匹配滤波器设计实验总结

匹配滤波器的设计

1、引言：

在通信系统中，滤波器是其中重要部件之一，滤波器特性的选择直接影响数字信号的恢复。在数字信号接收中，滤波器的作用有两个方面，使滤波器输出有用信号成分尽可能强；抑制信号外带噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减少噪声对信号判决的影响。对最佳线形滤波器的设计有两种准则其中一种是是滤波器输出信噪比在贸易特定时刻达到最大，由此而导出的最佳线性滤波器成为匹配滤波器。在数字通信中，匹配滤波器具有广泛的应用。因此匹配滤波器是指滤波器的性能与信号的特性取得某种一致，使滤波器输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值最大。

2、匹配滤波器的设计要点：

（1）接收端事先明确知道，发送信号分别以何种形状的波形来表示发送的1、0码符号或多元符号；

（2）接收端针对各符号波形，分别提供与其相适应的接受电路，并且并且各唯一对应适配的一种传输的信号波形，能使输出信噪比达到最大，判决风险最小； （3）对未知相位的已调波，采用附有包络检测的匹配滤波器接收方式。

3、匹配滤波器的传递特性设计：

设接收滤波器的传输函数为H(f)，冲激响应为h(t)，滤波器输入码元s(t)的持续时间为Ts，信号和噪声之和r(t)为

r(t)?s(t)?n(t)0?t

用simulink设计一个匹配滤波器

1、概述

1.1匹配滤波器的定义

输出信噪比最大的线性滤波器称为匹配滤波器。匹配滤波器是一种非常重要的滤波器，广泛应用与通信、雷达等系统中。

从幅频特性来看，匹配滤波器和输入信号的幅频特性完全一样。这也就是说，在信号越强的频率点，滤波器的放大倍数也越大；在信号越弱的频率点，滤波器的放大倍数也越小。这就是信号处理中的“马太效应”。也就是说，匹配滤波器是让信号尽可能通过，而不管噪声的特性。因为匹配滤波器的一个前提是白噪声，也即是噪声的功率谱是平坦的，在各个频率点都一样。因此，这种情况下，让信号尽可能通过，实际上也隐含着尽量减少噪声的通过。

从相频特性上看，匹配滤波器的相频特性和输入信号正好完全相反。这样，通过匹配滤波器后，信号的相位为0，正好能实现信号时域上的相干叠加。而噪声的相位是随机的，只能实现非相干叠加。这样在时域上保证了输出信噪比的最大。

实际上，在信号与系统的幅频特性与相频特性中，幅频特性更多地表征了频率特性，而相频特性更多地表征了时间特性。匹配滤波器无论是从时域还是从频域，都充分保证了信号尽可能大地通过，噪声尽可能小地通过，因此能获得最大信噪比的输出。

实际上，匹配滤波器由其命名即可知道其鲜明的特

成都学院（成都大学）课程设计报告

目 录

第1章 绪论 .............................................................. 1

1.1 课题背景和意义 ................................................... 1 1.2 课程设计内容 ..................................................... 1 第2章 最佳接收机概述 .................................................... 2

2.1 最佳接收机的结构 ................................................. 2 2.2 匹配滤波器传输特性 ............................................... 2 2.3 匹配滤波器的结构 ................................................. 3 2.4 最佳接收机的误码性能 .........................

实验四上：FIR低通滤波器设计

本实验主要在实验1_2的基础上给双音多频信号添加滤波器，实现高低频率的分离，是双音多频信号解码的一个关键部分。在实验中需要在MatLab的Simulink&DSPBuilder中利用Altera公司的FIR IP核 来实现滤波。

首先需要有一个双音多频信号的产生模块，输出高低混叠的正弦波信号。在实验一中已经搭建好该模块，考虑到滤波器模块，为了尽量节省系统资源，实验一中的参数已经做了相应修改，请大家在FTP中下载dtmf1.mdl文件，可以重新命名，注意模块的参数，这里产生了真实的双音多频信号的频率697+1477。 下面在该文件中开始你的滤波器设计。

Dtmf1.mdl

滤波器设计：包括滤波器参数的配置，以及其他相关参数设置。

滤波器参数配置，我们采用MatLab中的数字信号工具fdatool,在下图位置：

调出

本实验先设计一个低通滤波器来滤出697HZ的正弦波 Response Type设置Lowpass Design Method :FIR Equiriepple

指定滤波器阶数为40阶，可以尝试不同的阶数，这里选择40，阶数过大会浪费系统资源

采样频率FS设置成信号产生模块的采样频率近似值，这里定为22k

实验六、用窗函数法设计FIR 数字滤波器

一、实验目的：

（1）熟悉基本的窗函数，及其特点。

（2）掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。 （3）熟悉线性相位FIR 数字滤波器特性。 二.实验原理

（一）FIR滤波器的设计

FIR滤波器具有严格的相位特性，这对于语音信号处理和数据传输是很重要的。目前FIR滤波器的设计方法主要有三种：窗函数法、频率取样法和切比雪夫等波纹逼近的最优化设计方法。本实验中的窗函数法比较简单，可应用现成的窗函数公式，在技术指标要求不高的时候是比较灵活方便的。它是从时域出发，用一个窗函数截取一个理想的hd(n)得到h(n)，以有限长序列h(n)近似理想的hd(n)：如果从频域出发，用理想的hd(ejw)在单位圆上等角度取样得到H（k），根据h(k)得到H(z)将逼近理想的Hd(z)这就是频率取样法。

