数字信号处理综合实验指导书

1温情提示各位同学：数字信号处理课程设计分基础实验、综合实验和提高实验三部分。基础实验、综合实验是必做内容，提高实验也为必做内容，但是为六选一，根据你的兴趣选择一个实验完成即可。由于课程设计内容涉及大量的编程，希望各位同学提前做好实验准备。在进实验室之前对实验中涉及的原理进行复习，编制且部分调试好实验程序。进入实验室后进行程序的最后调试，及接受指导教师的检查。请注意：凡是未带预先编好的程序进入实验室的同学，按未出勤处理。22•基础实验篇•综合实验篇•提高实验篇33课程设计学时与成绩分配项目分数出勤实验报告基础实验综合实验提高实验总分1010303020100（建议）学时分配410644课程设计准备与检查在进实验室之前完成程序的编制和部分调试，在实验室完成编制程序的最后调试并接受指导教师的检查。在进行综合实验的过程中，检查基础实验结果；在做提高实验的过程中，检查综合实验结果；提高实验结果在课程设计最后四个学时中检查。检查实验结果的过程中随机提问，回答问题计入考核成绩。55实验报告格式一、实验目的和要求二、实验原理三、实验方法与内容（需求分析、算法设计思路、流程图等）四、实验原始纪录（源程序等）五、实验结果及分析（计算过程与结果、数据曲线、图表等）六、实验总结与思考6课程设计实验报告要求一、实验报告格式如前，ppt第5页。二、实验报告质量计10分。实验报告中涉及的原理性的图表要自己动手画，不可以拷贝；涉及的公式要用公式编辑器编辑。MATLAB仿真结果以及编制的程序可以拷贝。三、如果发现实验报告有明显拷贝现象，拷贝者与被拷贝者课程设计成绩均为零分。四、实验报告电子版在课程设计结束一周内发送到指导教师的邮箱。李莉：[e-mail]赵晓晖：[e-mail]王本平：[e-mail]叶茵：[e-mail]梁辉：[e-mail]77基础实验篇实验一离散时间系统及离散卷积实验二离散傅立叶变换与快速傅立叶变换实验三IIR数字滤波器设计实验四FIR数字滤波器设计88实验一离散时间系统及离散卷积一、实验目的（1）熟悉MATLAB软件的使用方法。（2）熟悉系统函数的零极点分布、单位脉冲响应和系统频率响应等概念。（3）利用MATLAB绘制系统函数的零极点分布图、系统频率响应和单位脉冲响应。（4）熟悉离散卷积的概念，并利用MATLAB计算离散卷积。99二、实验内容1.离散时间系统的单位脉冲响应（1）选择一个离散时间系统；（2）用笔进行差分方程的递推计算；（3）编制差分方程的递推计算程序；（4）在计算机上实现递推运算；（5）将程序计算结果与笔算的计算结果进行比较，验证程序运行的正确性；10102.离散系统的幅频、相频的分析方法（1）给定一个系统的差分方程或单位取样响应；（2）用笔计算几个特殊的幅频、相频的值，画出示意曲线图；（3）编制离散系统的幅频、相频的分析程序；（4）在计算机上进行离散系统的幅频、相频特性计算，并画出曲线；（5）通过比较，验证程序的正确性；11113.离散卷积的计算（1）选择两个有限长序列，用笔计算其线性卷积；（2）编制有限长序列线性卷积程序；（3）利用计算程序对（1）选择的有限长序列进行卷积运算；（4）比较结果验证程序的正确性。1212三、实验要求（1）编制实验程序，并给编制程序加注释；（2）按照实验内容项要求完成笔算结果；（3）验证编制程序的正确性，记录实验结果。（4）至少要求一个除参考实例以外的实例，在实验报告中，要描述清楚实例中的系统，并对实验结果进行解释说明。1313a=[1,-1,0.9];b=1;参考实例：（1）单位脉冲响应NkkkMkkkzazbzH101)(141415151616（2）离散系统的幅频、相频的分析b=[0.0181,0.0543,0.0543,0.0181];a=[1.000,-1.76,1.1829,-0.2781];1717（3）卷积计算18181919实验二离散傅立叶变换与快速傅立叶变换一、实验目的（1）加深理解离散傅立叶变换及快速傅立叶变换概念；（2）学会应用FFT对典型信号进行频谱分析的方法；（3）研究如何利用FFT程序分析确定性时间连续信号；（4）熟悉应用FFT实现两个序列的线性卷积的方法。