数字信号论文范文

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第1篇

全桥逆变器采用的是绝缘栅双极晶体管，控制方式为有限双极性控制[4]，如图2所示。全桥逆变器的工作原理为：接通任一桥臂的两个绝缘栅双极晶体管，如IGBT1和IGBT3，接通时间ton，其值为DTs/2，（D为占空比，Ts为交替接通周期）。另一桥臂的晶体管IGBT2和IGBT4依次接通Ts/2。除IGBT1与IGBT4同时接通或IGBT2与IGBT3同时接通外，高频变压器的一次电压和输出电压均为零。受负载电感的影响，负载处在一个交替接通周期内可以形成稳定的恒定电流。脉宽调制脉冲的宽度和负载的性质共同决定了负载电流的大小。在晶体管IGBT2和IGBT4的脉宽调制波形设置一个死区时间，以防所有开关管同时接通而产生短路。输出电流的调节通过IGBT1和IGBT3驱动信号的脉宽调节。

2数字脉宽调制

作为逆变电路的核心，输入信号经脉宽调制器与给定值比较后，转变为具有一定占空比的脉冲信号输出并驱动电路，进而对整个逆变电源的输出进行调整和控制。数字信号处理器中自带有脉宽调制模块，该模块中具有8个I/O引脚，组成编号为PWM1H/PWM1L、PWM2H/PWM2L、PWM3H/PWM3L、PWM4H/PWM4L的4个高/低端引脚对，并分别由4个占空比发生器控制。I/O引脚对低端与高端的状态在负载互补时恰好相反。脉宽调制模块具有4种工作模式，能够实现有限双极性控制。数字脉宽调制流程如图3所示，其工作模式由脉宽调制时基控制寄存器设定。引脚对PWM1H/PWM1L设置为递增/递减模式时，可以控制全桥逆变器中的晶体管IGBT2和IGBT4；引脚对PWM2H/PWM2L设置为双更新模式时，可以控制全桥逆变器中的晶体管IGBT1和IGBT3。无论何种工作模式，脉宽调制的定时周期均通过控制寄存器实现。IGBT2和IGBT4的占空比由占空比寄存器1设定，并在有限双极性控制模式下设置为1；IGBT1和IGBT3的占空比由占空比寄存器2设定，并在有限双极性控制模式下不断更新，其更新数据由PI控制模块根据反馈电流或电压计算得到。脉宽调制时基控制寄存器的值在实时控制过程中不断增加，并不断与占空比寄存器的值进行比较，直至两者相等时输出脉宽调制信号，并通过设置置位比较控制寄存器将输出信号分为低有效和高有效。通过设置脉宽调制模块自带死区时间发生器的控制位，可以为PWM1H/PWM1L的死区时间设置插入位置和大小。2.3PI调节对于对象为惯性环节或滞后环节的连续控制系统，理想的控制方法是比例+积分（PI）控制，以保证系统稳定后不会出现稳态误差。由于高频逆变电源的对象为二阶惯性环节，因此适于采用增量式PI控制[5]。在由数字信号处理器控制的逆变电路中，采用软件得到的高频方波信号具有精准的占空比和频率，如图4所示。图中Ig和If分别为基准电流和实测电流，e为两者的差值，即电流偏差，Ig为数字信号处理器产生的方波电流。PI调节的执行机构和控制对象分别为脉宽调制模块和全桥逆变电路。即将电流偏差e输入PI控制器，由脉宽调制模块输出脉冲信号，以调节逆变电路的交替接通，进而控制电流。

3实验研究

第2篇

1.1电平转换电路因为DSP的GPIO端口所能承受的电平为3.3V，而解码芯片HCTL_2021和光耦的输出信号为5V。为了保证DSP的GPIO端口能正常工作，需要接入电平转换芯片SN74LVC4245A，该芯片的功能是将5V电平转化3.3V电平。

1.2解码电路作为HCTL_2020的改良版，HCTL_2021在稳定性和抗干扰方面都有着突出的表现。交流伺服电机的光电编码器接入解码芯片HCTL_2021。解码芯片内部具有计数功能，当HCTL_2021捕捉到光电编码器输出正电平时计数值加1。解码以后的数据经8位数据线，依次将高8位和低8位输出至DSP。同时为了节省引脚，本系统设计时将4块HCTL_2021并联后接入DSP的GPIO端口。DSP通过软件设置分时读取解码芯片的数据。

2全自动信封包装机控制系统软件设计

2.1PID控制算法简介按偏差的比例、微分、积分进行控制的控制器叫PID控制器。数字PID控制器的原理框图如图3所示。其中，r(k)为系统给定值，e(k)为误差，u(k)为控制量，c(k)实际输出。PID控制器解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，即系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可以实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带负载能力和抗干扰能力。Kp为比例系数；ki=(kp×T)/Ti为积分系数；kd=(kp×Td)/T为微分系数；Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，T为积分周期。当进行PID调节时，系统在运行初期由于偏差过大，会导致调节量u(k)过大，从而导致超调过大给系统带来很大的冲击。故需要对（1）式中的e(k)做一定的限幅处理。另外，当系统进入稳定状态以后，必然会产生一定的稳态误差，该误差在一个很小的范围内波动，如果控制器反复对其进行调节势必造成系统的不稳定。所以，系统必须设定一个输出允许带e0，即当采集到的偏差|e(k)|<e0时，不改变控制量。PID控制程序流程图如图4所示。

2.2PID算法在系统中的实现由于本系统的同步控制由一主多从的模式来实现，所以，2、3、4号伺服电机的转速和位置信号必须跟随1号伺服电机的转速和位置信号的变化。DSP中事件管理器模块的定时器产生频率可控的PWM波来控制伺服电机，PWM波的频率控制电机的转速，PWM波的个数控制电机的位置。设多伺服电机轴编码器输出脉冲数偏差值为e(k)，在k时刻电机的实际反馈转速分别为u1(k)、u2(k)、u3(k)、u4(k)。各伺服电机轴同步速度偏差值。根据不同的生产工艺要求可以设定允许偏差值的最大变化范围max，当e(k)≤eM时，系统不需要进行调节控制，当e(k)>eM时，需要进行调节控制。本系统以TMS320F2812为控制器实现PID控制。在软件中设置定时中断，在中断程序中，计算各从伺服电机的转速和位置并与1号伺服电机的转速与位置信号进行比较，求出偏差值e(k)。经PID调节，对于偏差做出快速反应和补偿。本系统的软件处理采用增量式调节。（3）式中，u(k)为1号伺服电机控制量增量，其中i=2，3，4；u1(k)、ui(k)、ui(k-1)、ui(k-2)分别是k、k-1、k-2时刻1号伺服电机及i号电机轴的编码器输出脉冲采样值；Kp是比例系数；Ki是积分系数；Ki=KpT∑i；Kd是微分系数，Kd=KpT∑d；T是采样周期；∑i是积分时间常数；∑d是微分时间常数。

3系统设计中遇到的问题及解决方法

1同步启动为了保证4台伺服电机的位置相同，本系统设计了同步启动程序。由于伺服电机每次转到其固有零点时会发出一条高电平信号Z，将该信号接入DSP的捕获引脚。当DSP捕获引脚捕捉到高电平跳变时，立即PWM波的输出，使伺服电机停止在固有零点处。当4台伺服电机都停止后，延迟一定时间，再同时启动4台电机，这样就实现了同步启动。2数据的分时读取每台伺服电机反馈的QEP编码信号通过HCTL_2021解码后都会产生8路数据输出信号，4台伺服电机将会产生高达32路的数据输出信号，如果直接连到DSP的I/O，将会极大地占用DSP的I/O口，不利于DSP的充分利用。此时，DSP分时读取4块解码器HCTL_2021的数据输出信号成为有效的解决办法。实验中，伺服电机在运转过程中每转一圈将输出2500个QEP编码脉冲，将每一路编码脉冲经过光耦隔离后送入到HCTL_2021的信号输入端进行解码。本系统在软件上采用中断方式分时读取GPIO上4块芯片的解码结果。并将1号伺服电机的信息保存到变量date1中。2、3、4号伺服电机的信息分别存放在变量date2、date3、date4中。通过分时读取，作者解决了DSP引脚不足的问题，最大限度的利用了DSP的引脚资源。特别需要注意的是：由于数字电路的电平转换需要一定的时间，所以在改变控制信号的电平后需要延迟一定时间，等其真正稳定。分时读取程序的流程图如图6所示。

4实验结果及结论

第3篇

1.1时域采样定理离散时间信号是从连续时间信号通过等间隔采样得到的，因此，弄清采样得到的信号与原始信号的关系是必要的，其中最重要的就是信号经过采样以后，信号信息会不会丢失？如果不丢失，即从采样信号无失真恢复出原始信号应该具备那些条件？也就是采样频率如何来确定的问题。在讲述之前，首先让学生观察如图1所示图形。通过观察图1所示图形的类比，积极引导让学生找出其中的差异。图1为某单一频率信号，由图1可看出，当在一个周期内采集8个采样点的时候，可以很轻松的恢复出原来模拟信号的样子；当采样点数减少4个的时候，一样可以看得出原模拟信号的包络；继续减少采样点数为2个时，仍可以观察得到信号的大致形状；但当采样点数为1个时，就无法确定原模拟信号的形状了，从而可以得到一个近似的结果，也就是一个周期内至少有两个采样点，即fs＞2fc。同学们有了一个直观的认识后，再根据推导得出结论，学生接受起来就变的容易，记忆也更深刻。

1.2频率分辨率频率分辨率在信号谱分析中是一个非常重要的概念，它反应了将两个相邻谱峰分开的能力，是分辨两个不同频率分量的最小间隔。频域采样间隔F=fs/N=1/NT=1/Tp，而文献中指出F=fs/N称为计算分辨率，即该分辨率是靠计算得到的，但它不反映真实的频率分辨率能力。F=1/Tp称为物理分辨率，补零仅仅提高了物理分辨率，而要得到高分辨率谱，则要通过增加数据记录。这让学生很难理解，教师也不好描述，以Matlab程序辅助图形讲解，如图2所示的两个模拟信号，通过图2可观察到的信号截取的有效长度对频率确定的影响。（a）只能观察到正弦信号很短的时间，不能测量其频率。（b）观察到周期的一半，可以估计出其频率，但有很大的不确定性。（c）观察到两个周期，不确定性被大大降低。

2例题图示引导法

双线性变换法与脉冲响应不变法相比其主要优点是避免了频率响应的混叠现象，但它的优点以频率的严重非线性为代价的。对于分段常数型的滤波器，双线性变换后，仍得到幅频特性为分段常数的滤波器，但是各个分段的边缘的临界频率发生了畸变，需要进行预畸变。

3类比法

拉普拉斯变化可以理解为是一种广义的傅立叶变换，它把频域扩展为复频域，扩大了信号的变换范围，并为分析系统响应提供了统一的规范方法。即H（s）为H（j赘）的推广。具体方法是：信号（ft）之所以不能满足绝对可积的条件，是当t寅∞或t寅-∞时，（ft）不为零，若用一个实指数函数e-滓t去乘（ft），只要滓的数值选择适当，就可以使收敛条件成立，e-滓t称为收敛因子。此时傅立叶变换公式变为。与所学过的知识，类比讲述，学生很容易掌握并且不容易忘记。这样的例子还很多，包括时域采样定理与频域采样，FIR滤波器的窗函数法和频率采样法等知识点的类比法。

