匹配滤波器设计实验报告

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

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 .........................

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

大连理工大学实验报告

学院（系）： 专业： 班级：

姓 名： 学号： 组： ___

实验时间： 实验室： 实验台： 指导教师签字： 成绩：

实验三 滤波器设计

一、实验结果与分析

IIR部分：

1.用buttord和butter函数，直接设计一个巴特沃兹高通滤波器，要求通带截止频率为0.6?，通带内衰减不大于1dB，阻带起始频率为0.4?，阻带内衰减不小于15dB，观察其频谱响应的特点： clc,clear

wp=0.6*pi/pi; ws=0.4*pi/pi; ap=1,as=15;

[N,wn]=buttord(wp,ws,ap,as); [bz,az]= butter(N,wn,'high'); [H,W]=freqz(bz,az);

plot(W,20*log10(abs(H))); grid on;

xlabel('频率

大连理工大学实验报告

学院（系）： 专业： 班级：

姓 名： 学号： 组： ___

实验时间： 实验室： 实验台： 指导教师签字： 成绩：

实验三 滤波器设计

一、实验结果与分析

IIR部分：

1.用buttord和butter函数，直接设计一个巴特沃兹高通滤波器，要求通带截止频率为0.6?，通带内衰减不大于1dB，阻带起始频率为0.4?，阻带内衰减不小于15dB，观察其频谱响应的特点： clc,clear

wp=0.6*pi/pi; ws=0.4*pi/pi; ap=1,as=15;

[N,wn]=buttord(wp,ws,ap,as); [bz,az]= butter(N,wn,'high'); [H,W]=freqz(bz,az);

plot(W,20*log10(abs(H))); grid on;

xlabel('频率

数字信号处理实验报告

姓名：寇新颖 学号：20100304026 专业：电子信息科学与技术

实验五 FIR数字滤波器的设计

一、实验目的

1．熟悉FIR滤波器的设计基本方法

2．掌握用窗函数设计FIR数字滤波器的原理与方法，熟悉相应的计算机高级语言编程。 3．熟悉线性相位FIR滤波器的幅频特性和相位特性。 4．了解各种不同窗函数对滤波器性能的影响。

二、实验原理与方法

FIR滤波器的设计问题在于寻求一系统函数H(z)，使其频率响应H(e要求的理想频率响应Hd(ej?)，其对应的单位脉冲响应hd(n)。

1．用窗函数设计FIR滤波器的基本方法

设计思想：从时域从发，设计h(n)逼近理想hd(n)。设理想滤波器Hd(ej?)的单位脉冲响应为hd(n)。以低通线性相位FIR数字滤波器为例。

j?)逼近滤波器

Hd(e)?hd(n)?12?j?n????h????d(n)e?jn?

?Hd(ej?)ejn?d?hd(n)一般是无限长的，且是非因果的，不能直接作为FIR滤波器的单位脉冲响应。要

想得到一个因果的有限长的滤波器h

[n,wn,bta,ftype]=kaiserord([0.3 0.45 0.65 0.75],[0 1 0],[0.01 0.1087 0.01]);%用kaiserord函数估计出滤波器阶数n和beta参数

h1=fir1(n,wn,ftype,kaiser(n+1,bta),'noscale'); [hh1,w1]=freqz(h1,1,256); figure(1)

subplot(2,1,1)

plot(w1/pi,20*log10(abs(hh1))) grid

xlabel('归一化频率w：曾慧');ylabel('幅度/db'); subplot(2,1,2)

plot(w1/pi,angle(hh1)) grid

xlabel('归一化频率w：曾慧');ylabel('相位/rad');

图一

[n,wn,bta,ftype]=kaiserord([0.3 0.45 0.65 0.75],[0 1 0],[0.01 0.1087 0.01]);%用kaiserord函数估计出滤波器阶数n和beta参数

h1=fir1(n,wn,ftype,kaiser(n+1,bta),'noscale'); [hh1,w1]=freqz(

一．滤波器的基本原理

滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带内频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。对于微波应用，这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。

在滤波器中，通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性，即????=10lg

??????????

???? ；在该式

中，Pin和PL分别为输出端匹配负载时的滤波器输入功率和负载吸收功率。为了描述衰减特性与频率的相关性，通常使用数学多项式逼近方法来描述滤波器特性，如巴特沃兹、切比雪夫、椭圆函数型、高斯多项式等。滤波器设计通常需要由衰减特性综合出滤波器低通原型，再将原型低通滤波器转换到要求设计的低通、高通、带通、带阻滤波器，最后用集总参数或分布参数元件实现所设计的滤波器。

滤波器低通原型为电感电容网络。其中，元件数和元件参数只与通带结束频率、衰减和阻带起始频率、衰减有关。设计中都采用表格而不用繁杂的计算公式。表1-1列出了巴特沃兹滤波器低通原型元件值。 n 1 2 3 4 5 6 7

《数字信号处理》实验报告

学院 信息工程学院 专业 电子信息工程 班级 电子1012

姓名 周宇 学号 2010820075 时间 2012.11.28

实验三 IIR数字滤波器的设计

一、实验目的

1、掌握双线性变换BLT法和脉冲响应不变IMP法设计IIR－ DF的具体设计原理及方法，熟悉用双线性变换和脉冲响应不变法设计低通LP，高通HP，带通BP的IIR－DF的计算机编程。 2、观察双线性变换法BLT和脉冲响应不变法IMP设计的滤波器的频域特性，了解双线性变换法BLT和脉冲响应不变法的特点。

3、熟悉巴特沃思BW，切比雪夫CB-I或II和椭圆Elliptic滤波器的频域特性。

二、实验内容

1、CB－HPDF的设计。 参数：fc=0.3kHz， δ ＝0.8dB，fr＝0.2kHz，At＝20dB，T＝1ms，设计CBI型HPDF，观察其通带衰耗和阻带衰减是否满足要求。（fs＝1kHz，对应2pi，fo＝fs/2）

0Magnitude (dB)-100-200-300050100150200250300Frequency (Hz)350400450

数字信号处理

实验六 用窗函数法设计FIR滤波器

一、实验目的

1. 掌握窗函数法设计FIR滤波器的原理和方法，观察用几种常用窗函数设计的FIR数字滤波器技术指标；

2. 掌握FIR滤波器的线性相位特性；

3. 了解各种窗函数对滤波特性的影响。

二、实验原理与方法

如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为Hd(ejω)，则其对应的单位脉冲响1应为hd(n) 2 H(e j )ej nd ，用窗函数wN(n)将hd(n)截断，并进行加权处理，

得到实际滤波器的单位脉冲响应h(n)=hd(n)wN(n)，其频率响应函数为H(e) h(n)e j n。如果要求线性相位特性，则h(n)还必须满足j

n 0N 1

h(n) h(N 1 n)。可根据具体情况选择h(n)的长度及对称性。

三、实验步骤

1. 写出理想低通滤波器的传输函数和单位脉冲响应。

2. 写出用四种窗函数设计的滤波器的单位脉冲响应。

3. 用窗函数法设计一个线性相位FIR低通滤波器，用理想低通滤波器作为逼近滤波器，截止频率ωc=π/4 rad，选择窗函数的长度N＝17，32两种情况。要求在两种窗口长度下，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带宽和阻带衰减；

4. 用其它窗函数(