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1.2頻率分辨率頻率分辨率在信號譜分析中是一個非常重要的概念，它反應(yīng)了將兩個相鄰譜峰分開的能力，是分辨兩個不同頻率分量的最小間隔。頻域采樣間隔F=fs/N=1/NT=1/Tp，而文獻(xiàn)中指出F=fs/N稱為計算分辨率，即該分辨率是靠計算得到的，但它不反映真實的頻率分辨率能力。F=1/Tp稱為物理分辨率，補(bǔ)零僅僅提高了物理分辨率，而要得到高分辨率譜，則要通過增加數(shù)據(jù)記錄。這讓學(xué)生很難理解，教師也不好描述，以Matlab程序輔助圖形講解，如圖2所示的兩個模擬信號，通過圖2可觀察到的信號截取的有效長度對頻率確定的影響。（a）只能觀察到正弦信號很短的時間，不能測量其頻率。（b）觀察到周期的一半，可以估計出其頻率，但有很大的不確定性。（c）觀察到兩個周期，不確定性被大大降低。
2例題圖示引導(dǎo)法
雙線性變換法與脈沖響應(yīng)不變法相比其主要優(yōu)點是避免了頻率響應(yīng)的混疊現(xiàn)象，但它的優(yōu)點以頻率的嚴(yán)重非線性為代價的。對于分段常數(shù)型的濾波器，雙線性變換后，仍得到幅頻特性為分段常數(shù)的濾波器，但是各個分段的邊緣的臨界頻率發(fā)生了畸變，需要進(jìn)行預(yù)畸變。
3類比法
拉普拉斯變化可以理解為是一種廣義的傅立葉變換，它把頻域擴(kuò)展為復(fù)頻域，擴(kuò)大了信號的變換范圍，并為分析系統(tǒng)響應(yīng)提供了統(tǒng)一的規(guī)范方法。即H（s）為H（j贅）的推廣。具體方法是：信號（ft）之所以不能滿足絕對可積的條件，是當(dāng)t寅∞或t寅-∞時，（ft）不為零，若用一個實指數(shù)函數(shù)e-滓t去乘（ft），只要滓的數(shù)值選擇適當(dāng)，就可以使收斂條件成立，e-滓t稱為收斂因子。此時傅立葉變換公式變?yōu)?。與所學(xué)過的知識，類比講述，學(xué)生很容易掌握并且不容易忘記。這樣的例子還很多，包括時域采樣定理與頻域采樣，F(xiàn)IR濾波器的窗函數(shù)法和頻率采樣法等知識點的類比法。
應(yīng)針對不同的衛(wèi)星信號系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，從而保證載波器的兼容性，首先應(yīng)保證其時鐘周期頻率的設(shè)計，之后通過設(shè)置中心頻率的范圍、調(diào)節(jié)范圍及精度以提高其兼容性。
1.1時鐘周期時鐘周期是載波的參考基準(zhǔn)時間，其保證著載波輸出數(shù)字信號的精度，這就要求時鐘周期能夠保證極好的精度，若不能實現(xiàn)則會導(dǎo)致輸出頻率出現(xiàn)誤差。為了在時鐘周期上實現(xiàn)兼容全部衛(wèi)星信號，首先應(yīng)保證采樣頻率高于2MHz，而作為最低2MHz的時鐘頻率則使得時鐘周期的范圍為0～500ns。
1.2設(shè)置中心頻率范圍中心頻率是由衛(wèi)星輸出的中頻信號決定的，故設(shè)置中心頻率的范圍應(yīng)盡最大可能去覆蓋全部的中頻信號頻率。根據(jù)計算現(xiàn)有的技術(shù)，一般中心頻率保證在100MHz之內(nèi)，故通過32位寄存器即能夠?qū)崿F(xiàn)全部數(shù)據(jù)的保存要求。
1.3調(diào)節(jié)范圍確定頻率調(diào)節(jié)的范圍應(yīng)首先確定其兩個影響因素，包括時鐘誤差及多普勒頻移。時鐘誤差是由電路中混頻過程產(chǎn)生，這就取決于本地振蕩器的頻率，目前多采用1.2～1.6GHz的本地振蕩器，故其對頻率的影響范圍為±16kHz；而多普勒頻移取決于衛(wèi)星與接收設(shè)備的先對運動速度，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，其最大速度差異為8000m/s，通過計算可知其頻移范圍為±42kHz，故整體的頻率調(diào)節(jié)范圍應(yīng)為±58kHz。
1.4調(diào)節(jié)精度此調(diào)節(jié)精度應(yīng)滿足其最高精度需求，故調(diào)節(jié)精度應(yīng)為1MHz，而通過32位的寄存器進(jìn)行存儲的話則其覆蓋范圍應(yīng)為±2MHz。通過上述分析，使用32位寄存器、累加器和頻率控制器已經(jīng)能夠滿足其最大精度要求。
2擴(kuò)頻碼的設(shè)計
與載波器的設(shè)計相同，為實現(xiàn)跟蹤不同導(dǎo)航衛(wèi)星信號，應(yīng)保證擴(kuò)頻碼具有極好的兼容性，實現(xiàn)中同樣以4個方面進(jìn)行考慮。采用60MHz的時鐘頻率，32位的控制器、寄存器和累加器即可實現(xiàn)。
3擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器的設(shè)計
設(shè)計數(shù)字跟蹤通道的擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器主要以低硬件資源和高靈活性為第一目標(biāo)，故在設(shè)計中應(yīng)堅持由硬件實現(xiàn)其邏輯需求，而通過軟件實現(xiàn)其控制需求。
(2)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)碾m然都是已調(diào)制的高頻信號,但數(shù)字頻道是多電平正交幅度調(diào)制(64QAM)的數(shù)字調(diào)制方式。模擬頻道是殘留邊帶幅度調(diào)制的模擬調(diào)制方式,二者共同點是都有“幅度調(diào)制”的特點,對傳輸網(wǎng)絡(luò)的幅度線性失真都是非常敏感的。
(3)要全面理解數(shù)字頻道和模擬頻道在傳輸電平測量上的區(qū)別。1)不管是模擬頻道還是數(shù)字頻道,在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸功率都是相同的,但二者在頻道內(nèi)的能量分布不同,特別是峰值能量的數(shù)值差異很大。在測量上,二者的傳輸電平有不同的表述方式。數(shù)字頻道是數(shù)字信號調(diào)制的高頻載波,在頻道內(nèi),能量是相對均勻分布的,各頻率處“峰值”相等。測量時用“頻道內(nèi)平均功率”來表示。模擬頻道是模擬信號調(diào)制的高頻載波,頻道內(nèi)功率比較集中分布在“圖像載波”和“伴音載波”附近,有明顯的峰值,測量時,用峰值處的平均電平表示,所以盡管數(shù)字頻道與模擬頻道傳輸時功率大致相同,但在測試上數(shù)字頻道電平要比模擬頻道電平低10dB左右。二者差值太小數(shù)字頻道容易進(jìn)入非線性狀態(tài),除自身信號劣化外,還會干擾網(wǎng)絡(luò)內(nèi)模擬頻道；二者差值太大,數(shù)字頻道電平低,載噪比損失大,數(shù)字信號也會劣化?；蛘吣M頻道電平的峰值超過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的最大失真范圍,信號變劣,還會產(chǎn)生副產(chǎn)物,干擾數(shù)字頻道。2)每個環(huán)節(jié)電平控制。網(wǎng)絡(luò)中傳輸電平是由光電收發(fā)設(shè)備、放大器、機(jī)頂盒等有源設(shè)備,器件的性能,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、布置,傳輸節(jié)目套數(shù),用戶數(shù)量等共同決定的,在設(shè)計時作了詳盡充分的考慮,并在系統(tǒng)圖中標(biāo)定了各關(guān)鍵點的傳輸電平。所以,按照設(shè)計要求,隨時控制各關(guān)鍵點的傳輸電平是網(wǎng)絡(luò)安全運行的關(guān)鍵,只有如此,才能穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)運行。