4结论

第4篇

教学中要注重教学方法和手段的推陈出新，充分调动学生的积极性和创造性，强调基本概念和原理的正确理解，教学中应特别注意以下几个方面。

(一)优化教学方法上好“绪论”课，以知识的应用提升学生学习兴趣。目前，有相当一部分学生“信号与系统”学得不好，主要原因是学习积极性不高，看到满篇的公式就害怕，由此对课程学习失去信心。针对这种情况，教师要在提高学生学习兴趣和主动性方面下功夫。教师需用启发式教学取代以教师、课堂、课本为中心的灌输式教学。可利用“绪论”课激发学生学习热情:利用多媒体着重介绍数字信号处理在通信、语音和图像处理等领域的应用实例，如，手机的DSP芯片、门禁系统、心电信号滤波、数字图像处理、视频监控、微信等，让学生明白该课程的重要性及其应用领域，提升学生对数字信号处理的兴趣与学习积极性。在教学过程中灵活设置教学情境，增加互动环节，多做一些设计性实验，拓展思维、增强信心。淡化公式推导，着重强调概念的物理意义和联系。由于教材中大部分定理和结论是通过推导得出的，一些学生过于注重公式推导或证明。其实，授课时只需详细推导典型公式，把一些重要的公式讲清楚，类似的内容可让学生课后自学。课堂上教师要尽可能淡化推导和解题技巧，强调所得出结论的物理意义和工程应用，将抽样、频谱分析、滤波等工程应用案例穿插于理论教学中，让工程应用成为“数字信号处理”教学中的主线，做到数学概念、物理意义、工程应用三者并重，［4］提高学生学习这门课程的兴趣，增强学习的目的性和主动性。突出重难点，灵活采用多种教学方法。教学过程中分清主次，重难点内容重点讲、详细讲，较简单的或应用不多的内容则少讲或让学生自学。教师根据教学内容灵活选取不同的教学方法，如案例法、比喻法、对比法等，［5］通过分析和归纳总结的方式优化教学方法，分解复杂问题。如，讲授线性卷积时，将待卷积的两个序列看作站成两排等待领导接见的群众，而卷积运算过程相当于领导和所接见群众依次握手的过程。教师要善于运用幽默形象的语言和高超的艺术，把抽象而枯燥无味的知识变得生动有趣。巧用对比法。对比法能潜移默化地引导学生将相近或相似的概念和方法进行小结、比较和分析，不仅能更好地理解不同内容之间的共性和个性，而且能够培养发散思维能力，提高学习效率，如图2，将ZT、DFS、DTFT、DFT几种变换通过图表来比较，清晰地展现常见变量间的关系，避免混淆。为了让学生对所学知识之间的联系、用途有清晰的认识，可利用“知识树”的形式把每个章节的重点层层分解，将所学知识点和应用联系起来，便于归纳和总结(如图2)。讲解IIR和FIR滤波器设计时，先向学生讲清为什么要设计数字滤波器、有哪些应用、设计数字滤波器需要用到哪些知识。这样，学生会自然而然地把所学知识点联系起来。关注师生交流和信息反馈，重视因材施教。教师要根据不同专业和学生基础等方面的差异，在讲课方式和侧重点上有所区别。教师要及时掌握学生的学习动态，调整教学内容和方法，帮扶“学困生”，提升“优等生”。

(二)改革课堂教学模式传统与现代教学手段并用。运用多媒体教学能使抽象难懂的教学内容形象化、直观化，提高教学效率。［6］但在实际的“数字信号处理”课程教学中，过多地采用多媒体教学，教学效果并不理想。课堂中灵活运用黑板板书、多媒体课件、Matlab或LabView软件演示，可增强师生互动。［7］难一点的公式推导和证明，仍然采用传统板书方式教学，尽量放慢讲课节奏，留给学生充裕的思考时间，达到深刻理解的目的。对于比较抽象的概念、原理或结论，如信号采样及恢复、频谱分析、循环卷积等，可借助多媒体技术将教学内容生动、形象、高效地展示在学生面前，让学生更清晰地理解其物理意义。建设网络或视频资源共享平台也可避免多媒体教学课堂容量大、教学内容难消化的问题。课后，让学生登陆网络课程，弥补大班教学人数过多造成的师生沟通不便、信息反馈通道不畅的问题;通过网络答疑、讨论和激励制度激发学生学习兴趣和主动参与性。建立“学习共同体”教学模式。“学习共同体”是指由学习者及助学者(包括教师、专家、辅导员等)共同构成的团体。［8］共同体成员在学习过程中经常沟通、交流，分享学习资源，共同完成特定学习任务，形成相互影响、相互促进的学习组织。在大班教学中建立学习共同体，在课堂教学中形成师生互教、互学的互动关系，教师在教学过程中给学生自主学习的空间，学生根据所接受的任务去发现、思考和解决问题，增进协作和互动，激发学习主动性，从而改善课堂教学效果，提高学习效率。

(三)强化实践教学，高度重视学生实践能力的培养应用型人才培养应始终坚持理论与实践并重的原则。理论教学只是学习该门课程的一部分，将所学理论知识应用于实践，才能达到学以致用的目的。为此，必须加强实践教学环节。运用仿真软件教学。仿真软件Matlab和Labview以其编程和调试简单、代码短、效率高等特点深受广大教学和科研人员的欢迎，［9］广泛应用于控制系统、系统仿真等领域。结合几年来“数字信号处理”课程的授课经验，在课程中引入Matlab和Labview软件，让学生动手完成系统设计和仿真，拓展实验教学的深度和广度，有助于增强学生学习成就感，培养学生的创新能力和设计能力。CCS是TI公司推出的DSP软件集成开发环境，它运用图形接口界面，提供工程管理和编辑工具。教师可以用2学时介绍DSP结构、开发环境、DSP系列及其应用实例。通过了解DSP仿真软件CCS，为后续的DSP课程设计教学奠定基础。优化实验教学内容和改革实验教学手段，加强教学内容和工程应用的融合。“数字信号处理”教学应坚持以实践性和应用性为教学目的，分层设计实验，优化实验内容，尽量减少验证性实验，增加综合性、设计性、创新性、开放性实验教学内容。革除填鸭式教学，开展“项目导向、任务驱动、案例教学”的教学模式，结合学生情况，创设情境，教师提出任务，学生边学边练，完成自主学习任务，充分培养学生的再学习和主动学习的能力。［10］针对每一章的具体内容，在讲授理论知识之前先给学生一个具体的工程应用例子，提出问题，引导学生积极开动脑筋，督促学生课后以小组为单位主动查找相关资料，提出解决问题的方法和思路。如，在讲授数字滤波器之前，教师可设计数字滤波器对心电信号进行去噪处理。同时，教师可以电子设计大赛等学科竞赛为契机，以毕业设计为导向，有意识地引导学生进行创新性课题的研究，深入掌握信号处理理论，增强工程应用能力和团队合作精神，做到学以致用。

二、考核方式的改革

第5篇

［关键词］LabVIEW；数字信号处理；教学；应用

在当前计算机信息技术不断发展的形势下，数字信号作为其中的一部分，与之相对应的数字信号课程也同样占据着非常重要的地位。数字信号是以算法作为主体核心的课程，其自身的理论性非常强，在数字信号的学习过程中，由于书本中的知识点或者是一些概念大多都以一种比较抽象的方式呈现，再加上教学方法和教学手段单一，具有一定的局限性。在这种形势下，数字信号课程的教学质量和水平一直停滞不前，并没有取得良好的成效。在这种情况下，将LabVIEW引入课程辅助教学中，不仅能够让学生以一种简单化的方式来进行知识的学习，而且能够取得良好的教学效果。

一、LabVIEW与数字信号处理

LabVIEW的程序设计与传统文化程序设计相比，具有明显的差异性。LabVIEW在实际应用过程中，主要是利用图形化语言，通过使用功能节点，与图形化自身的程序流程进行有效结合，这样不仅能够利用流程控制结构来对程序功能进行有效的控制，而且能够促使程序在设计过程中，其自身的形象更加直观化。这样一来，能够从根本上简化内存分配、程序调试以及多线程序等程序设计细节，这样能够促使学生在学习过程中，将精力放到问题的实际解决方面，这样才能够保证最终的教学效果。在程序结构的设计和使用过程中，LabVIEW将一个完整的程序分为前面板和程序框图，在实际操作过程中，将前面板拖入图形控件中，就能够以非常简单便捷的方式，实现程序界面的美观性，将其自身的影响和作用充分发挥出来[1]。对于其中的显示控件，可以根据实际情况，对其进行相应的设置，从而实现丰富的曲线、图形以及图象的整体显示。在实际应用过程中，可以发现LabVIEW在GUI以及程序设计过程中，其自身的形象化与Matlab软件之间有非常大的优势。在数字信号处理教学中，LabVIEW能够从根本上实现测量以及自动化的应用数据分析，其自身有非常强大的数字信号处理函数节点，在实际应用过程中，能够发挥非常有效的作用[2]。在实际操作过程中，其自身按照信号生成、运算、滤波器以及其他功能的提供，有利于对这些内容进行切实有效的查找和分析，这些功能在数字信号处理教学过程中，不仅有利于使用，而且能够取得良好的教学效果。

二、LabVIEW与虚拟仪器

虚拟仪器是一种在计算机基础上的自动化测试仪器系统，在实际应用过程中，能够发挥非常良好的作用。虚拟仪器在实际应用过程中，主要是通过自身的软件，将计算机的一些硬件资源与仪器硬件进行有效结合，这样不仅能够从根本上提升计算机自身的处理能力，而且能够促使其自身与仪器硬件的测量以及控制进行有效结合，从而发挥出更多的功能性作用[3]。这样不仅能够从根本上缩小仪器硬件的成本和体积，而且能够通过软件的应用，实现对数据的显示、储存以及处理，以保证最终的处理结果。LabVIEW是美国一家仪器公司推出的虚拟仪器开发平台软件，主要是利用图形化的编程语言，打破了传统软件的局限性。传统软件在应用过程中，基本上都需要相对应地进行程序代码的编写和应用，但是LabVIEW则主要是利用流程图或者是程序框图来实现。这样不仅能够从根本上让编程者感受到强大的图形化编程语言方式，而且具有一定的灵活性。由于自身在实际应用过程中，被广泛应用到各个行业以及领域中，已经逐渐被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。利用LabVIEW软件有利于建立属于学生自身的虚拟仪器，其自身的图形化界面能够促使学生在接触编程的过程中感受到乐趣[4]。

三、LabVIEW在数字信号处理教学中的应用优势

在实际教学过程中，LabVIEW图形化的语言直觉特性能够让学生保持高度集中的注意力，将注意力全部放在被教授的理论知识上，而不是在文本工程软件应用开发的基础上，将关注点全放在编程的一些细节方面。将LabVIEW应用到数字信号处理教学中，不仅能够促使学生在短时间内对基础理论知识进行深入的了解和学习，而且能够让学生适当地开发出一些复杂的应用程序，对学生的理论知识学习以及动手实践操作能力的提升来说，都有非常重要的作用[5]。在LabVIEW的应用过程中，教师要注重将课本上一些理论性比较强的知识转换成为直观性比较强的知识，这样不仅有利于学生的理解和认识，而且能够加深学生对理论知识的印象。促使学生在保证积极性和学习主动性越来越高的同时，能够取得良好的学习效果，促使数字信号处理教学的整体质量和水平能够有所提升。

四、LabVIEW在数字信号处理教学中的实际应用分析

（一）滤波器的设计与应用

数字滤波器的设计是数字信号处理教学实施过程中的重点教学部分，同时也是教学过程中的难点部分，对学生的学习来说，很容易形成一定的阻碍影响。在对滤波器的设计过程中，由于其自身的整个过程运算量比较大，并且要根据实际情况的不同，对滤波器进行设计，从而达到不同的滤波效果，在实际应用过程中，才能够将其自身的影响和作用充分发挥出来，达到最优的设计水平[6]。在这种形势下，如果利用LabVIEW软件来进行计算机的辅设计，不仅能够从根本上减少计算量，而且能够实现快速有效的滤波器数字设计，帮助学生将一些抽象的知识以一种直观简单的方式呈现出来，在保证学生学习兴趣不断提升的同时，从根本上保证数字信号处理教学的整体质量和水平有所提升。在LabVIEW实际应用过程中，结合滤波器的形成原理，设计的FIR滤波器前面板以及后程序框图，前编面板主要利用在显示方面，对各种控件进行切实有效的操作，对相关的参数进行设置，对滤波器的类型以及窗函数进行选择，在保证滤波器自身的价值充分发挥出来时，能够从根本上起到良好的教学辅助作用。在实际的设计过程中，可以利用控制前面板上开关或者是按钮，通过键盘以及鼠标的操作，将其自身与滤波器的幅频、相频特性进行有效结合，促使其自身能够满足设计的整体需求。在实际设计过程中，可以对参数以及滤波器类型进行切实有效的调整和分析，根据实际情况采取有针对性的措施，在保证能够达到最佳效果的同时，促使学生在学习过程中更容易地接受一些难点[7]。

