【導讀】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。學院信息科學與工程學院。專業(yè)班級通信0903班。完成時間2020年5月

　　

【正文】 用到 Matlab強大的數(shù)學運算性能，體現(xiàn)出良 好的交互性 [16]。 ： Matlab語言強大的圖像處理功能顯示出界面友好性，直觀性和易懂性。 GUI即圖形用戶界面，在 Matlab語言中，應用句柄圖形技術(shù)創(chuàng)建圖形用戶界面，在很多領(lǐng)域有廣泛應用，例如：圖像處理，三維可視化，專業(yè)繪圖等方向 [17]。 222222||???????? ????????? ????TTz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 第三章 數(shù)字濾波器的 算法 設(shè)計 19 Matlab在信號處理方面的應用 簡而言之，在數(shù)字濾波方面， Matlab語言為我們提供了兩方面的優(yōu)勢：數(shù)字濾波器的設(shè)計以及波形的分析。 Matlab工具箱為我們仿真濾波器提供了豐富的運算方法與矩陣庫，通過上述對數(shù)字濾波器的介紹分 析以及設(shè)計方法與編程思路運用 Matlab語言進行編譯仿真，設(shè)計思路及重點段落的代碼分析由第四章詳細得出。 Matlab語言仿真思路 根據(jù)前文的敘述及分析，明確了使用 IIR 數(shù)字濾波器進行仿真時需要注意的地方以及思路，下面以圖表的形式表達出來： 圖 數(shù)字濾波器的仿真思路基于網(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 第四章 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下濾波分析 20 第四章 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下濾波分析 在用 Matlab進行編程時，我們首先需要定義一個用戶界面結(jié)構(gòu)體，然后根據(jù)字符類型構(gòu)建一個函數(shù)句柄 ，這些都確定好之后，我們開始設(shè)置輸入框的背景色。開始編譯程序主代碼，首先需要得到高通與低通的技術(shù)指標，輸入濾波器的各個參數(shù)，將字符串換成雙精度值，包括通帶波紋，截止頻率，衰減等等指標，然后得到帶通的技術(shù)指標 [18]。高通濾波器的仿真先要經(jīng)過低通到高通的濾波器轉(zhuǎn)換，通過公式即可完成，再用兩次雙線性變換法，完成高通的仿真情況，低通濾波器的仿真可以參考高通濾波器。 本地濾波實現(xiàn)與功能分析 數(shù)字濾波器仿真界面 圖 本地數(shù)字濾波器仿真 界面 本地濾波器仿真結(jié)果分析 ，運行結(jié)果如下： ① 數(shù)字低通濾波器，其中通帶截止頻率 Wp= rad,通帶最大衰減 Rp=1dB,阻帶截率 Ws= rad,阻帶最小衰減 Rs=15dB。 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 第四章 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下濾波分析 21 圖 本地數(shù)字低通濾波器仿真結(jié)果 ② 數(shù)字高通通濾波器，其中通帶截止頻率 Wp= rad,通帶最大衰減 Rp=6dB,阻帶截止頻率 Ws= rad,阻帶最小衰減 Rs=15dB。 圖 本地數(shù)字高通濾波器仿真結(jié)果 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 第四章 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下濾波分析 22 ③ 數(shù)字帶通濾波器，其中通帶上截止頻率 Wpu= rad,通帶下截止頻率 Wpl= rad，阻帶上截止頻率 Wsu= rad，阻帶下截止頻率 Wsl= rad，通帶內(nèi)最大衰減Rp=3dB，阻帶內(nèi) 最小衰減 18dB。 圖 本地數(shù)字帶通濾波器仿真結(jié)果 2. 結(jié)果分析： 首先，我利用了雙線性變換法，分別將模擬濾波器變換成了數(shù)字濾波器。實驗中，數(shù)字濾波器要設(shè)計三種，分別用有低通濾波器，高通濾波器，帶通濾波器，本人采取了兩組數(shù)據(jù)分別進行比較，第二組數(shù)據(jù)相較于第一組只是改變了通帶截止頻率和阻帶截止頻率，通帶衰減和阻帶衰減 沒有變化，把它們作為參考量。根據(jù)兩組圖的比較，在一定的范圍內(nèi)，適當?shù)母淖兺◣Ы刂诡l率和阻帶截止頻率之間的距離，可以得到更好的波形。 在參考量不變的情況之下，當距離增加時，波形就不太好，很難達到理想波形；當距離減少時，波形就比較接近理想波形。所以在設(shè)計濾波器時，當在通帶衰減和阻帶衰減不變的情況下，在條件允許的情況下，可以適當?shù)目s短通帶截止頻率和阻帶截止頻率之間的距離。 所以同樣可以得到，當在通帶截止頻率和阻帶截止頻率不變的情況下，應使阻帶衰減在適當?shù)姆秶鷥?nèi)盡可能的大。這樣可以使波形趨于理想化（矩形波）。 