通信软件实训matlab.docx
- 文档编号:25668865
- 上传时间:2023-06-11
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:124.66KB
通信软件实训matlab.docx
《通信软件实训matlab.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《通信软件实训matlab.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
通信软件实训matlab
学生实习报告
实习类型:
学号:
学生姓名:
指导教师:
专业班级:
院(部):
2016年06月26日
填写说明
1.该实习报告适用于本校全日制本科生的各类实习教学活动。
2.实习类型应严格按照教学任务规定的名称填写。
3.实习报告装订顺序为:
封面、填写说明、实习成绩评定表、实习报告正文。
4.实习报告正文应包含以下内容:
设计目的
设计原理及方法(可以加图说明)
实验步骤
给出程序以及仿真图
结论及分析
设计心得
要求实习报告内容详实、条理清楚、重点突出、逻辑性强,着重写出对实习内容的分析与总结、体会和感受,特别是自己所学的专业理论与实践的结合与对照。
实习成绩评定表
学生姓名:
学号:
专业班级:
指导教师评语:
成绩:
指导教师:
年月日
Matlab课程设计
一、设计目的
1、掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。
2、熟悉线性相位FIR数字滤波器特性。
3、了解各种窗函数对滤波特性的影响。
二、设计原理与方法
如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为
,则对应的单位脉冲响应为:
窗函数设计法的基本原理是用有限长单位脉冲响应序列h(n)逼近hd(n)。
由于hd(n)往往是无限长序列,且是非因果的,所以用窗函数ω(n)将hd(n)截断,并进行加权处理,得到
,h(n)就作为实际设计的FIR数字滤波器的单位脉冲响应序列,其频率响应函数
为
式中,N为所选窗函数ω(n)的长度。
用窗函数法设计的滤波器性能取决于窗函数ω(n)的类型及窗口长度N的取值。
设计过程中,要根据对阻带最小衰减和过渡带宽度的要求选择合适的窗函数类型和窗口长度N。
各种类型的窗函数可达到的阻带最小衰减和过渡带宽度可参见课本。
这样选定窗函数类型和长度N后,求出单位脉冲响为,并求出
。
是否满足要求,要进行验算。
一般在h(n)尾部加零使长度满足2的整数次幂,以便用FFT计算
。
如果要观察细节,补零点数增多即可。
如果
不满足要求,则要重新选择窗函数类型和长度N,再次验算,直至满足要求。
如果要求线性相位特性,则h(n)还必须满足h(n)=h(N-1-n)或者h(n)=-h(N-1-n)。
根据式中的正负号和长度N的奇偶性又将线性相位FIR滤波器分成四类。
要根据所设计的滤波特性正确选择其中一类。
三、设计内容及步骤
1、复习用窗函数法设计FIR数字滤波器一节内容,阅读本实验原理,掌握设计步骤。
2、编写程序
(1)编写能产生矩型窗、升余弦窗、改进升余弦窗和二阶升余弦窗的窗函数子程序。
(2)编写主程序。
主程序框图如下图所示,仅供参考。
其中幅度特性要求用dB表示。
3、设计内容
a、用升余弦窗设计一线性相位低通FIR数字滤波器,截止频率Wc=rad。
窗口N=15,33。
要求在两种窗口长度情况下,分别求出h(n),打印出相应的幅频特性和相频曲线。
观察3db带宽和20db带宽,总结窗口N对滤波特性的影响。
设计低通FIR数字滤波器时,一般以理想低通滤波特性为逼近函数,即
b、N=33,Wc=rad,用四种窗函数设计线性相位低通滤波器。
绘制相应的幅频特性曲线,观察3dB带宽和20dB带宽以及阻带最小衰减,比较四种窗函数对滤波特性的影响。
四、程序及仿真图
1、用升余弦窗设计一线性相位低通FIR数字滤波器,截止频率wc=
rad。
窗口长度N=15,33。
要求在两种窗口长度情况下,分别求出h(N),打印出相应的幅频特性和相频特性曲线,观察3dB带宽和20dB带宽。
总结窗口长度N对滤波特性的影响。
程序代码如下:
1.