（二）信号的频谱分析

在数字信号处理教学的实际开展过程中，在对数字信号进行分析的时候，基本上可以从两个方面来进行，其中包括时间域、频率。有些在时间域方面表现出的复杂信号在转换到频率域时可能会比较简单，比如说在实际应用过程中，混合了几种不同频率的正弦信号，在时间域中其自身的波形是没有办法按照科学合理的流程来展示的，经常是以一种没有序列的方式呈现。但是一旦转换到频率域中，就是非常简单的几根谱线，所以在这种形势下可以看出，信号的频谱分析在数字信号处理中占据着非常重要的地位。离散傅里叶变换是对数字信号频谱分析的一种有效工具，吸收LabVIEW语言有利于对离散信号的频谱分析[8]。在整个过程中，学生可以通过对相关参数进行调节，直观地看出离散傅里叶在实际变换过程中的作用。其自身存在的频谱泄露现象以及栅栏效应，能够从根本上加深学生对数字信号处理等相关理论知识的印象。

（三）声音的现场采集

在数字信号处理教学的实施过程中，为了从根本上保证学生在学习过程中的有效性，就需要将LabVIEW应用其中，将其自身的影响和作用充分发挥出来，在保证充分调动起学生积极性和主动性的同时，有效地提高数字信号处理教学的整体质量和水平。在进入课程教学阶段之后，为了说明信号与实际生活之间的密切联系，在LabVIEW的应用过程中，通过对其进行简单的设计和分析，可以利用PC的声卡和麦克风实现在教学课堂现场的声音采集，并且利用多媒体技术将声音采集后的内容显示在投影仪上。在实际应用过程中，由于采集的是实际信号，并且其自身是处于连续动态实时显示的形势下，学生可以直接以枝干的形式看到信号的具体形态特征。这样不仅能够从根本上激发起学生的学习兴趣和学习积极性，而且能够意识到信号在生活中的重要性和必要性。无论是对学生的学习还是数字信号处理教学的整体质量和水平来说，都有非常重要的作用。

综上所述，LabVIEW在数字信号处理教学过程当中的实际应用，不仅能够从根本上调动起学生的学习兴趣和学习积极性，而且能够保证数字信号处理的整体教学质量和水平有所提升。将LabVIEW应用到数字信号处理教学中，能够将原本比较复杂难懂的知识以一种简单的方式呈现出来，让其能够成为数字信号处理教学中非常有效的辅工具，将其自身的影响和作用发挥出来，为数字信号处理教学的质量提升提供保障。

作者:何海浪 黄乘顺 单位:邵阳学院信息工程系

参考文献：

［1］张易知，肖潇，张喜斌，等.虚拟仪器的设计与实现［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2010-02.

［2］谢启，温晓行，高琴妹，等.LabVIEW软件中菜单形式的用户界面设计与实现［J］.微计算机信息，2010（9）.

［3］谭勇.LabVIEW在数字信号处理课程教学中的应用［J］.中国现代教育装备，2012（8）.

［4］姜利英，张艳.LabVIEW在数字信号处理教学中的应用［J］.中国电力教育，2011（9）.

［5］马永力.LabVIEW在数字信号处理中的应用［J］.科技广场，2010（7）.

［6］蔡小庆，鲁小利，王菊，等.仿真软件在《数字信号处理》教学中的应用［J］.信息技术与信息化，2015（3）.

第6篇

1.1基准相位信号用30Hz(F)的低频信号对9960Hz(fs)进行调频。

1.2可变相位信号30Hz信号(F)和载波f0经边带测角器产生30Hz的调幅边带波信号。可变相分量以30Hz的速度进行旋转，由此可见，当点位不同时，基准信号与可变信号的相位差也不同，相位差与VOR台的具置有关系。通过比较接收机中的基准相位信号和可变相位信号，确定用户的方位。

二、接收信号数字处理

在甚高频全向信标系统的定向原理中，30Hz信号比相是其核心。根据9960副载波可以得出基准相位信号，通过相位比较器可以对相移θ进行检测，并确定方位。然后将基准相位30Hz信号和可变相位30Hz信号进行过0点检测，通过计数器得出相位差，将计算结果处理成数字方位的格式，并将其送到无线电磁指示器（RMI），通过RMI进行全方位显示。

相位差θ和计时器计时时间t的关系式。以基准信号为基准，若发现其正向过零点，则利用计数器开始计数，直到可变信号正向过0点时，结束计数，将检测到的相差点数计算出来，并将计数器清零准备下次计数，若系统采样率为fs，则VOR方位角度分辨率。因为甚高频通信系统会被邻频或同频干扰，在信号处理的过程中会出现系统误差的情况，导致比相信号的不稳定和抖动，所以，在解算相位差时，不能只进行一次求解就得出，而要经过多次的换算取所有结果的平均值，但这样又会引发其他问题，即当两个相位基本一致的时候，相位差会一致在0度左右摆动，这样角度就可能会在360度和0度之间转换，那么，经过多次计算得出的角度将会出现误差，解决这一问题的主要方法有。式中，Z：最终输出的相位差。经过上述公式处理方式，可以有效避免信号在0度附近摆动形成的计算误差是。

三、结束语

第7篇

一取样过程产生的信号损伤

在取样的过程中对信号造成的损伤主要有：孔阑效应、混叠效应、过冲和振铃。为了说明这些损伤所产生的原因，我们在以下叙述中给出分析结果。

取样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。根据奈奎斯特取样定理：对于最大频率为fm的信号f(t)，当取样频率fs不低于2fm时，由截止频率为fm矩形低通滤波器可以从取样信号中完全恢复原信号。但实际的物理过程与数字模型有不同的工程结果。

1.孔阑效应

在数学模型的理想化状态下理想的取样脉冲宽度为无穷窄，取样情况及其频域情况如图一所示，但在实际设备中取样脉冲只能是有限宽度的脉冲，它的取样情况及其频域情况如图一所示，很显然具有不等于零的实际的有限宽度的取样脉冲所引起的孔阑效应会产生高频衰落。

由于信号的高频部分反映的是视频图象的细节，因此高频衰落会导致视频画面的细节模糊。针对这种情况实际工程中一般采用在将数字信号恢复成模拟信号以后通过提升高频的办法对这种失真进行补偿和校正。一般来讲,由于取样信号的频率fs必须满足fs>2fm,而为了减少孔阑效应要求取样脉冲的宽度τ尽量小,因此要满足τ远远小于取样信号的周期T,即取样信号的脉冲宽度要满足1/τ>>2fm。

2．混叠效应

在实际应用中，为满足奈奎斯特定理在取样之前应使用截止频率为取样频率一半的滤波器对原信号进行滤波，滤除可能产生频谱混叠的高频成分，以保证新处理的信号是一个有限带宽的处理信号。理想低通滤波器特性如图二所示，但实际的低通滤波器性能如图三所示，因此为了尽量滤除大于1/2fc的频率成分，就要选择多阶滤波器。如果滤波器的阶数不足以达到滤除1/2fc以上的高频分量，会引起恢复的信号中频谱混叠效应。混叠效应在视频图象上表现为一种被称为morie的涟漪状的干扰。

3．过冲和振铃

在保证有效的消除混叠效应时，在上述情况已建议采用多阶滤波器以满足滤波器的带外特性，但是取样前的低通滤波器如果阶数太大，会引起过冲和振铃从而造成恢复的视频信号过渡的边沿不清晰。

针对以上两种信号损伤造成的矛盾，主观上选用阶数少的滤波器会有利一些，因为频谱混叠效应只有在图象有超过二分之一取样频率以上分量时，特别是有单频分量时才会明显感觉到，因此是偶发事件。但过冲和振铃效应却是只要有过渡边沿就回出现的经常性现象。因此就主观感觉来说，减少过冲和振铃留有一些混叠相对来讲更有利一些。一般工程上出于平衡考虑取样频率选为fc=(2.2---2.5)fm。

另外为克服这一矛盾的方法是采用过抽样方式，即在抽样时用两倍抽样频率抽样，这时频谱按两倍抽样频率周期重复，重复频谱中心频率之间的间隔比正常情况大一倍，如图四所示。这时抽样前的滤波相对简单，可以用阶数少、频率特性缓降的无振铃滤波器，然后在数字域用线形相位滤波器进行二分之一抽取滤波器恢复到原抽样频率样值。另外，在此过程中，取样频率增加了一倍，因此取样脉冲的宽度只有原来的一半，从而也起到了减少孔阑效应的作用。

二量化误差所带来的信号损伤

取样过程是把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，量化的过程则是进行幅度上的离散化处理。因此在时间轴的任意一点上量化后的信号电平与原模拟信号电平之间在大多数情况下总是存在有一定的误差，量化所引入的误差是不可避免的同时也是不可逆的，由于信号的随机性这种误差大小也是随机的，这种表现类似于随机噪声效果，具有相当宽度的频谱，因此我们又把量化误差称为量化噪声。但量化误差与噪声是有本质的区别的，因为任一时刻量化误差是可以从输入信号求出的，而噪声与信号之间则没有这种关系。

降低量化误差的方法最直接的就是增加量化级数减小最小量化间隔，但由此带来码率的增加从而要求更大的处理带宽，一般现在的视频信号均采用8比特、10比特，在信号质量要求较高的情况下采用12比特量化。此外，我们在设计一套系统的时候，可以考虑在系统的不同环节采用不同的比特量化，使得在系统的各个环节的量化级相互错开，从而避免量化噪声累积效果所产生的台阶效应，这种均衡的效果可以改善整个系统的量化失真。一般量化比特高的环节应该放在系统的前端，这样可以使系统的前端对信号造成的不可恢复损伤减小到最低限度。

为了减小量化误差我们还要正确的选择量化方式。量化有两种量化方式，一种是取整时只舍不入，此时产生的量化误差总是负的，最大量化误差等于两个相邻量化级的间隔d；另一种是取整时有舍有入，此时量化误差有正有负，量化误差的绝对值最大为1/2d。因此为了减少量化误差，应该采用有舍有入量化方式。

1．轮廓效应

如果信号两个相邻量化电平相差较大，若在图象面积较大的范围内，视频信号缓变区（如渐变的蓝天）能够看出不连续的跳变，即会在图象缓变区出现从一个量化电平到另一个量化电平之间的轮廓线，实际上就是图象的等量化电平线。这种轮廓线是原图象所没有的，所以又称为伪轮廓，即轮廓效应。

一种简单而有效的消除轮廓效应的方法是利用随机的高斯噪声信号发生器产生颤动信号，叠加到被量化的信号当中，当颤动信号的均方根值大于1/3d时人们便觉察不到轮廓效应的存在。在数字电视中使用最多的颤动信号是重复频率为取样脉冲的一半，峰-峰幅度为1/2d的方波，具体步骤如图五所示。

图五高频颤动的效果

由图五比较可以看出，叠加颤动信号的效果等效于将量化间隔由d减小到1/2d，或者说将量化级数提高了一倍（比特数由n提高到n+1），从而改善了轮廓效应。顺便指出，由于模/数转换中的取样、量化都属于非线形过程，难以避免会出现差拍干扰，采用叠加颤动信号的方法对于消除图象中的差拍干扰也同样有效。同时由于颤动信号的幅度小，频率高，并未对图象细节造成显而易见的损伤。

2．颗粒杂波

如果最小量化电平不够小，则图象较弱信号的缓变区可能会出现在邻近的两个量化电平之间产生由于四舍五入法则而造成的跳变，使得图象在这个区域内出现颗粒状的杂波，而人的视觉对图象弱信号缓变区的噪声则是非常敏感的。

为了克服均匀量化时这种大信号时信噪比有余，而小信号时信噪比不足的特点，我们可以采用小信号时量化级间宽度小而大信号时量化级间宽度大些的非均匀量化，又叫非线形量化。值得说明一点，数字摄象机信号处理大多数采用非均匀量化方式，这是由于摄象机中的光-电转换至电视机显象管中的电-光转换在内的整个电视信道必须保持线形，但是实际的电视系统在没有校正之前是非线形的，因此为了使最终显示出来的光像保持良好的线形关系，在摄象机单元必须对它进行校正，即γ校正。而γ校正类似于非线形量化特性，因此我们可以在量化过程中采用非均匀量化方式，在提高小信号信噪比的同时也满足了γ校正的要求。