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 第四章 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下濾波分析 23 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字濾波器仿真 Tomcat簡介與應用 Tomcat是 Apache 眾多項目中的一個核心類型，從總體而言， Tomcat是一種輕量級的 web 服務器，面向中小型項目的研究與開發(fā)；而一些聯(lián)合部署等大的項目多部署在jboss上。 Tomcat不僅可以處理靜態(tài)頁面，運行大量網(wǎng)絡(luò)客戶的請求，并且在得到很多不同類型的支持，速度快且性能好，占用系統(tǒng)資源小，擴展性好?；谶@些方方面面的優(yōu)點，越來越被更多的網(wǎng)絡(luò)愛好者所應用開發(fā)。目前， Tomcat的軟件開發(fā)的優(yōu)勢已經(jīng)很明顯， 不過目前還沒有脫離開借助 Apache 而獨立運作的地步，因此可以理解為二者互相整合，相輔相成完成網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的任務。 Tomcat調(diào)用 Matlab程序 ⑴ 配置環(huán)境變量 JDK：通常情況下，在環(huán)境變量中需要考慮三個參量，即JAVA_HOME，環(huán)境變量的值就是 Java所在目錄，看到 home就可以聯(lián)想到這是整個 Java工程的基礎(chǔ)，很多與 Java相關(guān)的工具都要用到此變量； PATH:英文即路徑的意思，所以它代表一些路徑列表，功能是搜索執(zhí)行文件，當執(zhí)行文件時不 能及時找到正確路徑，會自動尋址，即依次在 PATH中尋找路徑，一直進行這個尋址功能直至找到； CLASSPATH：從字面上可以看出也是一個路徑列表，其作用是尋找 Java 進行編譯時用到的文件。在CLASSPATH列表中除了可以包含路徑外，還可以包含 .jar文件。 ⑵ .安裝 MyEclipse， dreamweaver：其目的 是 寫出靜態(tài)界面 供以后調(diào)用 。 . ⑶ .安裝 ：在本 機上將端口配成 8080，在 MyEclipse 把本機上 配置到 MyEclpse。 ⑷ Java調(diào)用 Matlab程序：回顧上文，在仿真數(shù)字濾波器的時候，用 Matlab語言進行編譯，為了可以直接利用 Matlab編程的結(jié)果，決定在用 Java來調(diào)用 Matlab程序。其主要方法為將 Matlab所編寫的文件轉(zhuǎn)化為 .jar文件，在 Java程序編寫 java函數(shù)，準備調(diào)用剛剛生成好的 .jar文件。 (5) 在 MyEclipse 中編寫 jsp文件，并 調(diào)用 Matlab文件。 (6) 啟動 Tomcat，配置 web工程，打開瀏覽器進行網(wǎng)絡(luò)服務器的搭建任務。 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字濾波器仿真結(jié)果分析 ，運行結(jié)果如下： ① 數(shù)字低通濾波器，其中通帶截止頻率 Wp= rad,通帶最大衰減 Rp=1dB,阻帶截止頻率 Ws= rad,阻帶最小衰減 Rs=15dB。 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 第四章 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下濾波分析 24 圖 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)字低通濾波器仿真結(jié)果 ② 數(shù)字高通通濾波器，其中通帶截止頻率 Wp= rad,通帶最大衰減 Rp=6dB,阻帶截止頻率 Ws= rad, 阻帶最小衰減 Rs=15dB。 圖 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)字高通濾波器仿真結(jié)果 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 第四章 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下濾波分析 25 ③ 數(shù)字帶通濾波器，其中通帶上截止頻率 Wpu= rad,通帶下截止頻率Wpl= rad，阻帶上截止頻率 Wsu= rad，阻帶下截止頻率 Wsl= rad，通帶內(nèi) 最大衰減 Rp=3dB，阻帶內(nèi)最小衰減 18dB.。 圖 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)字帶通濾波器仿真結(jié)果 ： 從運行的結(jié)果來看，利用 雙線性變換法設(shè)計出來的數(shù)字低通、數(shù)字帶通濾波器的數(shù)字濾波器時，基本能夠滿足技術(shù)指標的要求，但是從分析的結(jié)果來看， 還是具有一定的偏差的。當階數(shù) N越大時，通帶和阻帶的近似性越好，過渡帶也越好，幅頻特性越接近理想，但是在實際的設(shè)計中，階數(shù) N越大，會大大增加設(shè)計的成本，而且比較難實現(xiàn)，因此，實際工程中，經(jīng)常采用的是近似設(shè)計就可以了，除非一些比較精確的儀器?