在網(wǎng)絡(luò)運行維護(hù)中,控制各個環(huán)節(jié)電平,以下幾個原則問題應(yīng)做到:①數(shù)字頻道與模擬頻道的電平是由前端決定的,特別是二者的差值是由前端保證的,所以前端調(diào)制器輸出電平要嚴(yán)格控制好,隨時檢測,發(fā)現(xiàn)電平差異,立即糾正。②前端輸入到光發(fā)射機(jī)的高頻信號電平要認(rèn)真按設(shè)計要求控制,不要因為同軸電纜分配網(wǎng)的某些變化隨意提高或降低,同軸電纜分配網(wǎng)的電平調(diào)整服從光傳輸電平。③所有光接收機(jī)的輸出電平也要按照設(shè)計調(diào)整,并留有電纜放大器自動控制的余量,用于溫度變化補(bǔ)償,機(jī)內(nèi)各部位的衰減器也要按設(shè)計標(biāo)定的數(shù)值安裝,因為不同環(huán)節(jié)的衰減器分別影響非線性失真和載噪比。④原有的模擬同軸電纜分配網(wǎng)不需做大的變動,電平大體可維持正常。偏差太大的,就必須按設(shè)計要求重新配置干線放大器,調(diào)整電平也要象處理光接收機(jī)一樣,按要求配置各環(huán)節(jié)衰減器。光接收機(jī)實質(zhì)上是一臺加了光接收模塊的干線放大器。用戶放大器以下的電纜分配網(wǎng)絡(luò)調(diào)整時以用戶獲得足夠電平、用戶之間點評均衡為原則?？傊?模擬數(shù)字混合傳輸網(wǎng)各個環(huán)節(jié)的電平控制至關(guān)重要。對于模擬信號,輸出信號太高,會造成非線性失真‘出現(xiàn)網(wǎng)紋、交調(diào)等；輸出信號太低,造成載噪比低,出現(xiàn)雪花、噪點等。而對于數(shù)字信號，電平輸出過高或過低,都表現(xiàn)為停幀、馬賽克或黑屏等。因此,各個環(huán)節(jié)的電平要控制得當(dāng)。
2如何檢測和處理數(shù)字電視故障
(1)初次安裝時無法收到數(shù)字電視節(jié)目,一般由于兩個原因:一是有線電視線路故障,維修人員應(yīng)用數(shù)字場強(qiáng)儀測量數(shù)字信號電平是否在合理范圍內(nèi),或者檢查連接線接頭是否松動,應(yīng)使各種街頭連接牢固。二是因為用戶沒有將視頻線連到機(jī)頂盒與電視上,或沒有把電視調(diào)到AV狀態(tài)下,這種現(xiàn)象占報修率60%以上。
(2)安裝后收臺不全,很多頻道顯示加密狀態(tài),多數(shù)情況是用戶沒有弄清數(shù)字電視收費政策,只有已付費的頻道才能收看,其他需要另外付費的節(jié)目雖然可以看到臺標(biāo)但都會是加密狀態(tài)。
(3)收看時出現(xiàn)馬賽克或卡碟的聲音,基本是有線電視線路故障,多出在雨雪天或大風(fēng)天之后,對有線線路進(jìn)行維修后可以好轉(zhuǎn)。還可能是用戶室內(nèi)有線接頭接觸不良,現(xiàn)行的方法都是手工完成的,這就要求工作人員在各器件與電纜的連接中不能有絲毫大意,否則將產(chǎn)生電弧及打火現(xiàn)象。當(dāng)頻率較低時阻抗大、信號衰減大,載噪比在25dB以下時,將出現(xiàn)個別頻點播出的電視節(jié)目出現(xiàn)馬賽克或卡碟的聲音。
(4)前端機(jī)房節(jié)目播出頻點改變后部分頻道無信號,更改播出頻點這種問題不會經(jīng)常發(fā)生,但是改動后會給用戶收看節(jié)目造成不便,如果不重新搜索,部分頻道將顯示無信號,這時應(yīng)盡量教會用戶如何重新設(shè)置新的頻點并搜索。也有的機(jī)頂盒需要進(jìn)行軟件升級。
(5)如果單個或幾個數(shù)字頻道電平過低,比鄰近數(shù)字頻道低5dB以上,會引起該頻道所有節(jié)目都無法觀看,這時要檢查該頻道電平比其他頻道信號過低的原因。其主要有以下幾種故障:同軸電纜屏蔽網(wǎng)接觸不良、折斷；電纜或插接頭的主芯生銹,接觸不良；光接點輸出故障；致使輸出單個或幾個數(shù)字頻道電平過低等。
1.2可變相位信號30Hz信號(F)和載波f0經(jīng)邊帶測角器產(chǎn)生30Hz的調(diào)幅邊帶波信號?？勺兿喾至恳?0Hz的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由此可見，當(dāng)點位不同時，基準(zhǔn)信號與可變信號的相位差也不同，相位差與VOR臺的具置有關(guān)系。通過比較接收機(jī)中的基準(zhǔn)相位信號和可變相位信號，確定用戶的方位。
二、接收信號數(shù)字處理
在甚高頻全向信標(biāo)系統(tǒng)的定向原理中，30Hz信號比相是其核心。根據(jù)9960副載波可以得出基準(zhǔn)相位信號，通過相位比較器可以對相移θ進(jìn)行檢測，并確定方位。然后將基準(zhǔn)相位30Hz信號和可變相位30Hz信號進(jìn)行過0點檢測，通過計數(shù)器得出相位差，將計算結(jié)果處理成數(shù)字方位的格式，并將其送到無線電磁指示器（RMI），通過RMI進(jìn)行全方位顯示。
相位差θ和計時器計時時間t的關(guān)系式。以基準(zhǔn)信號為基準(zhǔn)，若發(fā)現(xiàn)其正向過零點，則利用計數(shù)器開始計數(shù)，直到可變信號正向過0點時，結(jié)束計數(shù)，將檢測到的相差點數(shù)計算出來，并將計數(shù)器清零準(zhǔn)備下次計數(shù)，若系統(tǒng)采樣率為fs，則VOR方位角度分辨率。因為甚高頻通信系統(tǒng)會被鄰頻或同頻干擾，在信號處理的過程中會出現(xiàn)系統(tǒng)誤差的情況，導(dǎo)致比相信號的不穩(wěn)定和抖動，所以，在解算相位差時，不能只進(jìn)行一次求解就得出，而要經(jīng)過多次的換算取所有結(jié)果的平均值，但這樣又會引發(fā)其他問題，即當(dāng)兩個相位基本一致的時候，相位差會一致在0度左右擺動，這樣角度就可能會在360度和0度之間轉(zhuǎn)換，那么，經(jīng)過多次計算得出的角度將會出現(xiàn)誤差，解決這一問題的主要方法有。式中，Z：最終輸出的相位差。經(jīng)過上述公式處理方式，可以有效避免信號在0度附近擺動形成的計算誤差是。
一、隨著集成電路的運算速度更快，集成度更高，就有可能耐復(fù)雜目益增加均一些多維數(shù)字信號處理。
所它在最近才開始出現(xiàn)的一個新領(lǐng)域。盡管如此，多維信號處埋仍然對以下一些間提了解決的辦法，這些問題是：計算機(jī)輔動斷層成術(shù)(CAT)，即綜合來自不同方向的X射線的投影，以重建人體某一部分的三維圖，源聲納陣列的設(shè)計及通過人造衛(wèi)星地球資源。多維數(shù)字信號處理除具有許多引人注目和淺顯易行的應(yīng)用之外，它還具有堅賣的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，這不僅使我們能了解它的實現(xiàn)情況，而且當(dāng)新問題出現(xiàn)時，也當(dāng)及時解決。
典型的信號處理任務(wù)就是把信息從一種信號傳遞到另一種信號上，例如，可將一張照片加以掃描、抽樣，并將共存儲在計算機(jī)的存儲器中，在這種情況下，信息是從可變的銀粒密度轉(zhuǎn)換戌可見光束，再變成電的波形，最后變戍數(shù)字的序列，隨后該數(shù)字序列用。磁盤上磁疇的排列來表示CAT掃描器是一個比較復(fù)雜，經(jīng)過處理，最后顯赤射線管(CRT)的熒光屏上或膠片上。數(shù)字處理能增加信息，但可以重新排列信息，使觀察者能更方便地理解它.觀察者不必觀看多個不同測面的投影而可直接觀察截面圖。
人們感興趣的是信號所包含的信息，而不管信號本身是什么形式。也許可以概括地說，信號處理涉及兩個基本任務(wù)一一信息的重新排列和信息的壓縮。
