MATLAB模拟与仿真数字低通滤波器

MATLAB模拟与仿真数字低通滤波器

电子信息科学与技术专业学生田莎莎

指导老师孙红艳

摘要：数字滤波器因其具有精度高、可靠性好、灵活性大等优点而在工程上应用相当广泛。而MATLAB语言具有编程效率高，调试手段丰富，扩充能力强等特点，因此用MATLAB设计数字低通滤波器更方便。本文首先介绍了MA TLAB的发展、特点和主要功能，其次介绍了FIR滤波器原理、滤波器类型，IIR滤波器原理、经典设计方法。最后介绍了FIR和IIR滤波器的MA TLAB仿真。关键词：数字低通滤波器；数字滤波器；FIR；IIR；MA TLAB

Simulation and Design of Low Pass Filter Based On MATLAB

Student majoring in Electronic Information Science and Technology Tian Sha-sha

Tutor Sun Hong-yan

Abstract：The digital filter is quite extensive in engineering application because of its high precision, good reliability and flexibility. MATLAB is a kind of language which facing the science and engineering calculation. Its characteristic is high efficiency, commissioning means programming rich, strong ability to extend and so on.Therefor ,it is convenient to design the digital low pass filter based on MATLAB.This paper introduces finite impulse response digital filter (FIR) and infinite impulse response digital filter (IIR) respectively.It mainly introduces that the FIR digital filter types and MA TLAB programming design,IIR digital filter theory and simulation using MA TLAB.

Key words: low pass digital filter；digital filter；FIR；IIR；MATLAB

引言当代信息技术正向着数字化、网络化和智能化的大趋势发展，而数字化是网络化和智能化的基础，实际生活中遇到的信号多种多样，例如控制信号、气象信号、生物医学信号、地震勘探信号、遥感遥测信号、机械振动信号、广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号，等等。上述这些信号大部分是模拟信号，也有小部分是数字信号。模拟信号是自变量连续的函数，自变量可以是一维的，也可以是二维或多维的。绝大多数情况下一维模拟信号的自变量是时间，通过时间上的离散化(采样)和幅度上的离散化(量化)，这类模拟信号就称为一维数字信号。因此，实际上用数字序列表示的信号就是数字信号，语音信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个一维离散时间序列；而图像信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个二维离散空间序列。数字信号处理，就是用数值计算的方法对数字序列进行各种处理，把信号变

换成符合需要的某种形式。例如，对数字信号经行滤波以滤除噪声干扰或限制他的频带，或将数字信号与其他信号分离出来；对信号进行频谱分析或功率谱分析以了解信号的频谱组成，进而对信号进行识别；对信号进行某种变换，使之更适合于存储，传输和应用；对信号进行编码以达到数据压缩的目的，等等。

数字滤波技术是数字信号处理、分析技术的重要分支[1]。滤波技术具有重要的作用，既可以应用于信号的处理和交换又可以应用于信号的获取和传输。它对信号有效灵活和安全可靠地传输起着至关重要的作用。在所有的电子系统中，数字滤波器是使用最多、技术最复杂的器件。数字滤波器的优劣直接决定产品的优劣。

1MATLAB概述

1．1MATLAB的发展

MATLAB的产生可以追溯到20世纪70年代后期，这个程序推出后受到了学生们的广泛欢迎，并广为流传。以后，MATLAB的版本不断更新。目前，MATLAB已经不仅仅是一个“矩阵实验室”了，已成为一种广泛应用与工程计算机熟知分析领域的新型高级语言，并用于科学研究和解决各种具体的实际问题[2]。可以预见，MATLAB将在科学研究和工程应用中发挥越来越大的作用。

1．2 MATLAB的基本特点

MATLAB经过几十年的不断完善，在学术界广受欢迎，与其他高级语言相比较，MATLAB具有以下独特的特点：

⑴功能强大：具有强大的运算功能和功能丰富的工具箱，并有强大的文字处理功能。

⑵人机界面友好，简单易用的编程语言，编程效率高。

⑶强大的科学计算机数据处理能力和出色的图形处理功能。

⑷可扩展性强。

⑸Simulink动态仿真功能。

1．3MATLAB的主要功能

MATLAB是一种应用于科学计算领域的高级语言，它的主要功能包括数值运算和符号计算功能﹑绘图功能﹑编程语言以及应用工具箱[3-4]。

⑴数值计算和符号计算功能。MATLAB以矩阵为数据操作的基本单元，这使得矩阵运算变得非常简捷、方便、高效。MATLAB还提供了十分丰富的数值计算函数，而且采用的数值计算算法都是最先进的算法。

⑵绘图功能。利用MATLAB绘图十分方便，它既可以绘制各种图形，包括二维图形和三维图形，还可以对图形进行修饰和控制，以增强图形的表现效果。

⑶编程语言。MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，所以使用MATLAB也可以像使用C等传统语言一样，进行程序设计，而且简单易学、编程效率高。

⑷ MATLAB 工具箱。MATLAB 工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。

用户可以直接利用这些工具箱进行仿真和建模、自动控制、信号处理与通信、数据分析

和科学计算、算法开发等相关领域的科学研究。

2 FIR 数字滤波器

2．1 FIR 数字滤波器原理

数字滤波器是一个有限精度的线性非时变离散系统，其滤波功能的实现实际上是通

过一系列的加法和乘法运算来实现的[5]。FIR 滤波器可以用以下差分方程来描述：

∑-=-=10)()()(N i i n x i h n y (2.1)

其中,y(n)和x(n)分别是输入和输出序列，h(n)是滤波器的单位脉冲响应，它的长度

为N 。对()1.2 式两边分别进行Z 变换并整理即可得到滤波器的系统函数的表达式：

∑-=-=11)()(N n n Z n h z H (2.2)

从FIR 滤波器的差分方程 ()1.2式可以看出：由于系统的单位脉冲响应序列为有限

长序列，当输入)(n X 有限时，滤波器的输出序列)(n y 必然也有限，所以FIR 滤波器

是绝对稳定系统；同时由于FIR 滤波过程是两个有限长序列和的线性卷积运算，因而可

以采用DFT 的快速算法FFT 来实现，从而提高了算法效率。此外，当为对称实序列时，

FIR 滤波器可实现严格的线性相位。

2．2 FIR 滤波器类型

根据FIR 滤波器的幅频特性,可以将其分为以下四种情况，其中)(n h 为FIR 滤波器

的冲击响应。

2．2．1 I 型滤波器

I 型滤波器，即)(n h 为偶对称，且N 为偶数

I 型滤波器的频率响应为

)()(5.0Ω=Ω-ΩA e e H N j j (2.3)

