信号基于matlab的双音多频拨号系统的仿真

淮阴工学院

数字信号处理课程设计报告

题目:基于MALAB的双音多频拨号系

系 院 计算机工程学院专 业: 通信工程

指导教师: 顾相平学年学期 2 13 ~ 201 学年第 1学期

2013年12月  5 日

摘要

双音多频Dual Toel  i Freq ny, DMF信号是音频电话中的拨号信号 由美国AT&T贝尔公司实验室研制并用于电话网络中。DTMF信号在电话中有两种作用,一个是用拨号信号去控制交换机接通被叫的用户电话机,另一个作用是控制电话机的各种动作,如播放留言、语音信箱等。AB语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言MATLA功能强大、简单易学、编程效率高,深受广大科技工作者的欢迎。特别是MATA还具有信号分析工具箱,不需具备很强的编程能力,就可以很方便地进行信号分析、处理和设计。所以该课程设计利用MALA B进行仿真,编写代码,运行程序,根据提示键入8位电话号码如,回车后可以听见8位电话号码对应的DTF信号的声音并输出相应的8幅频谱图最后显示检测到的电话号码。说明MF信号的参数:采样频率、DF T的变换点数以及观测时间的确定原则。

关键词 多音双频频谱图采样频率



目录

1引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .错误未定义书签。

课程设计题目描述和要求错误未定义书签。

3课程设计报告内容错误未定义书签。

.1信号的产生及算法实现. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .错误未定义书签。

  2详细设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .错误未定义书签。

3.结果分析- 13-

总结错误未定义书签。

1引言

双音多频D   Tone Mult  Frequncy DF)信号是音频电话

中的拨号信号,由美国T&贝尔公司实验室研制,并用于电话网络中。这种信号制式具有很高的拨号速度,且容易自动监测识别,很快就代替了原有的用脉冲计数方式的拨号制式。这种双音多频信号制式不仅用在电话网络中还可以用于传输十进制数据的其它通信系统中用于电子邮件和银行系统中。这些系统中用户可以用电话发送F信号选择语音菜单进行操作。

DTMF信号系统是一个典型的小型信号处理系统,它要用数字方法产生模拟信号并进行传输,其中还用到了/变换器;在接收端用A/D变换器将其转换成数字信号并进行数字信号处理与识别。为了系统的检测速度并降低成本,还开发一种特殊的T算法称为戈泽尔(Goertze l)算法,这种算法既可以用硬件专用芯片)实现,也可以用软件实现。下面首先介绍双音多频信号的产生方法和检测方法包括戈泽尔算法最后进行模拟实验。下面先介绍电话中的DTMF信号的组成。

在电话中,数字0~的中每一个都用两个不同的单音频传输所用的个频率分成高频带和低频带两组低频带有四个频率:679Hz,7 z 5H和 1H ;高频带也有四个频率: 209z,1    ,1477H和1 3Hz.。每一个数字均由高、低频带中各一个频率构成,例如1用6 Hz和120z两个频率,信号用sin(2f1 t)sin(2f2 t)表示,其中f1679Hz,f21209Hz。这样8个频率形成1 种不同的双频信号。具体号码以及符号对应的频率如表所示。表中最后一列在电话中暂时未用。

表1 双频拨号的频率分配

DTMF信号在电话中有两种作用,一个是用拨号信号去控制交换机接通被叫的用户电话机,另一个作用是控制电话机的各种动作,如播放留言、语音信箱等。课程设计题目描述和要求

DMF Double Tone Mult  Freque y双音多频信号是音频电话拨号信号,由美国T&T贝尔实验室开发。作为实现电话号码快速可靠传输的一种技术,它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度,因此可广泛用于电话通信系统中。但绝大部分是用作电话的音频拨号。另外,它也可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数据流和语音等信息的远程传输。