二、數(shù)字信號處理涉及到用數(shù)的序列表示的信號的處理，而多維數(shù)字信號處理則涉罰用多維陣列表示的信號的處理，例如對同時從幾個傳感器所接收的抽樣圖像和抽樣的時間波形的處理。由于信號是因而它可以用數(shù)字硬件處理，同時可以將信號處理的運算規(guī)定為算法。
促使人們采用數(shù)字方法的是不言而喻的。數(shù)字方法既有效靈活。我們可以用數(shù)字系統(tǒng)使其有自適應(yīng)性并易于重新組合?？梢院芊奖愕匕褦?shù)字算法由一個廠商的設(shè)備上轉(zhuǎn)換到另一個廠商的設(shè)備上去，或者把專用數(shù)字硬件來實現(xiàn)。同樣，數(shù)字算法也可用來處理作為時間函數(shù)或空間信號，數(shù)字算法自然地和邏輯算符如模式分類相聯(lián)系。數(shù)字信號能夠長時間無差錯地存儲。對很多種應(yīng)用而言，數(shù)字方法Ⅸ其它方法更為簡單，對另外一些應(yīng)用，則可能根本不存在其他方法。多維信號處理是不同于一維信號處理，想在多維序列上實現(xiàn)的多運算，例如抽樣、濾波和交換等，用于一維序列，然而，嚴(yán)格芯說，我們不得不說多終信號處理與一維信弓有很大差別的。
信號處理與一維信號處理還是有很大差別的，這是由三個因素造成的；(l)二維通常比一維問題包含的數(shù)據(jù)量大得多；(2)處理多維系統(tǒng)在數(shù)些上不如處理一維系統(tǒng)那樣完備；(3)多維信號處理有更多的自由度，這給系統(tǒng)設(shè)計音以一維情況中無法比擬的靈活性。雖然所有遞歸數(shù)字濾波器都是用差分方程實現(xiàn)的，一維情況下差分方程是全有序的，而在多維情況下差分方程僅是部分有序的，岡而就存在著靈活性，在一維情況小，離散傳里旰變換CDET)可以用快速傅里葉變換CEPT)算法來計算，而在多維情況下，有多且每一個OFT又可用多種AFT算法來計算。在一維情況下，我們可以調(diào)整速率。而且也可以調(diào)整抽排列。從另一方面來說，多維多項式不能進(jìn)行因式分解，而一維多項式是可以進(jìn)行因式分解的。因而在多維情況下，我們不能論及孤立的極，氣、孤立的零點及孤立的根。所以，多維信號處理與一維信號處理有相當(dāng)大的差別。在20世紀(jì)60年代初期，用數(shù)字系統(tǒng)來模仿模擬系統(tǒng)的想法，使得一維數(shù)字信號處毫的各種方法得到了發(fā)展。這樣，仿照模擬系統(tǒng)理論，創(chuàng)立了許多離散系統(tǒng)理論。隨后，當(dāng)數(shù)字系統(tǒng)可以很好地模仿模擬系統(tǒng)時，人們認(rèn)識到數(shù)字系統(tǒng)同時也可以完成更多的功能。由丁這種認(rèn)識及數(shù)字硬件工藝的有力推動，數(shù)字信號處理得到了發(fā)展，而且現(xiàn)今很多通用的方法，已成為數(shù)字方法所特有的，沒有與其等效的模擬方法，在發(fā)展多維數(shù)字信號處理時，可觀察到同一發(fā)展趨向。因為沒有連續(xù)時間的(或模擬的)二維系統(tǒng)理論可以仿效，因而最初的二維系統(tǒng)是以一維系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，80年代后期，多數(shù)二維信號處理都是用可分的二維系統(tǒng)。可分的二維系統(tǒng)與用于二維數(shù)據(jù)的一維系統(tǒng)幾乎沒有差別。隨后，發(fā)展了獨特的多維算法，該算法相當(dāng)于一維算法的邏輯推理。這是一段失敗的時期，由干許多二維應(yīng)用要求數(shù)據(jù)量很大，且IT缺少二維多項式太分解理論，很多一維方法不能很好地推廣到二維上來。我們現(xiàn)在正處于認(rèn)識的萌芽時代。計算機(jī)工業(yè)以其部件的小型化和價格日趨低廉而有助于我們解決數(shù)據(jù)量問題。盡管我們總是受限于數(shù)學(xué)問題，但仍然認(rèn)識到，多維系統(tǒng)也給了我們新的自由度。以上這些，使得該領(lǐng)域既富于挑戰(zhàn)性又無窮樂趣，電子信息技術(shù)的結(jié)合之軟件結(jié)臺，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中可用電產(chǎn)信息技術(shù)的地方，仍然可以在生產(chǎn)或很低的條件下使用人力或傳統(tǒng)機(jī)械。電予信息技術(shù)應(yīng)到限制，在不同領(lǐng)域和不同水平有各種原因，但爛有一個共大原因是缺乏認(rèn)識。沒有認(rèn)識，便沒有應(yīng)層。
事實上，在一維和二維信號處理理論之間有實質(zhì)性的差別，而在二維和更高維之間，除了計算上的復(fù)雜世方耐差異之外，似乎差別較小。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳云韜,廖桂生,田孝華.一種波達(dá)方向、頻率聯(lián)合估計快速算法[J]電波科學(xué)學(xué)報,2003,(04).
[2]呂鐵軍,王河,肖先賜.利用改進(jìn)遺傳算法的DOA估計[J]電波科學(xué)學(xué)報,2000,(04)
[3]劉全,雍玲,魏急波.二維虛擬ESPRIT算法的改進(jìn)[J]國防科技大學(xué)學(xué)報,2002,(03).
[4]呂澤均,肖先賜.一種沖擊噪聲環(huán)境中的二維DOA估計新方法[J]電子與信息學(xué)報,2004,(03).
[5]金梁,殷勤業(yè),李盈.時頻子空間擬合波達(dá)方向估計[J]電子學(xué)報,2001,(01).
2數(shù)字電視信號質(zhì)量監(jiān)測過程中會發(fā)生的問題
2.1數(shù)字電視未能正常播放
在數(shù)字電視出現(xiàn)以來，我國的播放設(shè)施快速的進(jìn)行了更新?lián)Q代的工作。與原有的模擬信號相比較，在觀看電視時，屏幕出現(xiàn)雪花和不能同步的問題得到了極大的改善。與傳統(tǒng)模擬信號比較，數(shù)字電視信號在一般情況下對于電平值的接受要求下降，該情況的發(fā)生致使數(shù)字電視的抗干擾能力更強(qiáng)，在正常接收信號后電視即可出現(xiàn)清晰畫面。但與此同時，數(shù)字信號的接收將會出現(xiàn)更多的信號信息，該過程中由于相關(guān)人員或者技術(shù)的不成熟，電視將無法正常播放。
2.2無法及時對數(shù)字電視信號進(jìn)行處理
數(shù)字信號的傳輸和正常工作對于設(shè)備的要求更高，在運行過程當(dāng)中，任何一個元部件或者是程序的錯誤都將導(dǎo)致無法接收正確信號。在設(shè)備勞損度達(dá)到一定程度后，想要在眾多部件中找到損毀元件極為不易。該種情況導(dǎo)致工作人員和技術(shù)人員無法及時對數(shù)字電視信號進(jìn)行正規(guī)的處理，在經(jīng)過較長的時間后才能查出問題的關(guān)鍵所在。數(shù)字化電視更加復(fù)雜和多樣化，在電視正常工作期間，數(shù)字信號會由遠(yuǎn)端接收器進(jìn)行傳送以及處理。該過程中，數(shù)字信號會經(jīng)歷更多的不確定因素，如果無法及時對該過程中的信號進(jìn)行監(jiān)測，可能導(dǎo)致信號傳輸無法預(yù)知的中斷甚至消失。
3數(shù)字電視信號監(jiān)測手段的建議
在監(jiān)測數(shù)字電視信號過程當(dāng)中，工作人員的管理應(yīng)按照有效益性、選擇性和相輔相成作為監(jiān)測原則。由于數(shù)字電視信號具有自身特有的性質(zhì)，在各種環(huán)境下的問題不盡相同，因此，面對數(shù)字電視信號發(fā)生故障時，應(yīng)該綜合多種因素，認(rèn)真對待每一種可能出現(xiàn)的情況。而對于數(shù)字電視信號的質(zhì)量監(jiān)測方式通常可劃分為三種形式：故障模式監(jiān)測、故障樹監(jiān)測和部件模型監(jiān)測。在三種方式運用過程當(dāng)中，全方位的保持信號的穩(wěn)定性是所有因素的大前提。