另外，由于在实际的信号中，弱信号出现的概率是很大的，为了改善弱信号时的的量化信噪比，可以采用压缩扩张的编解码方法。在量化之前，先利用非线形器件将信号电平高的部分进行压缩，然后对压缩过的信号进行量化，解码后复原出的模拟信号再通过非线形器件对大幅度信号进行扩张恢复没压缩之前的比例关系，这种方法相对扩大了小信号的动态范围，等效于对小信号采用量化间隔小的细量化而大信号采用粗量化，从而改善了弱信号的量化信噪比。

三压缩编码所带来的信号损伤

数字电视信号数码率太高,数据量非常大。如果直接存储和传输不但开销很大，而且有时设备也承受不了如此大的负荷。压缩编码以压缩信源数码率为目的，尽量减少信源各符号的相关性，使信源的传输效率提高。当然，它是以牺牲图像质量为前提。必定会对信号造成一定的损伤。

下面针对几种常用的图像压缩方式，来看一下他具体会对信号带来什么样的损伤呢？

（一）差值脉冲编码（DPCM）

电视图像基本上是由面积较大的像块（如蓝天，大地，服装）组成。虽然每个像块的幅值各不相同，但像块内各样值的幅度是相近或相同的。换句话说，相邻象素之间有很强的相关性。我们就可以利用这些相关性对当前的像素进行预测。再利用预测值得到差值。这样在很大的程度上降低了信源的冗余度。这种压缩方法对视频信号会产生以下问题：

1由于在当前差值中包括当前的量化误差，而输出的前一样值又包括前一样值的量化误差，这就造成了量化误差的积累。而误差会传播，这就使信号抗通道误码能力减弱。

2边缘清晰度临界。根据DPCM编码思想，当被预测值处于图象突变边缘时，往往会导致错误预测或产生较大的预测误差。致使边缘清晰度临界。如：边缘为黑白突变，被预测值为x，x1x2x3x4x5为已知值，由DPCM编码可得

进行水平一维预测x=x1=0产生错误预测

进行二维预测x=x1+(x4-x5)/2=1/2产生较大的预测误差

（二）变换编码

变换编码首先对图象数据进行某种形式的正交变换，并对变换后的数据进行编码，从而达到数据压缩的目的。正交变换的种类很多，比如人们熟知的傅立叶变换，沃尔什哈达码变换，哈尔变换，斜变换，余弦变换，正弦变换，K--L变换。

变换编码中较常用的是离散余弦变换DCT，它首先将输入图象分成若干NXN的图象块，对每一小图象块进行正交变换，从空间域变换到频域。为了达到压缩的目的，对DCT系数需作量化处理。低频分量采用较小的量化间隔，量化误差小，精度高。频率越高，量化间隔愈大，精度越低。这是因为高频分量只影响图象的细节，对整块图象来讲，没有低频分量重要。读取时采用之字型。这样的处理给信号带来的损伤主要表现在：

由于高频信息的丢失，恢复图象中相邻块在边界上产生较为规则的误差分布，由于人眼对水平和垂直方向的规则误差分布具有特殊的敏感性，使得在主观感觉上认为具有规则误差分布的图象的质量明显降低，从而产生"块效应"。在拍摄一幅绿草如茵的草地中，充斥画面的草坪随风摇摆时，一种细块状的闪烁效应是这一失真的直观表现。

（三）运动补偿预测

运动补偿预测是一个有力的工具，以便减少帧间的时间冗余度，并作为用于DPCM编码的预测技术。运动补偿概念是以对视频帧间运动的估计为基础的。也就是说，若视频镜头中所有物体均在空间上有一位移，那么用有限的运动参数来对帧间的运动加以描述。为了做到这一点，画面一般划分成一些不连续的象素块，对每个这样的象素块，只对一个运动矢量进行估算、编码和传送。

在MPEG压缩算法中，运动补偿预测技术用来减少帧间的时间冗余度，只对预测误差画面（原始画面与运动补偿预测画面之间的差别）加以编码。运动补偿去除时间方向的冗余度，最多只能利用前后两帧图象间的相关性，效率不高。而实际上，尤其是在运动缓慢的图象序列中，在连续多帧图象间都存在着很强的时间相关性。正是由于它固有的缺陷，使得在图象活动剧烈或低码率通讯时，编码器只能通过迭用粗量化，降低帧频或舍去更多的DCT变换系数来降低码率，因而对信号损伤较大，丢失了许多有用的信息。在恢复图象中将出现明显的块效应和运动物体边缘的蚊音效应。

（四）混合编码

以两种或两种以上的方法对图象进行编码称为混合编码。我们熟悉的JPEG和MPEG都属于该种类型。

1JPEG

JPEG是处理彩色或单色静止图象的压缩标准。利用它可以获得较高的压缩比，并保持较好的信噪比，从而大大节省图象存储空间，降低通讯带宽。但是编码过程会使物体在背景中的位置略有移动（即发生几何畸变）。另外，高压缩比场合，JPEG的重建图象在水平和垂直方向可能有晕圈、幻影，产生"方块"效应。

这不难理解.在JPEG系统中,首先把原始图像划分成大小相等的像素块，然后对图像块进行离散余弦变换DCT（图像块的能量集中到少量的系数），再利用基于人眼特性的矩阵对变换后得到的系数矩阵进行量化，从而大幅度地压缩了矩阵系数，同时也造成了损失。最后对量化得到的矩阵系数进行无损熵编码。图像的重建过程是编码过程的逆过程。在高压缩比场合，JPEG的重建图像在水平和垂直方向出现晕圈、幻影，产生"方块"效应，就是因为对原始图像进行了分块的DCT变换和量化。如果不分块或分块很大而进行DCT变换与量化，那么图像块中像素能量集中到少量的系数效果将变的不明显，即不利于对数据进行量化压缩，同时还得使计算复杂度增加。这样一种现象实际上是离散余弦变换DCT本身的特性所造成的（采用离散正弦变换DST或离散傅立叶变换DFT结果类似）。

2MPEG

MPEG压缩算法中包含两种基本技术：一种是基于16X16子块的运动补偿技术，用来减少帧序列的时域冗余；另一种是基于DCT的压缩，用来减少帧序列的空间冗余。

较为成熟的MPEG技术是MPEG1和MPEG2。MPEG1是为适应在数字存储媒体（如CD-ROM）上有效地存取电视图像而制定的标准（最高速率达1.5Mb/s）。它的压缩技术基础为：宏模块结构、运动补偿及宏模块的有条件再补给。MPEG2是MPEG1算法的扩展。是为MPEG1最初没有包括在内或未想到的应用提供的一种视频编码方法。特别是对MPEG2提出的一个要求，即它所提供的视频质量，不能低于NTSC/PAL，最高应可达到CCIR601质量。MPEG2编码算法的基础为通用的混合DCT/DPCM编码方案。

随着MPEG1和MPEG2的广泛应用，其缺陷也日渐显露，主要表现在：

（1）现已制定的标准所采用的技术，当码率很低时（低于64Kb/s）会产生严重的"方块"效应、"蚊音噪声"以及"动作失真"。而低码率要求是移动通讯信道所必须的。

（2）编码采用了预测编码技术。例如采用基于块的运动补偿来去除时间相关性。但信号的纠错能力主要依赖其相关性，特别在条件较差的信道中传播时，干扰造成的错误会迅速沿视频序列扩散。

第8篇

关键词：无线定位；数字电视；信号；方案

1数字电视广播信号无线定位概述

1.1无线电定位的概念

同时接收多个已知空间坐标和时间基准的无线电发射源的辐射信号，可以确定接收端用户所在的地理位置，即经度、纬度和高程（海拔高度）。

随着超大规模集成电路（VLSI）工艺的进步，基于电缆或卫星传输的数字电视（DTV）系统已在全球范围广为使用。DTV地面广播系统也已开始大规模建设，在全球不同区域逐渐形成以各自广播标准为基础的数字电视和数字声音广播网。与GPS相比，DTV定位有以下优点：定位误差小，可达1m量级；市区定位概率高，还可满足室内定位要求；定位实时性好；信号处理要求低，处理设备少，功耗低；可利用现有的DTV基础设施，无需改变就可用作定位。

1.2数字电视地面广播与标准

数字电视地面广播与数字卫星广播相比较，有容易普及、接收价格低廉的特点；与数字有线电视广播比较，则不易受城市施工建设、自然灾害、战争等因素造成的网络中断影响，因此在传输状况、应用需求等方面，地面传输方式更加复杂，全球各地在地面数字电视传输系统方案的选择上争议也最大。

世界各国对于数字电视地面广播进行了长期研究。基本形成了美国的ATSC，欧洲的DVB-T和日本的ISDB-T三大标准。我国模拟电视采用的是欧洲的PAL制式，因此要向数字电视过渡基于DVB-T标准开发数字电视地面广播系统是切实可行的。

2基于DTV数字电视广播信号无线定位系统方案的实现

2.1系统结构设计

整个系统的组建可以划分为两大部分：发射和接收。发射部分建在DTV地面广播信号发射台。对于按DVB-T标准发射的电视信号来说，首先要为不同发射台分配不同的系统标识码（ID），再将发射台的空间坐标、发射时间和标识码等信息进行信道编码，最后通过DTV数字广播系统实现信号发射。而对于按DMB-T标准发射的信号来说，由于在发射信号中已经加入帧号、基站识别码、起始发射时间，只要将发射台的坐标预先存储在接收机的处理器中即可。

基于数字广播电视信号的无线定位系统特征在于通过接收多个空间坐标已知的数字地面发射台的信号，确定接收者的空间坐标。

2.2系统工作流程

本文定位方法是建立在无线电信号广播发射系统上的，系统的工作步骤如下：

（1）接收信号：由天线接收到的电视信号经射频放大后下变频为中频信号；

（2）通过模拟/数字（A/D）变换完成中频信号的数字化；

（3）在数字信号处理器（DSP）内完成信号的同步跟踪、解调和解码任务，建立信号载波和码同步跟踪回路；

（4）将数字电视系统广播数据帧的时间间隔作为系统观测的基本时间单位，排定以数据帧间隔或其倍数作为观测间隔，确定观测时间序列；

（5）已预先排定的观测序列时间定时从同步跟踪环路提取出一个数字电视发射源的原始伪距观测值，以及通过解调和解码后的数据得到该发射源标识和空间坐标信息；

（6）重复步骤（5）观测跟踪所有在有效测量范围内的数字电视发射台；将所有得到的信息送入伪距解算方程，即从接收跟踪环路提取得到各发射源的伪距值和发射源空间坐标值，计算出最终接收天线的空间位置坐标，并换算为接收系统的定位信息：包括位置、速度和加速度，这些信息为基本导航定位信息；

（7）测量随后各数字电视广播数据帧接收时刻，得到属于该观测时间点所有有效同步帧头的伪距信息；

（8）以步骤（6）得到的基本导航定位信息，依次代入步骤（7）中的伪距信息和接收时间信息，完成基于顺序双滤波器平滑算法的计算，最终输出系统最优定位信息。

2.3软件接收机的流程实现

对于DVB-T标准来说，同步部分利用时域保护间隔和频域导频信号，估计并跟踪时域FFT窗口位置，同时估计由于收发端上下变频引起的频偏；采样时钟同步估计得到收发晶振不能完全匹配带来的采样时钟误差，经数字锁相环使收发采样时钟同步。对于DMB-T标准，将传统的DVB-T系统中的CP由一段PN序列取代，而在IDFT帧体中不插入任何导频。PN帧头既作为训练序列用于同步和信道估计，又在客观上起保护间隔的作用。DMB-T的每一帧采用不同的PN头作为帧标志，在发射端对PN头采用BPSK调制以获得可靠的传输效果；在接收端则通过同样的PN序列发生器产生本地PN序列，并与接收信号的PN码帧头进行时域相关，从而完成帧同步、频率同步、时间同步、信道传输特性估计等一系列同步运算。3数字电视接收机的实现

3.1接受原理

（1）模拟处理部分。

从天线接收到的信号通过调谐器经预选放大抑制镜像干扰、混频后得到中频信号，经中频滤波器滤波抑制邻道干扰后送入中频放大器中得到放大了的中频信号。在中频放大器中设置AGC以稳定信号输出。

