数字信号处理技术在通信领域的应用研究

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  • 更新时间2018-06-23
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  摘要:作为数字化时代的核心技术之一,数字信息处理技术广泛应用于通信、工业等领域。本文从数字信息处理技术的工作原理出发,阐述了其在通信领域,如通信工程、媒体通信及光接入网络等方面的应用,并依据其特点对其发展趋势进行简单的分析。


  关键词:数字信息处理技术;通信;应用;发展趋势


  计算机数字时代的来临,使得工作原理研究较为成熟,综合性能不断优化的数字信号处理技术(DigitalSignalProcessing,简称DSP)成为时代发展的一大推进器[1]。本文以数字信号处理技术原理为出发点,简述其在通信领域部分方面上的应用,以期提供一定参考价值及借鉴意义。


  一、数字信号处理技术概述


  通俗来说,数字信号处理技术是将模拟信息如声音、图片、视频等转化为数字信息的技术,从本质上来看,是用于提取和变换信息的过程,即于各种干扰和噪声环境中提取信息,并进行转换,使其成为能被机器或人识别的模式。在数字信号处理技术出现之前,信号处理主要采用模拟的方法,由于其种种不足,使其不能再满足人们对信息的需求,因此数字信号处理技术应运而生。数字信号处理技术从产生到现今经过了四个阶段,从70年代理论基础的提出到80年代成果的运用到90年代的全面盛行再到新时代的革新,发展成为现代数字信号处理技术。其处理流程可分为三个步骤:首先,采樣,即波形的离散过程,实际是搬移带浅信号频谱的过程,以实现把时间信号转变为离散状态;其次,量化,对有限数量样值进行合理量化,使其能够表示原模拟信号的无限各幅度采样值,从而将连续有规则的信号转换成无规律的信号;最后,A律压缩量化,以信号大小为指标确定量化间隔距离,以实现非均匀量化。


  二、数字信号处理技术在通信领域的应用


  (一)数字信号处理技术在通信工程中的应用


  现阶段,数字信号处理技术已在信号采集、处理和输出等通信工程的多环节中应用[2]。数字信号处理技术在信息采集中通过A/D转换,将离散信号转变为二进制数码;在信号处理中,将信号转变为数字输出信号;在输出输出信号之前,进行离散化处理,实现输出信号模型定位构建,具体可表现在语音编解码、图像处理、震动信号等方面。在语音编解码中应用数字信号处理技术,通过采集处理语音的相关参数,匹配编解码与语音,对语言共振峰不同的频率进行识别,从而发现并处理噪音,进一步模拟分析语言参数变化而引起定位发音的改变,自动识别人类语言,从而提升语音编解码的精确性并降低各领域难度。在图像处理中应用数字信号处理技术便于对图像进行流程进行有效的处理,降低系统设计成本。在震动信号中应用数字信号处理技术,可利用数字滤波器结合软件和硬件设备,满足通信工程的实际需求。


  (二)数字信号处理技术在媒体通信中的应用


  数字信号处理技术采用哈佛结构,其程序数据分别占用独立的地址和数据总线,同时其在流水线操作、并行处理、指令周期等方面上的特点都使得计算运行速度大大提高[3]。在媒体通信中应用高性能及高运行速度的数字信号处理技术可以降低传输和存储空间的要求;同时弥补在网络电话中通过模拟视频和声音信号才能实现传输IP数据包的不足。另外,在IP电话中应用数字信号处理技术,可压缩对存储空间和带宽的需求,提高语音质量。


  (三)数字信号处理技术在光接入网络中的应用


  光接入网络泛指用户与远程模块或本地交换机之间的一种拉入网,它的传输媒介是光纤,有受环境距离和干扰限制小、传输速率快等特点。由于其属于通信网的底层部分,直接面向用户,是提高网络通信性能的重要技术。将高稳定性、高精度、能实现大规模数字式集成化的数字信号处理技术融入光接入网络中,能够实现高频谱频率传输技术,降低对频谱带宽的要求和增加调制阶数,同时也能有效延长传输距离。其具体应用表现在三个方面:实现光超奈奎斯特信道中的后处理算法、应用于相干光通信系统避免信号失真及损失并进行补偿、高级数字均衡技术进一步确保良好的性能及直接探测的短距离传输可降低复杂度,一定程度上加大传输容量。


  三、数字信号处理技术的发展趋势


  数字信号处理技术历经基础理论、产品应用与广泛盛行、再到技术革新发展。时代需求的提高和改变,促使对数字信号处理技术的进一步探索和研究,分析其自身特点及应用方面的不可或缺性,其未来发展趋势必将多元化。


  (一)多核数字信号处理芯片


  数字信号处理技术今后发展的一个主流方向是在高速度、高密度处理方面的多核嵌入式应用。通过提高数字信号处理技术芯核的集成度,可以在一个芯片上将处理单元及电路单元等多元素集成,不仅能进一步降低功耗,便于编程和调试,在外观上也可以减小了体积,满足了日常携带及使用需求。


  (二)数字信号处理技术融合化


  通过融合数字信号处理技术与微处理器及高档CPU,可实现多功能的信号处理器,增强智能化控制,同时将两套系统合二为一,降低了整体的成本费用。数字信号处理技术发展的新技术之一包括数字信号处理技术与SOC的融合,在成本最低而利益最大化的前提下实现应用电子系统的高度集成化。


  (三)高级语言代码的加入


  应用最为广泛的C语言和汇编语言的混合编程方法的加入可使数字信号处理技术具有更大的实用性与灵活性,根据不同用户不同环境下不同的需求进行适当调整,可开发不同型号的系列产品,进一步扩大市场,发展更多的潜在领域。


  四、结语


  作为一门涉及诸多学科而又被广泛应用于各个领域的先进技术,数字信号处理技术因其越来越优化的工作流程而具有高性能、高速率、高集成度等优点,在通信领域的通信工程、媒体通信、光接入网络等多个方面具有广阔的应用前景。随着数字化时代的不断推进及人们对信息需求要求的日益提高,这对数字信号处理技术的发展也提出了新的挑战,数字信号处理技术必将向着更为完善的多元化方向发展,在未来的信息化领域中也将发挥越来越重要的作用。


  参考文献: 

  [1]马天翔.关于数字信号处理技术的应用与发展[J].电子世界,2013,(11):20. 

  [2]李淼.DSP技术的特点及发展趋势[J].通讯世界,2017,(01):280-281. 

  [3]韩超.试论DSP的发展及其在通信工程中的应用[J].中国新通信,2017,19(09):122. 

  作者简介:周鹏(1997—),男,汉族,湖南益阳人,本科在读。