2020二、实验内容1.用离散傅立叶变换程序处理时间抽样信号，并根据实序列离散傅立叶变换的对称性，初步判定程序的正确性；频特性，观察两者的序列形状和频谱曲线有什么异同？绘出两序列及其幅频特性曲线。)(nxc)(nxd2.观察三角波和反三角波序列的时域和幅频特性，用N=8点FFT分析信号序列和的幅2121三角波序列elsennnnnxc048301)(反三角波序列elsennnnnxd043304)(22223.已知余弦信号如下)2cos()(Fttx64N采样长度时，对该信号进行傅立叶变换。HzF50sT000625.0当信号频率，采样间隔，行，并且分析比较结果。用FFT程序分析正弦信号，分别在以下情况下进（1）F=50,N=32,T=0.000625；（2）F=50,N=32,T=0.005；2323（3）F=50,N=32,T=0.0046875；（4）F=50,N=32,T=0.004；（5）F=50,N=64=0.0006254.选定某一时间信号进行N=64点离散傅立叶变换，并且，对同一信号进行快速傅立叶变换，并比较它们的速度。2424三、实验要求1.编制DFT程序及FFT程序，并比较DFT程序与FFT程序的运行时间。给编制的程序加注释；2.完成实验内容2，并对结果进行分析。实验中的信号序列)(nxc)(nxd和，在单位圆上的Z)(jXc)(jXd变换频谱和会相同吗？如果你能说出哪一个低频分量更多一些吗？不同，为什么？25253.完成实验内容3，并对结果进行分析；4.利用编制的计算卷积的计算程序，分别给出一下三组函数的卷积结果。（1）其它01401)(nnx14054)(nnhn2626（2）其它0901)(nnx190)5.0sin(5.0)(nnnh（3）90)1.01()(nnnx901.0)(nnnh2727四、参考实例1、离散傅立叶变换（DFT)28282、快速傅立叶变换（FFT）29293、卷积的快速算法3030实验三IIR数字滤波器设计一、试验目的1.学习模拟－数字变换滤波器的设计方法；2.掌握双线性变换数字滤波器设计方法；3.掌握实现数字滤波器的具体方法。3131二、实验内容1.设计一个巴特沃思数字低通滤波器，设计指标如下：通带内2.0p幅度衰减不大于1dB；阻带内35.0s幅度衰减不小于15dB；2.编制计算设计的数字滤波器幅度特性和相位特性的程序，并进行实验验证。32323.编制实现该数字滤波器程序并且实现数字滤波（1）分别让满足所设计的滤波器的通带、过渡带、阻带频率特性的正弦波通过滤波器，验证滤波器性能；（2）改变正弦抽样时间，验证数字低通滤波器的模拟截止频率实抽样时间的函数。3333三、实验要求1.编制实验内容要求的程序，并给程序加注释；2.根据实验结果，给出自己设计的数字滤波器的幅度特性和相位特性；3.用所设计的滤波器对不同频率的正弦波信号进行滤波，以说明其特性；34344.fp=0.2KHz,Rp=1dB,fs=0.3KHz,As=25dB,T=1ms；分别用脉冲响应不变法及双线性变换法设计一Butterworth数字低通滤波器，观察所设计数字滤波器的幅频特性曲线，记录带宽和衰减量，检查是否满足要求。比较这两种方法的优缺点。3535四、参考实例3636实验四FIR数字滤波器设计一、实验目的1.学习FIR数字滤波器窗口函数设计法；2.熟悉线性相位FIR滤波器的幅频特性和相频特性；3.了解各种不同窗函数对滤波器性能的影响4.进行FIR、IIR滤波器的性能比较。3737二、实验内容1.设计一个FIR数字滤波器，设计指标如下：通带内2.0p幅度衰减不大于1dB；阻带内35.0s幅度衰减不小于15dB；2.编制计算设计的数字滤波器幅度特性和相位特性的程序，并进行实验验证。38383.