；诰W(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 第五章 總結(jié)與展望 26 第五章 總結(jié)與展望 總結(jié) 本文緊緊圍繞基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字濾波器的仿真這個課題，通過系統(tǒng)的深入理解IIR數(shù)字濾波器， FIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)功能，以及用雙線性變換法來仿真 IIR數(shù)字濾波器的思路及研究方法，結(jié)合了 Matlab的編程特點與方法，成功的仿真出來數(shù)字低通， 高通以及帶通三種濾波器，并在本地與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境兩種不同角度進行仿真實驗分析與對比。通過查閱相關(guān)資料與自己學習總結(jié)實現(xiàn)了對數(shù)字濾波器的理論基礎(chǔ)研究與匯總工作，并且進行比較全面的仿真和分析。 根據(jù)兩組數(shù)據(jù)的對比分析，一組是本地數(shù)字濾波器的仿真結(jié)果，一組是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字濾波器仿真結(jié)果，總結(jié)出來一下內(nèi)容：從運行結(jié)果來看，利用雙線性變換法設(shè)計的數(shù)字低通高通濾波器基本可以實現(xiàn)技術(shù)指標的要求，但是偏差是一直存在的。當階數(shù) N越大，通帶和阻帶的近似性越高，過渡帶與幅頻特性也趨于理想狀態(tài)。事情都有兩面性，我們在接近理想情況的同 時就要加強對濾波器設(shè)計的經(jīng)濟投資，所以在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中，我們要利用最優(yōu)化的思想，既要滿足技術(shù)指標的要求，又要經(jīng)濟實用。 總而言之，這次畢設(shè)的課題研究，除了加深我對數(shù)字信號處理的理論基礎(chǔ)知識及Matlab編程基礎(chǔ)的理解外，更重要的是為我今后工作中的項目研究、課題設(shè)計提供了正確的的指導方法與設(shè)計思路。學會了怎樣收集資料、整理材料，閱讀文獻，建立數(shù)學模型、程序的實現(xiàn)，為今后走向社會打下良好的基礎(chǔ)。 工作展望 本論文設(shè)計的系統(tǒng)基本實現(xiàn)了數(shù)字濾波器的仿真，達到了本課題提出的設(shè)計要求。但是由于對理論知識理解的不 足以及編程技術(shù)的局限，使得系統(tǒng)存在一定的問題。例如，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對網(wǎng)絡(luò)服務器的認知水平不夠，一些開發(fā)軟件不會用，這給畢設(shè)帶來了很大的麻煩。由于本次畢設(shè)，網(wǎng)絡(luò)傳輸是一小部分內(nèi)容，但是這一小部分內(nèi)容也相當有難度，設(shè)計起來很費心思，結(jié)果還不甚理想。還有一些軟件的應用，對 Matlab語言的編程理解上都存在欠缺。 數(shù)字濾波器的研究水平日趨成熟以及眾多新技術(shù)的出現(xiàn)，使得相應計算量在不斷的減小。在此，我希望此研究方向能有更多更好的進展，出現(xiàn)高效的，實現(xiàn)復雜度低的新算法。希望今后我能夠在這個方向不斷學習，不斷研究。 基于網(wǎng)環(huán)境的通信系統(tǒng)數(shù)字濾波器仿真平臺 參考文獻 27 參考文獻 [1] 彭軍 ,李宏 .信號與信息處理基礎(chǔ) [M].北京 :中國鐵道出版社 , [2] 高西全 ,丁玉美 ,闊永紅 . 數(shù)字信號處理：原理、基礎(chǔ)及應用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 , [3] 程佩青 .數(shù)字信號處理教程 [M].第二版 .清華大學出版社 , 2020. [4] 胡廣書 . 數(shù)字信號處理理論、算法與實現(xiàn) [M]. 北京 : 清華大學出版社 ,1997. [5] Ding_yuxin, wavelet neural work based on energy density[J]. Computer Journal, 1997,(09):832~838. [6] ,著 .劉樹棠 ,黃建國譯 . 離散時間信號處理（第二版） [M].西安交通大學出版社 . 2020. [7] XUE Hui。 YANG ALGORITHMS FOR HARMONIC ANALYSIS BASED ON FFT ALGORITHM[J].Proceedings of the CSEE,2020,(12):106~110. [8] 鄭君里 ,楊為理 ,應啟珩 .信號與系統(tǒng) [M].高等教 育出版社 ,2020. [9] 俞一彪，孫兵 . 數(shù)字信號處 — 理論與應用 [M].南京：東南大學出版社， . [10] 靳希，楊爾濱，趙玲 .信號處理原理與應用 [M].北京：清華大學出版社， . [11] 劉明，徐洪波，寧國勤 .數(shù)字信號處理 —