5G通信中數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用分析

一、引言

數(shù)字化時(shí)代，5G通信已成為人們?nèi)粘Ｉ睢⑸a(chǎn)與工作的重要組成部分。為了保障5G通信質(zhì)量，通過應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)，將視頻影音等各種不同的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，可提高傳輸效率，并保障傳輸質(zhì)量。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的日趨成熟，該技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)各類信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理，還能有效提升系統(tǒng)自身的性能表現(xiàn)。因此探究數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在5G通信領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)于通信事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

二、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)概述

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)轉(zhuǎn)換信號(hào)時(shí)通常選擇DSP處理器，并配合濾波系統(tǒng)錄入正確信息。其依托于較強(qiáng)綜合性的系統(tǒng)，并且具有特殊的集控核心，能夠以數(shù)字型號(hào)形式輸出各類電信號(hào)，從而促使信號(hào)接收裝置完成對(duì)信號(hào)的精準(zhǔn)識(shí)別。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，信號(hào)處理需求也逐年增加，這對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)提出了更高的要求。

在數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)中，為確保數(shù)據(jù)處理流程的效能與針對(duì)性，信號(hào)處理組件需集成先進(jìn)的信號(hào)識(shí)別與標(biāo)定功能模塊。該模塊通過對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)／頻域特征進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與特征提取，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的精確辨識(shí)。識(shí)別結(jié)果將作為關(guān)鍵元數(shù)據(jù)（Metadata）動(dòng)態(tài)標(biāo)定于信號(hào)流，為后續(xù)處理階段提供決策依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)基于信號(hào)固有屬性的自適應(yīng)、差異化傳輸策略。此過程亦可視為對(duì)信號(hào)模擬保真度或數(shù)字表征精度的動(dòng)態(tài)閉環(huán)優(yōu)化。

在通信系統(tǒng)應(yīng)用中，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的核心作用在于實(shí)現(xiàn)電磁波模擬信號(hào)至離散數(shù)字域的高效轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）完成，遵循奈奎斯特采樣定理或帶通采樣原理。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字基帶信號(hào)首先經(jīng)由抗混疊低通濾波器進(jìn)行初步頻譜整形與噪聲抑制。隨后，信號(hào)進(jìn)入核心DSP處理單元，如FPGA或DSP芯片，執(zhí)行包括但不限于數(shù)字濾波、信道均衡、同步、解調(diào)、信道編解碼等精細(xì)化算法操作。最終，經(jīng)過處理的數(shù)字信號(hào)可通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）及重建濾波器還原為高質(zhì)量模擬信號(hào)，或在數(shù)字域直接進(jìn)行高效、保真?zhèn)鬏敚_保信息在信道中的完整性與可用性[1]。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛應(yīng)用于日常生活中時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)起到了強(qiáng)有力的輔助作用，該技術(shù)以多種不同的形式在通信網(wǎng)絡(luò)中融入各種應(yīng)用。隨著技術(shù)載體對(duì)系統(tǒng)性能要求的不斷提高，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)將繼續(xù)優(yōu)化升級(jí)，從而在通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛、更高效的應(yīng)用。

三、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用狀況分析，日常通信中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)處理效率低下或時(shí)效性不足的問題。在通信網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)優(yōu)化過程中，5G技術(shù)通過引人數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，有效解決了上述問題。5G通信網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代信息技術(shù)高度集成的產(chǎn)物，在智能設(shè)備日益普及的當(dāng)代社會(huì)發(fā)揮著重要作用。無論是手機(jī)、電腦還是其他智能終端，其通信功能越來越依賴5G技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。智能設(shè)備傳遞的信息從最初的文字形式，逐漸發(fā)展到語音、圖片、視頻等形式。為保障快速、完整接收這些通信信號(hào)，需利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，如視頻通話就是應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)將視頻畫面轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，這樣可有效降低外界干擾，從而避免視頻畫面卡頓或是信號(hào)接收不暢，當(dāng)視頻接通時(shí)，接收方的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)再次將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為視頻畫面，保障信息真實(shí)完整。

