5G通信中數字信號處理技術的應用分析

一、引言

數字化時代，5G通信已成為人們日常生活、生產與工作的重要組成部分。為了保障5G通信質量，通過應用數字信號處理（DSP）技術，將視頻影音等各種不同的信息轉化為數字信號進行傳輸，可提高傳輸效率，并保障傳輸質量。隨著數字信號處理技術的日趨成熟，該技術不僅能夠實現各類信號的轉換處理，還能有效提升系統自身的性能表現。因此探究數字信號處理技術在5G通信領域的應用對于通信事業的發展具有重要意義。

二、數字信號處理技術概述

數字信號處理技術轉換信號時通常選擇DSP處理器，并配合濾波系統錄入正確信息。其依托于較強綜合性的系統，并且具有特殊的集控核心，能夠以數字型號形式輸出各類電信號，從而促使信號接收裝置完成對信號的精準識別。隨著現代通信技術的快速發展，信號處理需求也逐年增加，這對數字信號處理技術提出了更高的要求。

在數字信號處理技術中，為確保數據處理流程的效能與針對性，信號處理組件需集成先進的信號識別與標定功能模塊。該模塊通過對輸入信號的時／頻域特征進行實時分析與特征提取，實現信號的精確辨識。識別結果將作為關鍵元數據（Metadata）動態標定于信號流，為后續處理階段提供決策依據，從而實現基于信號固有屬性的自適應、差異化傳輸策略。此過程亦可視為對信號模擬保真度或數字表征精度的動態閉環優化。

在通信系統應用中，數字信號處理技術的核心作用在于實現電磁波模擬信號至離散數字域的高效轉換。該轉換由模數轉換器（ADC）完成，遵循奈奎斯特采樣定理或帶通采樣原理。轉換后的數字基帶信號首先經由抗混疊低通濾波器進行初步頻譜整形與噪聲抑制。隨后，信號進入核心DSP處理單元，如FPGA或DSP芯片，執行包括但不限于數字濾波、信道均衡、同步、解調、信道編解碼等精細化算法操作。最終，經過處理的數字信號可通過數模轉換器（DAC）及重建濾波器還原為高質量模擬信號，或在數字域直接進行高效、保真傳輸，確保信息在信道中的完整性與可用性[1]。

在計算機網絡技術廣泛應用于日常生活中時，數字信號處理技術起到了強有力的輔助作用，該技術以多種不同的形式在通信網絡中融入各種應用。隨著技術載體對系統性能要求的不斷提高，數字信號處理技術將繼續優化升級，從而在通信領域實現更廣泛、更高效的應用。

三、數字信號處理技術的應用優勢

根據通信網絡的實際應用狀況分析，日常通信中經常會出現信號不穩定、數據處理效率低下或時效性不足的問題。在通信網絡的持續優化過程中，5G技術通過引人數字信號處理技術，有效解決了上述問題。5G通信網絡是現代信息技術高度集成的產物，在智能設備日益普及的當代社會發揮著重要作用。無論是手機、電腦還是其他智能終端，其通信功能越來越依賴5G技術來實現。智能設備傳遞的信息從最初的文字形式，逐漸發展到語音、圖片、視頻等形式。為保障快速、完整接收這些通信信號，需利用數字信號處理技術，如視頻通話就是應用數字信號處理技術將視頻畫面轉換為數字信號進行傳輸，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接收不暢，當視頻接通時，接收方的數字信號處理技術再次將數字信號轉化為視頻畫面，保障信息真實完整。

（一）高靈活性

數字信號處理技術具有更加強大的操作能力，該技術可更改固有的通信系統運行參數與方式，從而適應不同信號類型與特性，提出針對性的處理計劃，通過更改參數滿足信號傳輸處理要求，促使5G通信網絡性能提升。

