GSM移动通信系统中低通滤波器的设计与仿真本科毕业论文文档格式.docx

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摘要：

本文应用MATLAB软件中的Simulink平台分别研究了FIR数字低通滤波器和IIR数字低通滤波器的设计方法和实现方法，并进行模拟仿真设计，以显示本文所介绍数字低通滤波器的多种特性。

在无限脉冲响应（IIR）数字低通滤波器设计中，应用了冲击响应不变法和双线性Z变换法，先进行模拟滤波器的设计，然后把模拟滤波器转换为数字滤波器，最后进行滤波器的频带转换，使用MATLAB软件按两种方法编辑程序并通过图形展示IIF低通滤波器的各种参数和性能指标。

在有限脉冲响应（FIR）低通数字滤波器设计中，讨论了FIR线性相位滤波器的特点和用窗函数法设计FIR滤波器两个问题。

这两类低通滤波器整个设计过程都是按照理论分析、编程设计、模拟仿真、具体实现的步骤进行的。

关键词：

数字低通滤波器、MATLAB、Simulink

GSMmobilecommunicationsystemdesignandsimulationofthelow-passfilter

Abstract：

Inthispaper,theapplicationofMATLABsoftwareSimulinkplatformrespectivelystudiedtheFIRdigitallow-passfilterandIIRlow-passfilterdesignmethodsandimplementationmethod,andcarriesonthesimulationdesign,todisplayavarietyofcharacteristicsofdigitallow-passfilter,presentedinthispaper.

Ininfiniteimpulseresponse（IIR）digitallow-passfilterdesign,theapplicationofshockresponseisnotpoliticalreformandbilinearz-transformmethod,firstforthedesignofanalogfilter,thenconvertedtoadigitalfilter,theanalogfiltertofilterthefrequencyconversion,usingMATLABsoftwareaccordingtothetwomethodsofeditingprogramandthroughthegraphicdisplayofIIFlow-passfilterparametersandperformanceindicators.Infiniteimpulseresponse（FIR）low-passdigitalfilterdesign,discussedthecharacteristicsoftheFIRlinearphasefilterandFIRfilterwithwindowfunctionmethodwithtwoproblems.Thesetwotypesoflow-passfilterthewholedesignprocessisinaccordancewiththetheoreticalanalysis,programmingdesign,simulationandimplementationsteps.

Keywords:

digitallow-passfilter,theMATLAB,Simulink,

1绪论

1.1课题研究的意义

随着科学的突飞猛进的发展，一些数字滤波器被广泛使用在多准数字信号处理领域中。

比如，在通信工程、图像的编码、语音编码、雷达、HDTV（高清晰度电视）等。

在实际学习中对滤波器比较注重理论，而其本身比较抽象、复杂、公式繁多、不易理解，为了更好的增强我们的认识理解，本论文通过对FIR与IIR两种滤波器的对比分析，将所涉及到的多种类型的滤波器逐个系统的仿真学习和分析，提高学习的效率。

应用软件对GSM中的低通滤波器的设计与仿真，掌握滤波器的设计方法，对输入滤波器的模拟信号或数字信号进行处理，对模拟信号抽样量化后进行适当的限定，分析滤波器的参数对滤波器性能的影响，并掌握其结构功能等。

最终使用MATLAB平台实现滤波器的仿真，并完成论文。

1.2国内外研究现状

数字滤波器在数字信号处理中有广泛的应用，将对滤波器作详细的介绍。

如果滤波器的输入信号、输出信号都是离散的时间信号，那么，该滤波器的冲击响应也必然是离散的，我们称这样的滤波器为数字滤波器。

当只用硬件实现一个数字滤波器时，所需的元件是延迟器、乘法器和加法器等。

当用计算机软件实现时，它就是一段线性褶积（或卷积）的程序。

然而，模拟滤波器只能用硬件的方法来实现，其元器件是电阻、电感、电容及运放或开关等。

因此，数字滤波器的实现要比模拟滤波器实现更加简单，而且易获得更加理想的效果。

滤波器的种类有非常多，分类方法也不同，例如可以从实现方法、设计方法、功能上来分等等。

但从总体来看的话，滤波器可以现代滤波器和分经典滤波器两大类。

经典滤波器是假定输入信号x（n）中的有效信号和噪声（或干扰）信号成分各自在不同的频带内，当x（n）通过滤波系统后，可以将噪声信号和有用信号有效的分开，同时抑制噪声信号。