3.1故障模式監(jiān)測
故障模式監(jiān)測技術(shù)是維護(hù)和監(jiān)測數(shù)字電視系統(tǒng)最為常見的一種方式，也被稱為FMEA方式，該種模式對于處理系統(tǒng)本身的復(fù)雜信號具有明顯效果。故障模式監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用在對數(shù)字電視信號監(jiān)測過程中需要將數(shù)字信號的邏輯性重新理順，將所有部件引起的信號失效狀況全部找出，加以分析其失效后會發(fā)生的狀況，進(jìn)行歸納和推理，得出任一部件失效后所會產(chǎn)生的故障結(jié)果，以此確定由于元部件導(dǎo)致的電視信號受損原因，確定失效部件。并且及時給出相應(yīng)的改善措施與修復(fù)手段。
3.2故障樹監(jiān)測
故障樹的監(jiān)測技術(shù)主要是針對于數(shù)字電視信號系統(tǒng)在發(fā)生錯誤后，通過發(fā)生錯誤的多種現(xiàn)象來對問題進(jìn)行分析和總結(jié)，檢測出整個系統(tǒng)運作是否可靠。在數(shù)字電視系統(tǒng)進(jìn)行工作過程中，可以通過該種方法對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和檢查，用以協(xié)助更好的對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。故障樹監(jiān)測技術(shù)需要利用圖形來進(jìn)行模擬工作，大體將數(shù)字電視信號的故障現(xiàn)象通過圖像來進(jìn)行直觀的顯示。通過找出信號故障時發(fā)生的種種現(xiàn)象，來對故障進(jìn)行分級。該種分級將數(shù)字信號系統(tǒng)設(shè)置為第一級，在以下將會如樹結(jié)構(gòu)般分支出多種問題，直到問題不能再次進(jìn)行分支為止。此時說明問題已經(jīng)找到，利用圖表方式來直觀找出問題的根本原因。該類方式對于監(jiān)控工作有著協(xié)助作用，能夠完善工作內(nèi)容。
3.3模擬部件監(jiān)測
在數(shù)字電視工作出現(xiàn)問題時，由于其多變、復(fù)雜的特性很難從直觀上發(fā)現(xiàn)其問題所在，且其元件數(shù)量極多，期間某個部件發(fā)生故障時可能會導(dǎo)致所有流程都失效。但是經(jīng)過對這些組成元件的可靠性的邏輯關(guān)系分析，采用部件模擬的監(jiān)測方式能夠看出不同組成部件之間的模型處于何種關(guān)系。利用模型與其工作效果對比，快速找出問題所在，該類型為部件模型監(jiān)測技術(shù)。
1數(shù)字電視廣播信號無線定位概述
1.1無線電定位的概念
同時接收多個已知空間坐標(biāo)和時間基準(zhǔn)的無線電發(fā)射源的輻射信號，可以確定接收端用戶所在的地理位置，即經(jīng)度、緯度和高程（海拔高度）。
隨著超大規(guī)模集成電路（VLSI）工藝的進(jìn)步，基于電纜或衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)字電視（DTV）系統(tǒng)已在全球范圍廣為使用。DTV地面廣播系統(tǒng)也已開始大規(guī)模建設(shè)，在全球不同區(qū)域逐漸形成以各自廣播標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的數(shù)字電視和數(shù)字聲音廣播網(wǎng)。與GPS相比，DTV定位有以下優(yōu)點：定位誤差小，可達(dá)1m量級；市區(qū)定位概率高，還可滿足室內(nèi)定位要求；定位實時性好；信號處理要求低，處理設(shè)備少，功耗低；可利用現(xiàn)有的DTV基礎(chǔ)設(shè)施，無需改變就可用作定位。
1.2數(shù)字電視地面廣播與標(biāo)準(zhǔn)
數(shù)字電視地面廣播與數(shù)字衛(wèi)星廣播相比較，有容易普及、接收價格低廉的特點；與數(shù)字有線電視廣播比較，則不易受城市施工建設(shè)、自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭等因素造成的網(wǎng)絡(luò)中斷影響，因此在傳輸狀況、應(yīng)用需求等方面，地面?zhèn)鬏敺绞礁訌?fù)雜，全球各地在地面數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)方案的選擇上爭議也最大。
世界各國對于數(shù)字電視地面廣播進(jìn)行了長期研究?；拘纬闪嗣绹腁TSC，歐洲的DVB-T和日本的ISDB-T三大標(biāo)準(zhǔn)。我國模擬電視采用的是歐洲的PAL制式，因此要向數(shù)字電視過渡基于DVB-T標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)是切實可行的。
2基于DTV數(shù)字電視廣播信號無線定位系統(tǒng)方案的實現(xiàn)
2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
整個系統(tǒng)的組建可以劃分為兩大部分：發(fā)射和接收。發(fā)射部分建在DTV地面廣播信號發(fā)射臺。對于按DVB-T標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射的電視信號來說，首先要為不同發(fā)射臺分配不同的系統(tǒng)標(biāo)識碼（ID），再將發(fā)射臺的空間坐標(biāo)、發(fā)射時間和標(biāo)識碼等信息進(jìn)行信道編碼，最后通過DTV數(shù)字廣播系統(tǒng)實現(xiàn)信號發(fā)射。而對于按DMB-T標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射的信號來說，由于在發(fā)射信號中已經(jīng)加入幀號、基站識別碼、起始發(fā)射時間，只要將發(fā)射臺的坐標(biāo)預(yù)先存儲在接收機(jī)的處理器中即可。
基于數(shù)字廣播電視信號的無線定位系統(tǒng)特征在于通過接收多個空間坐標(biāo)已知的數(shù)字地面發(fā)射臺的信號，確定接收者的空間坐標(biāo)。
2.2系統(tǒng)工作流程
本文定位方法是建立在無線電信號廣播發(fā)射系統(tǒng)上的，系統(tǒng)的工作步驟如下：
（1）接收信號：由天線接收到的電視信號經(jīng)射頻放大后下變頻為中頻信號；
（2）通過模擬/數(shù)字（A/D）變換完成中頻信號的數(shù)字化；
（3）在數(shù)字信號處理器（DSP）內(nèi)完成信號的同步跟蹤、解調(diào)和解碼任務(wù)，建立信號載波和碼同步跟蹤回路；
（4）將數(shù)字電視系統(tǒng)廣播數(shù)據(jù)幀的時間間隔作為系統(tǒng)觀測的基本時間單位，排定以數(shù)據(jù)幀間隔或其倍數(shù)作為觀測間隔，確定觀測時間序列；
（5）已預(yù)先排定的觀測序列時間定時從同步跟蹤環(huán)路提取出一個數(shù)字電視發(fā)射源的原始偽距觀測值，以及通過解調(diào)和解碼后的數(shù)據(jù)得到該發(fā)射源標(biāo)識和空間坐標(biāo)信息；
（6）重復(fù)步驟（5）觀測跟蹤所有在有效測量范圍內(nèi)的數(shù)字電視發(fā)射臺；將所有得到的信息送入偽距解算方程，即從接收跟蹤環(huán)路提取得到各發(fā)射源的偽距值和發(fā)射源空間坐標(biāo)值，計算出最終接收天線的空間位置坐標(biāo)，并換算為接收系統(tǒng)的定位信息：包括位置、速度和加速度，這些信息為基本導(dǎo)航定位信息；