这种拨号方法取代了脉冲拨号,在DTMF通信系统中共有8个频率,分为4个高频音和4个低频音.用个高频音和1个低频音的组合来表示一个信号.这样,共能提供 种组合,分别代表6种信号 图一为电话按键与信号频率的对应关系。

1290HZ 1366HZ 1477HZ 1633HZ

列频率

图一 DMF编码

各种DMF信号的应用都离不开D TM信号的检测,这是D TMF信号应用的关键。对它的检测,主要通过数字信号处理的算法以及硬件实现。本文主要通过LAB的软件编程来实现DTMF信号的仿真检测从频域分析了快速傅立叶变换(FT和GET Z E L两种方法,并对GOTE算法进行了详细的推

导,提出采用Gerte  算法来实现TM信号的检测。

3课程设计报告内容

3. 信号的产生及算法实现

DTMF编码,是将电话拨号盘上的数字0~9,字母A~及*、#F,共16个字符,用音频范围的8个频率表示出来。具体来说,将个频率分为高频群和低频群两组, 分别作为列频和行频。每一个键的频率模式由来自于列频和行频的两个频率叠加而成。 DM信号所规定的指标是 传送接收率为每秒0 个数字, 或每个数字100m s。每个数字传送过程中, 信号必须存在至少45 ms,且不得多于5 m  1  ms里的其余时间是静音。

 )、D信号的产生

假设时间连续的DTM信号用x(t)sin(2f1 t)sin(2f2 t)表示式中f1和f2是按照表选择的两个频率 f1代表低频带中的一个频率,f2代表高频带中的一个频率。显然采用数字方法产生DTM信号,方便而且体积小。下面介绍采用数字方法产生DTMF信号。规定用8KHz对DTF信号进行采样,采样后得到时域离散信号为x(n)sin2(f1n/800)0sin2(f2n/800)0

形成上面序列的方法有两种即计算法和查表法。用计算法求正弦波的序列值容易,但实际中要占用一些计算时间,影响运行速度。查表法是预先将正弦波的各序列值计算出来寄存在存储器中,运行时只要按顺序和一定的速度取出便可。这种方法要占用一定的存储空间但是速度快。

因为采样频率是800H ,因此要求每125m输出一个样本,得到的序列再送到D/A变换器和平滑滤波器,输出便是连续时间的DTF信号。 TMF信号通过电话线路送到交换机。

2)、D TMF信号的检测

检测中采用了频域的方法,N点数据的F公式为:

X(k)DFT[x(n)]n01 x(n)WNknk0,1,. . . ,N1

它的好处是可以得到FT的所有N点的值。也就是通过F可以计算出信号中所包含的频率成分。具体实现时,由于它的计算量非常大 因而主要使用它的快速算法——快速傅立叶变换(FF)[,4 。

对上述产生的TMF信号,经过20点F运算得到DTMF信号的频谱K (如图二所示)。根据结果中两条谱线的位置K值可知其频率分别为820Z和290Z,即对应了电话号码盘的数字“”。从图中可以看出,FF运算中出现了两个问题 1、 由于数据的截断,带来了频谱泄漏误差;2、通过FT运算,计算出了  点的频谱,而TMF信号只需8个频率点,计算效率大大降低。为解决这个问题,文中采用了GO EZ EL算法[5] 。

图二 “7”的D TF编码F FT频谱

GOERZEL算法本身也是对DF T的快速运算,但可以有选择地计算个别点处的F,而对不需要的点不进行计算。

GOERTZE算法原理如下:

OTE算法实质是一个两极点的II滤波器,其算法原理框图如图三所示:

X(n) Vk (n) Yk(n)

wNk

图三 GORTZL算法原理框图

由图可知:

X(k)yk(N)vk(N)e

具体推导如下:

N1

X(k)n0 x(n)WNk(nN) (DFT)

令n=m

X(k)

所以对序列X(n)的DF T等价于(n)与系统传递函数h(n)WNkn的第N个卷积值

对h(n)WNkn进行Z变换可得:

因此, (z可看作是级联型网络: