DTMF信号系统的Matlab仿真

存档编号毕业设计题目DTMF信号系统的Matlab仿真华北水利水电学院毕业设计（论文）独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计（论文）作者签名：指导导师签名：签字日期：签字日期：华北水利水电学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）版权使用授权书本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用毕业设计（论文）的规定。特授权华北水利水电学院可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定）。毕业设计（论文）作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：华北水利水电学院毕业设计（论文）目录中文摘要……………………………………………………………………………Ⅰ英文摘要……………………………………………………………………………Ⅱ第1章绪论…………………………………………………………………………11.1引言…………………………………………………………………………11.2数字信号简介………………………………………………………………11.3数字滤波器…………………………………………………………………31.4频率分析……………………………………………………………………31.4.1傅里叶级数及傅里叶变换…………………………………………41.4.2Z变换及系统函数…………………………………………………41.4.3离散系统傅里叶变换（DFT）………………………………………5第2章双音多频（DTMF）通信系统…………………………………………………62.1双音多频（DTMF）信号简介………………………………………………62.2双音多频（DTMF）信号的产生……………………………………………62.3双音多频（DTMF）信号的检测……………………………………………7第3章戈泽尔(Goertzel)算法……………………………………………………113.1戈泽尔(Goertzel)算法原理……………………………………………113.2戈泽尔(Goertzel)算法程序……………………………………………13第4章检测双音多频信号（DTMF）的DFT参数………………………………154.1频谱分析的分辨率………………………………………………………154.2频谱分析的频率范围……………………………………………………154.3检测频率的准确性………………………………………………………15第5章双音多频（DTMF）系统的Matlab实现…………………………………175.1Matlab简介………………………………………………………………175.2双音多频（DTMF）系统的仿真……………………………………………19第6章总结…………………………………………………………………………21参考文献……………………………………………………………………………22致谢…………………………………………………………………………………23附录…………………………………………………………………………………24华北水利水电学院毕业设计（论文）DTMF信号系统的Matlab仿真摘要双音多频（DualToneMultiFrequency,DTMF）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。这种信号制式具有很高的拨号速度，且容易自动检测识别，很快就代替了原有的用脉冲计数方式的拨号制式。双音多频信号的每一位号码由两个不同的单音频组成，所有的频率可分成高频带和低频带两组。DTMF信号系统是一个典型的小型数字信号处理系统，每一位号码由一个高频信号和一个低频信号叠加形成，要用数字方法产生模拟信号并进行传输，需要用到D/A变换器；在接收端用A/D变换器将接收到的模拟信号转换成数字信号，然后检测其中的音频频谱来确定所发送的数字。运用适合DTMF信号检测的特殊算法——GEORTZEL算法，设计出相应的滤波器，由信号的频谱度，判断信号的两个频率，最终确定所对应的数字或符号。利用Matlab在计算机上对双音多频的信令产生及检测接收系统进行仿真，输出响应的频谱图。关键词：数字信号处理，双音多频，Goertzel算法Ⅰ华北水利水电学院毕业设计（论文）MatlabsimulationofDTMFsignalingsystemAbstractDual-tonemulti-frequencysignaling(DTMF)istonedialingsignals,developedbyAT&T,andusedintelephonenetworks.Thissignalsystemhasahighrateofspeeddialandeasyautomaticidentification,soontooktheplaceoftheoriginaldial-upformofpulsecountingmethodused.Dual-tonemulti-frequencysignalseverynumberismadeupoftwodifferentaudio,allfrequenciesaredividedintohigh-frequencyandlow-frequencyband.DTMFsignalingsystemisatypicalsmallsignalprocessingsystem,eachnumberisformedbyahighfrequencysignalandalowfrequencysignal,itistousedigitalmethodstoproducetheanalogsignalandtransmission,whichalsousedtheD/Aconverter;atthereceivingendwithD/Aconvertertoconvertitintoaditigalsignal,andthentesttheaudiofrequencytodeterminethesendingnumber.UsingspecialalgorithmfordetectionofDTMFsignals--GEORTZELalgorithms,designingafilter,thesignalspectrum,judgethetwofrequenciesofsignals,mostalwaysdeterminethenumberorsymbol.UsingMatlabonyourcomputertodual-tonemulti-frequencysignalingsimulationandtestreceivesystems,theoutputresponsespectrum.Keywords：Digitalsignalprocessing(DSP);Dual-tonemulti-frequency(DTMF);GEORTZELalgorithm;Ⅱ华北水利水电学院毕业设计（论文）1第1章绪论1.1引言双音多频（DualToneMultiFrequency，DTMF）信号，由美国AT&T贝尔实验室研制，用于音频电话网络中的拨号信号。一方面这种信号具有非常高的拨号速度，另一方面它便于自动检测识别及电话业务的拓展，所以很快代替了原有的脉冲计数方式的拨号形式。自1876年美国贝尔发明电话以来，电话交换技术发展主要经历了三个阶段：人工交换、机电交换、电子交换。早在1878年就出现了人工供电制交换机，它借助话务员进行话务连接。15年后步进制的交换机问世，这种交换机属于“直接控制”方式，用户通过话机拨号脉冲直接控制步进接续器做升降和旋转动作。从而自动完成用户间的接续。这种交换机虽然实现了自动接续，但存在着速度慢、效率低、杂音大与机械磨损严重等缺点。直到1938年发明了纵横制交换机由直接控制过渡到间接控制方式，随后又出现了电子交换机及程控交换机等。用户的拨号脉冲不再直接控制接线器动作，而先由记发器接收、存储，然后通过标志器驱动接线器，以完成用户间接续。由于标志器记取的是标识信号，所以可以不采用不稳定的脉冲计数方式，逐步发展到数字号码标识，所以快速、稳定灵活的DTMF音频拨号方式取代了脉冲计数方式。本文主要阐述GOERTZEL算法在双音拨号系统中的应用，并利用Matlab的强大功能，用软件实现DTMF（双音多频）信号的检测。1.2数字信号简介信号是反映消息的物理量，是消息的表现形式。由于非电的物理量可以通过各种传感器较容易地转换成电信号，而电信号又容易传送和控制，所以使其成为应用最广的信号。电信号是指随着时间而变化的电压或电流，因此在数学描述上可将它表示为时间的函数，并可画出其波形。信息可以通过电信号进行传送、交换、存储、提取等。电信号的形式是多种多样的，可以从不同的角度进行分类。根据信号的随机性可以分为确定信号和随机信号；根据信号的周期性可分为周期信号和非周期信华北水利水电学院毕业设计（论文）2号；根据信号的连续性可以分为连续时间信号和离散信号；在电子线路中将信号分为模拟信号和数字信号。我们每天遇到的信号，大部分都是模拟信号。离散时间信号只被定义在一种特定的时间瞬间集合上，表现为具有连续数值范围的数值序列。而数字信号在时间上和幅值上都有离散的数字。因此在实际的操作中，数字信号更容易处理。随着数字电子技术的发展，在语音处理、通信控制、图象处理等领域DSP(DigitalSignalProcessor数字信号处理器)也得到了越来越广泛的应用。数字通信抗干扰能力强、无噪声积累，由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。较之传统的方法，数字信号处理系统自身有着无可比拟的优点：(1)便于加密处理信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。(2)便于存储、处理和交换数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。(3)设备便于集成化、微型数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。(4)便于构成综合数字网和综合业务数字网采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，电话业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网。(5)占用信道频带较宽一路模拟电话的频带为4kHz带宽，一路数字电话约占64kHz，这是模拟通华北水利水电学院毕业设计（论文）3信目前仍有生命力的主要原因。随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用以及数字信号处理技术的发展，数字电话的带宽问题已不是主要问题了。1.3数字滤波器数字滤波器由数字加法器、单位延时单元和常数乘法器组成的一种算法或装置。数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，即把输入序列通过一定的运算变换成输出序列，以达到改变信号频谱的目的。数学公示表示如下：NkMkknxbknyanYkk10)()()((1.3-1)通常可以用两种方法实现数字滤波器：一种方法是把滤波器所完成的运算编成程序并让计算机执行，也就是采用