數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)_fir低通濾波器加窗效應(yīng)分析(已修改)
2025-06-17 23:08 本頁(yè)面
【正文】 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1 燕山大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 題目： FIR 低通濾波器加窗效應(yīng)分析 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 電氣工程學(xué)院《課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書 課程名稱： 數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì) 基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系 指導(dǎo)教師： 學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 （專業(yè)）班級(jí) 09 級(jí)精儀 2 班 設(shè)計(jì)題目 FIR 低通濾波器加窗效應(yīng)分析 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 參 數(shù) 設(shè) 計(jì)一 FIR 低通 濾波器 ，所希 望的頻率 響應(yīng)為 )( ?jd eH 在?? ?? 之間為 1，在 ??? ?? 之間為 0，對(duì) h（ n）加窗截?cái)?，窗口長(zhǎng)度分別取 M=10， 20， 40。 設(shè) 計(jì) 要 求 觀測(cè)不同窗口及不同窗口長(zhǎng)度下信號(hào)幅頻響應(yīng)的特點(diǎn) (boxcar 等 ,fir1) 參 考 資 料 數(shù)字信號(hào)處理方面資料 MATLAB 方面資料 周次 前半周 后半周 應(yīng) 完 成 內(nèi) 容 收集消化資料、學(xué)習(xí) MATLAB 軟件，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算 編寫仿真程序、調(diào)試 指導(dǎo)教 師 簽字 基層教學(xué)單位主任簽字 說(shuō)明： 此表一式四份，系、指導(dǎo)教師、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。 學(xué)生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。 電氣工程學(xué)院 教務(wù)科 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3 一、 引言 目前，數(shù)字基帶傳輸已廣泛地應(yīng)用于利用對(duì)稱電纜構(gòu)成的近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)之中。隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，基帶傳輸方式不僅可以用于低速數(shù)據(jù)傳輸，而且也可以用于高速數(shù)據(jù)傳輸。然而數(shù)字基帶傳輸也同樣不可避免地要產(chǎn)生由碼間串?dāng)_造成的誤碼現(xiàn)象。為了消除碼間串?dāng)_，在時(shí)域上，基帶傳 輸系統(tǒng)的沖激響應(yīng)波形 h(t)要在本碼元的抽樣時(shí)刻上有最大值，并在其它碼元的抽樣時(shí)刻上均為 0，也就是基帶傳輸系統(tǒng)在頻域上要滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則。滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則的 H(w)有很多種，首先是理想低通型，理想低通傳輸特性雖然可滿足基帶系統(tǒng)的極限傳輸速率和極限頻帶利用率，但這種特性在物理上很難實(shí)現(xiàn)，并且理論特性沖激響應(yīng)的尾巴衰減振蕩幅度較大，抽樣時(shí)刻稍有偏差就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重地碼間串?dāng)_。為了解決理想低通特性存在的問題，可采用升余弦滾降特性的系統(tǒng)，以使理想低通濾波器的邊緣緩慢下降，并使振幅特性在滾降段中心頻率處呈奇對(duì)稱， 從而保證滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則。這種系統(tǒng)可減小碼間串?dāng)_和位定時(shí)誤差。 由于 FIR數(shù)字濾波器可實(shí)現(xiàn)對(duì)升余弦滾降特性的近似，故本文經(jīng)過 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)各種窗函數(shù)進(jìn)行選擇，并通過窗函數(shù)法實(shí)現(xiàn)對(duì)升余弦特性低通濾波器的設(shè)計(jì)，同 時(shí) 用 MATIAB來(lái)仿真實(shí)現(xiàn)。 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 4 二、摘要 數(shù)字濾波技術(shù)是數(shù)字信號(hào)處理的一個(gè)重要組成部分，濾波器的設(shè)計(jì)是信號(hào)處理的核心問題之一。根據(jù) FIR濾波器的原理，提出了 FIR濾波器的窗函數(shù)設(shè)計(jì)法，并對(duì)常用的幾種窗函數(shù)進(jìn)行了比較。給出了在 MATLAB環(huán)境下，用窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR濾波器 的過程和設(shè)計(jì)實(shí)例。仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的 FIR濾波器的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了指定要求，設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)便易行。該方法為快速、高效地設(shè)計(jì) FIR濾波器提供了一個(gè)可靠而有效的途徑。分析了 FIR數(shù)字濾波器的基本原理，在 MATLAB環(huán)境下利用窗函數(shù)設(shè)計(jì) FIR濾波器，實(shí)現(xiàn)了 FIR低通濾波器的設(shè)計(jì)仿真。將設(shè)計(jì)的符合要求的濾波器在 TI公司 DSP 上實(shí)現(xiàn)。 通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 FIR濾波器準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，可以有效的濾除干擾信號(hào)，設(shè)計(jì)結(jié)果滿足性能指標(biāo)要求。數(shù)字濾波器的應(yīng)用十分廣泛，運(yùn)行 MATLAB語(yǔ)言，能很容易地設(shè)計(jì)出具有嚴(yán)格要求（如線 性相位等）的濾波器。用定點(diǎn) DSP實(shí)現(xiàn)濾波器械要考慮 DSP的定標(biāo)、誤差、循環(huán)尋址等幾個(gè)關(guān)鍵問題。文中實(shí)例是為了表明，可方便地用 DSP實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的實(shí)時(shí)濾波處理，所采用的采樣頻率并不高。如果 DSP采用更高的時(shí)鐘，它的處理速度將更快，將能夠滿足更高采樣率的數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)濾波處理。 關(guān)鍵字 ： DSP FIR 濾波器 MATLAB 仿真 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 5 三、 FIR 數(shù)字濾波器的基本原理 關(guān)于 FIR 濾波器 設(shè) h ( n) ( n = 0， 1， 2 ?N 1)為濾波器的沖激響應(yīng)，輸入信號(hào)為 x ( n) ，則 F IR 濾波器就是要實(shí)現(xiàn)下列差分方程 : 式 (1)就是 FIR 濾波器的差分方程。 F IR 濾波器的最主要的特點(diǎn)是沒有反饋回路，因此它是無(wú)條件穩(wěn)定系統(tǒng)。它的單位脈沖響應(yīng) h ( n)是一個(gè)有限長(zhǎng)序列。由上面的方程可見， F IR 濾波算法實(shí)際上是一種乘法累加運(yùn)算，它不斷地輸入樣本 x ( n) ，經(jīng)延時(shí) ( Z 3 /1)做乘法累加，再輸出濾波結(jié)果 y(n)[1,2,3] 。對(duì)式 (1)進(jìn)行 Z 變換，整理后可得 FIR 濾波器的傳遞函數(shù)為 : 由式 (2)可 以看出， FIR 濾波器的一般結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)法和頻率抽樣設(shè)計(jì)法，其中窗函數(shù)法是基本而有效的設(shè)計(jì)方法。 F
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