（一）高靈活性

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)具有更加強(qiáng)大的操作能力，該技術(shù)可更改固有的通信系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與方式，從而適應(yīng)不同信號(hào)類型與特性，提出針對(duì)性的處理計(jì)劃，通過更改參數(shù)滿足信號(hào)傳輸處理要求，促使5G通信網(wǎng)絡(luò)性能提升。

（二）強(qiáng)抗干擾能力

數(shù)字信號(hào)傳遞過程中，若遇到外界干擾，將會(huì)導(dǎo)致通信效果大打折扣，甚至可能導(dǎo)致信號(hào)丟失，因此為確保信息準(zhǔn)確無誤地傳遞，必須增強(qiáng)對(duì)外界復(fù)雜環(huán)境因素的抗干擾能力。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)具有高精度特性，即使在強(qiáng)噪聲環(huán)境下，仍能對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)處理，保障傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。此外，量化誤差會(huì)影響數(shù)字信號(hào)的傳輸質(zhì)量，而數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)能夠有效抑制此類誤差，從而在惡劣環(huán)境中仍能提供穩(wěn)定可靠的信號(hào)傳輸保障。

（三）較廣適用性

該技術(shù)一般以數(shù)字信號(hào)處理器的形式實(shí)現(xiàn)，其系統(tǒng)架構(gòu)主要由括軟件和硬件兩部分組成。在信號(hào)處理過程中，首先由軟件對(duì)信號(hào)特質(zhì)進(jìn)行識(shí)別和分析，隨后根據(jù)識(shí)別結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整硬件參數(shù)配置，從而實(shí)現(xiàn)高效的信號(hào)對(duì)接。這種數(shù)字信號(hào)處理方式具有較廣泛的適用性。

四、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在5G通信中的應(yīng)用（一）應(yīng)用于光纖入網(wǎng)

5G網(wǎng)絡(luò)通信最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)就是光纖入網(wǎng)，對(duì)光纖入網(wǎng)的基本原理進(jìn)行解析，主要是支撐用戶與交互終端信號(hào)傳輸，利用光纖穩(wěn)定性屏蔽外界信號(hào)，降低噪聲干擾。應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理，作用于光纖入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，提升結(jié)構(gòu)集成性，促使光纖網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在對(duì)通信數(shù)據(jù)傳遞與識(shí)別的過程中可維持較高質(zhì)量狀態(tài)，避免因受到頻譜與頻率差異影響導(dǎo)致處理效果不佳。根據(jù)光纖網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，在光纖通信下，可強(qiáng)化信號(hào)傳輸能力，避免信號(hào)失真，同時(shí)控制信號(hào)噪聲[3]。

此外，該技術(shù)也可對(duì)信號(hào)傳輸流程起到簡(jiǎn)化作用，促使光纖網(wǎng)絡(luò)具有更高的系統(tǒng)荷載量，有助于提升5G通信的傳輸效率，實(shí)現(xiàn)高效信號(hào)傳輸。

（二）應(yīng)用于媒體通信

隨著現(xiàn)代通信事業(yè)的發(fā)展，5G通信領(lǐng)域出現(xiàn)了不同的應(yīng)用分支，其中媒體作為具有重要承接作用的結(jié)構(gòu)，具有信號(hào)發(fā)送與接收功能，而媒體屬性對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量具有直接影響。數(shù)字信號(hào)處理對(duì)媒體通信效果具有決定性作用，在處理單體數(shù)據(jù)時(shí)可利用獨(dú)立地址以及數(shù)據(jù)總線等完成。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，逐一代入數(shù)據(jù)特征，可全面提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)中的軟件無線電技術(shù)為例，作為當(dāng)前最為常見的應(yīng)用技術(shù)之一，軟件無線電技術(shù)主要是建立在通信軟件的基礎(chǔ)上，利用軟件編程展開視頻圖像的通信傳遞，從而滿足視頻通話與無線通話等需求。

