数字信号处理

1、 数字信号处理 结业论文题 目： DSP技术在移动通信领域的应用专 业： 电气工程及其自动化班 级： 学 号： 姓 名： 日 期： 2014.12.15 DSP技术在移动通信领域的应用摘要：随着计算机和信息技术的不断进步，DSP技术的快速发展在高速数据传输处理等领域有着广泛地应用。可视化的无线通信技术能够给用户带来更多的信息和更直观的通信体验，无线通信的发展趋势更多呈现出的可视化通信和视频通信，数字信号处理技术作为当代数字通信的核心技术，其高效快速的数据处理运算能力必将推动了现代移动通信技术的飞速发展。关键字:DSP技术；图像处理；移动通信技术Application of DSP techno

2、logy in modern mobile communication fieldAbstract: along with the advance of computer and information technology, the rapid development of DSP technology in high-speed data transmission, processing, and other fields has been widely used. Visualization of the wireless communication technology to prov

3、ide users with more information and more intuitive communication experience, the development trend of wireless communication more presents a visual communication and video communication, digital signal processing technology as the core of modern digital communication technology, the efficient and fa

4、st data processing capacity will promote the rapid development of modern mobile communications technology.Key words: DSP technology; Image processing; The mobile communication technology前言：现代大规模集成电路技术和计算机技术的快速发展， 设计手段的不断更新,DSP的应用领城特别是在通信领域的应用不断扩大。 现代通信技术正朝着数字化、综合化、智能化、宽带化和个人化方向发展，现代通信技术也越来越体现出综合性， 与

5、电子、计算机、信号处理、智能处理和控制等相关学科的联系越来越紧密，DSP强大的处理功能必将在通信系统中发挥关键的作用，并对现代通信业产生深远的影响。数字信号处理的应用   数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多科学而又广泛应用于许多领域的新兴科学，DSP有两种含义：数字信号处理，数字信号处理器。我们常说的DSP值的是数字信号处理器。数字信号处理器是一种适合完成数字信号处理运用的处理器。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并且得到迅速发展。在过去的二十

6、多年的时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。  数字型号处理是利用计算机或专用计算机或专用处理设备，以数据形式对信号进行采集，变换，滤波，估值，增强，压缩，识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。数字信号处理是以众多科学为理论基础的，他所涉及的范围及其广泛。例如，在数学领域 ，微积分，概论统计，随机过程，数值分析等都是数字信号处理的基本工具，于网络理论，信号与系统，控制论，通信理论，故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些科学，如人工智能，模式识别，神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己

7、成为一系列新兴科学的理论基础。  DSP主要应用在数字信号处理中，目的是为了能满足实时信号处理的要求，因此需要将数字信号处理中得常有运用执行的尽可能快，这久决定龙DSP的特点和关键技术。适合数字信号的关键技术：DSP包含乘法器，累加器，特殊地址产生器，领开销循环等；提高处理速度的关键技术：流水线技术，并行处理技术，超常指令，超标量技术，DMA等。从广义上讲，DSP，微处理器和微控制器（单片机）等都属于处理器，可以说DSP是一种cpu。DSP是数据和地址空间分开的哈佛结构。  DSP技术应用到我们的生活的每一个角落，从军用到民用，从航空航天到生产生活，都越来越多地使用DSP.

8、 DSP技术在航空方面，主要用于雷达和声纳信号处理；在通信方面，主要用于移动电话，IP电话，ADSL和HFC的信号传输；在控制方面，主要用于电机控制，光驱和硬盘驱动器；在测试/测量方面，主要用于虚拟仪器，自动测试系统，医疗诊断等；在电子娱乐方面，主要用于高清晰度电视，机顶盒，AC_3，家庭影院，DVD等应用；还有数字相机，网络相机等等都应用了SP技术。同时，SOC芯片系统，无线应用，嵌入式DSP都是未来DSP的发展方向和趋势。可以说，没有DSP就没有对互联网的访问，也不会有多媒体，也没有无线通信。因此DSP仍将是整个半导体工业的技术驱动力。现在，DSP应用领域不断拓宽，其涵盖面包括宽

