【正文】 各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最后得出數(shù)字濾波器的設(shè)計步驟。第三章：介紹數(shù)字濾波器的Matlab算法設(shè)計。選定設(shè)計濾波器的具體方法，分析系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能，介紹一下編程語言Matlab，再對編程的大體思路進(jìn)行敘述，用圖表的形式給出。第四章：濾波的實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下濾波的仿真。對濾波系統(tǒng)進(jìn)行測試，簡述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，截圖觀察兩組數(shù)字濾波器的仿真結(jié)果，即一組是在本地環(huán)境下數(shù)字濾波器的仿真，一組在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字濾波器的仿真。第五章：總結(jié)與展望。綜述論文研究所達(dá)到的程度以及自己的心得體會，分析論文存在缺的憾與知識體系上的不足，對本次論文的歸納總結(jié)并對將來的工作進(jìn)行展望。最后是致謝和參考文獻(xiàn)。35基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的通信系統(tǒng)數(shù)字濾波器仿真平臺設(shè)計 第二章 數(shù)字濾波器的概述第二章 數(shù)字濾波器的概述數(shù)字濾波器，顧名思義即輸入輸出都為數(shù)字信號，一般通過兩種方式進(jìn)行，即改變輸入信號的頻率，再即通過我們要敘述的濾波技術(shù)除去某些欲刪掉的頻率成分。數(shù)字濾波器與模擬濾波器有著相同的意義概念，簡而言之都具有濾波功能，但是兩者卻有不同。數(shù)字濾波器是在模擬濾波器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其方法是采用數(shù)值運(yùn)算，利用軟件，即采用算法編程來實(shí)現(xiàn)對數(shù)字濾波器的仿真；另外還可以采用硬件與計算機(jī)相結(jié)合的辦法實(shí)現(xiàn)濾波。目前，研究人員已經(jīng)研制出多種數(shù)字濾波器的芯片，這樣可以簡便迅速，十分精確的完成對數(shù)字濾波器的仿真工作。如果在輸出端與輸入端分別加上數(shù)模轉(zhuǎn)換器或者模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字濾波器同樣可以完成對模擬濾波器的濾波功能[4]。數(shù)字濾波器的種類繁多，本次課題主要的側(cè)重方面是研究IIR濾波器與FIR濾波器的特點(diǎn)與功能，選擇恰當(dāng)合理的方法進(jìn)行數(shù)字濾波器的仿真工作，并在網(wǎng)絡(luò)方面加以運(yùn)用。我將設(shè)計出合適的運(yùn)算結(jié)構(gòu)，利用軟件，即算法的編程結(jié)合的計算機(jī)輔助功能對數(shù)字濾波器進(jìn)行仿真。 數(shù)字濾波器的簡介對于一個數(shù)字濾波器可以用差分方程來描述，即 （） 其相應(yīng)的系統(tǒng)函數(shù)為 (2..2)通過觀察公式（）可知，一個數(shù)字濾波器的功能實(shí)現(xiàn)需要有三種基本運(yùn)算單元，即加法器，延時器與乘法器，三者在數(shù)字濾波的功能實(shí)現(xiàn)中各司其職，相互作用為我們所利用。這三種基本運(yùn)算單元的聯(lián)接有兩種表示方法：方框圖法和信號流圖法。下面分別介紹三種基本運(yùn)算單元：（1）加法器：是一種在數(shù)字電路中用于加法、減法運(yùn)算的電子部件，一般分為半加器和全加器兩種。是一些電子運(yùn)算核心的核心器件。加法器主要功能是計算地址，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)索引等相關(guān)工作。（2）延時器：采用固態(tài)存器件RAM將輸入信號儲存一段時間，然后按照預(yù)定參數(shù)設(shè)置運(yùn)行，延時器的容量與性能決定了信號延時的時間長短。（3）乘法器：一種將兩個不相關(guān)的信號進(jìn)行相乘運(yùn)算的電子器件，廣泛用于通信電子系統(tǒng)中，常用乘法器有數(shù)字乘法器與模擬乘法器之分。 數(shù)字濾波器的分類方法不盡相同，總而言之一般分為兩大類：經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器。