DSP技术在通信中有哪些应用方法？

在这篇文章中，小编将为大家带来DSP技术的相关报道。如果你对本文即将要讲解的内容存在一定兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、DSP技术及其实现方法

数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。

数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。

数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。

DSP的实现方法一般有以下几种：

(1) 在通用的计算机(如PC机)上用软件(如Fortran、C语言)实现;

(2) 在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现;

(3) 用通用的单片机(如MCS-51、96系列等)实现，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等;

(4) 用通用的可编程DSP实现。与单片机相比，DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于 复杂的数字信号处理算法;

(5) 用专用的DSP芯片实现。在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用DSP芯片很难实现，例如专用于FFT、数字滤波、卷积、相关等算法的DSP芯片，这种芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现，无需进行编程。

在上述几种方法中，第1种方法的缺点是速度较慢，一般可用于DSP算法的模拟;第2种和第5种方法专用性强，应用受到很大的限制，第2种方法也不便于系统的独立运行;第3种方法只适用于实现简单的DSP算法;只有第4种方法才使数字信号处理的应用打开了新的局面。

二、DSP技术应用

目前DSP应用主要包括如下方面：

军事。如保密通信、雷达处理、声纳处理、图像处理、射频调制解调、导航、导弹制导等。

图形与图像。如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画与数字地图、机器人视觉、模式识别、工作站等。

仪器仪表。如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理、数字滤波、模式匹配、暂态分析等。

自动控制。如引擎控制、声控、机器人控制、磁盘控制器、激光打印机控制、电动机控制等。

医疗。如助听器、超声设备、诊断工具、病人监护、胎儿监控、修复手术等。

家用电器。如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与游戏、数字电话与电视、电动工具、固态应答机等。

汽车。如自适应驾驶控制、防滑制动器、发动机控制、导航及全球定位、振动分析、防撞雷达等。

信号处理。如数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、希尔伯特变换、小波变换、相关运算、谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形产生等。

通信。如调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、可视电话、个人通信系统、移动通信、个人数字助手(PDA)、X.25分组交换开关等。

语音。如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、说话人确认、语音邮件、语音存储、扬声器检验、文本转语音等。

相干传输的诞生改变了光传输网络的发展，其引入的电子数字信号处理器(DSP)成为增加城域和长途WDM网络容量的关键推动因素。在过去，尽管波长容量的提升依赖于光源、调制器和探测器的速度演进，但DSP和它们实现的相关复杂调制编码，已经成为增加网络容量的主要驱动因素。随着光传输速度达到每波400Gbit/s以上，日益重要的相干DSP为光学供应商和行业格局开辟了重大变革的可能性。

什么是DSP?DSP原理与组成DSP即数字信号处理技术，DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片，是一种快速强大的微处理器，独特之处在于它能即时处理资料。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。

DSP模块原理

DSP模块处理来自相干接收机输出得到的两路偏振电信号，经过如下图功能模块处理，完成原始信号的恢复。DSP的主要任务在于对模拟信号进行采样，量化，把模拟信号转换成数字信号，去除光纤链路中的色度色散，偏振模色散，完成载波频偏估计，载波相位恢复等功能。

DSP模块功能框图

DSP模块组成

时钟同步及ADC模块一般使用插值滤波器来恢复数字时钟，由于符号时钟(T)与ADC的采样时钟(Ts)是相互独立的，因此为了使得发射符号时钟(T)与调整后的接收机采样时钟(Ti)同步，因此必须调制接收机的符号取样时刻。

使用插值滤波器作为主要的算法是一种较为成熟的恢复数字时钟技术、为了使数字接收机输出正确的采用型号(与符号时钟同步)，即调整接收机的采样时刻，通常采用开环结构符号时钟同步算法。

均衡及偏振解复用模块为了处理偏振信号之间的干扰和信道的非理想性，必须运用偏振解复用和均衡技术进行信号的处理。首先，偏振解复用的功能是使用特定结构的滤波器实现的，这是为了抵消偏振信号之间的干扰，这种干扰是由传输过程中各个偏振信号产生的一定程度的偏转造成的。另外，自适应的均衡技术是为了处理在光纤链路传输过程中出现的由于非理想性的信道特性造成的损伤，这种线性损伤主要是由一阶偏振模色散和光纤造成的。

频偏估计与相位恢复模块为了正确的解调接收信号，需要完成载波的频偏估计。主要原因在于：由于没有对本振信号进行反馈控制，接收信号在光相干接收机中将会出现一个与本地振荡源的频率偏远，因此频偏估计的方法必须在接收机中实现。

为什么相干光通信要采用DSP技术，有何优势?相干检测与DSP技术相结合，可以在电域进行载波相位同步和偏振跟踪，清除了传统相干接收的两大障碍;基于DSP的相干接收机结构简单，具有硬件透明性，可在电域补偿各种传输损伤，简化传输链路，降低传输成本;支持多进制调制格式和偏振复用，实现高频谱效率的传输。

采用DSP技术有何劣势，如何解决?由于DSP引入了DAC/ADC与算法，其功耗一定高于传统基于模拟技术的CDR芯片。无论对于模块本身或是未来交换机的面板热设计都是巨大挑战。因此，其功耗管理及低功耗设计技术也成为当前研究的热点。在实际运行中，系统在相当一部分的运行时间内处于空转或低负荷状态，这些时间段内系统所额外消耗的能量可以通过低功耗设计措施加以避免。

低功耗设计的主要切入点即根据系统运行的实际负载，在保证按要求完成处理任务的前提下，通过合理调低系统的相关性能以实现系统的低功耗运行。为了达到这一目标，需要在系统中实现可靠的低性能运行机制，对系统的各个部件进行有效监控并采用合理的策略对系统功耗加以管理。

相干光通信一直以来是光通信技术制高点。易飞扬秉承光互连设计革新者的理念，于2018年初正式投资进入相干光模块开发，开放性地与上游供应链进行战略合作，在低功耗设计、信号调制模型上进行优化创新，取得了重大成果。

为顺利启动商用，易飞扬邀请国内外相关厂商，在OTN传输设备上进行了联合测试，在兼容性、业务开通和传输性能等方面均取得优异的效果。测试实验也充分验证了当前采纳的硅基相位调制器芯片和DSP芯片的卓越性能。联合测试结束后，易飞扬已经取得海外客户相干光模块的正式订单。