數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用研究

周鵬+彭崇武

摘 要：作為數(shù)字化時(shí)代的核心技術(shù)之一，數(shù)字信息處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)等領(lǐng)域。本文從數(shù)字信息處理技術(shù)的工作原理出發(fā)，闡述了其在通信領(lǐng)域，如通信工程、媒體通信及光接入網(wǎng)絡(luò)等方面的應(yīng)用，并依據(jù)其特點(diǎn)對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信息處理技術(shù)；通信；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)

計(jì)算機(jī)數(shù)字時(shí)代的來臨，使得工作原理研究較為成熟，綜合性能不斷優(yōu)化的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP）成為時(shí)代發(fā)展的一大推進(jìn)器[1]。本文以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)原理為出發(fā)點(diǎn)，簡(jiǎn)述其在通信領(lǐng)域部分方面上的應(yīng)用，以期提供一定參考價(jià)值及借鑒意義。

一、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)概述

通俗來說，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)是將模擬信息如聲音、圖片、視頻等轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息的技術(shù)，從本質(zhì)上來看，是用于提取和變換信息的過程，即于各種干擾和噪聲環(huán)境中提取信息，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為能被機(jī)器或人識(shí)別的模式。在數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)出現(xiàn)之前，信號(hào)處理主要采用模擬的方法，由于其種種不足，使其不能再滿足人們對(duì)信息的需求，因此數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)今經(jīng)過了四個(gè)階段，從70年代理論基礎(chǔ)的提出到80年代成果的運(yùn)用到90年代的全面盛行再到新時(shí)代的革新，發(fā)展成為現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。其處理流程可分為三個(gè)步驟：首先，采樣，即波形的離散過程，實(shí)際是搬移帶淺信號(hào)頻譜的過程，以實(shí)現(xiàn)把時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散狀態(tài)；其次，量化，對(duì)有限數(shù)量樣值進(jìn)行合理量化，使其能夠表示原模擬信號(hào)的無限各幅度采樣值，從而將連續(xù)有規(guī)則的信號(hào)轉(zhuǎn)換成無規(guī)律的信號(hào)；最后，A律壓縮量化，以信號(hào)大小為指標(biāo)確定量化間隔距離，以實(shí)現(xiàn)非均勻量化。

二、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已在信號(hào)采集、處理和輸出等通信工程的多環(huán)節(jié)中應(yīng)用[2]。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在信息采集中通過A/D轉(zhuǎn)換，將離散信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)碼；在信號(hào)處理中，將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字輸出信號(hào)；在輸出輸出信號(hào)之前，進(jìn)行離散化處理，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)模型定位構(gòu)建，具體可表現(xiàn)在語音編解碼、圖像處理、震動(dòng)信號(hào)等方面。在語音編解碼中應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，通過采集處理語音的相關(guān)參數(shù)，匹配編解碼與語音，對(duì)語言共振峰不同的頻率進(jìn)行識(shí)別，從而發(fā)現(xiàn)并處理噪音，進(jìn)一步模擬分析語言參數(shù)變化而引起定位發(fā)音的改變，自動(dòng)識(shí)別人類語言，從而提升語音編解碼的精確性并降低各領(lǐng)域難度。在圖像處理中應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)便于對(duì)圖像進(jìn)行流程進(jìn)行有效的處理，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本。在震動(dòng)信號(hào)中應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可利用數(shù)字濾波器結(jié)合軟件和硬件設(shè)備，滿足通信工程的實(shí)際需求。

（二）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在媒體通信中的應(yīng)用

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)采用哈佛結(jié)構(gòu)，其程序數(shù)據(jù)分別占用獨(dú)立的地址和數(shù)據(jù)總線，同時(shí)其在流水線操作、并行處理、指令周期等方面上的特點(diǎn)都使得計(jì)算運(yùn)行速度大大提高[3]。在媒體通信中應(yīng)用高性能及高運(yùn)行速度的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)可以降低傳輸和存儲(chǔ)空間的要求；同時(shí)彌補(bǔ)在網(wǎng)絡(luò)電話中通過模擬視頻和聲音信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)傳輸IP數(shù)據(jù)包的不足。另外，在IP電話中應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可壓縮對(duì)存儲(chǔ)空間和帶寬的需求，提高語音質(zhì)量。