（7）測量隨后各數(shù)字電視廣播數(shù)據(jù)幀接收時刻，得到屬于該觀測時間點所有有效同步幀頭的偽距信息；
（8）以步驟（6）得到的基本導(dǎo)航定位信息，依次代入步驟（7）中的偽距信息和接收時間信息，完成基于順序雙濾波器平滑算法的計算，最終輸出系統(tǒng)最優(yōu)定位信息。
2.3軟件接收機(jī)的流程實現(xiàn)
對于DVB-T標(biāo)準(zhǔn)來說，同步部分利用時域保護(hù)間隔和頻域?qū)ьl信號，估計并跟蹤時域FFT窗口位置，同時估計由于收發(fā)端上下變頻引起的頻偏；采樣時鐘同步估計得到收發(fā)晶振不能完全匹配帶來的采樣時鐘誤差，經(jīng)數(shù)字鎖相環(huán)使收發(fā)采樣時鐘同步。對于DMB-T標(biāo)準(zhǔn)，將傳統(tǒng)的DVB-T系統(tǒng)中的CP由一段PN序列取代，而在IDFT幀體中不插入任何導(dǎo)頻。PN幀頭既作為訓(xùn)練序列用于同步和信道估計，又在客觀上起保護(hù)間隔的作用。DMB-T的每一幀采用不同的PN頭作為幀標(biāo)志，在發(fā)射端對PN頭采用BPSK調(diào)制以獲得可靠的傳輸效果；在接收端則通過同樣的PN序列發(fā)生器產(chǎn)生本地PN序列，并與接收信號的PN碼幀頭進(jìn)行時域相關(guān)，從而完成幀同步、頻率同步、時間同步、信道傳輸特性估計等一系列同步運算。3數(shù)字電視接收機(jī)的實現(xiàn)
3.1接受原理
（1）模擬處理部分。
從天線接收到的信號通過調(diào)諧器經(jīng)預(yù)選放大抑制鏡像干擾、混頻后得到中頻信號，經(jīng)中頻濾波器濾波抑制鄰道干擾后送入中頻放大器中得到放大了的中頻信號。在中頻放大器中設(shè)置AGC以穩(wěn)定信號輸出。
（2）符號起始同步與定時粗同步。
利用保護(hù)間隔的循環(huán)重復(fù)特性可獲得定時的粗同步和符號起始，提供給FFT。其基本原理是由于保護(hù)間隔中的數(shù)據(jù)是有效數(shù)據(jù)的部分重復(fù)。而相鄰符號的數(shù)據(jù)則完全不同，這樣計算差值s（t）－s（t－Tu），并對其進(jìn)行段積分，則可獲得粗同步。
（3）OFDM解調(diào)和傳輸參數(shù)（TPS）提取。
為簡化接收機(jī)方案，可采用流水結(jié)構(gòu)兩倍規(guī)模的FFT解調(diào)。中頻信號經(jīng)抗混疊濾波后進(jìn)入ADC中進(jìn)行兩倍采樣率采樣，每1個符號得到2N樣點，這2N樣點直接送入2N點FFT的ASIC處理器進(jìn)行FFT。
（4）頻率和定時同步。
由定時符號粗同步后，接收機(jī)對連續(xù)2個符號采樣的2N個樣點進(jìn)行FFT，頻率估計器按參考序列給出的連續(xù)導(dǎo)頻地址找到這2個符號的連續(xù)導(dǎo)頻值。對頻率偏移進(jìn)行估計得到頻率誤差信號，經(jīng)D/A變換及環(huán)路濾波后控制中頻VXCO本振完成頻率同步。
定時估計器在當(dāng)前符號中找到導(dǎo)頻后，對定時偏移進(jìn)行估計得到定時誤差信號，經(jīng)D/A變換和時鐘環(huán)路濾波器濾波后完成定時的精同步。這一同步過程時間較長，以緩慢調(diào)整達(dá)到精同步鎖定。
（5）信道估計。
①信道校正。信道響應(yīng)估計器通過對分布和連續(xù)導(dǎo)頻點響應(yīng)的估計，利用時/頻域內(nèi)插得到信道在全頻段的響應(yīng)估計值，對各數(shù)據(jù)載波進(jìn)行復(fù)相均衡后可得到信道校正。
②信道狀態(tài)估計。信號輸出電平的估計可通過對FFT輸出信號的能量獲得。信號電平估計后通過D/A變換以及AGC環(huán)路濾波后可對信號的輸出電平進(jìn)行精確控制；信道在各數(shù)據(jù)載波點上的狀態(tài)估計可通過對該點信噪比的估計，給出信道在各數(shù)據(jù)載波點上的狀態(tài)量度，與該載波點數(shù)據(jù)一起送到Viterbi譯碼器，對每一位提供“可靠性消息”進(jìn)行軟判決譯碼。
（6）信道譯碼及碼流處理。
①積碼的解碼。由數(shù)據(jù)格式化后得到G1、G2格式的3bit碼流送入Viterbi譯碼器進(jìn)行軟判決譯碼。軟判決是根據(jù)提供的信道狀態(tài)估計每比特的可靠性信息進(jìn)行的。內(nèi)信道譯碼后通過串/并轉(zhuǎn)換把比特碼流轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼流送入解外交織器。②解外交織。由于發(fā)射端采用的是同步卷積交織器，因而解交織時需要同步。在交織過程中，同步字節(jié)sync或sync總是從第0路送入，在解交織時只要設(shè)置窗口校驗同步字節(jié)后（即字節(jié)碼流獲得同步后），把同步字節(jié)送入第0路解交織即可完成解交織。③RS譯碼。從解外交織器送來的字節(jié)碼流送入RS（204，188）譯碼器進(jìn)行外信道譯碼。RS譯碼是在找到同步字節(jié)sync或sync后把同步字節(jié)和后面的187Byte為一組進(jìn)行譯碼的。譯碼后的字節(jié)碼流經(jīng)并/串轉(zhuǎn)換變成比特碼流，同時還給出同步信號送入反隨機(jī)化處理。④反隨機(jī)化。RS解碼后的數(shù)據(jù)碼流在同步sync后的8個數(shù)據(jù)包長度內(nèi)與隨機(jī)化序列進(jìn)行異或后即得到反隨機(jī)化的數(shù)據(jù)流，反隨機(jī)化中每遇到同步比特串，即為隨機(jī)序列的異或禁止。同時若同步字節(jié)為sync，即對其求反處理得sync，完成反隨機(jī)化后的碼流送出信道譯碼器給MPEG-2碼流復(fù)用器。最后得到TS碼流。
3.2信號定位實現(xiàn)
DTV信號定位采用偽距法。這里的偽距是指從數(shù)字廣播發(fā)射機(jī)天線至接收機(jī)天線信號之間的幾何距離加上各種系統(tǒng)誤差。位置計算可以在用戶終端實現(xiàn)。終端要測量每一個視距范圍發(fā)射臺的偽距，3個發(fā)射臺的偽距足以解決用戶的經(jīng)度、緯度和時鐘偏差，DTV發(fā)射臺的位置數(shù)據(jù)可以存儲在用戶終端。
定位系統(tǒng)所要確定的系統(tǒng)狀態(tài)一般為系統(tǒng)的動態(tài)特性和系統(tǒng)時鐘誤差項，即：空間位置、速度、加速度和時鐘偏差和時鐘漂移。系統(tǒng)狀態(tài)為：
式中［PR，VR，AR］T，［δtR，δtR］T分別為系統(tǒng)位置、速度加速度三維坐標(biāo)矢量以及接收時鐘偏差和漂移矢量。
3.3定位誤差分析
定位精度依賴于由電波傳播環(huán)境、接收機(jī)設(shè)計、噪聲和干擾特性以及采樣信號處理的復(fù)雜度。在實際的定位系統(tǒng)中，定位誤差主要由以下兩部分組成：
（1）接收端檢測設(shè)備帶來的誤差。如時鐘同步誤差、檢測設(shè)備時延帶來的誤差等。這部分誤差隨著定時技術(shù)及信號檢測技術(shù)的發(fā)展而降低；
（2）主要由多徑效應(yīng)和非視距傳播帶來的信道誤差。主要取決于信道環(huán)境，可以利用相應(yīng)算法減少其對定位精度的影響。非視距傳播是無線定位的主要誤差源，即使在無多徑效應(yīng)和采用高精度定時的情況下，非視距傳播也會引起測量誤差。
因此，如何降低非視距傳播的影響是提高定位精度的關(guān)鍵。目前降低非視距傳播影響的方法有：利用測距誤差統(tǒng)計的先驗信息將一段時間內(nèi)的NLOS測量值調(diào)節(jié)到接近LOS的測量值；降低LS算法中NLOS測量值的權(quán)重，在LS算法中增加約束項等。
參考文獻(xiàn)
［1］余兆明，余智.數(shù)字電視原理［M］.北京：人民郵電出版社，2004.
［2］何峰,吳樂南.基于數(shù)字廣播電視信號的無線電組合定位方法［P］.發(fā)明專利公開號：CN1776448A.