（二）窗函数设计法

同其它的的数字滤波器设计的方法一样，用窗函数设计滤波器也是首先要对滤波器提出性能指标。一般是给定一个理想的频率响应hd(ejw)，使所设计的FIR滤波器的频率响应

h(ejw)去逼近所要求的理想的滤波器的响应hd(ejw)窗函数设计的任务在于寻找一个可实

现（有限长单位脉冲响应）的传递函数。

H(

HUNAN UNIVERSITY

数字信号 课程实验报告

专业班级： 通信工程一班 完 成 日 期 ： 2014\\05\\20

实验四 IIR 滤波器设计

1、实验目的

认真复习滤波器幅度平方函数的特性，模拟低通滤波器的巴特沃思逼近、切比雪夫型逼 近方法；复习从模拟低通到模拟高通、带通、带阻的频率变换法；从模拟滤波器到数字滤波 器的脉冲响应不变法、双线性变换法的基本概念、基本理论和基本方法。 掌握巴特沃思、切比雪夫模拟低通滤波器的设计方法；利用模拟域频率变换设计模拟高 通、带通、带阻滤波器的方法。 掌握利用脉冲响应不变法、双线性变换法设计数字滤波器的基本方法；能熟练设计巴特 沃思、切比雪夫低通、带通、高通、带阻数字滤波器。

熟悉利用 MATLAB 直接进行各类数字滤波器的设计方法。

2、实验内容

a. 设计模拟低通滤波器，通带截止频率为10KHz，阻带截止频率为16KHz，通带最大

衰减1dB，阻带最小衰减20dB。

(1) 分别用巴特沃思、切比雪夫I、切比雪夫II 型、椭圆型滤波器分别进行设计，并绘 制所设计滤

长 安 大 学 数 字 信 号 处 理 综 合 设 计

专 业 _______电子信息工程_______ 班 级 __24030602___________ 姓 名 _______张舒_______ 学 号 2403060203 指导教师 陈 玲

日 期_______2008-12-27________

一、课程设计目的：

1. 进一步理解数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； 2.熟悉在Windows环境下语音信号采集的方法； 3.学会用MATLAB软件对信号进行分析和处理；

4.综合运用数字信号处理理论知识，掌握用MATLAB软件设计FIR和IIR数 字滤波器的方法；

5. 提高依据所学知识及查阅的课外资料来分析问题解决问题的能力。

二、课程设计内容：

1.语音信号的采集

利用windows下的录音机录制一段自己的话音，时间控制在1秒左右；并对语音信号进行采样，理解采样频率、采样位数等概念。

2.语音信号的频谱分析

利用函数fft对采样后语音信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性。 3.设计数字滤波器

采用窗函数法和双线性变换法

1.设计要求

Sequence s(n) of N=2000 points is generated by AR(1) model: s(n)=as(n-1)+w(n), in which a=0.8, w(n) is white noise sequence, the mean and variance of w(n) ismw?0，

2?w?0.36.

The measurement model is x(n) =s(n) +v(n), in which white noise sequence v (n) and

2?1. w (n) is not related, the mean and variance of v(n) is mv?0,?mRequirements:

(1)Design IIR causal Wiener filter , calculate the filtered sequence and mean square error;

(2)Design FIR Wiener filter , calculate the filtered sequence and mean square error; (3)Displ

长 安 大 学 数 字 信 号 处 理 综 合 设 计

专 业 _______电子信息工程_______ 班 级 __24030602___________ 姓 名 _______张舒_______ 学 号 2403060203 指导教师 陈 玲

日 期_______2008-12-27________

一、课程设计目的：

1. 进一步理解数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； 2.熟悉在Windows环境下语音信号采集的方法； 3.学会用MATLAB软件对信号进行分析和处理；

4.综合运用数字信号处理理论知识，掌握用MATLAB软件设计FIR和IIR数 字滤波器的方法；

5. 提高依据所学知识及查阅的课外资料来分析问题解决问题的能力。

二、课程设计内容：

1.语音信号的采集

利用windows下的录音机录制一段自己的话音，时间控制在1秒左右；并对语音信号进行采样，理解采样频率、采样位数等概念。

2.语音信号的频谱分析

利用函数fft对采样后语音信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性。 3.设计数字滤波器

采用窗函数法和双线性变换法

实验五：FIR数字滤波器设计与软件实现

颜平 222011315220096

1．实验目的

（1）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。

（2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法。 （3）掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理。

（4）学会调用MATLAB函数设计与实现FIR滤波器。 2． 实验内容及步骤

（1）认真复习第七章中用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理； （2）调用信号产生函数xtg产生具有加性噪声的信号xt，如figure1所示；

（3）请设计低通滤波器，从高频噪声中提取xt中的单频调幅信号，要求信号幅频失真小于0.1dB，将噪声频谱衰减60dB。先观察xt的频谱，确定滤波器指标参数。

（4）根据滤波器指标选择合适的窗函数，计算窗函数的长度N，调用MATLAB函数fir1设计一个FIR低通滤波器。并编写程序，调用MATLAB快速卷积函数fftfilt实现对xt的滤波。绘图显示滤波器的频响特性曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。

（4）重复（3），滤波器指标不变，但改用等波纹最佳逼近法，调用MATLAB函数remezord和remez设计FI