
数字信号处理基础
1.什么是数字信号处理 2.数字信号处理的实现 3.数据信号处理的特点 4.数字信号处理的应用领域 5. DSP技术的发展趋势
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3
DSP 的定义
DSP 为 Digital Signal Processing （数字信号处理）和 Digital Signal Processor （数字信号处理器） 的缩写。
国际广播，军事通信无绳电话，电报，传真)
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信号的最基本的参数
•30-300MHz:Very High frequency (VHF)(调频FM，VHF 电视)
•0.3~3GHz:Ultra high frequency (UHF)(UHF电视，蜂窝 电话，雷达，微波，个人通信)
•频率低20Hz范围，称为次声波，它不能被听到，当强度 足够大，能被感觉到。(处于VLF Very low frequency)