2分前端機(jī)房廣播與窄播信號的傳輸
分前端機(jī)房在數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換前所做的準(zhǔn)備工作主要有兩部分:分前端機(jī)房一級數(shù)字電視廣播信號平臺的搭建工作和為數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換備用的CMTS、IPQAM、HFC網(wǎng)管信號等窄播信號系統(tǒng)的搭建工作。分前端一級數(shù)字電視廣播信號平臺的搭建相對簡單，當(dāng)主、備路電視廣播光信號傳輸?shù)椒智岸撕?，?jīng)過光開關(guān)對主備路光信號轉(zhuǎn)換后，輸出到光解復(fù)用器對光信號進(jìn)行解復(fù)用，相應(yīng)數(shù)字電視的29CH波長光信號被解出來。把解出來的數(shù)字電視光信號按照原模擬信號分前端的一級骨干廣播光信號建設(shè)的結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行復(fù)制，復(fù)制時盡量保證其在結(jié)構(gòu)上和光功率輸出上大體一致，最好能和模擬信號在物理位置上也保持相近，這樣在調(diào)整電視廣播信號時就非常方便。窄播信號的混合以及傳輸仍保持和原模擬電視系統(tǒng)廣播窄播相同的模式，我們采用的是廣播窄播1550nm光信號DWDM光合波復(fù)用傳輸方式，把分前端CMTS、IPQAM、HFC網(wǎng)管監(jiān)控的射頻信號進(jìn)行混合后驅(qū)動ITU窄播光發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)輸出后與分前端一級電視廣播光信號通過復(fù)用器進(jìn)行光合波，經(jīng)EDFA放大分配后或直接傳輸?shù)骄€路，覆蓋分前端機(jī)房區(qū)域內(nèi)有線電視及CableModem用戶。由于分前端機(jī)房一般帶用戶比較多，受到成本和機(jī)房空間等因素的限制，對窄播系統(tǒng)也全部復(fù)制一遍不大可能，另外我們數(shù)字電視整轉(zhuǎn)采用的是分區(qū)域分批次的方式，可以對窄播系統(tǒng)先行建設(shè)能滿足5個區(qū)域批次數(shù)字電視整轉(zhuǎn)的窄播信號，和本地的數(shù)字電視一級骨干廣播光信號進(jìn)行合波復(fù)用，這樣就成為可以滿足5個區(qū)域批次數(shù)字電視整轉(zhuǎn)的廣播窄播系統(tǒng)信號，作為數(shù)字電視整轉(zhuǎn)初期信號割接使用。當(dāng)然這備用的5個片區(qū)數(shù)字電視廣播窄播系統(tǒng)信號，只是一個舉例，具體要按照分前端實際使用劃分的片區(qū)數(shù)來定備用系統(tǒng)信號片區(qū)數(shù)，實際使用片區(qū)多的可以多建幾個備用片區(qū)。窄播光發(fā)也要選用DWDM特定波長光發(fā)射機(jī)。在搭建數(shù)字電視系統(tǒng)信號平臺時，我們要充分考慮到分前端內(nèi)不同功率光信號的需求:(1)機(jī)房直接傳輸光信號到光接收機(jī)的，一般2～3dB的光功率即可;(2)線路上有光分路器的需要5～15dB的光功率;(3)線路上是V－Hub、EDFA的，需要廣播窄播合波直接傳輸?shù)骄€路上的需要6～8dB的光功率。通過對圖2在結(jié)構(gòu)上簡單的調(diào)整即可滿足不同光功率的需求。信號系統(tǒng)搭建時，盡量保證機(jī)房光信號傳輸分配物理結(jié)構(gòu)上的一致性，對個別特殊需求的可以稍做調(diào)整即可，這樣對機(jī)房的運維管理工作會帶來很大便利。
3數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換廣播窄播信號的割接
采用分區(qū)域分批次的整轉(zhuǎn)方式，除了線路上覆蓋有較多用戶的大型節(jié)點外，其余光節(jié)點模數(shù)信號轉(zhuǎn)換割接工作基本都是在分前端來完成，所以分前端機(jī)房是模擬電視信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電視信號的主要割接點。在數(shù)字電視整轉(zhuǎn)前，要對分前端機(jī)房覆蓋區(qū)域內(nèi)的光節(jié)點全景圖資料進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計，結(jié)合數(shù)字電視整換區(qū)域批次，提前做好相應(yīng)的光節(jié)點片區(qū)規(guī)劃工作。按照分區(qū)域分批次整轉(zhuǎn)方式，我們可以把需要數(shù)字電視整轉(zhuǎn)初期的用戶，割接到前期已經(jīng)建好備用的5個片區(qū)數(shù)字電視的系統(tǒng)信號上來。數(shù)字電視整轉(zhuǎn)進(jìn)行一段時間后，前期備用的5個片區(qū)光信號將使用完畢時，我們再對沒有數(shù)字整轉(zhuǎn)的信號進(jìn)行調(diào)整，把未整轉(zhuǎn)完數(shù)字電視信號但已經(jīng)割接走很多信號的片區(qū)進(jìn)行合并，這樣就可以空余出來滿足一到兩片區(qū)數(shù)字整轉(zhuǎn)的設(shè)備，把該片區(qū)的廣播信號更換為數(shù)字電視信號即可。然后依次類推，逐步完成數(shù)字電視信號的割接。在割接信號時，窄播系統(tǒng)的規(guī)劃也非常重要，尤其是IPQAM和CMTS系統(tǒng)，要根據(jù)光節(jié)點覆蓋雙向IPQAM和CableModem的用戶數(shù)做好下行和回傳設(shè)備的合理分配，充分考慮IPQAM端口下行流量及CMTS上行端口CableModem數(shù)量的負(fù)載均衡，這樣就保證了用戶視頻點播的流暢和網(wǎng)絡(luò)的順暢，減少了后期的擴(kuò)容工作，提高了網(wǎng)絡(luò)運行的穩(wěn)定性。在割接電視下行信號時，必然會對相應(yīng)片區(qū)CableModem用戶也進(jìn)行割接，把下行割接到新建的數(shù)字電視系統(tǒng)信號時，回傳也要割接調(diào)整到CMTS下行相對應(yīng)的上行端口。在割接前要做好CMTS端口CableModem數(shù)量以及SNR值的統(tǒng)計，主要統(tǒng)計在線的CableModem數(shù)量，割接調(diào)整后要查看在新端口上線CableModem數(shù)量和割接前是否一致，接收發(fā)射電平是否正常，端口SNR是否正常。做好與整轉(zhuǎn)現(xiàn)場人員的溝通，信號割接后在現(xiàn)場及時測量信號，如有問題及時處理。同時要做好資料的更新整理工作，保證資料的準(zhǔn)確性。
作者簡介：藍(lán)會立（1975-），男，壯族，廣西馬山人，廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系，講師；廖鳳依（1977-），女，廣西融水人，廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系，講師。（廣西 柳州 545006）
中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）01-0050-02
“數(shù)字信號處理”課程是電氣信息類專業(yè)本科生的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，它以信號與系統(tǒng)課程的理論為基礎(chǔ)，直接面向?qū)嶋H應(yīng)用，注重算法的研究，是繼續(xù)學(xué)習(xí)其它信號處理課程、通信與電子系統(tǒng)課程的必不可少的基礎(chǔ)。該課程的特點是使用數(shù)學(xué)語言對工程實踐中的數(shù)據(jù)采集、分析與處理問題進(jìn)行描述，內(nèi)容比較抽象，理論性強(qiáng)，包含大量公式的推導(dǎo)和證明，課程闡述的理論與現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展前沿和應(yīng)用密切相關(guān)。因此，有效提高該課程教學(xué)質(zhì)量，對提高學(xué)生專業(yè)素質(zhì)和綜合分析解決問題的能力有著重要的意義。在廣西工學(xué)院（以下簡稱“我校”），“數(shù)字信號處理”作為電子信息、自動化和測控專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在初期教學(xué)采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，重視研究教師教法和理論教學(xué)，而忽視了實踐教學(xué)及對學(xué)生潛力的挖掘和應(yīng)用基本理論解決實際問題能力的培養(yǎng)，教學(xué)效果不明顯。近幾年來，課程組對課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行重新定位，在積極探索課程課堂教學(xué)模式，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法和手段，完善課程考核方式等方面進(jìn)行了全面地改革和實踐，取得了較好的成果。
一、調(diào)整優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
“數(shù)字信號處理”和“信號與系統(tǒng)”構(gòu)成了我校電氣類學(xué)科的信號處理基礎(chǔ)理論平臺，課程內(nèi)容既具有明確的分工又緊密關(guān)聯(lián)?！靶盘柵c系統(tǒng)”涉及信號分析與系統(tǒng)分析，信號分析是基礎(chǔ)，突出信號與系統(tǒng)的時域分析和變換域分析的物理概念和工程概念，而三大變換只是實現(xiàn)時域分析到變換域分析的數(shù)學(xué)工具?！皵?shù)字信號處理”課程涉及數(shù)字信號分析和數(shù)字濾波器設(shè)計。離散傅里葉變換DFT是實現(xiàn)信號數(shù)字化分析的核心技術(shù)，F(xiàn)FT是提高DFT運算效率的重要算法。信號分析是信號處理的基礎(chǔ)，而數(shù)字濾波器設(shè)計則是信號處理的具體實現(xiàn)。其中離散信號與系統(tǒng)分析是信號分析和系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)，也是“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”課程承上啟下的內(nèi)容，在兩門課中都占有比較多的學(xué)時，造成教學(xué)重復(fù)和學(xué)生的厭學(xué)情緒，同時本門課程的重點內(nèi)容因?qū)W時少而縮減。傳統(tǒng)教學(xué)計劃都強(qiáng)調(diào)每門課程內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性，造成內(nèi)容多學(xué)時少的矛盾，單門課程的教學(xué)改革很難收到理想效果，如何優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，避免重復(fù)教學(xué)是“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)改革的一個核心。因此，建立了信號處理課程群，即將內(nèi)在聯(lián)系較為緊密的“數(shù)字信號處理”和“信號與系統(tǒng)”等課程組合起來構(gòu)成一個課群，作為信號處理基礎(chǔ)系列課程，其課程體系和教學(xué)內(nèi)容被作為一個整體進(jìn)行優(yōu)化整合。課程群建設(shè)實行二級負(fù)責(zé)制，課程群組長負(fù)責(zé)各門課程之間的協(xié)調(diào)，課程負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)本課程內(nèi)部的調(diào)整，以便能適應(yīng)當(dāng)前教學(xué)的改革與發(fā)展。根據(jù)“數(shù)字信號處理”課程在課程群中的任務(wù)和地位，以及學(xué)生就業(yè)應(yīng)具備的能力，重新規(guī)劃制定課程教學(xué)計劃，通過對課程內(nèi)容進(jìn)行分解、整合，編寫適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)和教學(xué)的教學(xué)大綱，在強(qiáng)調(diào)基本概念和原理的基礎(chǔ)上，以突出應(yīng)用性、實踐性為原則，側(cè)重于學(xué)生綜合分析解決問題和動手實踐能力的培養(yǎng)，做好“數(shù)字信號處理”課程與其他課程部分重復(fù)內(nèi)容的銜接，避免造成課時浪費，使學(xué)生掌握課程的精髓部分，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。