9、带Internet接入业务，下一代无线通信系统的发展，数字消费电子市场，汽车电子市场的发展等诸多多方面。现代数字信号处理器是执行高速数字信号系统的IC电路，它恰好适合多媒体信息化社会需求，迅速发展壮大。如今，世界电子器件市场上，各种各样的DSP器件已相当丰富。大大小小封装形式的DSP器件，已广泛用于各种产品的生产领域，而且DSP的应用领域仍在不断的扩大，发展速度异常。以DSP芯片为核心构造的数字信号处理系统，可集数据采集，传输，存储和高速实时处理为一体，能充分体现数字信号处理系统的优越性，能很好地满足载人航天领域设备测量精度，可靠性，信道带宽，功耗，工作电压和重量等方面的要求。目前，DSP芯片

10、正在向高性能，高集成化及低成本的方向发展，各种各类通用及专用的新型DSP芯片在不断推出，应用技术和开发手段在不断完善。这样为实时数字信号处理的应用尤其是再载人航天领域中得应用提供了更为广阔的空间。我们有理由相信，DSP芯片进一步的发展和应用将会对载人航天信号处理领域产生深远的影响。DSP主要应用市场为3C领域，合占整个市场需求的90%。 数字蜂窝电话是DSP最为重要的应用领域之一。由于DSP具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝电话重新崛起，并创造了一批诸如GSM、CDMA等全数字蜂窝电话网。 在Modem器件中，DSP更是成效卓著，不仅大幅度提高了传输速率，且具有接收动态

11、图像能力。另外，可编程多媒体DSP是PC领域的主流产品。以XDSL Modem为代表的高速通信技术与MPEG图像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。目前的硬盘空间相当大，这主要得益于CDSP（可定制DSP）的巨大作用。预计在今后的PC机中，一个DSP即可完成全部所需的多媒体处理功能。DSP也是消费类电子产品中的关键器件。由于DSP的广泛应用，数字音响设备的更新换代周期变得非常短暂。用于图像处理的DSP，一种用于JPEG标准的静态图像数据处理；另一种用于动态图像数据处理。  数字化移动电话尽管花样繁杂，但基本上可划为两大类：高速移动

12、电话和低速移动电话。其中，高速移动电话顾名思义是在高速移动体里使用的电话，诸如可在飞机、轮船和汽车等里自由通话的电话。虽然数字化高速移动通过标准很多，但当今普遍应用的是欧洲GSM标准。自从推出数字化蜂窝式电话机以来，现已遍布全球70多个国家广泛应用。俗称GSM标准的数字化蜂窝电话，叫做数字化大哥大，它具备国际漫游功能，SIMC给用户带来使用大哥大的方便。现正在扩展数据通信服务能力以及它与ISDN系统兼容性，例如，英国BT公司的Cellnet部已经利用GSM提供数字化数据和传真服务，于是东芝笔记本电脑也安上了数字化的大哥大。所谓低速移动电话，当然在高速移动体里完全不能应用，然而在步行速度下却很好

13、用，价格远比数字化大哥大便宜，因此称为穷人的大哥大。低速移动电话就其实质而论。它是数字化无绳电话，仍然保持模拟式无绳电话的子母式结构：子机亦称为手机，可以距母机为百米左右半径内的空间里自由步行移动情况下实现通过话；母机也称为基地站，可作为家庭里的留守电话，也可悬挂在商店的墙壁上，街道的电线柱上，广为分布。由统一的交换设施进行管理，实现无缝交递功能。这类低速移动电话式标准很多。例如，欧洲较为普遍应用的DECI，日本、南韩东南亚应用的以及Philips和我国联合开发的DCCT。其中，尤以PHS和DECT制式低速移动电话发展较快，我国的DCCT由于缺乏关键性的DSP技术仍处于设计阶段。 数

14、字化移动电话（包括高速和低速）的每个手机，都要用至少1个DSP器，因此，高速发展的数字化移动电话急需极为大量的DSP器件。而无论哪方面的应用，首先须经过信息的获取或数据的采集过程得到所需的原始信号，如果原始信号是连续信号，还须经过抽样过程使之成为离散信号，再经过模数转换得到能为数字计算机或处理器所接受的二进制数字信号。如果所收集到的数据已是离散数据，则只须经过模数转换即可得到二进制数码。数字信号处理器的功能是将从原始信号抽样转换得来的数字信号按照一定的要求，例如滤波的要求，加以适当的处理，即得到所需的数字输出信号。经过数模转换先将数字输出信号转换为离散信号，再经过保持电路将离散信号连接起来成为

15、模拟输出信号，这样的处理系统适用于各种数字信号处理的应用，只不过专用处理器或所用软件有所不同而已。以下是本文对数字信号处理的主要研究领域：DSP技术在移动通信领域的应用1 DSP技术应用及发展趋势 1.1 DSP技术应用简述DSP是一门涉及许多学科应用于许多领域的新兴学科。DSP通过数学技巧来执行转换或提取信息，用数字序列来表示信号，进而实现处理现实信号的方法。近些年随着计算机和信息技术的快速发展，DSP技术应运而生，由原本的理论体系到产品应用，DSP器件产品已经走进我们的生活并带来巨大的影响，并随着技术的提高，成本的降低，使得其在语音处理，海量储存，汽车电子，数据通信等方面得到广泛的应用。且

16、在民用的医学、通信和多媒体信息等传统领域应用广泛外，还涉及到军事方面，如保密通信、雷达处理、声纳处理、全球定位、调频电台等；在自动控制领域，DSP用于控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等；在仪器仪表方面，DSP用于频谱分析，函数发生、数据采集、地震处理等。DSP凭借其强大的功能，优良的特性应用于当今社会的许多方面，作为数字化技术的基石，它还将在将来充当更为重要的角色。1.2 DSP技术的特点及优势DSP技术广泛应用到当今众多行业归功于其超长的特点和优势。强大的数据处理能力和高速运行速度；较高的品质和抗干扰性能，增加了DSP芯片在各种苛刻环境下的应用， 保证系统高可靠性运行；DSP可

17、实现模拟处理不能实现的功能，如线性相位、多抽样处理、级联等；可以时分复用，共享处理器；DSP方便调整处理器的系数实现自适应滤波等；同时，DSP芯片还具备较高的性能/价格比、性能/功耗比、性能/面积比。这些无疑都支撑DSP成为数字化核心，促使DSP不断的得到发展和应用。1.3 DSP技术发展趋势随着DSP技术被广泛应用于各个领域，其主要的发展趋势可以归结如下：（1）实现系统的集成，也就是将以往的多个DSP芯核、MPU芯核或存储单元等，集成在同一个芯片上，实现集成电路；（2）对DSP的内核结构进行完善，以便能够实现单指令多重数据、超流水结构以及多处理等功能；（3）提高运算速度和缩减功耗和相应的几何

18、结构尺寸；（4）就未来而言，主流应该是定点DSP，与浮点DSP相比较而言，定点DSP器件需要的成本较低，并且其对于存储器的要求也较低，实际工作中耗能较少。（5）如果能够实现与可编程器件的结合就更好了，以便实现高速实时处理功能，用于满足无线通信、多媒体等领域多功能和高性能的要求。2 现代移动通信技术发展状况及趋势2.1 移动通信技术发展简述对于第一代、第二代无线通信技术，3G通信系统的发展给用户带来了前所未有的体验，也给用户带来了丰富的应用，但3G通信系统的无线传输模式CDMA模式的传输速率和数据格式的限制制约了无线通信技术的发展，尤其是可视化的无线通信技术能够给用户带来更多的信息和更直观的通信

19、体验，因此未来的无线通信的发展趋势更多呈现出的可视化通信和视频通信，显然目前的3G通信技术不能满足未来无线通信发展的需求。2.2 现代移动通信技术特点第四代移动通信技术，即4G技术是对当前3G技术的一次全新的革新和发展，它融合了3G通信技术的诸多优点，同时提供了更为高速的信息传输速度，为用户的多媒体业务和可视化通信提供了可能，同时4G无线通信技术有更好的安全性和保密性，通话质量更高，移动通信应用更加多元化。4G移动通信技术的高速信息传输率和高抗干扰能力、更好的兼容性将为用户提供更好的移动通信体验。它能够提供更加高速和稳定的数据传输速率，因此能够通过移动网络传输视频图像和高清晰度的电视数据等成为