其中)(ΩA 为系统的幅度函数

∑=Ω-+=ΩL

n n n L h L h A 1)c o s (][2][)( (2.4) 其中 2/N L =

由)4.2( 知I 型滤波器的幅度函数)(ΩA 的周期为π2 ，且

)2()()(Ω-=Ω-=ΩπA A A (2.5)

即I 型滤波器的幅度函数关于0=Ω 和π=Ω 偶对称。

2．2．2 II 型滤波器

II 型滤波器，即)(n h 为偶对称，且N 为奇数

II 型滤波器的频率响应为

)()(5.0Ω=Ω-ΩA e e H N j j (2.6)

其中)(ΩA 为系统的幅度函数

∑=Ω+-=ΩL

n n n L h A 0])5.0c o s [(][2)( (2.7)

其中 ()2/1-=N L

由()7.2 知II 型滤波器的幅度函数)(ΩA 的周期为π4 ，且

)2()()(Ω--=Ω=Ω-πA A A (2.8)

即II 型滤波器的幅度函数)(ΩA 关于0=Ω 偶对称，关于π=Ω 奇对称。且

0)(=A π

所以II 型滤波器不能用于高通和带阻等滤波器的设计。

2．2．3 III 型滤波器

III 型滤波器，即)(n h 为奇对称，且N 为偶数

III 型滤波器的频率响应为

)()()5.05.0(Ω=-Ω-ΩA e e H N j j π (2.9)

其中)(ΩA 为系统的幅度函数

∑=Ω-=ΩL

n n n L h A 1)s i n (][2)( (2.10)

其中 2/N L =

由(2.10)知III 型滤波器的幅度函数)(ΩA 的周期为π2 ，且

)2()()(Ω--=Ω=Ω--πA A A (2.11)

即III 型滤波器的幅度函数关于0=Ω 和π=Ω 奇对称。所以III 型滤波器不能用

于高通和低通滤波器的设计。

2．2．4 IV 型滤波器

IV 型滤波器，即()n h 为奇对称，且N 为奇数

IV 型滤波器的频率响应为

)()()5.05.0(Ω=-Ω-ΩA e e H N j j π (2.12)

其中 )(ΩA 为系统的幅度函数

∑=Ω+-=ΩL

n n n L h A 0])5.0sin[(][2)( (2.13) 其中 ()2/1-=N L

由(2.13)知IV 型滤波器的幅度函数)(ΩA 的周期为4π ，且

)2()()(Ω-=Ω=Ω--πA A A (2.14)

即IV 型滤波器的幅度函数)(ΩA 关于0=Ω 奇对称，关于π=Ω 偶对称。并且

()00=A

所以IV 型滤波器不能用于低通滤波器的设计。

2．3 FIR 滤波器的MATLAB 设计与仿真

用窗函数法设计一个线性相位FIR 低通滤波器，并满足性能指标[6]。通带边界频率

πω5.0=p ，阻带边界频率π66.0=ws ，阻带衰减不小于40,dB 通带波纹不大于3dB 。

由题意，阻带衰减不小于40dB ，选取汉宁窗。

用MATLAB 编程如下：

% MATLAB PROGRAM eg-1

% Window-based FIR filter design

%Perfoment parameter

wp =0.5*pi;

ws=0.66*pi;

%Width of transition band

wdelta =ws-wp;

%Length of the filter

N= ceil(8*pi/wdelta)

if rem(N,2)==0

N=N+1;

end

% Length of the window

Nw =N;

%Cutoff Frequency of the filter

wc =(wp+ws)/2;

%Compute impulse response of ideal filter

n =0: N-1;

alpha =(N-1)/2;

m =n-alpha+0.00001;

hd =sin(wc*m)./(pi*m);

%Compute time response of the Hanning Window

win =hanning(Nw);

%Compute acture impulse response of the filter

h=hd.*win;

b=h; freqz(b,1,512)

程序运行即得所设计FIR 线形相位滤波器频率特性。如图2-1所示：

图2-1 FIR 线性相位滤波器频率特性

3 IIR 数字滤波器

3．1 IIR 数字滤波器原理

IIR 数字滤波器是一种离散时间系统，其系统函数为：

z a z b i N i i

M j j j

z H -==-∑∑+=101)( )1.3( 假设N ≤M ，当M >N ,系统函数可以看做一个IIR 的子系统和一个()N -M 的

FIR 子系统的级联。IIR 数字滤波器的设计实际上是求解滤波器的系数和，它是数学上

的一种逼近问题，即在规定意义上（通常采用最小均方误差准则）去逼近系统的特性。

如果在S 平面上去逼近，就得到模拟滤波器；如果在Z 平面上去逼近，就得到数字滤

波器[7]。

在设计数字滤波器时，首先根据具体的滤波成分，确定待设计数字滤波器的技术指

标，再求解出满足设计指标的离散系统的系统函数)(z H 。

IIR 数字滤波器经典设计法的一般步骤是[8]：

（1）根据给定的性能指标和方法不同，首先对设计性能指标中的频率指标进行转

换，转换后的频率指标作为模拟滤波器原型设计性能指标。

（2）估计模拟低通滤波器最小阶数和边界频率，利用MATLAB 工具函数buttord 、

cheb1ord 等。

（3）设计模拟低通滤波器原型，利用MATLAB 工具函数buttap 、cheb1ap 等。

（4）由模拟低通原型经频率变换获得模拟滤波器（低通、高通、带通、带阻），利

用MATLAB 工具函数lp2lp 、lp2hp 、lp2bp 、lp2bs 。

（5）将模拟滤波器离散化获得IIR 数字滤波器，利用MATLAB 工具函数bilinear 。

设计IIR 滤波器时，给出的性能指标通常分为数字指标和模拟指标两种[9]。

数字性能指标给出通带截止频率p ω ，阻带截止频率s ω ，通带衰减p R ，阻带衰

减s R 等。数字频率p ω 和s ω 的取值范围为0～π，单位：弧度，而MATLAB 工具函

数常采用标准化频率，p ω 和s ω 的取值范围为0～1。

模拟性能指标给出通带截止频率p Ω ，阻带起始频率s Ω ，通带衰减p R ，阻带衰

减s R 等。模拟频率 c Ω和s Ω 的单位均为弧度/秒。

3．2 利用双线性变换设计Butterworth 低通滤波器

技术指标[10]：通带截止频率k c 22?=Ωπs rad / ，阻带截止频率k s 42?=Ωπ

s rad /，通带衰减 小于3dB ，阻带衰减 大于15dB,采样频率Hz F s 20000

= 。仿真结果见图3-1

Wp= 2000*2*pi;

Ws=3000*2*pi;

Rp=3;

Rs=15;

Fs=10000;

Ts=1/Fs;

Nn=128;

[N,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s')

[b,a]=butter(N,Wn,'s');

[z,p,k]=buttap(N);