（二）強抗干擾能力

數字信號傳遞過程中，若遇到外界干擾，將會導致通信效果大打折扣，甚至可能導致信號丟失，因此為確保信息準確無誤地傳遞，必須增強對外界復雜環境因素的抗干擾能力。數字信號處理技術具有高精度特性，即使在強噪聲環境下，仍能對數字信號進行精準處理，保障傳輸的準確性。此外，量化誤差會影響數字信號的傳輸質量，而數字信號處理技術能夠有效抑制此類誤差，從而在惡劣環境中仍能提供穩定可靠的信號傳輸保障。

（三）較廣適用性

該技術一般以數字信號處理器的形式實現，其系統架構主要由括軟件和硬件兩部分組成。在信號處理過程中，首先由軟件對信號特質進行識別和分析，隨后根據識別結果動態調整硬件參數配置，從而實現高效的信號對接。這種數字信號處理方式具有較廣泛的適用性。

四、數字信號處理技術在5G通信中的應用（一）應用于光纖入網

5G網絡通信最為關鍵的基礎就是光纖入網，對光纖入網的基本原理進行解析，主要是支撐用戶與交互終端信號傳輸，利用光纖穩定性屏蔽外界信號，降低噪聲干擾。應用數字信號處理，作用于光纖入網的結構，提升結構集成性，促使光纖網絡架構在對通信數據傳遞與識別的過程中可維持較高質量狀態，避免因受到頻譜與頻率差異影響導致處理效果不佳。根據光纖網絡的基本結構進行研究分析，在光纖通信下，可強化信號傳輸能力，避免信號失真，同時控制信號噪聲[3]。

此外，該技術也可對信號傳輸流程起到簡化作用，促使光纖網絡具有更高的系統荷載量，有助于提升5G通信的傳輸效率，實現高效信號傳輸。

（二）應用于媒體通信

隨著現代通信事業的發展，5G通信領域出現了不同的應用分支，其中媒體作為具有重要承接作用的結構，具有信號發送與接收功能，而媒體屬性對網絡質量具有直接影響。數字信號處理對媒體通信效果具有決定性作用，在處理單體數據時可利用獨立地址以及數據總線等完成。在系統實際運行過程中，逐一代入數據特征，可全面提高計算機系統的運行效率。以數字信號處理技術中的軟件無線電技術為例，作為當前最為常見的應用技術之一，軟件無線電技術主要是建立在通信軟件的基礎上，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。

當軟件無線電技術應用于媒體通信時，考慮到軟件與硬件之間的差異性，為實現兼容效果，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在媒體通信中的應用需求，經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的適用性。使用軟件無線電技術時，考慮到射頻天線接收的模擬信號易受環境電磁干擾影響，需構建包含模數轉換、數字信號處理及數模轉換的混合信號處理鏈路。該硬件平臺為語音信號的采集與重構環節提供了高可靠性與穩定性的底層支撐，確保端到端語音保真度。在媒體通信架構中，融合數字信號處理技術與模擬前端設計，可降低系統對通用計算機數據存儲與傳輸通道的依賴性。依托DSP實現的數字化傳輸，不僅顯著提升信道容量，更能通過高效編碼策略實現多維度信息屬性的快速聚合與傳輸優化，確保通信質量與通信效率均有所提升。

（三）應用于通信工程

將其應用于通信工程，可形成數據處理、傳輸等功能，能夠確保數字信號傳遞過程滿足多樣化的通信需求。在信號處理中，通常需要對離散型信號進行處理，將其轉換為二進制形式。這一轉換過程的主要目的是生成具有數字特征的信號輸出，從而確保在數據模型中能夠對數字信號進行精準識別和定位。

在數字信號處理領域，語音壓縮編碼技術通過高效的信源編碼策略，顯著降低了語音信號表征所需的比特率。適配的解碼設備可將此壓縮數據流還原為高質量語音，有效提升通信系統的整體保真度。為確保在傳輸信道中抵御外部干擾并適應帶寬受限場景，此類編碼方案需兼具內在的抗噪聲魯棒性及高頻譜效率，實現信息在窄帶信道內的可靠、快速傳遞。這保障了接收端恢復信息的準確性，維持了語音內容的真實性與通信的可靠性。早期的語音壓縮編碼技術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制（PCM）及其衍生算法。結合通信工程的外部環境，從而對語音信號質量加以優化控制。但由于在實際當中波形編碼具有較快的通信傳輸速度，因此可能會影響語音信號質量

