DTMF通信系统设计与仿真.ppt

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1、DTMF通信系统设计与仿真信息科学与工程学院电子通信系1、任务、性质与意义任务：综合运用通信原理、数字信号处理等课程所学知识，设计实现双音多频(DTMF)信号传输过程的软件仿真。性质：通信原理、数字信号处理等课的综合实践环节。意义：从理论上加深对有关通信、数字信号处理原理的综合理解；了解DTMF信号原理和用数字信号处理的方法实现DTMF信号的产生、传输与检测的过程。掌握一门新的计算机编程工具—MATLAB。2、基本原理2.1双音多频(DTMF)信号双音多频(DTMF)信号就是用两个不同频率的音频信号的组合。DTMF在电话通信系统中应用脉冲拨号方式：开关控

2、制二线电路的通与断每个脉冲周期100ms40%的占空时间两个相继数字的时间间隔可以从0.5S到数秒之间变化不等发送一个10位长的号码大约需要7秒的时间DTMF拨号方式：每一数字用一对音频表示8个单音频分为两组，高频和低频同时传输传送速率为每秒10个数字，或者每个数字100ms。100ms中，45ms--55ms有信号，其余为静音允许有1.5%的频率偏移，不得超出3.5%要求信噪比不低于15dBDTMF的拨号方式比双脉冲拨号方式可快至10倍，抗干扰能力大大高于脉冲拨号方式，避免占用额外的信道应用电话系统控制信令测量在话音信道上传送各类控制指令实现电话控制家

3、用电器的启停，传送远方的状态监测信息。基于电话的信息服务在实际系统中，首次拨号由程控交换机识别，完成主叫与被叫之间的接续；二次乃至多次拨号的识别以及操作由用户系统自己完成。DTMF信号的硬件产生与检测DTMF信号发送器电路原理电路组成晶体振荡器——外接晶体(通常采用3.58MHz)与片内电路构成振荡器、经分频产生参考信号键控可变速率时钟产生电路——它是一种可变分频比的分频器，通常由n级移位寄存器与键控反馈逻辑单元组成正弦波产生电路——它出正弦波编码器与D—A变换器构成。通常可变速时钟信号先经过5位移位寄存器，产生—组5位移位代码，再由可编程逻辑阵列(PL

4、A)将其转换成二进制代码，送到D—A变换器转换成台阶形正弦波混合电路——行、列信号相加、输出附加功能单元，如含有单音抑制、输出控制(禁止)、双键向按无输出等控制电路。硬件接收DTMF信号的电路原理DTMF接收器主要包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器。DTMF接收信号先经高、低群带通滤波进行fL/fH区分，然后过零检测、比较，得到相应于DTMF的两路fL/fH信号输出。该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF信号音对的4比特二进制码(L1一L4)。双音多频信号软件产生与检测为了产生DTMF信号，DSP用软件产生两个正弦波叠加在一起后发送

5、，软件具体实现方式可以有三种方法：（1）用软件模拟DSP的方式产生两个数字正弦波振荡器并把输出合成起来，建立所希望的双音频（2）通过产生的某频率的方波后再附加滤波器滤出二次以上的谐波，产生DTMF信号（3）直接编程输出正弦信号组成数据表格，查表输出产生DTMF信号软件检测DTMF信号主要方法：（1）利用离散傅立叶变换(DFT)及其快速算法(FFT)，求取DTMF信号频谱的峰值点，进而利用峰值点的频率判断发送的数字。缺点：计算量大，不利于实时处理。（2）由波形过零点确定低频信号的频率，而极值点确定高频信号的频率。当采样频率为8K时，每个DTMF信号的持续4

6、0ms.采样160个点，即20ms采样点全部落在40ms的发送范围内，对采样的点进行6次求和取平均然后分别计算过零点的数目a和极点的数目b，对应频率可以计算为：软件检测DTMF信号主要方法：计算接收到的DTMF信号在8个既定频率的能量，进而确定是否有DTMF信号到达以及收到的是哪一对信号，此外通过计算接收信号的总能量来防止误判。采用Geortzel算法可进一步提高计算效率，Goertzel算法实质是一个两极点的IIR滤波器，对应每一个频点有一个匹配滤波器，在抽样时刻检测。这种算法有利于用DSP实现。在本次课程设计中要求使用这种方法。2.4数字正弦波振荡器

7、原理数字正弦波振荡器的功能是利用数字信号处理的方法产生正弦波信号的抽样序列。设数字正弦波振荡器要产生的波形为则其Z变换为y(n)可以看作是一个单位冲击函数激励了一个线性系统的冲击响应。这个线性系统的传递函数就是Y(z)。由Y(z)可以写出该线性系统的差分方程：令输入x(n)为单位冲击函数，即则可以得到下面的递推方程当n<0时，y(n)=0当n=0时，y(0)=0当n=1时，当n=2时，当n>2时，式中。实现时，先将每个频率常数存在一个表中，用来初始化振荡器；再迭代计算得到正弦序列的输出；将两个这样的输出叠加即可得到双音频的输出。每个数字输出的样本数取决于

8、数字速率与采样速率。2.5数字匹配滤波器原理计算接收到的DTMF信号在8个既定频