[Bap,Aap]=zp2tf(z,p,k);

[b,a]=lp2lp(Bap,Aap,Wn);

[bz,az]=bilinear(b,a,Fs)

freqz(bz,az,Nn,Fs)

N =5

Wn =1.3387e+004

bz =0.0171 0.0854 0.1708 0.1708 0.0854 0.0171

az =

1.0000 -1.2271 1.1622 -0.5176 0.1450 -0.0159

050010001500200025003000

3500400045005000-500-400

-300

-200-100

Frequency (Hz)P h a s e (d e g r e e s )050010001500200025003000

3500400045005000

-300-200

-100

100

Frequency (Hz)M a g n i t u d e (d B )

图3-1 IIR 数字低通滤波器的频率特性

4 总结

利用Matlab 的强大运算功能，基于Matlab 信号处理工具箱（Signal Processing

Toolbox ）的数字滤波器设计法可以快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器，设

计方便、快捷，极大的减轻了工作量。在设计过程中可以对比滤波器特性，随时更改参

数，以达到滤波器设计的最优化。

参考文献：

[1] 丁玉美,高西全. 数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000：149-235.

[2] 潘永才,王子旭,游治.数字FIR 滤波器的Matlab 设计[J].半导体技术, 2001, 26(8): 52-54.

[3] 黄文梅,熊桂林,杨勇. 信号分析与处理-MA TLAB 语言及应用.长沙：国防科技大学出版社,2004.

[4] 周伟林,周鲜成等.FIR 滤波器的软件仿真与硬件实现［J ］．微计算机信息．2009,2-1:222-224.

[5] 陈爱萍,胡晓东.基于Matlab 的IIR 数字滤波器的设计[J].湖南工程学院学报, 2004，14(3):

8-10.

[6] 胡广书.数字信号处理:理论、算法与实现[M].北京:清华大学出版社,1997：32.

[7] 全子一,周利清,门爱东.数字信号处理基础[M].北京:北京邮电大学出版社.2002：68-75.

[8] 陈后金.数字信号处理[M].北京:高等教育出版社.2004：212.

[9] 唐向宏等.MA TLAB 及在电子信息类课程中的应用(第二版) [M].北京:电子工业出版社2009：171.

[10] 程佩青.数字信号处理教程[M].北京：清华大学出版社，2001：75-96.

致谢

四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，四年菏泽学院的学习生活注定将成

为我人生中的一段重要旅程。有许许多多的舍不得，也有许许多多的感谢要说。

首先要衷心感谢的是我可敬可亲的小艳老师，很庆幸能够成为您的学生，两年来无论在学习上、生活上都给予了我无私的帮助和热心的照顾。从您身上我体味到了丰富的学养、严谨的作风、求实的态度，勤奋的精神，这都成为了我不断前行的动力和标杆。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。

感谢物理系所有老师对我学习上的帮助和生活上的关怀，正是您们的辛勤工作，才使我得以顺利地完成学业。浓浓师恩，终生不忘。

感谢我的室友们，曾经一样的悲欢，注定在未来的日子里，我们可以共同分享许多美好的回忆。友情的无私为我们的大学时光重重地写下了无悔。

感谢我的爸爸妈妈，养育之恩，无以回报。我将尽自己最大的努力去实现自己最大的价值，我想这也是对你们最大的回报。

最后，再次感谢大学四年以来给过我帮助和关注的所有人，更加感谢给过我挫折的所有人。你们用不同的方式给了我最好的锻炼和最快的成长。谢谢你们。

基于Matlab的FM仿真实现

摘要 本次设计主要是以Matlab为基础平台，对FM信号进行仿真。介绍了FM信号，及其调制和解调的基本原理，并设计M文件，分析在混入噪声环境下的波形失真，以及分析FM的抗噪声性能。本设计的主要目的是对Matlab的熟悉和对模拟通信理论的更深化理解。 关键词：Matlab；FM；噪声

前言 (2) 1 设计基础 (3) 1.1 Matlab及M文件的简介 (3) 1.2模拟调制概述 (4) 1.2.1模拟调制系统各个环节分析 (5) 1.2.2 模拟调制的意义 (6) 2 FM基本原理与实现 (7) 2.1 FM的基本原理 (7) 2.1.1调制 (7) 2.1.2解调 (8) 2.2 FM的实现 (8) 2.2.1 FM调制的实现 (8) 2.2.2 FM解调的实现 (9) 2.3 调频系统的抗噪声性能 (10) 2.3.1 高斯白噪声信道特性 (10) 3 FM的仿真实现与分析 (14) 3.1 未加噪声的FM解调实现 (14) 3.2 叠加噪声时的 FM解调 (16) 总结 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22) 附录 (23)

通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的命脉。信息作为一种资源，只有通过广泛传播与交流，才能产生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展，创造出巨大的经济效益。而通信作为传输信息的手段或方式，与传感技术、计算机技术相融合，已成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大动力。可以预见，未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意义深远的影响。 在通信系统中，从消息变换过来的原始信号所占的有效频带往往具有频率较低的频谱分量(例如语音信号)，如果将这种信号直接在信道中进行传输，则会严重影响信息传送的有效性和可靠性，因此这种信号在许多信道中均是不适宜直接进行传输的。在通信系统的发射端通常需要有调制过程，将调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，使之转换成适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号；而在接收端则需要有解调过程，以恢复原来有用的信号。调制解调方式常常决定了一个通信系统的性能。随着数字化波形测量技术和计算机技术的发展，可以使用数字化方法实现调制与解调过程。 调制在通信系统中具有重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。调制方式往往决定了一个通信系统的性能。调制技术是指把基带信号变换成传输信号的技术。基带信号是原始的电信号，一般是指基本的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。在无线遥测遥控系统和无线电技术中调制就是用基带信号控制高频载波的参数（振幅、频率和相位），使这些参数随基带信号变化。用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。未调制的高频电振荡称为载波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脉冲序列等）。被调制信号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号。已调信号通过信道传送到接收端，在接收端经解调后恢复成原始基带信号。

简单低通滤波器设计及matlab仿真

东北大学 研究生考试试卷 考试科目： 课程编号： 阅卷人: 考试日期： 姓名：xl 学号： 注意事项 1.考前研究生将上述项目填写清楚. 2.字迹要清楚,保持卷面清洁. 3.交卷时请将本试卷和题签一起上交. 4.课程考试后二周内授课教师完成评卷工作,公共课成绩单与试卷交研究生院培养办公室, 专业课成绩单与试卷交各学院,各学院把成绩单交研究生院培养办公室. 东北大学研究生院培养办公室