當(dāng)軟件無線電技術(shù)應(yīng)用于媒體通信時(shí)，考慮到軟件與硬件之間的差異性，為實(shí)現(xiàn)兼容效果，可支持功能化與模塊化等處理要求。為滿足軟件無線電技術(shù)在媒體通信中的應(yīng)用需求，經(jīng)常選擇具有較高集約程度的語音壓縮與解壓芯片，確保無論在何種電路下均具有較強(qiáng)的適用性。使用軟件無線電技術(shù)時(shí)，考慮到射頻天線接收的模擬信號(hào)易受環(huán)境電磁干擾影響，需構(gòu)建包含模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)處理及數(shù)模轉(zhuǎn)換的混合信號(hào)處理鏈路。該硬件平臺(tái)為語音信號(hào)的采集與重構(gòu)環(huán)節(jié)提供了高可靠性與穩(wěn)定性的底層支撐，確保端到端語音保真度。在媒體通信架構(gòu)中，融合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與模擬前端設(shè)計(jì)，可降低系統(tǒng)對(duì)通用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸通道的依賴性。依托DSP實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化傳輸，不僅顯著提升信道容量，更能通過高效編碼策略實(shí)現(xiàn)多維度信息屬性的快速聚合與傳輸優(yōu)化，確保通信質(zhì)量與通信效率均有所提升。

（三）應(yīng)用于通信工程

將其應(yīng)用于通信工程，可形成數(shù)據(jù)處理、傳輸?shù)裙δ埽軌虼_保數(shù)字信號(hào)傳遞過程滿足多樣化的通信需求。在信號(hào)處理中，通常需要對(duì)離散型信號(hào)進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式。這一轉(zhuǎn)換過程的主要目的是生成具有數(shù)字特征的信號(hào)輸出，從而確保在數(shù)據(jù)模型中能夠?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別和定位。

在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，語音壓縮編碼技術(shù)通過高效的信源編碼策略，顯著降低了語音信號(hào)表征所需的比特率。適配的解碼設(shè)備可將此壓縮數(shù)據(jù)流還原為高質(zhì)量語音，有效提升通信系統(tǒng)的整體保真度。為確保在傳輸信道中抵御外部干擾并適應(yīng)帶寬受限場(chǎng)景，此類編碼方案需兼具內(nèi)在的抗噪聲魯棒性及高頻譜效率，實(shí)現(xiàn)信息在窄帶信道內(nèi)的可靠、快速傳遞。這保障了接收端恢復(fù)信息的準(zhǔn)確性，維持了語音內(nèi)容的真實(shí)性與通信的可靠性。早期的語音壓縮編碼技術(shù)主要基于波形逼近原理，其核心算法依托于傅里葉變換理論，典型代表如脈沖編碼調(diào)制（PCM）及其衍生算法。結(jié)合通信工程的外部環(huán)境，從而對(duì)語音信號(hào)質(zhì)量加以優(yōu)化控制。但由于在實(shí)際當(dāng)中波形編碼具有較快的通信傳輸速度，因此可能會(huì)影響語音信號(hào)質(zhì)量

在數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的優(yōu)化過程中，通常可采用語音壓縮系統(tǒng)，通過整合數(shù)字儲(chǔ)存介質(zhì)、語音編碼器及譯碼器，并優(yōu)化通信流程來實(shí)現(xiàn)。具體而言，語音編碼器首先對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行編碼，隨后數(shù)字儲(chǔ)存介質(zhì)將編碼后的信號(hào)傳輸至語音譯碼器，最終由譯碼器還原初始語音信息。該語音壓縮編碼流程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，運(yùn)行高效。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，語音壓縮編碼技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新優(yōu)化，通過引入DSP語音壓縮/解壓模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊等核心組件，顯著提升了通信工程的性能表現(xiàn)。在該技術(shù)架構(gòu)中，語音信息通過壓縮模塊和解壓模塊進(jìn)行傳輸時(shí)，需要采用專用解碼算法進(jìn)行處理，從而確保語音信號(hào)的完整性，避免信息失真。值得注意的是，當(dāng)前混合編碼技術(shù)已在通信工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其中線性預(yù)測(cè)編碼技術(shù)憑借4000-16000次／秒的高處理速率，成為業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)方案。