（三）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在光接入網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

光接入網(wǎng)絡(luò)泛指用戶與遠(yuǎn)程模塊或本地交換機(jī)之間的一種拉入網(wǎng)，它的傳輸媒介是光纖，有受環(huán)境距離和干擾限制小、傳輸速率快等特點(diǎn)。由于其屬于通信網(wǎng)的底層部分，直接面向用戶，是提高網(wǎng)絡(luò)通信性能的重要技術(shù)。將高穩(wěn)定性、高精度、能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)字式集成化的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)融入光接入網(wǎng)絡(luò)中，能夠?qū)崿F(xiàn)高頻譜頻率傳輸技術(shù)，降低對(duì)頻譜帶寬的要求和增加調(diào)制階數(shù)，同時(shí)也能有效延長(zhǎng)傳輸距離。其具體應(yīng)用表現(xiàn)在三個(gè)方面：實(shí)現(xiàn)光超奈奎斯特信道中的后處理算法、應(yīng)用于相干光通信系統(tǒng)避免信號(hào)失真及損失并進(jìn)行補(bǔ)償、高級(jí)數(shù)字均衡技術(shù)進(jìn)一步確保良好的性能及直接探測(cè)的短距離傳輸可降低復(fù)雜度，一定程度上加大傳輸容量。

三、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)歷經(jīng)基礎(chǔ)理論、產(chǎn)品應(yīng)用與廣泛盛行、再到技術(shù)革新發(fā)展。時(shí)代需求的提高和改變，促使對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)一步探索和研究，分析其自身特點(diǎn)及應(yīng)用方面的不可或缺性，其未來發(fā)展趨勢(shì)必將多元化。

（一）多核數(shù)字信號(hào)處理芯片

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)今后發(fā)展的一個(gè)主流方向是在高速度、高密度處理方面的多核嵌入式應(yīng)用。通過提高數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)芯核的集成度，可以在一個(gè)芯片上將處理單元及電路單元等多元素集成，不僅能進(jìn)一步降低功耗，便于編程和調(diào)試，在外觀上也可以減小了體積，滿足了日常攜帶及使用需求。

（二）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)融合化

通過融合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與微處理器及高檔CPU，可實(shí)現(xiàn)多功能的信號(hào)處理器，增強(qiáng)智能化控制，同時(shí)將兩套系統(tǒng)合二為一，降低了整體的成本費(fèi)用。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的新技術(shù)之一包括數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與SOC的融合，在成本最低而利益最大化的前提下實(shí)現(xiàn)應(yīng)用電子系統(tǒng)的高度集成化。

（三）高級(jí)語言代碼的加入

應(yīng)用最為廣泛的C語言和匯編語言的混合編程方法的加入可使數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)具有更大的實(shí)用性與靈活性，根據(jù)不同用戶不同環(huán)境下不同的需求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可開發(fā)不同型號(hào)的系列產(chǎn)品，進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)，發(fā)展更多的潛在領(lǐng)域。

四、結(jié)語

作為一門涉及諸多學(xué)科而又被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)因其越來越優(yōu)化的工作流程而具有高性能、高速率、高集成度等優(yōu)點(diǎn)，在通信領(lǐng)域的通信工程、媒體通信、光接入網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著數(shù)字化時(shí)代的不斷推進(jìn)及人們對(duì)信息需求要求的日益提高，這對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展也提出了新的挑戰(zhàn)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)必將向著更為完善的多元化方向發(fā)展，在未來的信息化領(lǐng)域中也將發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬天翔.關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].電子世界，2013，（11）：20.

[2]李淼.DSP技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)[J].通訊世界，2017，（01）：280-281.

[3]韓超.試論DSP的發(fā)展及其在通信工程中的應(yīng)用[J].中國新通信，2017，19（09）：122.

作者簡(jiǎn)介：

周鵬（1997—），男，漢族，湖南益陽人，本科在讀。