| 标题 | 数字信号处理器在通信系统中的应用探析 |
| 范文 | 曹璐 摘 要：数字信号处理器（DSP）是为处理运算数字信号而研究开发的一种芯片，因其功能强大、灵活性强、开放性高、可靠稳定，广泛应用于通信系统领域，在以太网通信、音视频压缩编码、软件无线电、扩频通信系统等方面得到了广泛的应用，集成自动化控制等技术，还能够实现控制与通信双重功能，是一种应用前景极为广阔的技术。 关键词：数字信号处理器；通信系统；应用 数字信号处理器（DSP）是为处理运算数字信号而研究开发的一种芯片，内部结构特殊，指令系统强大，运算速度快、数据流量大，对于通信系统质量的提高有着重要作用，能够处理运算复杂的信号，并将信号转换为简单信号。DSP灵活性强，更新简单，一般只需要升级软件即可，硬件也能与不同软件搭配，从而发挥不同功能，因此DSP被广泛应用于各个领域，在通信系统中与各种技术相结合，使通信方式多样、灵活、稳定、可靠。 1 DSP在通信系统中的应用 1、网络通信系统 DSP嵌入TCP/IP协议栈后，就能够使网络控制芯片和接口连接，进而完成网络数据通信。以DSP为基础设计的网络通信系统，主要是由网络控制器连接DSP与网络，从而使数据通信传输更为高速。这一通信系统硬件主要由DSP芯片以及网络控制器构成。DSP会对以太网的控制芯片中的所有寄存器发挥编程控制功能，并分组传输并接收数据。在协议栈的使用上，由于嵌入式系统存在一定的局限性、资源的有限性、功能的单一性、较高的针对性等，因此并不需要8位及16位系统也能够完成数据通信，因此，可以采用低于6位或者16位的协议栈，如uIP，能够实现操作简单性、资源占用率低等优点。通过协议栈传输和接收数据，以DSP为基础的嵌入式系统就能够从局域网接入高速网中，就能够在多套网络设备中进行通信。随着DSP芯片技术的不断提高，信号处理能力也在不断提高，远程视频网络通信技术也能够在DSP系统的基础上得以实现。硬件上集合PC机、网络控制器芯片及接口，软件上以DSP/BIOS嵌入式操作系统、网络开发包、TCP/IP协议栈为主体，结合相应的视频压缩编码算法，数据信号会在数据层、传输层和应用层上进行传输。DSP作为视频服务器，完成视频采集、压缩处理，PC机则通过视频解码播放工具，完成实时监控、远程监控通信。 2、语音压缩编码 语音数據压缩能够通过较低的传输速率获得较高质量语音效果，语音信号在尽可能不降低信号质量的前提下，能够实现窄宽带的信息传输。使用参数编码方式时，根据语音发生机理，提取语音信号各种特征参数后再编码，能够有效降低编码速率，效果以合成语音形式呈现，但质量较差。波形编码则适应力更强、语音质量更好，缺点在于编码效率较低。随着语音编码技术的不断突破，各种低码率编码标准出现，结合参数编码及波形编码两种方式，合成混合编码，就能够实现高语音质量和低编码率的双重优势，以线性预测及码激励强行性预测两种编码为主要代表。语音处理使用的编码算法越复杂，压缩倍率也就越高，DSP能够快速、经济地完成高质量压缩，处理后的合成语音能够用于网络会议以及监控系统等各种重要场合。DSP广泛应用语音压缩编码算法，提高了语音编码技术的简单性与可靠性。 3、软件无线电 软件无线电作为一种新型无线通信技术，是通过一个标准化、通用化及模式化硬件平台，结合软件编程完成无线电的相关功能，能够使无线电技术摆脱硬件为依托、用途为导向的电台设计工作，是一种功能软件化技术，在设计过程中不需要使用太多硬件电路，能够有效节约模拟环节。寻找最接近射频天线的位置进行数字化处理，采取A/D和D/A两种模式通用、开放性强的硬件平台，依托平台运作软件技术，就能够集成各种电台功能模式，软件升级的过程就是通信系统升级过程。DSP在这一系统中，通过高低速双DSP实现信号的低速或高速处理。软件无线电在工作时，信号在射频或者中频段就会作数字化处理，运用软件实现宽带数字滤波、数字视频直接合成、数字下变频、调制解调、编码、指令控制、信道编码以及加密解密等功能。