数字滤波器设计 技术指标： 通带最大衰减： =3dB ， 通带边界频率： ＝100Hz 阻带最小衰减： ＝20dB 阻带边界频率： ＝200Hz 采样频率：Fs=200Hz 目标： 1、根据性能指标设计一个巴特沃斯低通模拟滤波器。 2、通过双线性变换将该模拟滤波器转变为数字滤波器。 原理： 一、模拟滤波器设计 每一个滤波器的频率范围将直接取决于应用目的，因此必然是千差万别。为了使设计规范化，需要将滤波器的频率参数作归一化处理。设所给的实际频 率为Ω（或f ），归一化后的频率为λ，对低通模拟滤波器令λ＝p ΩΩ/，则1 =p λ， p s s ΩΩ=/λ。令归一化复数变量为p ，λj p =，则p p s j j p Ω=ΩΩ==//λ。所以巴 特沃思模拟低通滤波器的设计可按以下三个步骤来进行。 (1)将实际频率Ω规一化 (2)求Ωc 和N 11010/2-=P C α s p s N λααlg 1 10 110lg 10 /10/--= 这样Ωc 和N 可求。 p x fp s x s f

根据滤波器设计要求＝3dB ，则C ＝1，这样巴特沃思滤波器的设计就只剩一个参数N ，这时 N p N j G 222 )/(11 11)(ΩΩ+= += λλ (3)确定)(s G 因为λj p =，根据上面公式有 N N N p j p p G p G 22)1(11 )/(11)()(-+= += - 由 0)1(12=-+N N p 解得 )221 2exp(πN N k j p k -+=，k ＝1，2， (2) 这样可得 1 )21 2cos(21 ) )((1 )(21+-+-= --= -+πN N k p p p p p p p G k N k k 求得)(p G 后，用p s Ω/代替变量p ，即得实际需要得)(s G 。 二、双线性变换法 双线性变换法是将s 平面压缩变换到某一中介1s 平面的一条横带里，再通过标准变换关系)*1exp(T s z =将此带变换到整个z 平面上去，这样就使s 平面与z 平面之间建立一一对应的单值关系，消除了多值变换性。 为了将s 平面的Ωj 轴压缩到1s 平面的1Ωj 轴上的pi -到pi 一段上，可以通过以下的正切变换来实现： )21 tan(21T T Ω= Ω 这样当1Ω由T pi -经0变化到T pi 时，Ω由∞-经过0变化到∞+，也映射到了整个Ωj 轴。将这个关系延拓到整个s 平面和1s 平面，则可以得到

基于MATLAB的模拟线性调制

基于MATLAB 的模拟调制实验报告 一、实验目的 1.进一步学习调制的知识，掌握调频与调角两种模拟调制技术。 2.进一步学习MATLAB 的编程，熟练使用MATLAB 进行作图。 二、实验原理 1.调制的概念 调制（modulation ）就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适 合 于信道传输的形式的过程，是使载波随信号而改变的技术。 一般，用来传送消息的信号()t u c 叫作载波或受调信号，代表所欲传送消息的信 号叫作调制信号，调制后的信号()t u 叫作已调信号。用调制信号()t u Ω控制载波的某些参数，使之随()t u Ω而变化，就可实现调制。 2.调制的目的 频谱变换 当所要传送的信号的频率或者太低，或者频带很宽，对直接采用电磁波的形 式进行发送很不利，需要的天线尺寸很大，而且发射和接受短的天线与谐振回路的参数变化范围很大。为了信息有效与可靠传输，往往需要将低频信号的基带频谱搬移到适当的或指定的频段。这样可以提高传输性能，以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。 实现信道复用 为了使多个用户的信号共同利用同一个有较大带宽的信道，可以采用各种复用技术。如模拟电话长途传输是通过利用不同频率的载波进行调制。将各用户话音每隔4 kHz 搬移到高频段进行传输。 提高抗干扰能力 不同的调制方式，在提高传输的有效性和可靠性方面各有优势。如调频广播系统，它采用的频率调制技术，付出多倍带宽的代价，由于抗干扰性能强，其音质比只占10 kHz 带宽的调幅广播要好得多。扩频通信就是以大大扩展信号传输带宽，以达到有效抗拒外部干扰和短波信道多径衰落的特殊调制方式。 3.调制的种类 根据()t u Ω和()t u c 的不同类型和完成调制功能的调制器传递函数不同，调制分为以下多种方式： （1）．按调制信号()t u Ω的类型分为： ● 模拟调制：调制信号()t u Ω是连续变化的模拟量，如话音与图像信号。 ● 数字调制：调制信号是数字化编码符号或脉冲编码波形。 （2）．按载波信号()t u c 的类型分： ● 连续波调制：载波信号为连续波形，通常以正弦波作为载波。

Matlab通信系统仿真实验报告

Matlab通信原理仿真 学号： 2142402 姓名：圣斌

实验一Matlab 基本语法与信号系统分析 一、实验目的： 1、掌握MATLAB的基本绘图方法； 2、实现绘制复指数信号的时域波形。 二、实验设备与软件环境： 1、实验设备：计算机 2、软件环境：MATLAB R2009a 三、实验内容： 1、MATLAB为用户提供了结果可视化功能，只要在命令行窗口输入相应的命令，结果就会用图形直接表示出来。 MATLAB程序如下： x = -pi::pi; y1 = sin(x); y2 = cos(x); %准备绘图数据 figure(1); %打开图形窗口 subplot(2,1,1); %确定第一幅图绘图窗口 plot(x,y1); %以x，y1绘图 title('plot(x,y1)'); %为第一幅图取名为’plot(x,y1)’ grid on; %为第一幅图绘制网格线 subplot(2,1,2) %确定第二幅图绘图窗口 plot(x,y2); %以x，y2绘图 xlabel('time'),ylabel('y') %第二幅图横坐标为’time’,纵坐标为’y’运行结果如下图： 2、上例中的图形使用的是默认的颜色和线型，MATLAB中提供了多种颜色和线型，并且可以绘制出脉冲图、误差条形图等多种形式图： MATLAB程序如下： x=-pi:.1:pi; y1=sin (x); y2=cos (x); figure (1); %subplot (2,1,1); plot (x,y1); title ('plot (x,y1)'); grid on %subplot (2,1,2); plot (x,y2);

基于MATLAB的模拟调制系统仿真与测试(AM调制)

闽江学院 《通信原理设计报告》 题目：基于MATLAB的模拟调制系统仿真与测试学院：计算机科学系 专业：12通信工程 组长：曾锴（3121102220） 组员：薛兰兰（3121102236） 项施旭（3121102222） 施敏（3121102121） 杨帆（3121102106） 冯铭坚（3121102230） 叶少群（3121102203） 张浩（3121102226） 指导教师：余根坚 日期：2014年12月29日——2015年1月4日