在數字信號處理技術的優化過程中，通常可采用語音壓縮系統，通過整合數字儲存介質、語音編碼器及譯碼器，并優化通信流程來實現。具體而言，語音編碼器首先對語音信號進行編碼，隨后數字儲存介質將編碼后的信號傳輸至語音譯碼器，最終由譯碼器還原初始語音信息。該語音壓縮編碼流程結構簡潔，運行高效。隨著信息技術的快速發展，語音壓縮編碼技術持續創新優化，通過引入DSP語音壓縮/解壓模塊、A/D轉換模塊等核心組件，顯著提升了通信工程的性能表現。在該技術架構中，語音信息通過壓縮模塊和解壓模塊進行傳輸時，需要采用專用解碼算法進行處理，從而確保語音信號的完整性，避免信息失真。值得注意的是，當前混合編碼技術已在通信工程領域得到廣泛應用，其中線性預測編碼技術憑借4000-16000次／秒的高處理速率，成為業界重點關注的技術方案。

同時，數字信號處理技術在語音編碼過程中能夠自動識別語音參數，并通過智能濾波實現降噪處理，從而顯著提升語音數據的傳輸質量。該技術在語音信號處理的全流程中發揮作用，即使在不同參數下分析動態信息，仍能確保處理結果的準確性，有效提升語言信號處理的速率與精度。在語音圖像處理過程中，系統可根據輸出數據定義處理參數，通過在預設閾值范圍內對圖像特征進行識別判斷，實現圖像處理精度的顯著提升。

五、數字信號處理技術的未來發展趨勢

（一）內核結構優化

5G通信技術的發展為數字信號處理技術提供了更大的發展空間。對于5G通信網絡來講，為實現對信號的高效處理，需要獲得強大的硬件保障，只有在處理數據時滿足多節點同步處理要求，才能夠實現更快的通信效果，從而提高通信網絡服務水平。因此，數字信號處理技術今后的發展重點將逐漸轉向內核結構優化，通過構建高性能數字信號處理平臺為5G通信系統提供信號處理保障。這需要基于技術落地的實際硬件載體，開展數字信號處理技術的多維度結構優化。優化后的數字信號處理設備應實現單指令流控制，支持多個節點數據的并行處理，從而顯著提高數據處理效率。這種技術演進將有效降低5G通信網絡的運營成本，同時持續提升網絡服務質量。

（二）微處理器融合

為確保數字處理技術在5G通信中充分發揮優勢，需要在硬件設備層面實現靈活可控的多元化操作，這對設備載體提出了明確要求：搭載數字信號處理技術的設備應當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；該設備能快速響應并生成相應的控制指令，從而精準執行信號處理任務，最終提升整體處理精度。而隨著近年來信息技術的快速發展，在5G通信網絡中所應用的處理器也逐步更新換代，相較于傳統中央處理器，全新的微處理器體積更小，且信號傳輸速度更快，輔助5G通信運行時不僅可以提升信號處理效率，也可有效降低運營成本。而在應用微處理器時，也可與數字信號處理技術相互融合，借助微處理器特殊的集成操控能力，以既定邏輯操控指令，并發揮數字信號處理技術的優勢，彌補微處理器的運行缺陷，確保微處理器在5G通信中真正意義上實現多點操控，提升運營效益。

六、結束語

綜上所述，本文通過對數字信號處理技術的基本內涵加以闡述，對其在5G通信技術中的應用優勢加以分析，發現通過應用數字信號處理技術，可提高信號抗干擾能力、降低通信網絡運營成本、提升信號傳遞效率。數字信號處理技術在包括通信工程、媒體通信以及光纖入網等環節中的應用，均展現出重要價值，在今后的發展中，數字信號處理技術也將會持續優化，通過內核結構優化以及融合微處理器的方式，強化技術工藝，提升通信質量。

作者單位：楊立航 山東師范大學

參考文獻

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