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• 關鍵詞： DSP DSP的優點 DSP電臺
• 摘要：[db:摘要]

數字電臺的采用的DSP技術簡介：

1什么是DSP?

術語“DSP”是數字信號處理的英文縮寫。數字信號處理是電子設計領域的術語，在這樣的領域中，用離散（在時間和幅值兩個方面）的采樣數據集來表示和處理信號和系統，在出版的書和雜志中有大量的這方面的研究和數學算法。最初，大多數數字信號處理是在主機和其它通用數字計算機上離線完成的。這就是所謂的數字數據的“后處理”。隨著在最近的二十多來年集成電路的復雜性和集成度的飛速增加，開發出專用處理芯片器，它能實時或“在線”進行數字信號處理。這些芯片被稱為數字信號處理器(DSPs)，并在半導體工業中成為最大的增長市場。從1988年至今，DSP的市場每年增長40%。這就意味著將引入更高性能的DSPs(及與DSP有關的產品)，并以較低的價格銷售。

結果有雙重意義：第1，隨著時間的推移，更多的信號處理可在更快和更復雜的處理器內完成。第2，便宜的DSPs進入更多產品，這些產品如，手持電話、無磁帶電話錄答機、尋呼機(pager)、高保真度立體聲設備和汽車中的主動懸掛系統(active suspension systems in cars)。

2 DSP的優點

如上所述，在大量的新產品中使用DSP技術，它的好處是為什么？

1)數據信號處理允許很復雜的算法在實時中使用并可被嵌入產品內。DSP能夠從一個信號、加密信號信息中濾掉噪音，把波形變換為數字域進行分析，壓縮數據，或甚至自動地，根據情況改變系統的處理過程；

2)因為DSP和DSP相關的芯片是軟件控制的，在不改變硬件的情況下，可在系統內改變它們的性能和/或任務。這意味著在產品售出后的升級或另增加的特性可加到產品上，不必把裝置返回到制造廠；

3)DSP技術可實現高精度的控制。因為處理在軟件內實現，功能的精度可得到更精密地控制。沒有與模擬量元件有關的誤差問題；

4)由于軟件控制，因而在制造中能有很高的重復性。可把每個裝置調到或校準到按最高性能運行；

5)由于信號處理是由數字處理完成的，因此所使用的算法和方法可在數字計算機上被仿真（模擬）和完善。所做的仿真可精確地與系統中的實現進行比較。這個仿真工具極大地降低了產品的設計周期，并向設計者提供研究更復雜算法的方法；

6)DSP技術的成本在不斷下降，這就允許產品制造廠以低的價格提供更復雜的產品。

3 DSP電臺與模擬電臺的比較

為了討論DSP技術怎樣用于改進無線電收發機的設計，讓我們首先看一看無DSP技術的無線電收發機的結構。由于無更佳的術語，我們把它稱為“模擬無線電收發機”。這個術語有點誤稱，因為即使DSP收發機也有重要的“模擬量”部分，但我們將這樣理想化的稱呼它。下面是模擬量收發機結構。全部調制、解調、濾波和糾錯由模擬量處理完成（模擬量濾波器，檢測等等）

如果需要進行數據的任何其它處理，那么附加的部件、專用的芯片、或微處理機必須加到設計中。因為收發機相當多的功能是在硬件中完成，任何校準或無線電的整定必須在硬件級上進行；例如，扭動一個螺絲調整或更換部件。又因為設計是以硬件為基礎的，因而它是一個固定的設計。這就是說，不改變硬件就不能改變功能和性能。

現在讓我們來看一看以DSP為基礎的收發機設計的結構。我們展示出的是有傳統DSP功能和可能的DSP限定任務的DSP設計結構。現在讓我們先討論一個無線通訊設備的傳統DSP功能。然后我們將涉及設計其它的部分中使用DSP更多新穎的和靈活的方法。

傳統上，大多數數字信號處理是在載波頻率上的信號解調后或調制前按基頻帶進行。為了進行數字處理信號，必須首先把信號變換為數字信號。連續時間信號必須按離散瞬時時間和離散幅值級進行“脈沖調制”。為此原因，經常把這些類型的DSP系統稱為“脈沖調制系統”，因而可把它們與連續時間系統區分開。