编制实现该数字滤波器程序并且实现数字滤波（1）分别让满足所设计的滤波器的通带、过渡带、阻带频率特性的正弦波通过滤波器，验证滤波器性能；（2）改变滤波器的阶数，观察数字低通滤波器的特性的变换。3939三、实验要求1.调试实验参考程序，并且，给参考程序加注释；2.根据实验结果，记录自己设计的数字滤波器的幅度特性和相位特性；3.比较相同设计指标情况下，FIR滤波器和IIR、滤波器的幅度特性和相位特性。4.分别用矩形窗、汉宁窗、海明窗、三角窗和Blackman窗设计一的线性相位带通滤波器，观察它们的3dB和20dB带宽，并比较五种窗的特点。4040四、参考实例4141综合实验篇一、实验目的借助基础实验篇编制的程序，对语音信号进行处理。通过综合实验篇，使得学生能够充分了解信号处理及数字信号处理的过程；使得学生能够对自己设计的频谱分析程序与滤波器程序得到灵活的应用；使得学生能够综合分析信号处理过程各个阶段信号时域与频域特性。42423、给定滤波器的性能指标，采用窗函数法或双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；2、对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；1、录制一段各人自己的语音信号。二、实验内容43436、回放语音信号，并与录制语音信号比较；5、对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；7、设计出一信号处理系统界面。4、用自己设计的滤波器对采集的语音信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱。4444三、实验要求1、完成实验内容要求的各项内容。写明设计思路及其设计原理；2、给出MATLAB代码，并给编制的程序加注释；3、给出仿真测试结果并对测试结果进行分析；要有仿真验证过程、波形、结果分析、所遇问题及问题解决。4、对设计成果做出评价，说明本设计的特点和存在问题，提出改进设计意见；4545提高实验篇（以下实验六选一）提高实验一自适应信道均衡提高实验二系统辨识或系统建模提高实验三基带OFDM系统仿真提高实验四谱估计的参数化模型方法实验提高实验五LMS自适应滤波器实验提高实验六基于TECHV-5509DSP开发平台的语音信号处理实验4646提高实验一自适应信道均衡这个实验的目的是借助数字信号处理课程中的FIR滤波器设计相关知识研究在一个会产生码间干扰的信道上进行数据传输时的自适应均衡器的性能。一、实验目的4747二、实验内容1、数据源模块：随机产生二进制数据，经星座映射转换为四进制或十六进制数据源；2、信道滤波器模块：建立多径信道模型；3、噪声发生器模块：产生加性高斯白噪声；4、自适应均衡器模块：设计均衡器，使得均衡器输出端的数字信号的码间干扰比输入端要小。4848三、实验要求1、完成实验内容要求；2、仿真对下面三种信道状况进行（1）无ISI（2）适度ISI（3）很强ISI3、能够直观反映码间干扰大小，最好用图形。4、给出不同情形下系统的误码率。5、对仿真结果进行总结、分析。4949提高实验二系统辨识或系统建模利用所学的数字信号处理的IIR滤波器和FIR滤波器的相关知识实现一个未知的线性系统识别。一、实验目的5050噪声信号发生器未知系统自适应FIR滤波器+-：用于LMS算法的误差信号)(nx)(ny)(nd)(ne)(ne图1系统辨识或系统建模问题方框图二、实验内容5151实验框图如图1所示。1、假设未知系统是一个FIR系统，请辨识这个系统。2、假设未知系统是一个IIR系统，请辨识这个系统。5252三、实验要求1、FIR滤波器模型阶数至少5阶，IIR滤波器可以是一个零、极点的系统。2、给出未知系统的系统函数及频谱图；3、给出未知系统的冲激响应序列图；4、给出未知系统的零、极点图；5、对仿真结果进行总结、分析。5353提