数字信号处理课程设计2012_12_6

一、 课程设计的目的和任务

“数字信号处理”课程是信息和通信工程专业必修的专业技术基础课程。课程以信号与系统作为研究对象，研究对信号进行各种处理和利用的技术。通过该课程的学习，学生应牢固掌握确定性信号和系统的分析方法、相关算法、系统实现等的相关知识的，借助于数字滤波器的设计及实现，学生可掌握数字系统的分析以及设计方法。 数字信号处理是理论性和工程性都很强的学科，本课程设计的目的就是使该课程的理论与工程应用的紧密结合, 使学生深入理解信号处理的内涵和实质。

本课程设计要求学生在理解信号处理的数学原理的基础上，应用计算机编程手段，实现一种信号分析或处理的设计，达到对所学内容融会贯通，综合各部分知识，按照题目要求独立设计完成。 二、 课程设计的题目和要求 1. DTMF信号的产生与解码

DTMF编解码广泛应用于数字电话拨号，简单通信协议等领域。目前所有的电话和传真机按键都是采用DTMF信号进行编码和传输的，该方案实际是利用模拟信号对数字符号进行编码。

该编码方案共使用8个模拟频率对16个符号进行编码，这16个频率分为2个群：高音群和低音群。所以称为双音多频(Dual-Tone Multiple-Frequency)编码，其编码方案如图1。由图可知每个符号由一个高音频率和一个低音频率唯一确定。

图1 DTMF信号编码方案

对于该信号的产生，我们可以利用数字振荡器来完成。

而对这些信号的检测，则可以利用DFT来完成。要注意的是，这里只需要计算16个频点的FFT输出，因此课本上介绍基2或基4算法并不是最优的，这时我们需要采用Goerzel算法完成所需的DFT。当然我们也可以用16个窄带带通滤波器完成，窄带带通滤波器的中心频率就是上述各频率。对窄带滤波器输出信号的输出做判决就可以得到解码的结果。

设计要求

编制程序生成并显示各符号的时域信号和对应的幅频曲线。

编程模拟电话拨号过程：输入电话号码，生成各号码的时域信号，给时域信号加噪声，编程对含噪声的电话拨号信号进行解码。编制程序测试编解码程序的正确性。要列出表格，统计拨出的符号的解码成功率。

独立完成设计，选择自己熟悉的编程语言编写程序，最好能给出图形界面。

2. IIR数字滤波器设计及软件实现

编制Matlab程序，完成以下功能，调用给定信号产生函数mstg产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st，通过观察st的幅频特性曲线，分别确定可以分离st中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器（低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器）的通带截止频率和阻带截止频率。完成相应滤波器设计，将st中三路调幅信号分离出来。具体要求如下：

（1）调用信号产生函数mstg产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st，该函数还会自动绘图显示st的时域波形和幅频特性曲线，如图2所示。由图2可见，三路信号时域混叠无法在时域分离。但频域是分离的，所以可以通过滤波的方法在频域分离，这就是本实验的目的。

图2 三路调幅信号st的时域波形和幅频特性曲线

（2）要求将st中三路调幅信号分离，通过观察st的幅频特性曲线，分别确定可以分离st中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器（低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器）的通带截止频率和阻带截止频率。要求滤波器的通带最大衰减为0.1dB,阻带最小衰减为60dB。

提示：抑制载波单频调幅信号的数学表示式为

其中，cos(2fct)称为载波，fc为载波频率，cos(2f0t)称为单频调制信号，f0为调制正弦波信号频率，且满足fcf0。由上式可见，所谓抑制载波单频调幅信号，就是2个正弦信号相乘，它有2个频率成分：和频fcf0和差频fcf0，这2个频率成分关于载波频率fc对称。所以，1路抑制载波单频调幅信号的频谱图是关于载波频率fc对称的2根谱线，其中没有载频成分，故取名为抑制载波单频调幅信号。容易看出，图中三路调幅信号的载波频率分别为250Hz、500Hz、1000Hz。如果调制信号m(t)具有带限连续频谱，无直流成分，则s(t)m(t)cos(2fct)就是一般的抑制载波调幅信号。其频谱图是关于载波频率fc对称的2个边带（上下边带），在专业课通信原理中称为双边带抑制载波 (DSB-SC) 调幅信号,简称双边带 (DSB) 信号。如果调制信号m(t)有直流成分，则s(t)m(t)cos(2fct)就是一般的双边带调幅信号。其频谱图是关于载波频率fc对称的2个边带（上下边带），并包含载频成分。