20、可能，第四代移动通信技术能够给用户完美的网络下载和网络传输体验，用户对无线网络传输的速度和服务要求都能够满足。移动通信技术作为网络通信技术的重要组成部分，更高的网络传输速度和更科学、人性化的智能升级系统已成为未来移动通信技术发展的主流和趋势。2.3 未来移动通信的技术要求随着DSP芯片技术、VLSI器件的发展, TCM技术、软判决技术、信道自适应技术等的出现, OFDM 技术开始从理论向实际应用转化，由于其自身具有的抗多径干扰、抗窄带干扰、频谱利用率高等优越性,，OFDM正越来越被关注，在移动通信领域，OFDM与CDMA的结合与优势互补，可抑制由多径衰落信道所引起的ICI，并且利用FFT收发信

21、号仅占用密度极小的载频空间，频谱效率较高，同时还可将多载波调制与预去技术相结合，这样就可在接收设备复杂度不变及消除ICI的情况下，实现正交信号的高速率传输。OFDM的应用潜力是巨大的，但还有许多问题需要解决，只有对OFDM进行深入的研究， 很好的克服OFDM自身的缺陷，才能使OFDM技术在未来第四代移动通信等诸多领域发挥更大的作用。3 DSP技术在移动通信领域的应用3.1 多核DSP技术在现代移动通信的应用 基于4G网络的高速数据传输效率，未来的移动通信中可视化、多媒体化将成为趋势，对海量图像语音信息的快速高效处理运算也将显得尤为重要，DSP作为一种适用于密集型数据运算与实时信号处理的微处理器

22、已成为具备高性能运算速度和高密集数据处理能力的实时图像处理平台的重要角色。因此一直以来，在众多行业的许多信号处理系统中都采用以DSP为核心处理芯片，并通过不断提高DSP工作频率来获得更快的处理速度。然而随着集成电路技术的发展，受到了芯片面积的制约，单芯片上集成晶体管的数量，也将受到限制的增加。特别是随着工作主频的提高，进而产生了难于解决的功耗和散热问题，这也会使得芯片器件生产成本大幅度的增加。多核DSP是通过将多个DSP内核集成到单一芯片上来提升芯片整体性能的。多个DSP内核作为一个整体，向外界提供服务，整体芯片可获得成倍的工作频率。而功耗和成本，则比离散个数的单核DSP降低了一半以上。因此，

23、多核DSP的体系架构和解决方案，顺利解决处理性能和功耗问题，使多核DSP成为提高DSP性能的有效方法和高性能 DSP 发展的一个重要方向。 图像实时处理指的是，系统必须在有限的时间内对外部输入的图像数据完成指定的处理。即图像处理的速度必须大于或等于输入图像数据的更新速度。而且从图像输入到处理后输出的延时必须足够小。设计根据实时性的指导思想，通过分析光电成像跟踪测量系统上图像数据处理的实时性要求，作为实时图像处理平台的设计依据。以平台进行目标检测过程中，具有典型意义且频繁使用的均值滤波运算方法进行计算量分析和存储量分析为例，来说明图像处理算法的计算量和存储量对平台有着直接的要求。3.2 基于多核

24、DSP技术的实时图像处理模块 基于多核DSP的实时图像处理模块作为实时图像处理平台的组成单元。单一的多核DSP实时图像处理模块应该即可作为独立完成处理任务的个体，也可由多块实时图像处理模块组合成实时图像处理平台，由多块实时图像处理模块协同完成处理任务。设计采用多内核DSP处理器可以带来诸多好处。首先，多核DSP处理器可取代多片独立DSP处理器和一片系统控制器，并且还体现出比较强的低功率优势。因此大大缩减 PCB 面积和整体功耗。其次，多个 DSP 内核之间的存储资源共享方式，可以进行无缝数据访问操作，存储器带宽得到了扩展，并降低了访问延迟。第三、DSP内核与外部FPGA之间可通过SRIO高速串行传输通道来交换数据信息，而非低速的EMIFA接口总线。第四