同時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在語音編碼過程中能夠自動(dòng)識(shí)別語音參數(shù)，并通過智能濾波實(shí)現(xiàn)降噪處理，從而顯著提升語音數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。該技術(shù)在語音信號(hào)處理的全流程中發(fā)揮作用，即使在不同參數(shù)下分析動(dòng)態(tài)信息，仍能確保處理結(jié)果的準(zhǔn)確性，有效提升語言信號(hào)處理的速率與精度。在語音圖像處理過程中，系統(tǒng)可根據(jù)輸出數(shù)據(jù)定義處理參數(shù)，通過在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)對(duì)圖像特征進(jìn)行識(shí)別判斷，實(shí)現(xiàn)圖像處理精度的顯著提升。

五、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

（一）內(nèi)核結(jié)構(gòu)優(yōu)化

5G通信技術(shù)的發(fā)展為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)提供了更大的發(fā)展空間。對(duì)于5G通信網(wǎng)絡(luò)來講，為實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的高效處理，需要獲得強(qiáng)大的硬件保障，只有在處理數(shù)據(jù)時(shí)滿足多節(jié)點(diǎn)同步處理要求，才能夠?qū)崿F(xiàn)更快的通信效果，從而提高通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)水平。因此，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)今后的發(fā)展重點(diǎn)將逐漸轉(zhuǎn)向內(nèi)核結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過構(gòu)建高性能數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)為5G通信系統(tǒng)提供信號(hào)處理保障。這需要基于技術(shù)落地的實(shí)際硬件載體，開展數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的多維度結(jié)構(gòu)優(yōu)化。優(yōu)化后的數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備應(yīng)實(shí)現(xiàn)單指令流控制，支持多個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的并行處理，從而顯著提高數(shù)據(jù)處理效率。這種技術(shù)演進(jìn)將有效降低5G通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本，同時(shí)持續(xù)提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

（二）微處理器融合

為確保數(shù)字處理技術(shù)在5G通信中充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，需要在硬件設(shè)備層面實(shí)現(xiàn)靈活可控的多元化操作，這對(duì)設(shè)備載體提出了明確要求：搭載數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備高度的靈活性與廣泛的兼容性，以適配多樣化的操作需求；該設(shè)備能快速響應(yīng)并生成相應(yīng)的控制指令，從而精準(zhǔn)執(zhí)行信號(hào)處理任務(wù)，最終提升整體處理精度。而隨著近年來信息技術(shù)的快速發(fā)展，在5G通信網(wǎng)絡(luò)中所應(yīng)用的處理器也逐步更新?lián)Q代，相較于傳統(tǒng)中央處理器，全新的微處理器體積更小，且信號(hào)傳輸速度更快，輔助5G通信運(yùn)行時(shí)不僅可以提升信號(hào)處理效率，也可有效降低運(yùn)營成本。而在應(yīng)用微處理器時(shí)，也可與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)相互融合，借助微處理器特殊的集成操控能力，以既定邏輯操控指令，并發(fā)揮數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)微處理器的運(yùn)行缺陷，確保微處理器在5G通信中真正意義上實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)操控，提升運(yùn)營效益。

六、結(jié)束語

綜上所述，本文通過對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的基本內(nèi)涵加以闡述，對(duì)其在5G通信技術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)加以分析，發(fā)現(xiàn)通過應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可提高信號(hào)抗干擾能力、降低通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本、提升信號(hào)傳遞效率。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在包括通信工程、媒體通信以及光纖入網(wǎng)等環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，均展現(xiàn)出重要價(jià)值，在今后的發(fā)展中，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也將會(huì)持續(xù)優(yōu)化，通過內(nèi)核結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及融合微處理器的方式，強(qiáng)化技術(shù)工藝，提升通信質(zhì)量。

作者單位：楊立航 山東師范大學(xué)

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