其次，針對課程理論教學(xué)大多只討論算法的理論及其推導(dǎo)，較少涉及實現(xiàn)方法及相關(guān)的軟硬件技術(shù)，我們對實踐性教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，開設(shè)了少學(xué)時的MATLAB信號處理課程和DSP硬件技術(shù)應(yīng)用課程。通過課堂演示、基于MATLAB的算法仿真實驗及分析、基于DSP的硬件算法綜合實驗等三個層次的實踐活動，強(qiáng)化工程素質(zhì)和實踐能力的綜合訓(xùn)練，幫助學(xué)生進(jìn)一步領(lǐng)會和深化課堂上學(xué)到的有關(guān)數(shù)字信號處理的基本概念、基本原理以及基本的信號處理操作及濾波器設(shè)計方法。使學(xué)生逐步克服了對DSP的陌生和恐懼心理，激發(fā)了同學(xué)們強(qiáng)烈的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，分析解決問題的能力和創(chuàng)新精神。
二、教學(xué)方法改革
“數(shù)字信號處理”課程的特點是理論性、概念性比較強(qiáng)，涉及到大量的數(shù)學(xué)公式和理論推導(dǎo)，學(xué)生普遍感覺吃力，不易理解，缺乏興趣。要提高教學(xué)效果，必須改進(jìn)滿堂灌的傳統(tǒng)教學(xué)方法，采用多種教學(xué)方法相結(jié)合來豐富課程的教學(xué)過程。在教學(xué)過程中，結(jié)合學(xué)習(xí)的規(guī)律性，針對不同階段、不同知識點靈活運用不同的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生參與教學(xué)的主動性。
在教學(xué)過程的初期主要采用引導(dǎo)式教學(xué)法，即通過形象化的成果引導(dǎo)學(xué)生去了解理論知識在實踐中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如，通過課堂講授與課外專題講座形式介紹學(xué)科發(fā)展前沿，開拓學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣；或者在開始講授新的內(nèi)容體系之前，通過多媒體等形式有針對性地介紹相應(yīng)技術(shù)在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的工程應(yīng)用，以調(diào)動他們學(xué)習(xí)的積極性和主動性，以致提高教學(xué)效果。
在教學(xué)的中間過程主要采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法。這是一種以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的課堂討論式教學(xué)方法，鼓勵學(xué)生積極投入到課堂教學(xué)的過程中，由被動接受知識向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，改變單向灌輸?shù)慕虒W(xué)模式。在課堂上，重視討論和交流，教師根據(jù)授課內(nèi)容設(shè)計一些思考題，在課堂上以設(shè)問的方式，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和討論，積極引導(dǎo)學(xué)生參與到教學(xué)過程中來，教師根據(jù)學(xué)生的分析思路和結(jié)果進(jìn)行點評、糾正和總結(jié)，積極鼓勵學(xué)生形成問題意識、進(jìn)行批判思維。這種方法可以活躍課堂氣氛，重點突出，學(xué)生比較容易把握教學(xué)重點。
在教學(xué)的后期主要采用研究式教學(xué)方法。研究式教學(xué)就是將科學(xué)領(lǐng)域的研究方法引入課堂，通過教師的激勵、引導(dǎo)和幫助使學(xué)生去主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，并在探究過程中獲取知識、訓(xùn)練技能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力。在教學(xué)過程中，組織多名學(xué)生為一組，圍繞課程中一些主題，獨立搜集研究方向，在課外依循一定的步驟開展研究性學(xué)習(xí)，最終提供一份包含有課題題目、問題提出、程序、調(diào)試波形和結(jié)果說明的完整研究報告，引導(dǎo)學(xué)生運用數(shù)字信號處理的知識分析、解決問題，注重學(xué)生思維及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在研究中加深對數(shù)字信號處理基礎(chǔ)知識的理解，提高利用理論知識解決實際問題的能力。
三、教學(xué)手段改革
本課程的特點是大量使用了數(shù)學(xué)的方法來表示物理的過程，公式較多，計算繁復(fù)，學(xué)生不容易掌握，因此采用單一的教學(xué)手段很難提高教學(xué)效果，必須針對授課內(nèi)容采用多種教學(xué)手段相結(jié)合的授課方式。其一，采用多媒體課件教學(xué)手段，使教案多媒體化、教學(xué)過程互動化。多媒體教學(xué)信息量大，可以拓展學(xué)生的知識面，精簡課堂授課學(xué)時，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。例如，在對概念、公式和定理的物理含義闡述和定性分析中，利用聲音、圖像、視頻、動畫等多媒體教學(xué)手段，使抽象的內(nèi)容形象化和可視化，令學(xué)生理解其物理含義或包含的思想。但是多媒體教學(xué)存在不足是授課速度比較快，因此對于基本原理和基本方法的推導(dǎo)和證明，宜配合板書的授課方式，放慢講課速度，讓學(xué)生跟上教師的思路和有足夠時間領(lǐng)會。其二，通過建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，使教學(xué)資源共享化、教學(xué)方式多樣化和教師答疑實時化。針對課后的復(fù)習(xí)、相關(guān)背景知識的學(xué)習(xí)以及課堂內(nèi)容的擴(kuò)展部分，充分利用網(wǎng)絡(luò)，建立課程主頁，提供相關(guān)資源和討論空間，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)、網(wǎng)上課程研討、網(wǎng)上交付作業(yè)與實驗報告和優(yōu)秀作業(yè)展示等。
四、完善課程考核方式
成績評定既是一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是檢驗教學(xué)效果的重要手段，教學(xué)模式的改革要求課程考核方式應(yīng)靈活多樣，評價方法由“一考定全局”的傳統(tǒng)終結(jié)性評價轉(zhuǎn)向形成性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合、課內(nèi)教學(xué)與課外自主學(xué)習(xí)相結(jié)合的全程評價，從而體現(xiàn)教學(xué)評價的全面性、導(dǎo)向性、實效性、過程性和發(fā)展性特點。完善課程考核方式，對素質(zhì)教育的實施和學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常有利，使學(xué)生考試成績更加具有層次性，更加體現(xiàn)學(xué)生的綜合素質(zhì)。教師要加強(qiáng)學(xué)生平時學(xué)習(xí)情況考查，采用筆試、口試和論文答辯等多樣化的考核方式，多方面地測量學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。課程綜合評定成績主要包括期末考試成績（50％）、課程論文（20％）、實驗（15％）和平時成績（15％）。期末考試主要考查學(xué)生對基本概念的掌握和知識的靈活運用能力，避免過多公式推導(dǎo)與演算。課程論文主要考查評估學(xué)生知識掌握程度、文獻(xiàn)查閱調(diào)研能力、動手實踐能力、論文撰寫和表達(dá)能力。實踐表明，這種多模式相結(jié)合的考試方式更能檢查學(xué)生的真實能力，避免了對學(xué)生的評價一刀切，有利于學(xué)生對考核的認(rèn)同和接受，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和自覺性，激發(fā)學(xué)生的潛能和個性的發(fā)展。
五、結(jié)束語
針對“數(shù)字信號處理”課程的特點，結(jié)合我校的人才培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的總體水平層次，對課程的教學(xué)內(nèi)容體系、教學(xué)方法和手段、教學(xué)評價方式進(jìn)行了改革，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的潛能和個性發(fā)展，注重學(xué)生思維及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過學(xué)生的評教及后續(xù)課程的評價表明課程的教學(xué)改革取得了很好的教學(xué)效果，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，學(xué)生的實際動手能力和綜合素質(zhì)明顯提高。
參考文獻(xiàn)：
[1]武玉紅,劉強(qiáng).關(guān)于研究式教學(xué)方法的思考[J].長春理工大學(xué)學(xué)報,
2010,(6):168-169.
