电子信息技术在高效通信系统优化中的应用

引言

在万物互联的时代背景下，5G、物联网、云计算等新兴技术的蓬勃发展，促使通信数据流量呈指数级增长，高清视频传输、自动驾驶、远程医疗等应用场景对通信系统的传输速率、响应时间与稳定性提出严苛要求。传统通信系统面临频谱资源稀缺、网络延迟高、安全风险大等问题，难以满足日益复杂的业务需求。电子信息技术凭借其在信号处理、设备性能提升、智能决策等方面的独特优势，成为优化通信系统的核心驱动力。

一、高效通信系统的理论基础与现状分

1.1 通信系统的基本原理与架构

通信系统的核心功能是实现信息的有效传输，其基本原理围绕信源、信道和信宿展开。信源将原始信息转换为电信号或光信号；信道编码对信号进行处理，添加校验码以提升传输可靠性；调制过程则将编码后的信号加载到载波上，便于在信道中传输。信号经信道传输后，在接收端通过解调、信道解码还原，最终送达信宿。通信系统架构因应用场景而异。蜂窝移动通信系统通过基站与移动终端建立无线连接，依托核心网实现数据交互；卫星通信系统借助人造卫星作为中继站，覆盖范围广，常用于偏远地区通信；有线通信系统则凭借光纤的高速、稳定传输特性，承担着骨干网络的数据传输重任。

1.2 现代通信系统面临的挑战

随着 5G、物联网、云计算等技术的普及，通信系统面临多重挑战。网络延迟成为实时业务发展的瓶颈，如自动驾驶、远程医疗等场景，对数据传输的低延迟要求近乎苛刻，稍有延迟便可能引发严重后果。数据传输速率方面，4K/8K 视频、大数据传输需求的增长，使得现有网络带宽难以满足，尤其在用户密集区域，网络拥堵问题突出。

1.3 现有通信系统优化方法的局限性

传统的通信系统优化方法，如优化网络拓扑结构、调整通信协议参数等，在应对复杂场景时存在明显不足。网络拓扑优化多基于静态规划，难以适应通信流量动态变化的需求，当突发业务流量出现时，易导致局部网络拥塞。通信协议参数调整虽能在一定程度上改善性能，但随着网络规模扩大和业务复杂度提升，其优化效果逐渐减弱，且过度调整可能引发协议兼容性问题。

二、电子信息技术在通信系统优化中的关键技术应用

2.1 数字信号处理技术在通信中的应用

DSP 是对通信信号实现滤波、编码、调制、解调等功能，增强了信号的质量，对于抑制噪声来说，DSP 是通过傅里叶变换等方法找到噪声并将噪声滤除，例如卫星通信中的自适应滤波器，消除了宇宙噪声。信道编码技术能够增加数据传输的稳定性，调制解调技术的更新，对于提高频谱效率也有巨大的帮助，如 OFDM，能够将高速的数字流分成很多低速并行的数据流，从而保证通信系统即使在比较差的情况下，系统也能够保证稳定有效工作的。

2.2 微电子技术对通信设备性能的提升

通信硬件得益于微电子技术的发展，在设计芯片时，先进制程的使用，如 7nm、5nm等都大大提升了通信芯片的集成度和运算能力。例如，在5G 基站中所用的基带芯片中，5G 基带芯片采用了先进工艺，在此基础上，单芯片能够支持的数据天线数目增加了，从而支撑了大规模MIMO，在此基础上，大大提升了数据传输速率。更为重要的是通信系统的功耗也能进一步得到减低，在通信系统的发展中，采用了低功耗的设计理念，在智能手机的射频电路中，设计者通过改进电路方案，有效地提升在 5G 技术标准下，射频电路的传输质量，同时，这种设计也在一定程度上提升了手机终端的续航时间。

2.3 人工智能与机器学习在通信系统优化中的应用

机器学习算法是通过通信系统中采集到的数据训练神经网络模型，智能化解决通信问题，如利用深度学习算法中的 LSTM 神经网络模型获取网络用户的使用行为数据，预判用户的使用数据流量，从而根据预测结果分配网络中的数据流量，避免网络高尖端口导致的数据阻塞；再如机器学习中的强化学习算法能够强化网络中的路由优化控制问题，在多跳的网络中，智能体与外界不断进行交互，智能体学习出最佳的路径，从而降低数据传输的延迟率。

2.4 量子通信技术的原理与潜在应用前景

量子通信的通信原理是基于量子力学的量子纠缠态、叠加态特征，具有无条件安全的量子通信能力。量子密钥分发(QKD)以光子偏振态为信道传递量子比特，量子态窃听必被发现，理论上确保了量子信道安全传送密钥的性能，可用于金融交易、军事通讯等保密要求极高的信息安全领域。当然，当前量子通信面对的主要困难为量子纠缠态不易保持以及传输距离的局限性，但未来随着量子中继技术、量子存储技术等相关技术的发展，全球覆盖的量子保密通信将不再是不可实现的目标，未来的量子通信将对通信的安全性产生颠覆性的改变，为人们的信息时代打造安全屏障。

三、基于电子信息技术的通信系统优化策略与实践

3.1 通信网络架构优化策略

软件定义网络（SDN）与网络功能虚拟化（NFV）是通信网络架构优化的核心技术。SDN 将网络控制平面与数据转发平面分离，通过集中式控制器实现对网络流量的灵活调度。在大型园区网络中，SDN 控制器可根据实时流量数据，动态调整数据包转发路径，避免网络拥塞，使链路利用率提升 。NFV 则通过将传统网络设备功能虚拟化，部署在通用服务器上，降低硬件成本。

3.2 频谱资源优化利用技术

频谱感知与动态频谱分配技术有效缓解频谱资源紧张问题。频谱感知技术借助传感器实时监测频段占用情况，认知无线电设备可快速识别空闲频谱。在城市热点区域，智能终端通过频谱感知技术，能发现电视白频段等未充分利用的频谱资源。动态频谱分配算法则根据用户需求与频谱状态，智能分配资源。

3.3 通信系统安全优化措施

加密技术与身份认证机制为通信安全构筑坚实防线。量子加密技术利用量子态不可克隆特性，实现理论上绝对安全的密钥分发，在金融行业的跨境交易中，量子密钥分发系统已成功保障数百亿元资金的安全传输。对称与非对称加密算法则广泛应用于日常通信，如 HTTPS 协议采用混合加密模式，兼顾加密效率与安全性，保护用户隐私数据。身份认证方面，生物识别技术与数字证书结合，在移动支付场景中，双重认证使账户被盗风险降低。

电子信息技术为高效通信系统优化提供了强大支撑，从数字信号处理到量子通信，各类技术深度应用显著提升了通信系统性能。技术复杂性、标准统一及人才短缺等问题仍需攻克。聚焦技术融合创新，加速成果转化应用，完善标准体系，培养复合型人才，推动通信系统向更高效率、更智能化、更安全可靠的方向持续迈进。

参考文献

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[2]高欣宇,胡松.基于电子信息的高效通信系统优化[J].中国宽带,2024,20(04):22-24.