（2）符号起始同步与定时粗同步。

利用保护间隔的循环重复特性可获得定时的粗同步和符号起始，提供给FFT。其基本原理是由于保护间隔中的数据是有效数据的部分重复。而相邻符号的数据则完全不同，这样计算差值s（t）－s（t－Tu），并对其进行段积分，则可获得粗同步。

（3）OFDM解调和传输参数（TPS）提取。

为简化接收机方案，可采用流水结构两倍规模的FFT解调。中频信号经抗混叠滤波后进入ADC中进行两倍采样率采样，每1个符号得到2N样点，这2N样点直接送入2N点FFT的ASIC处理器进行FFT。

（4）频率和定时同步。

由定时符号粗同步后，接收机对连续2个符号采样的2N个样点进行FFT，频率估计器按参考序列给出的连续导频地址找到这2个符号的连续导频值。对频率偏移进行估计得到频率误差信号，经D/A变换及环路滤波后控制中频VXCO本振完成频率同步。

定时估计器在当前符号中找到导频后，对定时偏移进行估计得到定时误差信号，经D/A变换和时钟环路滤波器滤波后完成定时的精同步。这一同步过程时间较长，以缓慢调整达到精同步锁定。

（5）信道估计。

①信道校正。信道响应估计器通过对分布和连续导频点响应的估计，利用时/频域内插得到信道在全频段的响应估计值，对各数据载波进行复相均衡后可得到信道校正。

②信道状态估计。信号输出电平的估计可通过对FFT输出信号的能量获得。信号电平估计后通过D/A变换以及AGC环路滤波后可对信号的输出电平进行精确控制；信道在各数据载波点上的状态估计可通过对该点信噪比的估计，给出信道在各数据载波点上的状态量度，与该载波点数据一起送到Viterbi译码器，对每一位提供“可靠性消息”进行软判决译码。

（6）信道译码及码流处理。

①积码的解码。由数据格式化后得到G1、G2格式的3bit码流送入Viterbi译码器进行软判决译码。软判决是根据提供的信道状态估计每比特的可靠性信息进行的。内信道译码后通过串/并转换把比特码流转换成字节码流送入解外交织器。②解外交织。由于发射端采用的是同步卷积交织器，因而解交织时需要同步。在交织过程中，同步字节sync或sync总是从第0路送入，在解交织时只要设置窗口校验同步字节后（即字节码流获得同步后），把同步字节送入第0路解交织即可完成解交织。③RS译码。从解外交织器送来的字节码流送入RS（204，188）译码器进行外信道译码。RS译码是在找到同步字节sync或sync后把同步字节和后面的187Byte为一组进行译码的。译码后的字节码流经并/串转换变成比特码流，同时还给出同步信号送入反随机化处理。④反随机化。RS解码后的数据码流在同步sync后的8个数据包长度内与随机化序列进行异或后即得到反随机化的数据流，反随机化中每遇到同步比特串，即为随机序列的异或禁止。同时若同步字节为sync，即对其求反处理得sync，完成反随机化后的码流送出信道译码器给MPEG-2码流复用器。最后得到TS码流。

3.2信号定位实现

DTV信号定位采用伪距法。这里的伪距是指从数字广播发射机天线至接收机天线信号之间的几何距离加上各种系统误差。位置计算可以在用户终端实现。终端要测量每一个视距范围发射台的伪距，3个发射台的伪距足以解决用户的经度、纬度和时钟偏差，DTV发射台的位置数据可以存储在用户终端。

定位系统所要确定的系统状态一般为系统的动态特性和系统时钟误差项，即：空间位置、速度、加速度和时钟偏差和时钟漂移。系统状态为：

式中［PR，VR，AR］T，［δtR，δtR］T分别为系统位置、速度加速度三维坐标矢量以及接收时钟偏差和漂移矢量。

3.3定位误差分析

定位精度依赖于由电波传播环境、接收机设计、噪声和干扰特性以及采样信号处理的复杂度。在实际的定位系统中，定位误差主要由以下两部分组成：

（1）接收端检测设备带来的误差。如时钟同步误差、检测设备时延带来的误差等。这部分误差随着定时技术及信号检测技术的发展而降低；

（2）主要由多径效应和非视距传播带来的信道误差。主要取决于信道环境，可以利用相应算法减少其对定位精度的影响。非视距传播是无线定位的主要误差源，即使在无多径效应和采用高精度定时的情况下，非视距传播也会引起测量误差。

因此，如何降低非视距传播的影响是提高定位精度的关键。目前降低非视距传播影响的方法有：利用测距误差统计的先验信息将一段时间内的NLOS测量值调节到接近LOS的测量值；降低LS算法中NLOS测量值的权重，在LS算法中增加约束项等。

参考文献

［1］余兆明，余智.数字电视原理［M］.北京：人民邮电出版社，2004.

［2］何峰,吴乐南.基于数字广播电视信号的无线电组合定位方法［P］.发明专利公开号：CN1776448A.

［3］王文博,郑侃.宽带无线通信OFDM技术［M］.北京：人民邮电出版社，2003.

第9篇

关键词：TS码流；QAM；监测；码流分析仪

一、传输网络技术参数

经过MPEG-2信源编码和MPEG-2TS传输流复用后生成的MPEG-2传输复用包经过扰码、RS编码及卷积交织后，进行64QAM调制形成中频调制信号，中频调制信号经过上变频转为射频信号然后送入HFC网传送到用户。

数字电视和模拟电视的频谱结构及能量分布完全不同。由于QAM中的调幅是平衡调幅，抑制了载波，因而从频谱分析仪上看，一个数字频道的已调信号，像一个抬高了的噪声平台，均匀地平铺于整个限定带宽内。伴音信号在MPEG-2编码时，已经与图像信号以包的形式复用到了一起，因而，一个数字电视频道，不但没有所谓图像载波，也没有伴音载波。

1.1数字电视的信号电平

数字电视信号没有图像载波电平可取，整个限定的带宽内是平顶的，无峰值可言。所以，QAM数字频道的电平是用被测频道信号的平均功率来表达的，称为数字频道平均功率。在用户端电缆信号系统出口处要求：信号电平为47dBμV-67dBμV(比模拟电视信号的要求低10dB)，数字相邻频道间最大电平差为≤3dB，数字频道与相邻模拟频道间最大电平差为≤13dB。

1.2数字电视的噪声电平

测量模拟频道噪声时，在模拟频道取噪声测试点，只要偏离图像载频即可。但是数字电视的频谱分布决定了测量数字频道噪声不能使用模拟频道的测量方法。数字频道内有用能量也像噪声，没有什么特点把它们分开，所以测量噪声，要到被测频道的邻频道去取样，并且这个邻频道应当是空闲的。

1.3误码率

数字电视信号是离散的信号，接收到的数字电视信号要么是稳定、清晰的图像，要么就是中断(包括马赛克、静帧)，具有“断崖效应”的特点。信号的这种变化，只与传输的误码率有关，所以把误码率作为衡量系统信号质量劣变程度的最重要的指标。

1.4信噪比

信噪比(S/N)指传输信号的平均功率与噪声的平均功率之比。载噪比(C/N)指已调制信号的平均功率与噪声的平均功率之比，载噪比中的已调制信号的功率包括了传输信号的功率和调制载波的功率。在调制传输系统中，一般采用载噪比指标；而在基带传输系统中，一般采用信噪比指标。

数字调制信号对网络参数的要求主要反映在载噪比上，载噪比越大，信号质量越好，反之信号质量就差，模拟电视会出现“雪花干扰”，数字电视会出现马赛克，严重时会造成图像不连续甚至不能对图像解码。在有线网中，用户端电缆信号出口处数字频道载噪比达到31dB以上，就可传送64QAM信号。

1.5调制误差比

数字调制信号的损伤通常用星座图来观察。在星座图中，噪声呈云状，差拍干扰呈环状，IQ不平衡的星座图不是正方形。调制误差比(MER)包含了信号的所有类型的损伤，如各种噪声、载波泄漏、IQ幅度不平衡、IQ相位误差、相位噪声等。MER的测试结果反映了数字接收机还原二进制数码的能力，它近似于基带信号的信噪比S/N。在用户端电缆信号出口处调制误差比MER要求达到30dB以上。

二、数字信号的监测

数字电视平台节目监测系统拟视音频及数字矩阵系统、数字测试仪器及电视墙三个大的部分构成。数字TS码流经过数字ASI矩阵系统切换，送入解码器解码还原成模拟视音频后，送入电视墙，进行主观效果监测，同时可进行与一般模拟视音频信号相同的测试，经ASI矩阵切换的数字TS码流也可直接送入数字码流分析仪进行实时分析，或者经过录制后，离线分析等。数字码流经QAM调制后输出的RF射频信号经混合器混合，送入大网播出，同时分出1路至机顶盒接收，机顶盒输出电视信号或者音频广播信号至视音频矩阵，然后送入电视墙。同时也可进行模拟指标测试。从混合器再分出l路射频信号经数字电视测试接收机处理后输出TS流至码流分析仪，实现对QAM调制后的数字信号的测试。

数字码流监测可以根据其来源分为：编码器输出TS流、数字卫星接收机输出TS流、多协议适配器输出TS流、复用器输出TS流、独立加扰器输出TS流、其它TS流及QAM调制后经解调恢复的TS流。在本监测系统中，QAM调制后经数字电视测试接收机解调后恢复出的TS流可直接送入数字码流分析仪进行数字分析；其余各种来源的TS流须经数字矩阵的切换处理后再进行测试。

在本系统中，有编码器输出的TS流、数字卫星接收机输出的TS流、适配器和解密器输出的TS流、其它输出的TS流、复用器输出的TS流以及独立加扰器输出的TS流，其中复用器、独立加扰器、解密器以及部分数字卫星接收机输出为MPTS，而独立加扰器输出为经过加扰加密的TS流。具体监测方式如下：编码器、数字卫星接收机、多协议适配器、音频编码器、复用器、独立加扰器等设备的TS流送入数字ASI切换矩阵切选输出。矩阵的输出可切选至数字码流分析仪分析，也可直接接入解码器，用作还原AV，送至电视墙做主观测试等；对于独立加扰器的输出需切换到码流分析仪进行分析。

对比测试原则采用溯源法，跟踪对比测试的原则，主要体现在电视墙的主观效果上。

(1)对编码器、接收机的信号根据处理过程分成源AV信号或直接输出AV信号、初步处理TS流信号(包括编码输出及数字接收机输出TS信号)、复用器复用后TS流信号和QAM调制混合后信号四种，对节目同时段对比跟踪测试。即为源AV信号或直接输出AV信号与后面的信号经过还原的视音频信号进行对比测试，体现在每一环节信号质量的比较、变化、跟踪监测。

(2)对多协议适配器和解密器处理的节目，则是适配器直接TS信号解码恢复AV信号、复用后解码恢复AV信号以及机顶盒解码AV信号对比监测。

第10篇

论文摘要：文章介绍了数字通信系统的技术特点，并与传统的模拟信号对比阐述了数字信号的优势，然后对数字通信系统的应用方法进行浅析。

一、数字通信系统

数字通信是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后在传输的通信方式。它的主要技术设备包括发射器、接收器以及传输介质。数字通信系统的通信模式主要包括数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统以及模拟信号数字化传输通信系统三种。

数字信号与传统的模拟信号不同，它是一种无论在时间上还是幅度上都属于离散的负载数据信息的信号。与传统的模拟通信相比其具以下优势：首先是数字信号有极强的抗干扰能力，由于在信号传输的过程中不可避免的会受到系统外部以及系统内部的噪声干扰，而且噪声会跟随信号的传输而进行放大，这无疑会干扰到通信质量。但是数字通信系统传输的是离散性的数字信号，虽然在整个过程中也会受到的噪声干扰，但只要噪声绝对值在一定的范围内就可以消除噪声干扰。其次是在进行远距离的信号传输时，通信质量依然能够得到有效保证。因为在数字通信系统当中利用再生中继方式，能够消除长距离传输噪音对数字信号的影响，而且再生的数字信号和原来的数字信号一样，可以继续进行传输，这样一来数字通信的质量就不是因为距离的增加而产生强烈的影响，所以它也比传统的模拟信号更适合进行高质量的远距离通信。此外数字信号要比模拟信号具有更强的保密性，而且与现代技术相结合的形式非常简便，目前的终端接口都采用数字信号，同时数字通信系统还能够适应各种类型的业务要求，例如电话、电报、图像以及数据传输等等，它的普及应用也方便实现统一的综合业务数字网，便于采用大规模集成电路，便于实现信息传输的保密处理，便于实现计算机通信网的管理等优点。