[2]趙洪.研究性教學(xué)中的難點與實施重點[J] .中國高等教育,2006,
1 2ASK調(diào)制方法
調(diào)制信號為二進(jìn)制數(shù)字信號時，對載波信號的振幅進(jìn)行調(diào)制，這種調(diào)制稱為振幅鍵控調(diào)制即ASK(Amplitude Shift Keying)。在2ASK調(diào)制中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，即利用數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波不連貫的輸出。有載波輸出的部分用“1”表示，無載波輸出的部分用“0”表示。
2ASK(二進(jìn)制振幅鍵控)信號的碼元可以表示為：
e0(t)=b(t)cosωct (1-1)
式中，wc為載波角頻率，s(t)為單極性NRZ矩形脈沖序列
b(t)=ang(t-nTb) (1-2)
其中，g(t)是持續(xù)時間為Tb、高度為的矩形脈沖，常稱為門函數(shù);an為二進(jìn)制數(shù)字，當(dāng)an=1，出現(xiàn)概率為P;當(dāng)an=0，出現(xiàn)概率為(1-P)。
在二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制中，載波的幅度隨著調(diào)制信號的變化而變化，實現(xiàn)這種調(diào)制的方式有兩種：
1.1 相乘法
通過相乘器直接將載波信號coswct和數(shù)字信號s(t)相乘，得到輸出信號，輸出的信號稱為調(diào)制信號，這種直接利用二進(jìn)制數(shù)字信號的振幅來調(diào)制正弦載波的方式稱為相乘法。相乘器用來進(jìn)行信號的頻率搬移的，相乘后輸出的信號通過濾波器濾除高頻諧波和低頻干擾信號，從而得到振幅鍵控信號。
1.2 開關(guān)法
開關(guān)法又稱鍵控法，是2ASK的一種常用的方式。這種方法是使載波在二進(jìn)制信號“1”和“0”來控制開關(guān)，當(dāng)基帶信號為高頻信號“1”時，開關(guān)打開，當(dāng)基帶信號為低頻信號“0”時，開關(guān)關(guān)閉，模擬雙向開關(guān)在電路中起接通信號或斷開信號的作用，這種二進(jìn)制振幅鍵控方式稱為開關(guān)鍵控方式，以二進(jìn)制數(shù)字信號去控制一個初始相位為0的正弦載波幅度，可得其時域表達(dá)式如下：
e(t)=As(t)coswct (1-3)
式中的各參數(shù)含義如下：A為載波振幅，s(t)為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號，Wcω為載波角頻率，e(t)為2ASK已調(diào)波。
2 2ASK調(diào)制電路總體設(shè)計
如圖1所示。
ASK編碼調(diào)制原理是：當(dāng)基帶信號為0時，不輸出，當(dāng)基帶信號為“1”時，則輸出。本案例基于FPGA進(jìn)行電路設(shè)計。從上文公式可以看出，ASK為模擬信號，而要用FPGA技術(shù)實現(xiàn)ASK的調(diào)制解調(diào)，而FPGA只能產(chǎn)生數(shù)字信號，就需要用到FPGA產(chǎn)生分頻器、M序列產(chǎn)生器、跳變檢查電路、正弦波信號產(chǎn)生電路，除此之外，還有一個獨立的DAC數(shù)模變換器。
首先，針對分頻電路，對時鐘信號進(jìn)行分頻作為載波信號，對該正弦信號進(jìn)行抽樣，每個有效周期內(nèi)采100點，然后進(jìn)行計數(shù)得到輸出。
m序列是最常用的偽隨機(jī)序列，是由一個帶有兩個反饋抽頭的3級以為寄存器，這樣就使m序列具備隨機(jī)特性，預(yù)先可確定性，循環(huán)特性等特點，通過移位寄存，得到多項式F(x)=x3+x+1，最后得到“1110010”循環(huán)序列，在電路中，通過變化始終的頻率，可以方便的改變輸入碼元的速率。
為了在示波器上面[第一論文 網(wǎng)專業(yè)提供論文寫作和教育的服務(wù)，歡迎光臨DYLW.NET]顯示一個連續(xù)的波形，便于觀察，采用跳變檢測器，在基帶信號上升沿或者是下降沿到來的時候，對應(yīng)輸出波形位于正弦波形的sin0處。
基帶信號只需要計數(shù)器對時鐘信號進(jìn)行技術(shù)，就可以得到所需要的序列信號。
2ASK是模擬調(diào)制，這里采用DAC變換器可以滿足要求，根據(jù)奈奎斯特定理可以知道，當(dāng)以fs》2f進(jìn)行抽樣時，可以保留原始信號的所有信息，調(diào)制系統(tǒng)中，調(diào)制信號和已調(diào)信號都是模擬信號，所以在實驗中對正弦信號每個周期抽樣100個點，相當(dāng)于fs=100f，完全可以顯示出模擬正弦波信號。
參考文獻(xiàn)
[1]樊昌信，曹麗娜主編.通信原理(第六版)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.
1.設(shè)計與背景
由于數(shù)字信號處理這款軟件涉及大量的運算，所以教師自己繪制圖像時會耗費大量的精力，如果通過一個簡易的軟件來繪制圖像，就會大大減輕教師的工作。
根據(jù)數(shù)字信號處理這門課程的基本內(nèi)容，我們將這款軟件分為4個模塊來進(jìn)行開發(fā)，具體分為時域分析、頻域分析、復(fù)頻域分析以及濾波器四大模塊，每一個模塊又由一些功能模塊組成，它們各自對應(yīng)了數(shù)字信號處理這門學(xué)科的內(nèi)容。
在涉及這款軟件中，我們盡量要做到界面友好簡易，教師不需要了解軟件代碼，只需要填寫繪制圖像的最基礎(chǔ)特征，然后圖像即可繪制，并且，盡量使用大學(xué)廣泛使用的編程語言，從而使得教師不需要單獨安裝另一軟件，經(jīng)過刷選，Matlab擁有自己獨特的數(shù)字信號繪制圖像語言及界面開發(fā)工具，完全符合開發(fā)的需求。
2.軟件開發(fā)
2.1 軟件的整體結(jié)構(gòu)
如前文所寫，在開發(fā)軟件時，我們按照數(shù)字信號課程分成四個模塊，并加入一個幫助模塊，這樣，軟件開發(fā)的基本結(jié)構(gòu)就成型了，如圖2.1所示。
2.2 軟件的具體設(shè)計
在具體設(shè)計軟件時，又分為兩大階段，第一階段是用戶使用的界面，目標(biāo)是簡明易懂，用戶可以直接操作，通過簡單地操作完成自己的目標(biāo)。
因此，軟件主界面圖以MATLAB為平臺，如圖2.1所示，這種平臺具有操作方便，功能完善，能夠更方便直接的對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行計算和處理，輸出形象直觀等特點。
首先用MATLAB的GUIDE建立開始主界面，然后在主界面設(shè)置按鈕，分別對應(yīng)六大功能，設(shè)置好后，分別設(shè)置跳轉(zhuǎn)功能，使得點擊開始界面后可以跳轉(zhuǎn)到各個功能的子界面。子界面的設(shè)置與主界面大致相同，但是要多設(shè)置”返回”按鈕的功能，通過返回按鈕，返回到之前的開始界面，在子界面之下，則是功能界面，也就是各個不同子界面繪制功能的具體界面，通過跳轉(zhuǎn)功能，使得子界面和功能界面連接到一起，在功能界面，關(guān)鍵是一個界面上實現(xiàn)多個功能，這就要求在一個有限的空間內(nèi)分配好各個按鈕和生成圖像的位置。
第二階段則為數(shù)字圖像處理各個具體功能繪圖的代碼編寫，通過matlab進(jìn)行編寫，下面是一個巴特沃斯低通模擬濾波器生成代碼，：
3.結(jié)果展示
軟件編寫結(jié)束后，子界面成果如圖3.1所示。
由圖3.1可以看到，進(jìn)入復(fù)頻域子界面后，有兩種不同功能的繪圖模式，并且有著返回和退出功能。
圖3.2是DTFT功能界面，由圖可見，當(dāng)輸入需要繪制圖形的參數(shù)后，選取確定，則相關(guān)圖像就會繪制出來。
4.結(jié)束語
論文完成了一個Matlab教學(xué)輔助程序的開發(fā)，從而克服了數(shù)字圖像處理難以繪圖的缺點，擁有簡單直觀，便于操作的優(yōu)點。