(1)%N=15时的升余弦窗(即汉宁窗)
clear;closeall
N=15;wc=pi/4;%理想低通滤波器参数
n=0:
N-1;
r=(N-1)/2;
hdn=sin(wc*(n-r))/pi./(n-r);%计算理想低通单位脉冲响应hd(n)
ifrem(N,2)~=0hdn(r+1)=wc/pi;end%N为奇数时,处理n=r0/0型
wn=hanning(N);
hn=hdn.*(wn');
[H,w]=freqz(hn,[1],1024,'whole');
dbH=20*log10((abs(H)+eps)/max(abs(H)));figure
(1);
subplot(2,2,1);stem(n,hn,'.');
xlabel('n');ylabel('h(n)');title('N=15时的汉宁窗h(n)');
subplot(2,2,2);plot(w,abs(H));
xlabel('w');ylabel('H(jw)');title('h(n)的幅频特性');axis([0,3,0,1.5]);
subplot(2,2,3);plot(w,angle(H));
xlabel('w');ylabel('φ(w)');title('h(n)的相频特性');axis([0,3,-4,4]);
subplot(2,2,4);plot(w/pi,dbH);
xlabel('w/pi');ylabel('dB');title('损耗特性');axis([0,1,-110,0]);
(2)N=33时的升余弦窗(即汉宁窗)
clear;closeall
N=33;wc=pi/4;%理想低通滤波器参数
n=0:
N-1;
r=(N-1)/2;
hdn=sin(wc*(n-r))/pi./(n-r);%计算理想低通单位脉冲响应hd(n)
ifrem(N,2)~=0hdn(r+1)=wc/pi;end%N为奇数时,处理n=r0/0型
wn=hanning(N);
hn=hdn.*(wn');
[H,w]=freqz(hn,[1],1024,'whole');
dbH=20*log10((abs(H)+eps)/max(abs(H)));figure
(1);
subplot(2,2,1);stem(n,hn,'.');
xlabel('n');ylabel('h(n)');title('N=33时的汉宁窗h(n)');
subplot(2,2,2);plot(w,abs(H));
xlabel('w');ylabel('H(jw)');title('h(n)的幅频特性');axis([0,3,0,1.5]);
subplot(2,2,3);plot(w,angle(H));
xlabel('w');ylabel('φ(w)');title('h(n)的相频特性');axis([0,3,-4,4]);
subplot(2,2,4);plot(w/pi,dbH);
xlabel('w/pi');ylabel('dB');title('损耗特性');axis([0,1,-110,0]);
仿真图如下:
1.
(1)N=15时的升余弦窗(即汉宁窗)
(2)N=33时的升余弦窗(即汉宁窗)
2、n=33,wc=
rad,用四种窗函数设计线性相位低通滤波器。
绘制相应的幅频特性曲线,观察3dB和20dB带宽以及阻带最小衰减,比较四种窗函数对滤波器特性的影响。
程序代码如下:
2.
(1)N=33时的矩形窗
clear;closeall
N=33;wc=pi/4;%理想低通滤波器参数
n=0:
N-1;
r=(N-1)/2;
hdn=sin(wc*(n-r))/pi./(n-r);%计算理想低通单位脉冲响应hd(n)
ifrem(N,2)~=0hdn(r+1)=wc/pi;end%N为奇数时,处理n=r0/0型
wn=boxcar(N);
hn=hdn.*(wn');
[H,w]=freqz(hn,[1],1024,'whole');
dbH=20*log10((abs(H)+eps)/max(abs(H)));figure
(1);
subplot(2,2,1);stem(n,hn,'.');
xlabel('n');ylabel('h(n)');title('N=33时的矩形窗h(n)');
subplot(2,2,2);plot(w,abs(H));
xlabel('w');ylabel('H(jw)');title('h(n)的幅频特性');axis([0,3,0,1.5]);
subplot(2,2,3);plot(w,angle(H));
xlabel('w');ylabel('φ(w)');title('h(n)的相频特性');axis([0,3,-4,4]);
subplot(2,2,4);plot(w/pi,dbH);
xlabel('w/pi');ylabel('dB');title('损耗特性');axis([0,1,-110,0]);
(2)N=33时的哈明窗
clear;closeall
N=33;wc=pi/4;%理想低通滤波器参数
n=0:
N-1;
r=(N-1)/2;
hdn=sin(wc*(n-r))/pi./(n-r);%计算理想低通单位脉冲响应hd(n)
ifrem(N,2)~=0hdn(r+1)=wc/pi;end%N为奇数时,处理n=r0/0型
wn=hamming(N);
hn=hdn.*(wn');
[H,w]=freqz(hn,[1],1024,'whole');
dbH=20*log10((abs(H)+eps)/max(abs(H)));figure
(1);
subplot(2,2,1);stem(n,hn,'.');
xlabel('n');ylabel('h(n)');title('N=33时的哈明窗h(n)');
subplot(2,2,2);plot(w,abs(H));
xlabel('w');ylabel('H(jw)');title('h(n)的幅频特性');axis([0,3,0,1.5]);
subplot(2,2,3);plot(w,angle(H));
xlabel('w');ylabel('φ(w)');title('h(n)的相频特性');axis([0,3,-4,4]);
subplot(2,2,4);plot(w/pi,dbH);
xlabel('w/pi');ylabel('dB');title('损耗特性');axis([0,1,-110,0]);
(3)N=33时的汉宁窗
clear;closeall
N=33;wc=pi/4;%理想低通滤波器参数
n=0:
N-1;
r=(N-1)/2;
hdn=sin(wc*(n-r))/pi./(n-r);%计算理想低通单位脉冲响应hd(n)
ifrem(N,2)~=0hdn(r+1)=wc/pi;end%N为奇数时,处理n=r0/0型
wn=hanning(N);
hn=hdn.*(wn');
[H,w]=freqz(hn,[1],1024,'whole');
dbH=20*log10((abs(H)+eps)/max(abs(H)));figure
(1);
subplot(2,2,1);stem(n,hn,'.');
xlabel('n');ylabel('h(n)');title('N=33时的汉宁窗h(n)');
subplot(2,2,2);plot(w,abs(H));
xlabel('w');ylabel('H(jw)');title('h(n)的幅频特性');axis([0,3,0,1.5]);
subplot(2,2,3);plot(w,angle(H));
xlabel('w');ylabel('φ(w)');title('h(n)的相频特性');axis([0,3,-4,4]);
subplot(2,2,4);plot(w/pi,dbH);
xlabel('w/pi');ylabel('dB');title('损耗特性');axis([0,1,-110,0]);
(4)N=33时的布莱克曼窗
clear;closeall
N=33;wc=pi/4;%理想低通滤波器参数
n=0:
N-1;
r=(N-1)/2;
hdn=sin(wc*(n-r))/pi./(n-r);%计算理想低通单位脉冲响应hd(n)
ifrem(N,2)~=0hdn(r+1)=wc/pi;end%N为奇数时,处理n=r0/0型
wn=blackman(N);
hn=hdn.*(wn');
[H,w]=freqz(hn,[1],1024,'whole');
dbH=20*log10((abs(H)+eps)/max(abs(H)));figure
(1);
subplot(2,2,1);stem(n,hn,'.');
xlabel('n');ylabel('h(n)');title('N=33时的布莱克曼窗h(n)');
subplot(2,2,2);plot(w,abs(H));
xlabel('w');ylabel('H(jw)');title('h(n)的幅频特性');axis([0,3,0,1.5]);
subplot(2,2,3);plot(w,angle(H));
xlabel('w');ylabel('φ(w)');title('h(n)的相频特性');axis([0,3,-4,4]);
subplot(2,2,4);plot(w/pi,dbH);
xlabel('w/pi');ylabel('dB');title('损耗特性');axis([0,1,-110,0]);
仿真图如下:
2.
(1)N=33时的矩形窗
(2)N=33时的哈明窗
(3)N=33时的汉宁窗
(4)N=33时的布莱克曼窗
五、结论及分析
(1)矩形窗的频率响应主瓣宽度为4π/N,第一副瓣比主瓣低13dB。
(2)哈明窗是改进的升余弦窗,能量更加集中在主瓣中,主瓣的能量约占99.96%,第一旁瓣的峰值比主瓣小40dB,但主瓣宽度和汉宁窗相同,为8π/N。
(3)汉宁窗的幅度函数由三部分相加,使能量更集中在主瓣中,但代价是主瓣宽度加宽到8π/N。
(4)布莱克曼窗的幅度函数由五部分组成,它们都是移位不同,且幅度也不同的函数,使旁瓣再进一步抵消,阻带衰减进一步增加,过渡带是矩形窗过渡带的3倍。
(5)调整窗口长度N可以有效低控制过渡带的宽度,减少带内波动以及加大阻带的衰减只能从窗函数的形状上找解决方法,如果能找到的窗函数形状,使其谱函数的主瓣包含更多的能量,相应旁瓣幅度就减小了,旁瓣的减小可使通带、阻带波动减小,从而加大阻带衰减,但这样总是以加宽过渡带为代价的。
六、设计心得
为了这次课程设计,自己自学了数字信号处理领域中窗函数的有关知识。
实际中遇到的离散时间信号总是有限长的,因此不可避免地要遇到数据截断问题。
而在信号处理中,对离散序列的数据截断是通过序列与窗函数相乘来实现的。
而且,有关滤波器的设计、功率谱估计等基本概念也要用到窗函数。
本次课程设计对经常用到的下面4个窗函数:
矩形窗函数、哈明窗函数、布莱克曼窗函数以及汉宁窗函数,先是做了基本概念上的阐释,然后对其MATLAB实现函数做出了说明,最后又结合具体的实例,对这些窗函数的频域特性等进行了介绍。
通过这次学习,我不但掌握了FIR数字滤波器窗函数的基本知识及其实际应用的技巧,而且还学会了一些Matlab编程语言,对这款软件也有了更深刻的认识,我觉得最重要的是我又一次提高了自己写报告的能力,有很大的收获。
最后,我认为学校开设这门课对我们来说是很实用的,能够提高我们独立去做一个工程的能力,体会将来我们要面对的实际问题,这对今后我们走进社会参加工作是非常重要的。
七、参考文献
【1】陈怀琛《MATLAB及在电子信息课程中的应用》电子工业出版社2006
【2】刘泉《数字信号处理原理与实现》电子工业出版社2005
【3】刘泉《信号与系统》高等教育出版社2006
【4】丁玉美高西全《数字信号处理》西安电子科技大学出版社2009
【5】朱军《数字信号处理》合肥工业大学出版社2009
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 通信 软件 matlab