1、一、實驗室名稱：數(shù)字信號處理實驗室二、實驗項目名稱：多種離散時間信號的產(chǎn)生三、實驗原理：1、基本離散時間信號利用MATLAB強大的數(shù)值處理工具來實現(xiàn)信號的分析和處理，首先就是要學(xué)會應(yīng)用MATLAB函數(shù)來構(gòu)成信號。常見的基本信號可以簡要歸納如下：（1）單位采樣序列 在MATLAB中可以利用zeros()函數(shù)實現(xiàn)。如果在時間軸上延遲了k個單位，得到即： （2）單位階躍序列 在MATLAB中可以利用ones()函數(shù)實現(xiàn)。 （3）正弦序列采用MATLAB的實現(xiàn)方法，如：（4）實指數(shù)序列其中，A、a為實數(shù)。采用MATLAB的實現(xiàn)方法，如：（5）復(fù)指數(shù)序列采用MATLAB的實現(xiàn)方法，如：為了畫出復(fù)數(shù)信號x

2、n，必須要分別畫出實部和虛部，或者幅值和相角。MATLAB函數(shù)real、imag、abs和angle可以逐次計算出一個復(fù)數(shù)向量的這些函數(shù)。2、基本數(shù)字調(diào)制信號（1）二進制振幅鍵控（2ASK）最簡單的數(shù)字調(diào)制技術(shù)是振幅鍵控（ASK），即二進制信息信號直接調(diào)制模擬載波的振幅。二進制幅度鍵控信號的時域表達式：其中，an為要調(diào)制的二進制信號，g(t)是單極性脈沖信號的時間波形，Ts 表示調(diào)制的信號間隔。典型波形如下：圖 1 1 二進制振幅鍵控信號時間波形 SHAPE * MERGEFORMAT （2）二進制頻移鍵控（2FSK）在二進制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間

3、變化，則產(chǎn)生二進制移頻鍵控信號（2FSK信號）。二進制頻域鍵控已調(diào)信號的時域表達式為:這里，。典型波形如下：an1011001ttt2FSK信號載波信號1載波信號2圖 1 2 二進制頻移鍵控信號時間波形（3）二進制相移鍵控（2PSK或BPSK）在二進制數(shù)字調(diào)制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號。通常用已調(diào)信號載波的0和 180分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0。二進制移相鍵控信號的時域表達式為：典型波形如下：Tst2PSK信號an 1 0 0 1圖 1 3 二進制相移鍵控信號時間波形數(shù)字調(diào)制信號可以根據(jù)調(diào)制原理采用基本的MATLAB命

4、令實現(xiàn)，也可以用現(xiàn)成的命令：Y = DMOD(X, Fc, Fd, Fs, METHOD.)，其中，X為要調(diào)制的二進制信號；Fc為載波頻率(Hz)；Fd為符號頻率(Hz)；Fs為采樣頻率。要求：Fs Fc，同時Fs/Fd 是一個正整數(shù)。參數(shù)METHOD是可以選擇的調(diào)制方式：ask 、psk、qask、fsk、msk等。 3、雙音多頻DTMF信號DTMF（Double Tone MulitiFrequency,雙音多頻）作為實現(xiàn)電話號碼快速可靠傳輸?shù)囊环N技術(shù)，它具有很強的抗干擾能力和較高的傳輸速度，因此，可廣泛用于電話通信系統(tǒng)中。但絕大部分是用作電話的音頻撥號。另外，它也可以在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛

5、地用來實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)流和語音等信息的遠程傳輸。 DTMF是用兩個特定的單音頻組合信號來代表數(shù)字信號以實現(xiàn)其功能的一種編碼技術(shù)。兩個單音頻的頻率不同，代表的數(shù)字或?qū)崿F(xiàn)的功能也不同。這種電話機中通常有16個按鍵，其中有10個數(shù)字鍵09和6個功能鍵*、#、A、B、C、D。由于按照組合原理，一般應(yīng)有8種不同的單音頻信號。因此可采用的頻率也有8種，故稱之為多頻，又因它采用從8種頻率中任意抽出2種進行組合來進行編碼，所以又稱之為“8中取2”的編碼技術(shù)。 根據(jù)CCITT的建議，國際上采用的多種頻率為697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8種。用