摘要在通信技术的发展中，通信系统的仿真是一个重点技术，通过调制能够将信号转化成适用于无线信道传输的信号。 在模拟调制系统中最常用最重要的调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。在幅度调制中，文中以调幅、双边带和单边带调制为研究对象，从原理等方面阐述并进行仿真分析；在角度调制中，以常用的调频和调相为研究对象，说明其调制原理，并进行仿真分析。利用MATLAB下的Simulink工具箱对模拟调制系统进行仿真，并对仿真结果进行时域及频域分析，比较各个调制方式的优缺点，从而更深入地掌握模拟调制系统的相关知识，通过研究发现调制方式的选取通常决定了一个通信系统的性能。 关键词模拟调制；仿真；Simulink 目录 第一章绪论 (1) 1.1 引言 (1) 1.2 关键技术 (1) 1.3 研究目的及意义 (2) 1.4 本文工作及内容安排 (2) 第二章模拟调制原理 (3) 2.1 幅度调制原理 (3) 2.1.1 AM调制 (4) 第三章基于Simulink的模拟调制系统仿真与分析 (6) 3.1 Simulink工具箱简介 (6) 3.2 幅度调制解调仿真与分析 (8) 3.2.1 AM调制解调仿真及分析 (8) 第四章总结 (12) 4.1 代码 (13) 4.2 总结 (14)

各类滤波器的MATLAB程序清单

各类滤波器的MATLAB程序 一、理想低通滤波器 IA=imread(''); [f1,f2]=freqspace(size(IA),'meshgrid'); Hd=ones(size(IA)); r=sqrt(f1.^2+f2.^2); Hd(r>=0; Y=fft2(double(IA)); Y=fftshift(Y); Ya=Y.*Hd; Ya=ifftshift(Ya); Ia=ifft2(Ya); figure subplot(2,2,1),imshow(uint8(IA)); subplot(2,2,2),imshow(uint8(Ia)); figure surf(Hd,'Facecolor','interp','Edgecolor','none','Facelighting','phong'); 二、理想高通滤波器 IA=imread(''); [f1,f2]=freqspace(size(IA),'meshgrid'); Hd=ones(size(IA)); r=sqrt(f1.^2+f2.^2); Hd(r<=0; Y=fft2(double(IA));

Y=fftshift(Y); Ya=Y.*Hd; Ya=ifftshift(Ya); Ia=real(ifft2(Ya)); figure subplot(2,2,1),imshow(uint8(IA)); subplot(2,2,2),imshow(uint8(Ia)); figure surf(Hd,'Facecolor','interp','Edgecolor','none','Facelighting','phong'); 三、B utterworth低通滤波器 IA=imread(''); [f1,f2]=freqspace(size(IA),'meshgrid'); D=; r=f1.^2+f2.^2; n=4; for i=1:size(IA,1) for j=1:size(IA,2) t=r(i,j)/(D*D); Hd(i,j)=1/(t^n+1); end end Y=fft2(double(IA)); Y=fftshift(Y); Ya=Y.*Hd; Ya=ifftshift(Ya); Ia=real(ifft2(Ya));

实验三matlab的数字调制系统仿真实验(参考)

成都理工大学实验报告 课程名称：数字通信原理 姓名：__________________学号：______________ 成绩：____ ___实验三 Matlab的数字调制系统仿真实验（参考） 1 数字调制系统的相关原理 数字调制可以分为二进制调制和多进制调制，多进制调制是二进制调制的推广，主要讨论二进制的调制与解调，简单讨论一下多进制调制中的差分相位键控调制（M-DPSK）。 最常见的二进制数字调制方式有二进制振幅键控（2-ASK）、移频键控（2-FSK）和移相键控（2-PSK 和2-DPSK）。下面是这几种调制方式的相关原理。 二进制幅度键控（2-ASK） 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1 或0 的控制下通或断，在信号为1 的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0 的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1 和0。 幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波在二进制调制信号控制下通断，此时又可称作开关键控法(OOK)。多电平MASK 调制方式是一种比较高效的传输方式，但由于它的抗噪声能力较差，尤其是抗衰落的能力不强，因而一般只适宜在恒参信道下采用。 2-ASK 信号功率谱密度的特点如下： （1）由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形g(t)经线性调制后决

定，离散谱由载波分量决定； （2）已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。 二进制频移键控（2-FSK） 数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。 从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。 频移键控是利用两个不同频率f1 和f2 的振荡源来代表信号1 和0，用数字信号的1 和0 去控制两个独立的振荡源交替输出。对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为B=2xF+2Fb,xF 是二进制基带信号的带宽也是FSK 信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即Fb 值大，所以二进制频移键控的信号带宽B 较大，频带利用率小。2-FSK 功率谱密度的特点如下： (1) 2FSK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,?离散谱出现在f1 和f2 位置； (2) 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差|f1 -f2|≤fs，则出现单峰。2FSK信号的产生方法主要是两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号区调制一个调频器，使其能够输出两个不同的频率的码元，如图（1）；第二种方法是用以个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如图（2）。两者的区别是前者的相位是连续的，后者由于两个独立的频率源产生的两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。

matlab通信仿真常用函数

信源函数 randerr 产生比特误差样本 randint 产生均匀分布的随机整数矩阵 randsrc 根据给定的数字表产生随机矩阵 wgn 产生高斯白噪声 信号分析函数 biterr 计算比特误差数和比特误差率 eyediagram 绘制眼图 scatterplot 绘制分布图 symerr 计算符号误差数和符号误差率 信源编码 compand mu律/A律压缩/扩张 dpcmdeco DPCM（差分脉冲编码调制）解码dpcmenco DPCM编码 dpcmopt 优化DPCM参数 lloyds Lloyd法则优化量化器参数 quantiz 给出量化后的级和输出值 误差控制编码 bchpoly 给出二进制BCH码的性能参数和产生多项式convenc 产生卷积码 cyclgen 产生循环码的奇偶校验阵和生成矩阵cyclpoly 产生循环码的生成多项式 decode 分组码解码器 encode 分组码编码器 gen2par 将奇偶校验阵和生成矩阵互相转换gfweight 计算线性分组码的最小距离 hammgen 产生汉明码的奇偶校验阵和生成矩阵rsdecof 对Reed-Solomon编码的ASCII文件解码rsencof 用Reed-Solomon码对ASCII文件编码rspoly 给出Reed-Solomon码的生成多项式

syndtable 产生伴随解码表 vitdec 用Viterbi法则解卷积码 （误差控制编码的低级函数） bchdeco BCH解码器 bchenco BCH编码器 rsdeco Reed-Solomon解码器 rsdecode 用指数形式进行Reed-Solomon解码 rsenco Reed-Solomon编码器 rsencode 用指数形式进行Reed-Solomon编码 调制与解调 ademod 模拟通带解调器 ademodce 模拟基带解调器 amod 模拟通带调制器 amodce 模拟基带调制器 apkconst 绘制圆形的复合ASK-PSK星座图 ddemod 数字通带解调器 ddemodce 数字基带解调器 demodmap 解调后的模拟信号星座图反映射到数字信号dmod 数字通带调制器 dmodce 数字基带调制器 modmap 把数字信号映射到模拟信号星座图（以供调制）qaskdeco 从方形的QASK星座图反映射到数字信号qaskenco 把数字信号映射到方形的QASK星座图 专用滤波器 hank2sys 把一个Hankel矩阵转换成一个线性系统模型hilbiir 设计一个希尔伯特变换IIR滤波器 rcosflt 升余弦滤波器 rcosine 设计一个升余弦滤波器 （专用滤波器的低级函数） rcosfir 设计一个升余弦FIR滤波器 rcosiir 设计一个升余弦IIR滤波器 信道函数