此外還有幾種分類方式，每種方式側(cè)重點(diǎn)都不盡相同，例如，濾波器按照功能上分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種，每一種濾波器又有模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種方式。 數(shù)字濾波器四種類型的幅頻特性，濾波器的低頻部分都處于2π的整數(shù)倍處，而高頻部分處于π的奇數(shù)倍附近。另外，圖中所示的四種類型濾波器的幅頻特性都是理想情況，它們是非因果的結(jié)構(gòu)，在實(shí)際中是不可能實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)際工程中，我們按照一定方法設(shè)計出來的濾波器都是在某些特定條件下對理想濾波器的逼近，滿足了濾波器在生產(chǎn)生活中可以實(shí)現(xiàn)且穩(wěn)定的要求[6]。數(shù)字濾波器按照離散系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同可以分為遞歸與非遞歸兩種形式。本章最重要的分類即，數(shù)字濾波器根據(jù)其單位脈沖響應(yīng)長度可分為有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器和無限脈沖響應(yīng)（IIR）濾波器。IIR濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)為： （）FIR的轉(zhuǎn)移函數(shù)為： （)這兩類濾波器在實(shí)際應(yīng)用中有很多方法，在不同的要求下選用不同的濾波器種類，可以做到在生產(chǎn)工程中做到最優(yōu)化。下面具體介紹兩種濾波器的結(jié)構(gòu)，功能和設(shè)計方法。 數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) IIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)：IIR數(shù)字濾波器的差分方程與系統(tǒng)函數(shù)可以用式（）表達(dá)，式（）看出y（n）一共有兩個部分： 表示輸入M節(jié)延時的線性組合， 表示輸出的N節(jié)延時的線性組合， 所示，由于線性系統(tǒng)的特點(diǎn)，需要M+N個乘法器和M+N級延時單元。 直接型結(jié)構(gòu)能很簡便的實(shí)現(xiàn)H（z），延時器用量較少，可以節(jié)約寄存器和存儲單元等相關(guān)器件。但是濾波系數(shù)ak， bk的改變會將系統(tǒng)的零極點(diǎn)發(fā)生變動，又由于數(shù)字系統(tǒng)的字長是有限的，因此系數(shù)的精確度也是有限的，所有的量化誤差積累起來會使得誤差偏大，所以這樣的結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，安全性能較低。而且，當(dāng)濾波系數(shù)出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致零極點(diǎn)發(fā)生頻響極大誤差。綜上所述，直接型的誤差是幾種結(jié)構(gòu)中最大的，為了盡量避免到這一缺點(diǎn)帶來的誤差，我們在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會將高階變成一系列各種不同組合的低階系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。 直接型 將式（）系統(tǒng)函數(shù)H（z）的分子分母因式分解運(yùn)算，可以將H（z）分解成： () 上式：Ao是比例系數(shù)，Hi為子系數(shù)函數(shù)。 從級聯(lián)型結(jié)構(gòu)可見其特點(diǎn)：每一個基本單元只關(guān)系到濾波器的一個極點(diǎn)和一個零點(diǎn)，調(diào)整某一對零極點(diǎn)不會影響其余的零極點(diǎn)。同理調(diào)整某一對極點(diǎn)也不會影響到其他零極點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)有利于快速且精確實(shí)現(xiàn)濾波器零點(diǎn)、極點(diǎn)，使得濾波器的頻率響應(yīng)特性調(diào)整起來比較容易。顯示出來很大的靈活性，精確性[7]。 級聯(lián)型 將H（z）展開成分式形式，可以利用并聯(lián)方式構(gòu)成數(shù)字濾波結(jié)構(gòu)，即 （） 上式中：C為常系數(shù)，Hi(z)是子系統(tǒng)濾波器一階或者二階單元并聯(lián)型結(jié)構(gòu)與級聯(lián)結(jié)構(gòu)相同，可以單獨(dú)調(diào)整極點(diǎn)位置。