DSP原理与应用结课论文

DSP原理与应用结课论文题目：DSP技术在现代移动通信领域的应用学院：计算机学院专业班级：通信工程姓名：学号：指导老师：赵鸿图日期:2014/1/7DSP技术在现代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。DSP芯片本身的适用性使它完全切合移动通信的需要，解决了2G时代的技术瓶颈，在3G时代将有着广阔的应用前景关键字:DSP技术；图像处理；移动通信技术;3G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。1DSP技术应用及发展趋势1.1DSP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。1.2DSP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。1.3DSP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。3DSP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，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、多DSP内核架构可使多个内核保持高度的缓存一致性，因为某一内核可将其缓存中的最新数据直接快速拷贝到另一内核中，而无需通过存储器。图像处理平台技术很大程度上依赖于DSP技术的发展。图像处理的计算需求一般较高，且因应用背景需求不同，图像处理平台又呈现出不同的体系架构和功能特点。因此图像处理平台应需具备高计算性能、实时性、适应性和可靠性。3.3DSP技术在2G时代的应用DSP技术在2G时代就已经开始应用，最典型的就是以DSP芯片作为蜂窝电话的核心。我们知道，所有第二代（2G）数字蜂窝电话都是基于双处理器体系结构的；即包含一个数字信号处理器（DSP）和一个简单指令集计算机（RISC）微控制器（MCU）。其中，DSP用来实现调制解调器和通信协议栈中物理层协议的功能；而MCU则用来支持用户操作界面，并实现通信协议栈中上层协议的各项功能。在已有的2G手机市场中，DSP芯片以TI公司生产的TMS320C54X系列为主，65%的蜂窝电话采用了这类芯片。在不同的多址模式中，DSP芯片可负责实现不同的功能：在时分多址（TDMA）模式手机中，DSP芯片负责实现数据流的调制解调，利用编解码实现传输误码纠正并维持通信链路的稳定性，对数据进行加密、解密以保证通信的安全性，对话音数据进行压缩和解压缩。在码分多址（CDMA）模式手机中，DSP芯片负责实现符号级功能，如前向纠错、加密或语音压缩和解压缩。与此同时，DSP芯片还可以负责控制ASIC硬件；其中，后者负责对扩频信号进行调制解调及后处理。在早期的2G手机中，这些功能可以由TMS320C54X系列DSP芯片实现，其时钟工作频率大约为40MHz。数字技术的一大优点，就是可以支持多种数据通信业务。然而，由于受到带宽的制约，2G移动电话只能为用户提供几种相对简单的数据通信业务。在大多数数字移动通信标准中，最高的数据传输速率仅为9.6至14.4千比特每秒（Kbps）。尽管，如此低速率的数据传输能力已经可以满足最基本的数据应用的要求，如：浏览股票报价等；但是，为了实现包括互联网接入在内的高级业务，就必须提供更高速率的数据传输能力。这就是2G移动通信标准向2.5G和3G移动通信标准转变的根本动力。3.4第三代移动通信技术对芯片的要求第三代移动通信标准有两个主要目标：一是实现多媒体、宽带化、智能化和高质量的全球通信；二是规范寻呼、无绳、蜂窝和低轨道卫星在内的多种标准，统一空中接口。IMT-2000将宽带CDMA视为优先考虑的方案，但在频分模式的选择上，欧洲建议由GSM向上过渡；北美建议由CDMA向上发展，日本力求与欧洲靠近。因此，对第三代移动通信系统提出了一系列要求：频谱利用率高、可提供全球无缝覆盖和漫游、可提供多种的业务、多种移动通信的融合、各种运行环境、系统的起始配置小而简单等。而这些要求对芯片的要求也变得更高，最典型的要求就是适用芯片应具有卓越的运行与处理能力，以及更高的兼容性。3.5DSP在3G通信中的适用性DSP技术是随着时代的进步迅速发展的，目前DSP领域出现了片内集成多个处理器的新型DSP芯片，其结构是将一个通用的CPU核与一个或多个专用的DSP并行单元集成在同一芯片上。这种集成度的提高极大地提高了并行算法的效率，从而可以有效地利用信号处理带宽，达到以往需要多处理手段或实现专门功能的ASIC芯片才能实现的各项功能。目前先进的可编程DSP大约可提供数百到上千MOPS的运算速度。实时软件无线电系统中基带以下部分完全可由DSP实现。因此，以DSP为核心的软件无线电系统对3G通信具有极大的适用性，例如：方便的可量测性、单个信道的低耗费、简便的软硬件升级性、用于任何无线协议的单一结构等等。4结语结合DSP技术发展的最新成果，利用多核DSP超强的计算性能和无以拟比