基于MATLAB的模拟信号频率调制(FM)与解调分析

课程设计任务书 学生姓名：杨刚专业班级：电信1302 指导教师：工作单位：武汉理工大学 题目：信号分析处理课程设计 －基于MATLAB的模拟信号频率调制（FM）与解调分析 初始条件： 1.Matlab6.5以上版本软件； 2.先修课程：通信原理等； 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、利用MATLAB中的simulink工具箱中的模块进行模拟频率（FM）调制与解调，观 察波形变化 2、画出程序设计框图，编写程序代码，上机运行调试程序，记录实验结果（含计算结 果和图表等），并对实验结果进行分析和总结； 3、课程设计说明书按学校统一规范来撰写，具体包括： ⑴目录；⑵理论分析； ⑶程序设计；⑷程序运行结果及图表分析和总结； ⑸课程设计的心得体会（至少800字，必须手写。）； ⑹参考文献（不少于5篇）。 时间安排： 周一、周二查阅资料，了解设计内容； 周三、周四程序设计，上机调试程序； 周五、整理实验结果，撰写课程设计说明书。 指导教师签名： 2013 年 7月 2 日 系主任（或责任教师）签名： 2013年 7月 2日

目录 1 Simulink简介 (1) 1.1 Matlab简介······················································错误！未定义书签。 1.2 Simulink介绍 ···················································错误！未定义书签。 2 原理分析 ·····························································错误！未定义书签。 2.1通信系统 ·························································错误！未定义书签。 2.1.1通信系统的一般模型 ···································错误！未定义书签。 2.1.2 模拟通信系统 (3) 2.2 FM调制与解调原理···········································错误！未定义书签。 3 基于Matlab方案设计 (6) 3.1 Matlab代码 (6) 3.2 Matlab仿真 (8) 4 基于Simulink方案设计 (12) 4.1 使用Simulink建模和仿真的过程 (12) 4.1.1 Simulink模块库简介 (12) 4.1.2 调制解调模块库简介 (13) 4.2 FM调制与解调电路及仿真 (14) 4.3 仿真结果分析 (17) 5 心得体会 ·····························································错误！未定义书签。 6 参考文献 (20) 本科生课程设计评定表

MATLAB实现通信系统仿真实例

补充内容：模拟调制系统的MATLAB 仿真 1.抽样定理 为了用实验的手段对连续信号分析，需要先对信号进行抽样（时间上的离散化），把连续数据转变为离散数据分析。抽样（时间离散化）是模拟信号数字化的第一步。 Nyquist 抽样定律：要无失真地恢复出抽样前的信号，要求抽样频率要大于等于两倍基带信号带宽。 抽样定理建立了模拟信号和离散信号之间的关系，在Matlab 中对模拟信号的实验仿真都是通过先抽样，转变成离散信号，然后用该离散信号近似替代原来的模拟信号进行分析的。 【例1】用图形表示DSB 调制波形)4cos()2cos(t t y ππ= 及其包络线。 clf %%计算抽样时间间隔 fh=1;%%调制信号带宽(Hz) fs=100*fh;%%一般选取的抽样频率要远大于基带信号频率，即抽样时间间隔要尽可能短。 ts=1/fs; %%根据抽样时间间隔进行抽样，并计算出信号和包络 t=(0:ts:pi/2)';%抽样时间间隔要足够小，要满足抽样定理。 envelop=cos(2*pi*t);%%DSB 信号包络 y=cos(2*pi*t).*cos(4*pi*t);%已调信号 %画出已调信号包络线 plot(t,envelop,'r:','LineWidth',3); hold on plot(t,-envelop,'r:','LineWidth',3); %画出已调信号波形 plot(t,y,'b','LineWidth',3); axis([0,pi/2,-1,1])% hold off% xlabel('t'); %写出图例 【例2】用图形表示DSB 调制波形)6cos()2cos(t t y ππ= 及其包络线。 clf %%计算抽样时间间隔 fh=1;%%调制信号带宽(Hz) fs=100*fh;%抽样时间间隔要足够小，要满足抽样定理。 ts=1/fs; %%根据抽样时间间隔进行抽样

基于matlab-的巴特沃斯低通滤波器的实现

基于matlab 的巴特沃斯低通滤波器的实现 一、课程设计的目的 运用MATLAB实现巴特沃斯低通滤波器的设计以及相应结果的显示，另外还对多种低通滤波窗口进行了比较。 二、课程设计的基本要求 1）熟悉和掌握MATLAB 的基本应用技巧。 2）学习和熟悉MATLAB相关函数的调用和应用。 3）学会运用MATLAB实现低通滤波器的设计并进行结果显示。 三、双线性变换实现巴特沃斯低通滤波器的技术指标： 1.采样频率10Hz。 2.通带截止频率fp=0.2*pi Hz。 3.阻带截止频率fs=0.3*pi Hz。 4.通带衰减小于1dB，阻带衰减大于20dB 四、使用双线性变换法由模拟滤波器原型设计数字滤波器 程序代码： T=0.1; FS=1/T; fp=0.2*pi;fs=0.3*pi; wp=fp/FS*2*pi; ws=fs/FS*2*pi; Rp = 1; % 通带衰减 As = 15; % 阻带衰减 OmegaP = (2/T)*tan(wp/2); % 频率预计 OmegaS = (2/T)*tan(ws/2); % 频率预计 %设计巴特沃斯低通滤波器原型