6、這8種頻率可形成16種不同的組合，從而代表16種不同的數(shù)字或功能鍵，具體組合見表1-1。表1-1 雙音多頻的組合功能 高頻群Hz 功能低頻群Hz 1209 1336 1477 1633 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 * 0 # D 因此，DTMF信號可以看作兩個有限長度的正弦序列相加，正弦信號的頻率由按鍵數(shù)字或字母符號對應(yīng)的頻率決定。如，數(shù)字“8”由行頻852Hz和列頻1336Hz決定。四、實驗?zāi)康模赫莆諑追N基本的離散時間信號（包括單位采樣序列，單位階躍序列，單頻正弦序列，單頻復(fù)指數(shù)序列，實指數(shù)序列等）。能夠熟練利用MATLAB產(chǎn)生這些基本的離

7、散時間信號。理解雙音多頻DTMF信號、ASK、FSK、BPSK等信號的產(chǎn)生原理。學(xué)習(xí)并運用MATLAB產(chǎn)生各種通信中的調(diào)制信號及雙音多頻信號。五、實驗內(nèi)容：1、對幾種基本離散時間信號（包括單位采樣序列，單位階躍序列，正弦序列，復(fù)指數(shù)序列，實指數(shù)序列等）在MATLAB中編程產(chǎn)生。2、（拓展要求）利用MATLAB編程產(chǎn)生2ASK，2FSK，2PSK等數(shù)字調(diào)制信號。3、（拓展要求）利用MATLAB編程產(chǎn)生理解雙音多頻DTFM信號。4、（拓展要求）利用MATLAB編程產(chǎn)生高斯白噪聲序列。5、（拓展要求）利用MATLAB中的譜分析函數(shù)對正弦信號的頻譜進行分析。6、通過硬件（DSP）實驗箱演示上述信號的時

8、域（示波器）波形與頻域波形（計算結(jié)果）。六、實驗器材（設(shè)備、元器件）：安裝MATLAB軟件的PC機一臺，DSP實驗演示系統(tǒng)一套。七、實驗步驟：在內(nèi)，畫出單位下列信號：(a).單位采樣序列和單位階躍序列的時域波形圖。(b).、的波形。說明與、與之間的關(guān)系。2、畫出下列信號在內(nèi)的波形。觀察是否周期信號。如果是周期信號，信號的基波周期是什么？如果不是周期信號，說明原因。3、在內(nèi)，畫出下列信號：對于復(fù)數(shù)序列，要求分別畫出實部和虛部；幅值和相角。若把中的底數(shù)0.8分別改為1.2、-0.8，討論產(chǎn)生的時域波形有何變化?？偨Y(jié)指數(shù)序列的底數(shù)對序列變化的影響。（拓展要求）設(shè)計產(chǎn)生數(shù)字二進制序列：1 0 1 0

9、1 0 的2ASK、2FSK、2PSK調(diào)制信號。已知符號速率Fd10Hz（即時間間隔Ts為0.1），輸出信號的采樣頻率為20Hz。(a).2ASK信號的載波頻率Fc5Hz， (b).2FSK信號載波1頻率F15Hz，載波2頻率F21Hz。(c).2PSK載波頻率Fc1Hz。分別畫出以上信號調(diào)制前后的時域波形圖。（拓展要求）利用MATLAB產(chǎn)生DTMF雙音多頻信號。畫出數(shù)字“0”的時域波形圖。（拓展要求）MATLAB函數(shù)randn(1,N)可以產(chǎn)生均值為0，方差為1的高斯隨機序列，也就是白噪聲序列。試利用randn函數(shù)產(chǎn)生均值為0.15，方差為0.1的高斯白噪聲序列，要求序列時域范圍為。畫出時域

10、波形圖。同時將實驗步驟2中產(chǎn)生的信號與相加，將得到的波形與的波形做比較。（拓展要求）利用MATLAB中的譜分析函數(shù)畫出的頻譜。與理論上根據(jù)傅立葉變換的定義計算出的的頻譜進行比較。通過硬件（DSP）實驗箱演示上述信號的時域（示波器）波形與頻域波形（計算結(jié)果）。八、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：程序：（1）產(chǎn)生序列的程序（2）產(chǎn)生2ASK、2FSK、2PSK調(diào)制信號的程序（拓展要求）（3）產(chǎn)生DTMF信號的程序（拓展要求）（4）高斯白噪聲序列的產(chǎn)生程序（擴展要求）（4）正弦信號頻譜分析的程序（擴展要求）結(jié)果：（1）的時域波形（2）信號的時移：與、與之間的關(guān)系。（2）正弦序列周期的判斷（3）指數(shù)序列底數(shù)與序列變化的關(guān)系總結(jié)（4）2