要进行数字通信就必须进行模数变换，也就是把由信号发射器发出的模拟信号转换为数字信号。基本的方法包括：首先把连续形的模拟信号用相等的时间间隔抽取出模拟信号的样值。然后将这些抽取出来的模拟信号样值转变成最接近的数字值。因为这些抽取出的样值虽然在时间进行了离散化处理，但是在幅度上仍然保持着连续性，而量化过程就是将这些样值在幅度上也进行离散化处理。最后是把量化过后的模拟信号样值转化为一组二进制数字代码，并最终实现模拟信号数字化地转变，然后将数字信号送入通信网进行传输。而在接收端则是一个还原过程，也就是把收到的数字信号变为模拟信号，通过数据模变换再现声音以及图像。如果信号发射器发出的信号本来就是数字信号，则不用在进行数据模变换的过程，可以直接进入数字网进行传输。

二、数字通信系统的应用

数字通信系统的关键性技术包括编码、调制、解调、解码以及过滤等。其中数字信号的调制以及解调是整个系统的核心也是最基本、最重要的技术。

数字调制是通过对信号源的编码进行调制，将其转换成为能够进行信道传输的频带信号，即把基带信号（调制信号）转变为一个高频率的带通信号（已调信号），而且由于在传输过程中为了避免信息失真、传输损耗以及确保带内特性等因素，在进行信号进行长途传输以及大规模通信活动时必须对数字信号进行载波调制。现阶段的数字信号调制主要分为调幅、调相以及调频三种。调幅是根据信号的不同，通过调节正弦波的幅度进行信号调制，目前最常见的数字信号是幅度取值为0和1为代表的波形，即二进制信号；调相是由于载波的相位受到数字基带信号（调制信号）的控制，通常情况下载波相位和基带信号是保持一致的，例如二进制基带信号为0时，载波相位相应也为0；调频是利用数字信号进行载波频率的调制。解调就是讲载波信号提取出来并经过还原得到信息的过程，它是调制的逆过程也被称为反调制。目前解调的类型分为相干解调和非相干解调两大类。数字通信的质量通常用信息传输速率、符号传输速率以及消息传输速率这三个指标来衡量。对于数字通信系统的性能指标通常用信息传输速率、符号传输速率以及消息传输速率这三个指标来衡量。

通信系统向数字化时代的转变就是要从有线通信想无线通信，从公用移动网络到专用网络，从而实现全球化的数字通信理念。而且通过现有的综合业务数字网络为基础，通过一个多用途的用户网络接口就可以轻松实现信号发出端到接收端全程数字传输与交换的新型通信网。利用这种新型技术可以扩充通信业务的范围，而且还具有更加经济以及灵活的特点，能够与现有的计算机互联网、多媒体信息网、公共电话网以及分组交换数字网等进行任意转换。随着数字通信设备的发展和不断完善，利用微处理技术对数字通信系统的信号进行转变，还能够使设备更加灵活的应用到各种长途以及市话当中。由于长途通信线路的投资远大于终端设备，为了提高长距离传输的经济性，未来高度、大容量的数字通信系统也将成为主流趋势，而且随着数字集成电路技术的发展，数字通信系统的设备制造也越来越容易，成本更低、可靠性也更高。

三、结束语

数字通信系统是一种全新的利用数字信号进行消息传输的通信模式，伴随着社会的不断发展，数字通信的应用也已经越来越广泛，在我们日常生活中的电脑、手机上网、视频电话、网络会议以及数字电视等都是通过数字通信系统来进行信号传输的，而且由于社会的发展人们对各种通信业务的需求量也在逐渐增加，在光纤传输媒介还没有完全普及以前，数字通信系统主要是利用电缆、微波等有限的媒介进行传输，但目前光纤技术的发展无疑将会推动数字通信的发展。随着数字通信系统也正在向智能化化、高速度以及大容量的方向迅速发展，相信在未来数字通信系统将会取代传统的模拟通信系统而成为主导。

参考文献

[1]张英.微处理机实现的数字通信[J].电子技术应用，2005.

[2]张晓林.电视数字通信[J].图书馆杂志，2005.

[3]王金保.通信基本知识[J].华北电力技术，2005.

第11篇

论文摘要：文章介绍了数字通信系统的技术特点，并与传统的模拟信号对比阐述了数字信号的优势，然后对数字通信系统的应用方法进行浅析。  

 

一、数字通信系统 

数字通信是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后在传输的通信方式。它的主要技术设备包括发射器、接收器以及传输介质。数字通信系统的通信模式主要包括数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统以及模拟信号数字化传输通信系统三种。 

数字信号与传统的模拟信号不同，它是一种无论在时间上还是幅度上都属于离散的负载数据信息的信号。与传统的模拟通信相比其具以下优势：首先是数字信号有极强的抗干扰能力，由于在信号传输的过程中不可避免的会受到系统外部以及系统内部的噪声干扰，而且噪声会跟随信号的传输而进行放大，这无疑会干扰到通信质量。但是数字通信系统传输的是离散性的数字信号，虽然在整个过程中也会受到的噪声干扰，但只要噪声绝对值在一定的范围内就可以消除噪声干扰。其次是在进行远距离的信号传输时，通信质量依然能够得到有效保证。因为在数字通信系统当中利用再生中继方式，能够消除长距离传输噪音对数字信号的影响，而且再生的数字信号和原来的数字信号一样，可以继续进行传输，这样一来数字通信的质量就不是因为距离的增加而产生强烈的影响，所以它也比传统的模拟信号更适合进行高质量的远距离通信。此外数字信号要比模拟信号具有更强的保密性，而且与现代技术相结合的形式非常简便，目前的终端接口都采用数字信号，同时数字通信系统还能够适应各种类型的业务要求，例如电话、电报、图像以及数据传输等等，它的普及应用也方便实现统一的综合业务数字网，便于采用大规模集成电路，便于实现信息传输的保密处理，便于实现计算机通信网的管理等优点。 

要进行数字通信就必须进行模数变换，也就是把由信号发射器发出的模拟信号转换为数字信号。基本的方法包括：首先把连续形的模拟信号用相等的时间间隔抽取出模拟信号的样值。然后将这些抽取出来的模拟信号样值转变成最接近的数字值。因为这些抽取出的样值虽然在时间进行了离散化处理，但是在幅度上仍然保持着连续性，而量化过程就是将这些样值在幅度上也进行离散化处理。最后是把量化过后的模拟信号样值转化为一组二进制数字代码，并最终实现模拟信号数字化地转变，然后将数字信号送入通信网进行传输。而在接收端则是一个还原过程，也就是把收到的数字信号变为模拟信号，通过数据模变换再现声音以及图像。如果信号发射器发出的信号本来就是数字信号，则不用在进行数据模变换的过程，可以直接进入数字网进行传输。 

二、数字通信系统的应用 

数字通信系统的关键性技术包括编码、调制、解调、解码以及过滤等。其中数字信号的调制以及解调是整个系统的核心也是最基本、最重要的技术。 

数字调制是通过对信号源的编码进行调制，将其转换成为能够进行信道传输的频带信号，即把基带信号（调制信号）转变为一个高频率的带通信号（已调信号），而且由于在传输过程中为了避免信息失真、传输损耗以及确保带内特性等因素，在进行信号进行长途传输以及大规模通信活动时必须对数字信号进行载波调制。现阶段的数字信号调制主要分为调幅、调相以及调频三种。调幅是根据信号的不同，通过调节正弦波的幅度进行信号调制，目前最常见的数字信号是幅度取值为0和1为代表的波形，即二进制信号；调相是由于载波的相位受到数字基带信号（调制信号）的控制，通常情况下载波相位和基带信号是保持一致的，例如二进制基带信号为0时，载波相位相应也为0；调频是利用数字信号进行载波频率的调制。解调就是讲载波信号提取出来并经过还原得到信息的过程，它是调制的逆过程也被称为反调制。目前解调的类型分为相干解调和非相干解调两大类。数字通信的质量通常用信息传输速率、符号传输速率以及消息传输速率这三个指标来衡量。对于数字通信系统的性能指标通常用信息传输速率、符号传输速率以及消息传输速率这三个指标来衡量。 

通信系统向数字化时代的转变就是要从有线通信想无线通信，从公用移动网络到专用网络，从而实现全球化的数字通信理念。而且通过现有的综合业务数字网络为基础，通过一个多用途的用户网络接口就可以轻松实现信号发出端到接收端全程数字传输与交换的新型通信网。利用这种新型技术可以扩充通信业务的范围，而且还具有更加经济以及灵活的特点，能够与现有的计算机互联网、多媒体信息网、公共电话网以及分组交换数字网等进行任意转换。随着数字通信设备的发展和不断完善，利用微处理技术对数字通信系统的信号进行转变，还能够使设备更加灵活的应用到各种长途以及市话当中。由于长途通信线路的投资远大于终端设备，为了提高长距离传输的经济性，未来高度、大容量的数字通信系统也将成为主流趋势，而且随着数字集成电路技术的发展，数字通信系统的设备制造也越来越容易，成本更低、可靠性也更高。 

三、结束语 

数字通信系统是一种全新的利用数字信号进行消息传输的通信模式，伴随着社会的不断发展，数字通信的应用也已经越来越广泛，在我们日常生活中的电脑、手机上网、视频电话、网络会议以及数字电视等都是通过数字通信系统来进行信号传输的，而且由于社会的发展人们对各种通信业务的需求量也在逐渐增加，在光纤传输媒介还没有完全普及以前，数字通信系统主要是利用电缆、微波等有限的媒介进行传输，但目前光纤技术的发展无疑将会推动数字通信的发展。随着数字通信系统也正在向智能化化、高速度以及大容量的方向迅速发展，相信在未来数字通信系统将会取代传统的模拟通信系统而成为主导。 

参考文献： 

[1]张英.微处理机实现的数字通信[j].电子技术应用，2005. 

[2]张晓林.电视数字通信[j].图书馆杂志，2005. 

[3]王金保.通信基本知识[j].华北电力技术，2005. 