N = ceil((log10((10^(Rp/10)-1)/(10^(As/10)-1)))/(2*log10(OmegaP/OmegaS))); OmegaC = OmegaP/((10^(Rp/10)-1)^(1/(2*N))); [z,p,k] = buttap(N); %获取零极点参数 p = p * OmegaC ; k = k*OmegaC^N; B = real(poly(z)); b0 = k; cs = k*B; ds = real(poly(p)); [b,a] = bilinear(cs,ds,FS);% 双线性变换 figure(1);% 绘制结果 freqz(b,a,512,FS);%进行滤波验证 figure(2); % 绘制结果 f1=50; f2=250; n=0:63; x=sin(2*pi*f1*n)+sin(2*pi*f2*n); subplot(2,2,1);stem(x,'.'); title ('输入信号'); y=filter(b,a,x); subplot(2,2,2);stem(y,'.') ; title('滤波之后的信号'); figure(3) ; stem(y,'.') title（'输出的信号')）

基于MATLAB的2ASK、2FSK和2PSK的调制仿真

实验报告（一） 一、实验名称：基于MATLAB 的2ASK 、2FSK 和2PSK 的调制仿真 二、实验目的： （1）熟悉2ASK 、2FSK 和2PSK 的调制原理。 （2）学会运用Matlab 编写2ASK 、2FSK 和2PSK 调制程序。 （3）会画出原信号和调制信号的波形图。 （4）掌握数字通信的2ASK 、2FSK 和2PSK 的调制方式。 三、实验原理分析 3.1二进制振幅键控（2ASK ） 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。二进制振幅键控的表达式为： s(t) = A(t)cos(w 0+θ) 0＜t ≤T 式中，w 0=2πf 0为载波的角频率；A(t)是随基带调制信号变化的时变振幅，即 A(t) = ?? ? 0A 典型波形如图所示： 2ASK 信号的产生方法通常有两种：相乘法和开关法，相应的调制器如图2。图2（a ） 就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；图2（b ）是一种数字键控法，其中的开关电路受s(t)控制。 在接收端，2ASK 有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），相应的接收系统方框图如图：

3.2、二进制频移键控（2FSK ） 二进制频移键控信号码元的“1”和“0”分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅和初始相位不变。故其表达式为： =)(s t ???? ?++时 "0发送“),cos(”时1发送“),cos 21(?ω?ωn n t A t A 图4 2FSK 信号时间波形 由图可见，2FSK 信号的波形（a ）可以分解为波形（b ）和波形（c ）,也就是说，一个2FSK 信号可以看成是两个不同载频的2ASK 信号的叠加。 2FSK 信号的调制方法主要有两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的码元。 第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路

FIR低通滤波器+matlab编程+滤波前后图形

Matlab实现振动信号低通滤波 附件txt中的数字是一个实测振动信号，采样频率为5000Hz，试设计一个长度为M=32的FIR低通滤波器，截止频率为600Hz，用此滤波器对此信号进行滤波。要求： （1）计算数字截止频率； （2）给出滤波器系数； （3）绘出原信号波形； （4）绘出滤波后的信号波形； 解答过程： 第一部分：数字截止频率的计算 =600/5000/2=0.24 数字截止频率等于截止频率除以采样频率的一半，即 n 第二部分：滤波器系数的确定 在matlab中输入如下程序，即可得到滤波器系数： n=32 Wn=0.24 b=fir1(n,Wn) 得到的滤波器系数b为 Columns 1 through 9 -0.0008 -0.0018 -0.0024 -0.0014 0.0021 0.0075 0.0110 0.0077 -0.0054 Columns 10 through 18 -0.0242 -0.0374 -0.0299 0.0087 0.0756 0.1537 0.2166 0.2407 0.2166 Columns 19 through 27 0.1537 0.0756 0.0087 -0.0299 -0.0374 -0.0242 -0.0054 0.0077 0.0110 Columns 28 through 33 0.0075 0.0021 -0.0014 -0.0024 -0.0018 -0.0008 第三部分：原信号波形 将附件4中的dat文件利用识别软件读取其中的数据，共1024个点，存在TXT 文档中，取名bv.txt，并复制到matlab的work文件夹。 在matlab中编写如下程序： x0=load('zhendong.txt'); %找到信号数据地址并加载数据。 t=0:1/5000:1023/5000; %将数据的1024个点对应时间加载

(完整版)基于matlab的通信系统仿真毕业论文

创新实践报告
报 告 题 目： 学 院 名 称： 姓 名：
基于 matlab 的通信系统仿真 信息工程学院 余盛泽
班 级 学 号： 指 导 老 师： 温 靖

二 O 一四年十月十五日
目录
一、引言........................................................................................................................ 3 二、仿真分析与测试 ................................................................................................... 4
2.1 随机信号的生成 ............................................................................................................... 4 2.2 信道编译码 ........................................................................................................................ 4 2.2.1 卷积码的原理 ........................................................................................................ 4 2.2.2 译码原理 ................................................................................................................ 5 2.3 调制与解调 ....................................................................................................................... 5 2.3.1 BPSK 的调制原理 .................................................................................................. 5 2.3.2 BPSK 解调原理 ...................................................................................................... 6 2.3.3 QPSK 调制与解调 ................................................................................................. 7 2.4 信道 .................................................................................................................................... 8

实验一 模拟通信的MATLAB仿真

实验一 模拟通信的MATLAB 仿真 姓名：左立刚 学号：031040522 简要说明： 实验报告注意包括AM ，DSB ，SSB ，VSB ，FM 五种调制与解调方式的实验原理，程序流程图，程序运行波形图，simulink 仿真模型及波形，心得体会，最后在附录中给出了m 语言的源程序代码。 一．实验原理 1．幅度调制（AM ） 幅度调制（AM ）是指用调制信号去控制高频载波的幅度，使其随调制信号呈线性变化的过程。AM 信号的数学模型如图3-1所示。 图2-1 AM 信号的数学模型 为了分析问题的方便，令 δ =0， 1.1 AM 信号的时域和频域表达式 ()t S AM =[A 0 +m ()t ]cos t c ω （2-1） ()t S AM =A 0 π[()()ωωωωδC C ++-]+()()[]ωωωωc c M M ++-2 1 （2-2）

AM 信号的带宽 2 =B AM f H （2-3） 式中， f H 为调制信号的最高频率。 2.1.3 AM 信号的功率P AM 与调制效率 η AM P AM =()222 2 t m A +=P P m c + （2-4） 式中，P C =2 A 为不携带信息的载波功率；()2 2 t m P m =为携带信息的边带 功率。 ()() t t m A m P P AM C AM 2 2 2+= = η （2-5） AM 调制的优点是可用包络检波法解调，不需要本地同步载波信号，设备简单。AM 调制的最大缺点是调制效率低。 2.2、双边带调制（DSB ） 如果将在AM 信号中载波抑制，只需在图3-1中将直流 A 0 去掉，即可输出 抑制载波双边带信号。 2.2.1 DSB 信号的时域和频域表达式 ()()t t m t c DSB S ωcos = （2-6） ()()()[]ωωωωωC C DSB M M S ++-=2 1 （2-7） DSB 信号的带宽 f B B H AM DSB 2 == （2-8）