接收过程中，会对天线信号进行无线电视频处理及转换，A/D宽带对这些信号进行数字化处理，再由DSP对各种信号进行处理，得到需要的数据后，就能够通过天线将数据传输到终端设备中。DSP硬件平台以及算法是软件无线电技术的关键，直接决定了软件无线电的灵活度、开放度以及兼容度。DSP对电台数据进行调制解调以及编码解码等，电台内部包含大量数据，需要做滤波以及变频等各种运算，因此对于DSP的技术要求较高，需要处理器具备高速、实时以及并行等特点的模式，或者使用专用的集成电路完成运算。不断提高硬件运行速度的同时还要扩大芯片容量，针对处理器对算法进行优化与改进，硬件、软件结合才能使数字信号处理不断提高，确保电台内各软件能够高速运行，功能切换更为灵活。软件构成一般由DSP可编程处理器以及现场可编程门阵列处理数字信号。软件无线电技术有极大的优势，在第三代移动通信技术中得到了广泛应用。随着4G技术的到来，软件无线技术已经成为4G技术发展的桥梁。软件无线电适用性广，对于技术开发风险的降低有着极好的作用，其开放性也更能兼容多个运营商。DSP对于RF技术的不足有着极好的弥补作用，从而提高技术灵活性。由于软件无线电系统的通用性、兼容性、模块化、在线高速等优势，也逐步运用于军事领域，对于多军种通信的畅通性有着极大的优势。 4、扩频通信系统 扩频通信系统即将需要传输的信息频谱，使用特写的函数进行扩展后，使信号频谱转变为宽频带，再传到信道中，并向接收端传输，接收端会采取措施压缩信号，完成信息传输的通信系统。这一技术的扩展之处在于信息相同时，使用的射频带宽要高于普通调制所需带宽。扩频信号的决定性因素并非带宽，而是扩频函数。这一系统通过DSP芯片就能够完成，这一系统有两种形式：直扩系统与跳频系统，两种形式都是以DSP芯片为基础构成，视频发射后，DSP芯片就能够实现伪随机码发生器、信息编码以及PSK调制的功能，发射系统和接收系统使用同样的仿随机码发生器，而PSK调制与信道编码则是相对应的。跳频系统以集成了伪随机码发生器、信道编码与PSK调制功能的DSP芯片为基础，伪随机码发生器能够通过频率合成器发出跳变频率，信道编码能够使用多种编码，如RS码、Turbo码以及卷积码等，以卷积码利用率最高，交织使用其他编码，能够降低编码出错率。接收系统与发射系统在构成上相似度很高，添加同步电路，就能够和发射系统伪随机码实现同步性，进而通过频率合成器生成和发射系统同步又一致的载波，经过DSP芯片集成的功能通过PSK调制为信道译码后完成数据的输出。 2 结语 DSP具有各种显著的优点，对于现代通信系统的发展起到了重要作用。当前，DSP技术、微控制器、通信系统相结合，已经成为DSP应用的一个重要发展方向，如集成了控制和通信功能的电成像测井仪、船舶机舱自动化系统等的出现，对DSP应用的深入发展指明了方向。此外，双DSP、多DSP的应用技术也在不断出现。以DSP为内核，结合各种逻辑及存储器，就能够设计出多样的DSP方案，实现各种功能。 参考文献 [1]刘爱辉， 马英红. 数字信号处理器在通信系统中的应用[J]. 电力系统通信， 2005， 26（6）：42-45. [2]常远， 王炳和. DSP在通信系统中的应用与发展[J]. 信息通信， 2006， 19（2）：46-48. [3]李建霓. 浅谈DSP在通信系统中的应用[J]. 科技资讯， 2007（18）：90. [4]李柳婵. DSP在扩频通信系统中的应用[J]. 企业科技与发展， 2011（16）：36-37. [5]岳世为， 尹为民. uIP协议栈在基于DSP以太网通信系统中的应用[J]. 计算机与数字工程， 2010， 38（1）：186-189. 技术文 |
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