第12篇

当选择正弦波作为载波，用一个二进制基带信号对载波信号的振幅进行调制时，产生的信号就是二进制振幅键控通信信号(2ASK)。例如用电建控制一个载频振荡器的输出，使它时断时续输出，这便是一部振幅键控的发报机。由于振幅键控信号抗噪声性能不够理想，逐步被FSK和PSK代替。但是，作为一种最古老的调制方式，它还是具有很高的参考价值。特别是在近几年随着对信息速率要求的提高，要在叫窄的频带内实现较高的信息速率的传输，多进制的数字振幅键控(MAK)又得到了运用，在信道条件较好而频带又较紧张的恒参信道中优先采用它。

1 2ASK调制方法

调制信号为二进制数字信号时，对载波信号的振幅进行调制，这种调制称为振幅键控调制即ASK(Amplitude Shift Keying)。在2ASK调制中，载波的幅度只有两种变化状态，即利用数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波不连贯的输出。有载波输出的部分用“1”表示，无载波输出的部分用“0”表示。

2ASK(二进制振幅键控)信号的码元可以表示为：

e0(t)=b(t)cosωct (1-1)

式中，wc为载波角频率，s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列

b(t)=ang(t-nTb) (1-2)

其中，g(t)是持续时间为Tb、高度为的矩形脉冲，常称为门函数;an为二进制数字，当an=1，出现概率为P;当an=0，出现概率为(1-P)。

在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种：

1.1 相乘法

通过相乘器直接将载波信号coswct和数字信号s(t)相乘，得到输出信号，输出的信号称为调制信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为相乘法。相乘器用来进行信号的频率搬移的，相乘后输出的信号通过滤波器滤除高频谐波和低频干扰信号，从而得到振幅键控信号。

1.2 开关法

开关法又称键控法，是2ASK的一种常用的方式。这种方法是使载波在二进制信号“1”和“0”来控制开关，当基带信号为高频信号“1”时，开关打开，当基带信号为低频信号“0”时，开关关闭，模拟双向开关在电路中起接通信号或断开信号的作用，这种二进制振幅键控方式称为开关键控方式，以二进制数字信号去控制一个初始相位为0的正弦载波幅度，可得其时域表达式如下：

e(t)=As(t)coswct (1-3)

式中的各参数含义如下：A为载波振幅，s(t)为二进制数字调制信号，Wcω为载波角频率，e(t)为2ASK已调波。

2 2ASK调制电路总体设计

如图1所示。

ASK编码调制原理是：当基带信号为0时，不输出，当基带信号为“1”时，则输出。本案例基于FPGA进行电路设计。从上文公式可以看出，ASK为模拟信号，而要用FPGA技术实现ASK的调制解调，而FPGA只能产生数字信号，就需要用到FPGA产生分频器、M序列产生器、跳变检查电路、正弦波信号产生电路，除此之外，还有一个独立的DAC数模变换器。

首先，针对分频电路，对时钟信号进行分频作为载波信号，对该正弦信号进行抽样，每个有效周期内采100点，然后进行计数得到输出。

m序列是最常用的伪随机序列，是由一个带有两个反馈抽头的3级以为寄存器，这样就使m序列具备随机特性，预先可确定性，循环特性等特点，通过移位寄存，得到多项式F(x)=x3+x+1，最后得到“1110010”循环序列，在电路中，通过变化始终的频率，可以方便的改变输入码元的速率。

为了在示波器上面[第一论文 网专业提供论文写作和教育的服务，欢迎光临DYLW.NET]显示一个连续的波形，便于观察，采用跳变检测器，在基带信号上升沿或者是下降沿到来的时候，对应输出波形位于正弦波形的sin0处。

基带信号只需要计数器对时钟信号进行技术，就可以得到所需要的序列信号。

2ASK是模拟调制，这里采用DAC变换器可以满足要求，根据奈奎斯特定理可以知道，当以fs》2f进行抽样时，可以保留原始信号的所有信息，调制系统中，调制信号和已调信号都是模拟信号，所以在实验中对正弦信号每个周期抽样100个点，相当于fs=100f，完全可以显示出模拟正弦波信号。

参考文献

[1]樊昌信，曹丽娜主编.通信原理(第六版)[M].北京：国防工业出版社，2005.

[2]黄仁欣主编.EDA技术实用教程[M].北京：清华大学出版社，2008.

第13篇

关键词：数字信号；信号处理；DSP

1．数字信号处理的概念

数字信号处理是用数字计算机对离散信号或将模拟信号离散化后进行处理的现代信号处理技术，自身有其独特的计算方法和理论。数字信号处理是当前发展相当迅速的一种技术，无线通讯，多媒体技术，网络等都是基于数字信号处理算法的。

数字信号处理器(DSP)是为进行数字信号处理而设计的微处理器。数字信号处理器是同数字信号处理技术一同发展起来的。它针对数字信号处理的应用采用了专用的硬件设计结构。

微处理器的发展经历了单板计算机、单片计算机的历程，DSP则是一种高性能的片上微计算机系统。它除了利用大量的新技术、新结构来大幅度改善芯片性能外，还把内存、接口、外设、事件管理器等集成在一个芯片上，成为一个功能强大的片上系统（SOC）。DSP的产生和发展，得益于数字信号处理理论及计算机、电子技术的飞速进步。

2．数字信号处理器模拟的实现

计算机系统本身是一个非常复杂的系统，要使用软件来模拟每个晶体管或每个门电路各个方面的行为特征几乎是不可能的。人们简化系统复杂程度的常用办法是对系统按层次进行抽象，体系结构就是对计算机系统在结构层次上的简化。然而，体系结构层次上的计算机系统依然很复杂，开发其软件模拟器也因此而十分困难。通常的做法是，在已存在的模拟器基础上进行二次开发或改进，使其适应自己的要求。

在任何数字信号处理中，当涉及硬件实现时，都会遇到一个很普遍的问题：一般要处理的原始信号序列长度是非常长的，但受物理设备条件所限，每次(比如一个时钟周期内)输入给数字信号处理相关硬件(如DSP)的必定是有限长度的采样后的数字序列，也就是说要对原有长序列进行一次截断。显然，截断后的短序列相比于原有未截断的长序列的信号属性必然要发生变化。比如截取高斯白噪声的一段，其截断后的序列的均值和方差等统计特性相对于原有白噪声序列肯定会有变化。这种由于截断而引起的序列性能下降显然会导致后续的DSP等硬件设备中数字信号处理性能的下降。

3．DSP硬件结构分析

在当前信息化、数字化进程中，信号作为信息的传输和处理对象，逐渐由模拟信号变成数字信号。信息化的基础是数字化，而数字化的核心技术之一就是数字信号处理。数字信号处理技术已成为人们日益关注的并得到迅速发展的前沿技术。DSP作为一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，凭借其独特的硬件结构和出色的数字信号处理能力，广泛应用于通讯、语言识别、图像处理、自动控制等领域。

3.1 DSP的主要特点及其硬件要求

数字信号处理是指将模拟信号通过采样进行数字化后的信号进行分析、处理、它侧重于理论、算法及软件实现。数字信号处理算法具有如下一些主要的特点：信号处理算法运算量大，要求速度快；信号处理算法通常需要执行大量的乘累加运算；信号处理算法常具有某些特定模式；信号处理算法大部分处理时间花在执行相对小循环的操作上；信号处理要求专门的接口。

从一开始，DSP的结构就是针对DSP算法模型进行构造的，几乎所有的DSP都包含有DSP算法的特征。因此，数字信号处理的上述特点要求DSP必须是专门设计的。

3.2多总线，多处理单元结构

DSP芯片采用了哈佛结构，它分别设置程序存储和数据存储空间，使用专用的程序总线和地址总线。CPU可以同时访问程序和数据，大大提高了处理速度。所谓的改进哈佛结构，体现在如下几点：

1）允许数据存放在程序存储器中，并可以被算术指令直接使用。但程序和数据不能同时读取，多数访问存储器的指令需要两个执行周期。

2）将指令存储在高速缓存中，无须从数据/程序存储器读取，可以节约一个指令周期。

3）改进存储器块结构，允许在一个周期内同时读取一条指令和两个操作数。

使用两类（程序总线、数据总线）六组总线。包括程序地址总线、程序读总线、数据写地址总线、数据读地址总线、数据写总线、数据读总线。配合哈佛机构，大大提高了系统速度。

DSP内部一般都包括多个处理单元，如ALU、乘法器、辅助算术单元等。它们都可在单独的一个指令周期内执行完计算和操作任务，而且往往同时完成。这种结构特别适合于滤波器的设计，如FIR和IIR。这种多处理单元结构还表现为在将一些特殊的算法作成硬件，如典型的FFT的位翻转寻址和流水FIR滤波算法的循环寻址等。而且大部分DSP具有零消耗循环控制的专门硬件，使得处理器不用花时间测试循环计数器的值就能执行一组指令的循环，硬件完成循环跳转和循环计数器的衰减。

3.4 DSP结构改进

过去的DSP结构设计主要是面向计算密集型的应用，而对控制密集型支持得不够。而现实应用中很多场合需要信号处理和精确控制的有效结合，如数字蜂窝电话，它要有监控和语言音处理的工作。现代的DSP将采用DSP／MCU的混合结构，在保证计算能力优先的前提下，通过快速的现场切换、多执行部件并行执行等方式，加强控制类操作的处理能力。将MCU核集成到DSP核中，或者从整体上对DSP进行重新设计，使之兼有DSP和MCU的功能。

另外，为解决速度、功耗、可编程之间的矛盾，我们提出了一种新型的计算方式，它结合了现有微处理器和DSP的时间计算方式以及ASIC、FPGA解决方案的空间计算方式。这种可重构DSP处理器的关键是它能同时进行时间和空间计算。它由一个计算元件互相连接的二维阵列构成，每个阵列都有各自的逻辑单元和本地寄存器。连接这些计算元件的可编程连线借以对阵列的数据流架构动态重构，从而可根据运行的具体任务而对其进行优化。

参考文献：

第14篇

关键词数字信号处理；教学改革；实验课程；MATLAB；工程教育专业认证

中图分类号：G642.0文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）24-0156-03

1引言

工程教育專业认证是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价，是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。工程教育专业认证的核心就是要确保工科的专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求。目前，工科的教育实践重理论轻实践，重视知识学习而轻视开拓创新能力的培养，强调个人能力而忽视团队协作精神，缺乏解决复杂工程问题能力的培养。因此，有必要结合实践教学改革，解决学生培养中有待解决的问题。

数字信号处理是目前电子信息专业的一门核心基础课，是信息类及相关专业人才培养的重点课程。无论是无线通信系统的发展，还是数字消费电子市场的发展，在人工智能、模式识别等诸多方面都离不开数字信号处理技术。因此，无论是对学生今后的就业，还是继续深造从事相关研究，学好数字信号处理这门课程都是至关重要的。通过本课程的学习，要使学生建立数字信号处理的基础理论知识体系，掌握常用的基本分析方法和分析工具，为从事通信和信息处理等方面工作和研究打下基础[1-3]。

然而，本课程的理论性强，原理抽象复杂，公式及推导烦琐，令人感觉枯燥难懂，学生大多对这样的课程兴趣不高，课堂效率较低。对于这样一门理论性和实践性要求均较强的综合课程，如何有效地组织课堂教学内容并适当地增加实践环节，使学生打好理论基础的同时提高应用型技能，实现在做中学，是值得探讨和需要解决的关键问题。

为此，本次实践型教学改革研究探索主要针对该课程的设置特点，参照培养目标、毕业要求和教学大纲，协调相关课程，积极进行教学内容改革，开发出既有利于夯实学生基础，又能提高学生解决实际问题能力的教学计划和课程教案。为提高课堂教学效率，采用多种教学方式相结合，使表现形式更加丰富、生动和直观，以此来吸引学生的学习注意力，激发学生的学习兴趣。根据课程内容和学生特点，在教案中制定具体方法步骤，增加个性化和前沿内容。同时，增加适当的专题报告，一方面作为教材内容的补充，另一方面有利于多样化教学。在此基础上扩大学生知识面，提高学生专业素养以及实践能力，培养学生分析问题和处理问题的能力。增加应用型和实例型作业，开发设计与教材相配套的练习题。教师结合承担的相关科研工作，向学生介绍该学科领域近年来取得的一些新成果、新进展及新技术，鼓励学生参与教师科研，以此培养学生的科研能力。此外，制订合理的考核计划以及考核内容，建立与之相适应的评价体系和反馈机制，全面检验学生学习和教师讲授效果，并持续改进以实现教与学的最优化。

2教学设计改革探讨

数字信号处理主要内容包括离散时间信号与系统的时域分析、频域分析，离散傅里叶变换，快速傅里叶变换，数字滤波器的设计，数字滤波器的结构和多采样率数字信号处理。通过该课程的学习，能够让学生掌握基本概念和基本分析方法，在此基础上建立数学模型，用于解决计算机信息处理的实际问题。长期以来，本课程的课堂教学形式主要采用板书式单一教学方式。教师板书推导、讲解，学生课堂上听教师讲，课后通过完成作业来巩固课堂学习的内容。在这种学习情境下，学生的时间和精力被繁杂的计算推导所占用，而未必能理解解题背后的正真意义。此次实践型教学改革探索的具体教学设计思路如下。

通过协调相关课程，整合教学内容，拎主线、抓关键，去粗取精主要阐述离散系统、频谱分析及滤波的基本原理和方法，用实用、易懂的理论推导并讲解，通过实例对数字信号处理相关的基本原理和方法进行全面介绍，增加专题讲座和前沿动态介绍以及实用案例教学，从而使学生掌握离散系统和离散信号的基本特性，掌握离散信号各种变换、数字滤波的基本方法，掌握数字滤波器的设计以及数字滤波器的特点，并且能够灵活运用这些理论知识解决实际问题。