（3）编程序调用MATLAB滤波器设计函数buttord,butter或cheb1ord、cheb2ord、cheby1 、cheby2）分别设计这三个巴特沃思滤波器或切比雪夫滤波器，并绘图显示其幅频响应特性曲线。

（4）调用滤波器实现函数filter，用三个滤波器分别对信号产生函数mstg产生的信号st进行滤波，分离出st中的三路不同载波频率的调幅信号y1(n)、y2(n)和y3(n)， 并绘图显示y1(n)、y2(n)和y3(n)的时域波形，观察分离效果。

3．信号产生函数mstg清单

function st=mstg(fc1,fc2,fc3,fm1,fm2,fm3,N,Fs) %产生信号序列向量st,并显示st的时域波形和频谱

%st=mstg 返回三路调幅信号相加形成的混合信号，长度N=1600 if nargin<8

display('参数太少，使用默认参数！'); N=1600; %N为信号st的长度。

Fs=10000; %采样频率Fs=10kHz，Tp为采样时间

fc1=Fs/10; %第1路调幅信号的载波频率fc1=1000Hz, fm1=fc1/10; %第1路调幅信号的调制信号频率fm1=100Hz

s(t)cos(2f0t)cos(2fct)12[cos(2(fcf0)t)cos(2(fcf0)t)] fc2=Fs/20; %第2路调幅信号的载波频率fc2=500Hz

fm2=fc2/10; %第2路调幅信号的调制信号频率fm2=50Hz fc3=Fs/40; %第3路调幅信号的载波频率fc3=250Hz, fm3=fc3/10; %第3路调幅信号的调制信号频率fm3=25Hz end

T=1/Fs;Tp=N*T; %采样频率Fs=10kHz，Tp为采样时间 t=0:T:(N-1)*T;k=0:N-1;f=k/Tp;

xt1=cos(2*pi*fm1*t).*cos(2*pi*fc1*t); %产生第1路调幅信号 xt2=cos(2*pi*fm2*t).*cos(2*pi*fc2*t); %产生第2路调幅信号 xt3=cos(2*pi*fm3*t).*cos(2*pi*fc3*t); %产生第3路调幅信号 st=xt1+xt2+xt3; %三路调幅信号相加 fxt=fft(st,N); %计算信号st的频谱

%====以下为绘图部分，绘制st的时域波形和幅频特性曲线 if nargout<1

subplot(2,1,1)

plot(t,st);grid;xlabel('t/s');ylabel('s(t)');

axis([0,Tp/8,min(st),max(st)]);title('(a) s(t)的波形'); subplot(2,1,2);

stem(f,abs(fxt)/max(abs(fxt)),'.');grid;title('(b) s(t)的频谱'); axis([0,Fs/5,0,1.2]);

xlabel('f/Hz');ylabel('幅度'); end

三、课程设计要求

2个题目任选一题。

1.设计报告一律按照规定的格式，使用A4纸，格式、封面统一给出模版。 2.报告内容 （a）设计要求 （b）设计原理

（c）设计结果、仿真波形及结果分析 （d）收获和体会 （e）参考文献

（f）附录：源程序清单

字数要求不少于2000字。

四、成绩评定办法

课程设计成绩按照设计报告和操作两部分情况综合给出，如果能够进行答辩将酌情加分。

1.要求设计的程序和波形、设计报告必须独立完成，鼓励创新。

注意：凡是两份完全一样的设计，两人都按不及格处理。 2.设计报告交打印件，内容必须齐全、完整、工整。

注意：仿真波形图不准手画，必须是从程序运行后输出的界面中抓取。

附录：课程设计报告封面

二○一二～二○一三学年第 一 学期

数字信号处理

课程设计报告书

题目：

班 级： 电子信息工程2010级 班 学 号： 姓 名： 课程名称： 数字信号处理课程设计 学时学分： 1周 1学分 指导教师： 杨永立

二○一三年 一 月 十一日