4 脈沖調制的過程

模擬量變換為數字量的變換器(A/D)取輸入連續信號，并把它變換為脈沖調制信號，然后饋送給DSP進行處理。A/D的工作很象一個攝影機，它攝下一系列快照，當把它們串聯起來時，則近似于一個實際事件的連續流。在這個變換中涉及的關鍵概念是速率，即脈沖調制的速率必須至少是輸入連續信號的最高頻率部件的兩倍。這就是Nyquist采樣定理。違反了這個定理將導致稱為假頻的結果，在這種情況下，脈沖調制信號可能失真和沒有任何復原希望。

A/D轉換器讓我們把連續信號變換為脈沖調制的數字信號，因此DSP可在該信號上運行。在另一個方向上如何？我們怎樣獲得在DSP內的脈沖調制信號，并把它變換為可被調制的或發送給音頻話筒的現實世界的信號？數字量到模擬量的轉換器(D/A，或DAC)完成這個工作，同時必須再次確保按“Nyquist速率”將調制脈沖發送給它，因此輸出的模擬量被精確的表現出來。

現在在DSP內我們已經有了脈沖調制信號，用它我們能做什么呢？濾波是通訊設備中的基本操作，以便去掉噪音，或放大或減弱信號的某些特殊方面（例如，消除反射或高音調環流）。有兩個基本算法用于數字濾波器信號。最通用的是限定脈沖響應濾波器(FIR)。為完整描述一個系統或濾波器的特征，所需要的一切是它的脈沖響應，它是濾波器對脈沖的響應（是很短的峰值或聲脈沖）。FIR濾波器用濾波器的脈沖響應很簡單地計算輸入信號的卷積(Convolution)。因此，為了改變濾波器，在軟件中改變脈沖響應。事實上，許多算法可相應地改變濾波器的形狀，以最好地適于期望的結果。

連續卷積運算涉及兩個信號乘積的積分。然而，在數字學處理中，積分是簡單的和，FIR濾波器運算涉及兩個調制脈沖的相乘，然后加到先前的結果上。DSP很善于做這個相乘和累積運算(MAC)，并且在一個指令周期內許多都可做到這一點。事實上，許多人認為做快速MAC的能力是DSP與通用微控制器的主要區別。

第二種類型的數字濾波器是不限定脈沖響應濾波器(IIR)。這種濾波器用濾波的調制脈沖的反饋完成它的濾波任務。這種類型的結構接近于模擬量濾波器（反饋路徑），所以這些類型的濾波器常常代替存在的模擬量濾波器。用IIR濾波器結構以加在DSP的小量負荷就只用DSP很小的一點能力就構成IIR濾波器的結構，并實現很簡單的低階濾波器。

使用DSP為基礎的符號編碼和檢測的解決方法在無線收發機設計中提高了性能和靈活性。因為DSP的軟件特性，可利用自適應算法跟蹤進入信號的不同測量值，并提供優化檢測性能。符號時間控制的定時采集和跟蹤將從DSP算法提供的復雜性獲得益處。自適應通道的均衡和估算可減輕由于衰減和改變通道特性帶來的影響。

DSP方法證明是很靈活的方法。可“在運行中”改變調制形式和速度以抵抗干擾或擴展范圍。例如，可把16QAM改變為QPSK調制，以提供更好的靈敏度并犧牲一些速率。在調制解調器市場中可證實設計中的這種靈活性。某些制造廠家廣告宣傳這樣的事實，即他們可在近期向客戶銷售調制解調器中的帶有硬件平臺和將來升級的軟件，以達到更高速度。

數據傳輸層功能并不專門是DSP任務，但DSP內包括通訊設備的這個層往往是有益處的。例如，DSP物理層任務包括數據結構(data framing)和向前錯誤校正功能這一點證明比其它的更有效和靈活。兩個層能更緊密地耦合，同時來自每個層的結果和數據為了增加功能而傳遞到另外的層。因為DSP善于快速地做復雜數學運算，所以超前錯誤校正方案(塊代碼，卷積代碼)，以及錯誤檢查(CRC)可由DSP有效地執行。