丰富教学手段和方法在讲授过程中可采用启发式教学、讨论式教学、多媒体示范教学等方法，互相补充、扬长避短，激发学生兴趣，吸引学生主动学习。对于一些公式的推导，逻辑性和推理性强，如果采用多媒体教学的话，PPT翻新太快，学生来不及思考。因此，这部分内容采用板书，把握好学生节奏，逐步推理。对于难以接受的抽象概念，学生需要形象直观地认识。教师利用多媒体教学手段和仿真软件进行图形和动画展示，在提高学生兴趣的同时，使难以理解的内容通过形象化的界面给学生留下深刻印象。

此外，在整个教学过程中，如果自始至终都由教师来讲，会比较枯燥，因此尝试选择一些较为简单的章节让学生来讲解。学生通过准备和制作课件，加深对理论知识的了解，激发学习的兴趣，也培养了表达能力。教师在此基础上对学生所讲的内容进行点评并补充。这样一方面会调动学生的积极性，充分做好预习工作；另一方面，自己的同伴当小老师对于学生来说是新奇的，更容易激发学习兴趣。

实验与教学相互补充、相辅相成对于一些基础性、验证性实验可以穿插在教学过程中进行，以多媒体的方式展现，这样既可以加深学生对理论知识的理解，又能节省实验课时，腾出时间增加一些设计性、综合性实验，培养学生灵活应用所学知识解决实际问题的能力，以适应实践型需求；设计一些复杂性的工程问题，通过学生组队完成，不仅可以提高学生解决问题的能力，而且能够培养学生的团队合作能力。

合理布置作业与充分利用第二课堂合理布置作业，注重完成效果，安排时间进行课外答疑与辅导工作。通过组织学生参加实践活动，参与学术水平较高、实践经验丰富的专业教师的研究課题，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神；充分利用课后时间调动学生自主学习，跟踪分析完成情况，并反馈到教学中。

3实验课程改革探索

数字信号处理实验课程是对课堂教学的补充和提升。目的是通过各类实验，加深学生对课堂所学理论知识的理解，通过案例，编写MATLAB程序来解决信号分析和处理问题。之前所设置的实验都是简单单一的实验项目，很难让学生将理论很好地联系到实际应用中，因此非常有必要对实验模式进行改革，建设综合实验体系。根据该课程的内容特点和教学目的，科学合理地设置实验项目，制订基础型、提高型、研究型三层次的实验教学方案[4-5]。

基础型实验主要是一些验证性实验，包括时域离散信号和系统时域分析、时域离散信号和系统频域分析、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换。每个实验对应课程的一部分基础理论内容，主要用于巩固和理解数字信号处理基础理论，用以帮助学生加深对知识点的理解，明确具体的实验过程，这些可以在学生预习环节完成。

提高型实验包括数字滤波器设计实验，有IIR数字滤波器设计、FIR数字滤波器设计等。这些具体的信号处理实例能够加强学生对滤波器基本理论的理解和实践能力，这部分内容作为课堂验证实验。

基于项目的研究型实验设计有一定的开放性，能够让学生对各个知识点都融会贯通，又能提高工程实践能力和团队合作精神，为以后就业从事相关的工作做好准备。这类实验主要由教师课后指导，学生组队完成。

实验考核方式也做了相应调整，分别是基本实验和综合能力两部分。基本实验又基于实验过程和实验结果两个方面进行评分：每次实验结束前以提问的方式对实验过程的关键要点进行考核，依据回答情况给出实验过程得分；在实验结束后，学生需完成实验报告，分为预习报告和实验报告，依据实验报告的撰写情况给出实验结果考核分数。

综合能力考核用于考查学生综合应用该课程知识与方法的能力，通过项目设计和小论文两方面进行考核。依据设计的项目和提交小论文的原创性、新颖性和现实意义等给出综合能力分。

按照以上实验课程改革思路实施教学改革，既可以加深学生对基础知识的掌握和巩固，又能培养学生对所学知识的综合应用能力，使学生更加直观地领会常用的基本分析、设计方法和处理结果，有利于调动学生的学习积极性和兴趣，提高解决复杂工程问题的能力，培养适应社会需求的实践型人才。

4多层次的考核激励与持续改进机制的建立

为提高学生的综合素质和实际应用能力，培养创新精神，应同时建立相应的多环节综合考核评价机制，全面检查学生各方面综合能力。改革本门课程原有笔试为主的考核方式，增加出勤成绩、作业成绩、实验成绩组成，综合表现、第二课堂评价成绩等，采用多层次评价以体现学生的综合素质。同时，建立评价体系和反馈机制，将阶段性效果反馈至教学中，对教师的授课内容、授课方式、实验内容以及综合设计等进行不断总结和调整，逐步实现教与学的最优化。

5结语

针对工程认证背景下数字信号处理课程教学过程中存在的问题与不足，提出基于实践的教学改革思路。此改革探索以理论为基础，优化实践与考核方式，注重培养学生的应用能力、团队合作能力及系统工程能力。这种教学改革模式将理论学习与实践训练相结合，有利于培养学生独立思考、分析问题与解决问题的能力，加强合作和沟通技巧，促进综合实践与创新能力，有助于高层次工程技术人才的培养。

参考文献 

[1]熊美英，谢水珍.《数字信号处理》课程教学改革研究[J].科技资讯，2016，14（27）：70. 

[2]沈希忠.数字信号处理课程的应用型教学模式探索[J].高教学刊，2016（22）：98-99. 

[3]陈俊杰，周晖.数字信号处理课程教学改革初探[J].中国教育技术装备，2016（12）：99-100. 

[4]何朝霞.数字信号处理实验教学改革的探索[J].实验室科学，2015，18（3）：103-105. 

第15篇

毕业论文答辩自述稿范文

尊敬的各位老师：

下午好！

我是通信工程专业14级秋季班的郭胜强，学号1409421031001，这篇论文是在我的指导老师李彦菲副教授及南广学院何光威副教授的悉心指点下完成的，论文的选题是经该论文选题是经李老师审核通过并给我提出此文的写作基调和原则，何老师在我撰写论文的过程中付出了大量心血，本文经过一二三稿并最终定稿，这期间何老师对我的论文进行了详细的修改和指正，并给予我许多宝贵的建议和意见，给予了我极大的帮助。在专业知识水平上，二位老师敢于尝试、锲而不舍、推陈出新的的精神是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，在此我谨向李老师、何老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。不管今天答辩的结果如何，我都会由衷的感谢二位老师的帮助和指导，感谢各位评委老师的批评指正。

下面我将这篇论文的毕业论文选题的目的、意义、写作内容、成果、结论、存在的不足向各位老师作简要的陈述。

首先，我想谈谈为什么选这个题目及这篇文章的目的和意义。

我当时之所以选择《基于FPGA的数字音频信号源设计实现》这个题目是因在日常遇到的问题中有很多需要进行声音处理，所以选用FPGA器件实现音频信

号源处理的方案，即对声音信号进行了采集、处理、传输存储和还音回放工作以及如何在噪声环境中如何能有效地地把需要的语音信号提取出来，消除或者衰减噪声，从而显著提高数字音频信号源的质量方面的工作。另对系统如何进行声音信号采集、声音信号模数转换、编码、压缩、声音信号滤波、音频信号输出、传输、还音等工作进行了探讨。

其次，我想谈谈这篇文章的结构和主要内容。

我的论文主要分为以下5个部分：

第一部分主要音频采集、数据处理部分基本原理

首先使用话筒把收集到的语言信号作为输入信号，然后将收集到的音频信号转换为连续的电信号，耳机播放的声音是由经过滤波后转换的模拟音频信号；LM4550(AC-972.1)芯片将输入的模拟音频信号经过采样、量化、编码转换为数字音频信号；FPGA中的AC-97模块用来发送及接收256bit的串行数据流，具有I/O的18位立体声PCM数据端口；AC-97Commands的命令则是用来执行初始化命令和设置放大器增益等；FPGA通过配置接口编写Verilog程序来控制LM4550(AC-972.1)芯片的正常工作；FPGA和LM4550(AC-972.1)芯片通过数据传输接口实现音频信号编码后的的发送与接收；FIR滤波器将LM4550传输来的数字化音频数据处理后，经过数据传输接口传送到LM4550(AC-972.1)芯片的模数转换后，其模拟信号由耳机线路输出。

第二部分数据传输部分，本设计的数据传输部分拟采用以太网传输，具体来说使用3类双绞线的l0BASE-T方式，在上一节中提到的通过帧结构封装，多路时分复用后的数据流转换成串行数据后，通过以太网芯片，对数据流进行IP包的封装，封装好的IP包，通过RJ45的接口，经华为QuidwayS2700series交换机，再通过RJ45的接口按照协议传送到服务器，并将数据流信息存储到服务器上。

第三部分是还音部分

还音是整个音频系统的最后一个环节[6]，还音的过程是这样的，通过网络将服务器中的数据流信息传送过来，由于先前对多路音频进行了时分复用，所以在此首先对数据流信息进行解复用，解复用后，生成多路音频数据流，将每一路音频数据流进行帧结构解析，去除帧头，帧尾，通道号，时间同步信号信息，纠错码信息，同时将时间同步信号信息和通道号信息提取出来，这样就解析出来带有通道的多路音频数字信号，这些信号之间的延迟信息通过时间同步信号信息来体现，然后将每一通道的音频数据信息进行归一化处理，形成可以播放的wav文件，根据通道号和时间同步信号信息通过不同的扬声器播放出来，到此，就完成了还音的过程。

第四部分主要是各模块的设计

（一）音频采集、处理硬件平台的实现（二）传输部分平台的实现（三）还音部分平台的实现

第五部分主要是系统的综合测试和整体实现（一）采集、处理部分的整体实现

（二）系统功能验证和效果分析及硬件实物验证（三）传输存储和还音部分综合测试和整体实现

我的论文结论是：本课题研究了基于FPGA的数字音频源设计实现，并利用FPGA设计了对声音信号进行了采集、处理、回放以及如何在噪声环境中如何能有效地地把需要的语音信号提取出来，消除或者衰减噪声。同时进行了传输存储和还音重放的设计工作，

系统在设计过程中以Xilinx公司Spartan-6系列XC6SLX45芯片为核心芯片，通过XC6SLX45芯片控制LM4550将麦克风采集到的语音信号实时的处理转换为数字信号，并将数据传给主控制芯片XC6SLX45，对数字音频信号进行滤波处理，滤除非有用信号。利用FPGA(FieldProgrammableGateArray，可编程门阵列)可反复编程、擦除、使用的特点成功的解决了语音滤波器可重构的特点。本文中基于FPGA的音频采集系统中的滤波器的设计实现了结构灵活、实时性好、通用性强、占用资源少、运行速率高等优点。

本文对系统如何进行声音信号采集、声音信号模数转换、编码、压缩、声音信号滤波、音频信号输出、传输、还音等工作进行了探讨。本论文主要完成工作如下：

1.实现了音频的采集，信号稳定。

2.对音频信号的处理完成了简单的同步处理，3.对音频信号采用时分复用方法进行数据处理。4.完成了对信号的测试。

5.接收的音频数据能够通过软件解析接出来。

6.本系统把从话筒收集到的语音信号进行实时处理转换为数字信号，并将数据传给主控制FPGA芯片XC6SLX45，然后对数字音频信号进行滤波处理，通过设计数字滤波器来处理噪声信号，消除或者衰减噪声。

7.借助MATLAB软件来设计FIR数字滤波器，使用FDATooI工具箱设计滤波器的系数。利用MATLAB/Simulink建模及算法级仿真，验证了设计滤波器的可行性。

8.采用时下比较流行的SystemGenerator设计FPGA的方式，构建了音频采集系统中的滤波器的硬件模型。完成了采集模块、时钟控制模块、按键防抖动模块、滤波系统模块的设计与仿真，并在ISE软件中进行了综合，验证了软件设计的可行性。

最后，我想谈谈这篇文章存在的不足。本文设计把首先对模拟音频信号进行量化采集，其次量化音频信号通过FPGA数据处理，是否通过FIR数字滤波器输出，然后通过异步串口输出存储，最终通过软件解码，对音频量化信号归一化处理，将声音回放出来。整个过程已经实现。但是还存在一些问题，需要进一步的改进和加强。

1.数据存储方面有新的改进2.获取更高精度的音频数据。