與級聯(lián)型不同的是，不能直接控制零點(diǎn)位置，調(diào)整并聯(lián)型結(jié)構(gòu)的某個零點(diǎn)不能改變整個結(jié)構(gòu)的零點(diǎn)。另外，并聯(lián)型結(jié)構(gòu)各個并聯(lián)的基本節(jié)的影響互不干涉，并且并聯(lián)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算比較迅速。因此，并聯(lián)形式的運(yùn)算誤差是幾種結(jié)構(gòu)中最小的。 并聯(lián)型 FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)有限脈沖響應(yīng)濾波器（FIR)一般采用非遞歸形式實(shí)現(xiàn)，其單位脈沖響應(yīng)是有限長的，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中沒有反饋支路。通常的FIR濾波器有直接型、線性相位結(jié)構(gòu)和級聯(lián)型三種結(jié)構(gòu)。 FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可表示成 （） 。 直接型 直接型FIR數(shù)字濾波器是沒有反饋網(wǎng)絡(luò)的，因此可以確保系統(tǒng)保持穩(wěn)定。另外，這種結(jié)構(gòu)可以利用轉(zhuǎn)置定理和卷積公式進(jìn)行運(yùn)算，得出轉(zhuǎn)置之后的直接型結(jié)構(gòu)。2. 線性相位結(jié)構(gòu)在數(shù)字圖像和視頻信號傳輸與分析處理的研究中，通過時域和頻域?qū)Ω鱾€時間點(diǎn)與信號延時步調(diào)相同對整個效果的重要性不言而喻，所以能滿足線性相位特征的結(jié)構(gòu)尤為重要。基于這點(diǎn)，線性相位結(jié)構(gòu)可以滿足上述需要[8]。在很多設(shè)計中，要求濾波器具有線性相位特性，濾波器的傳輸函數(shù)為 （）其中 為幅頻特性，為相頻特性。線性相位結(jié)構(gòu)即滿足濾波器的相移和頻率成線性關(guān)聯(lián)。即 （）上式中，為常數(shù)。 N為奇數(shù)時線形相位FIR N為偶數(shù)時線性相位FIR 3. 級聯(lián)型將H(z)系統(tǒng)函數(shù)分解成實(shí)系數(shù)二階因子的乘積： （） 級聯(lián)型的結(jié)構(gòu)需要乘法器遠(yuǎn)多于直接型，這種結(jié)構(gòu)中的一階因子控制一個零點(diǎn)，二階因子調(diào)整一對共軛零點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是靈活方便，且準(zhǔn)確性較高，調(diào)整零點(diǎn)時效率高于直接型，級聯(lián)結(jié)構(gòu)中后一級的系統(tǒng)輸出不會影響到前一級的系統(tǒng)中。在實(shí)際生產(chǎn)中，這種結(jié)構(gòu)通常被用在控制傳輸零點(diǎn)時。 FIR濾波器級聯(lián)結(jié)構(gòu) IIR濾波器與FIR濾波器的分析比較我們研究數(shù)字濾波器的同時要考慮它真正投入到生產(chǎn)生活中如何運(yùn)用所學(xué)的知識，根據(jù)實(shí)際情況我們要選擇較為合適恰當(dāng)?shù)姆椒▉碜龀鲎顑?yōu)化的方案，充分體現(xiàn)學(xué)以致用的良訓(xùn)，下面主要分析一下IIR濾波器與FIR濾波器之間的區(qū)別。 （1）經(jīng)濟(jì)是生產(chǎn)生活中的一個重要指標(biāo)，在研究數(shù)字濾波器時，通常將實(shí)現(xiàn)整個部分的難易程度，運(yùn)算的速度及芯片大小為參考因素。在相同的條件下，由于IIR結(jié)構(gòu)存在反饋單元，因此需要較少的階數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)功能，運(yùn)算相對較小且簡便，較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 （2）IIR數(shù)字濾波器的仿真思路較為成熟清晰。由于模擬濾波器的單位響應(yīng)是無限長的，IIR濾波器的參數(shù)可以參考相對應(yīng)的模擬濾波器，然后通過雙線性變換法將模擬濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器，確定IIR濾波器的