基于MATLAB的巴特沃斯滤波器

数字信号处理课程设计 2015年 6 月25 日

目录 一．设计目的： (3) 二．设计要求： (3) 三．设计内容： (4) 3.1选择巴特涡斯低通数据滤波器及双线性变换法的原因 (4) 3.2巴特沃思低通滤波器的基本原理 (4) 3.3双线性变换法原理 (5) 3.4数字滤波器设计流程图 (7) 3.5数字滤波器的设计步骤 (7) 四．用matlab实现巴特沃斯低通数字滤波器的仿真并分析 (9) 4.1巴特沃斯低通数字滤波器技术指标的设置 (9) 4.2用matlab实现巴特沃斯低通数字滤波器的仿真 (9) 4.3波形图分析： (12) 五.总结与体会 (13) 六．附录参考文献 (14) 2

一．设计目的： 该课程设计是测控技术与仪器专业的必修课，开设课程设计的目的使学生掌握数字信号处理的基本概念和基本理论，能够利用辅助工具进行FIR和IIR数字滤波器的设计，进行一维信号的频谱分析，并进行仿真验证。加强实践教学环节，加强学生独立分析、解决问题的能力，培养学生动手能力和解决实际问题的能力，实现宽口径教育。 (1)理解低通滤波器的过滤方法。 (2)进一步熟悉低通滤波器的基本应用。 (3)用仿真工具matlab软件对设计的滤波器进行软件和硬件仿真。 (6)将对仿真结果进行比较，从而检验滤波器滤波性能的准确性。 二．设计要求： 地震发生时，除了会产生地震波，还会由地层岩石在断裂、碰撞过程中所发生的震动产生次声波。它的频率大约在每秒十赫兹到二十赫兹之间（可以用11Hz和15Hz的两个信号的和进行仿真，幅度可以分别设定为1、2）。大气对次声波的吸收系数很小，因此它可以传播的很远，而且穿透性很强。通过监测次声波信号可以监测地震的发生、强度等信息，因为自然界中广泛存在着各种次声波，这就对地震产生的次声波产生了干扰（可以用白噪声模拟，方差为5），需要采取一定的处理方法，才能检测到该信号，要求设计检测方案；并处理方法给出具体的软件（可以以51系列单片机、STM32F407、TMS320F28335或TMS320F6745为例）。 假设地震次声波信号为x,输入x=sin(2*π*11*t)+2*sin(2*π*15*t)和伴有白噪声的合成信号，经过滤波器后滤除15Hz以上的分量，即只保留x=sin(2*π*11*t)+2*sin(2*π*15*t)的分量信号，来验证设计的滤波器是否达到了设计要求。 3

基于MATLAB的数字调制

2ASK、2FSK、2PSK数字调制系统的Matlab实现及性能分析与比较

引言：数字带通传输系统为了进行长距离传输，克服传输失真，传输损耗，同时保证带内特性。必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频段才能在信道中传输，因而现代通信系统采取数字调制技术。通过数字基带信号对载波某些参量进行控制，使之随机带信号的变化而变化。根据控制载波参量大的不同，数字调制有调幅（ASK），调频(FSK)，调相(PSK) 三种基本形式。Matlab用于仿真，分析和修改，还可以应用图形界面功能GUI能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作，因此采用matlab对数字系统进行仿真。通过对系统的仿真，我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能（）及影响性能的因素，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。 关键词：数字 . 系统. 性能. ASK. FSK. PSK. Matlab. 仿真. 一 .数字调制与解调原理 1.1 2ASK （1）2ASK

2ASK 就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频 或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号"1时，传输载波；当调制的数字信号为"0"时，不传输载波。 公式为： 1.2 2FSK 2FSK 可以看做是2个不同频率的2ASK 的叠加，其调制与解调方法与2ASK 差不多，主要频率F1和F2，不同的组合产生所要求的2FSK 调制信号。 公式如下： ?? ?===0 01,cos )(2k k c ASK a a t A t s 当， 当ω???===0 cos 1 ,cos )(212k k FSK a t A a t A t s 当，当ωω

Matlab通信系统建模与仿真例题源代码-第三章

% ch3example1A.m clear; f_p=2400; f_s=5000; R_p=3; R_s=25; % 设计要求指标 [n, fn]=buttord(f_p,f_s,R_p,R_s, 's'); % 计算阶数和截止频率 Wn=2*pi*fn; % 转换为角频率 [b,a]=butter(n, Wn, 's'); % 计算H(s) f=0:100:10000; % 计算频率点和频率范围 s=j*2*pi*f; % s=jw=j*2*pi*f H_s=polyval(b,s)./polyval(a,s); % 计算相应频率点处H(s)的值 figure(1); subplot(2,1,1); plot(f, 20*log10(abs(H_s))); % 幅频特性 axis([0 10000 -40 1]); xlabel('频率Hz');ylabel('幅度dB'); subplot(2,1,2); plot(f, angle(H_s)); % 相频特性 xlabel('频率Hz');ylabel('相角rad'); figure(2); freqs(b,a); % 也可用指令freqs直接画出H(s)的频率响应曲线。 % ch3example1B.m clear; f_p=2400; f_s=5000; R_p=3; R_s=25; % 设计要求指标 [n, fn]=ellipord(f_p,f_s,R_p,R_s,'s'); % 计算阶数和截止频率 Wn=2*pi*fn; % 转换为角频率 [b,a]=ellip(n,R_p,R_s,Wn,'s'); % 计算H(s) f=0:100:10000; % 计算频率点和频率范围 s=j*2*pi*f; % s=jw=j*2*pi*f H_s=polyval(b,s)./polyval(a,s); % 计算相应频率点处H(s)的值 figure(1); subplot(2,1,1); plot(f, 20*log10(abs(H_s))); % 幅频特性 axis([0 10000 -40 1]); xlabel('频率Hz');ylabel('幅度dB'); subplot(2,1,2); plot(f, angle(H_s)); % 相频特性 xlabel('频率Hz');ylabel('相角rad'); figure(2); freqs(b,a); % 也可用指令freqs直接画出H(s)的频率响应曲线。 % ch3example2A.m f_N=8000; % 采样率 f_p=2100; f_s=2500; R_p=3; R_s=25; % 设计要求指标 Ws=f_s/(f_N/2); Wp=f_p/(f_N/2); % 计算归一化频率 [n, Wn]=buttord(Wp,Ws,R_p,R_s); % 计算阶数和截止频率 [b,a]=butter(n, Wn); % 计算H(z) figure(1); freqz(b,a, 1000, 8000) % 作出H(z)的幅频相频图, freqz(b,a, 计算点数, 采样率)