但是，有效信号和噪声信号的频率带一般会有相互重叠，这样的话经典的滤波器将无法有效区分。

有时滤波效果较好，有时效果较差。

现代滤波理论研究的主要内容是从含有噪声的数据记录中估测出信号的某些特征或信号本身。

如果信号被估计出，那么估计出的信号会有高的信噪比。

现代滤波器把信号和噪声都视为随机信号，利用统计学的方法推导出来一套最佳的估值算法，然后结合硬件和软件实现滤波。

目前现代滤波器主要有：

线性预测器、卡尔曼滤波器、维纳滤波器、自适应滤波器等。

而在国内将智能控制引入到传统控制方法中，如无差拍控制，神经网络控制等，建立统一能用于实际工程中的滤波器模型是智能控制待解决的问题。

1.3毕业论文的内容

GSM移动通信系统的数字滤波器的设计，GSM移动通信系统中常见的是低通滤波器，其中低通滤波器适用于数字基带信号的滤波，GSM系统的一个信道带宽为200KHz。

利用MATLAB模拟GSM移动通信的信道和信号，并将其仿真。

低通滤波器可分为FIR与IIR两种滤波器，其中FIR滤波器可用窗函数、巴特沃斯、契比雪夫等方法实现，而IIR滤波器可用巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等仿真，具体内容可分为以下几章：

1介绍课题的意义及制作背景；

2MATLAB软件的相关介绍，以及在使用中的要点和出现的问题分析；

3介绍GSM移动通信系统的原理，根据其特点推导分析其性能指标；

4用MATLAB仿真其信道，再输入一个信号，做出输出信号，对整个过程分析（图像、公式等）；

5通过仿真描述在实际应用中的所需的器件，所注意的问题，应该避免的错误，以及解决方法；

6对整个流程进行分析总结，以及个人通过论文写作提出对滤波器的展望等。

设计原理图1-1所示：

图1-1滤波器设计流程图

1.4MATLAB软件及Simulink平台的概述

MATLAB名字是由Matrix和Laboratory两词中的前三个字母组合而成，它是由美国MathWorks公司所推出，用于数值计算和图形处理的数学计算环境。

MATLAB环境下，用户可以集成的进行数值计算、程序设计、输入输出、图形绘制、文件管理等多项操作。

它优秀的数值计算能力和强大的数据可视化能力使其在同类软件中独占鳌头。

MATLAB系统最初由CleveMoler用FORTRAN语言设计，现在的MATLAB程序是由MathWorks公司用C语言开发的。

它的第一版发行于1984年，经过多年的改进，版本不断更新和升级，其所包含的工具箱功能也越来越丰富，应用越广泛，使用越来越方便。

MATLAB语言之所以能如此迅速的普及推广，是由于它有着不同于其他语言的特点，归纳如下：

1、简单易学：

MATLAB是一个开发软件，也是一门编程语言。

其语法简单易学，就像在演算纸上列出公式与求解问题，所以被称为演算纸式科学算法语言。

2、计算功能强大：

MATLAB拥有庞大的统计、数学及工程函数，用户可通过MATLAB平台很快的实现所需的强大数学计算功能。

通过长期的研究和开发的数值计算程序，使用了可靠、成熟、安全的算法。

此外，MATLAB平台中还有很多个工具箱，可用来处理应用中的数学、工程等方面的问题。

3、具有先进的可视化工具：

MATLAB提供功能强大的和交互式的平面和立体的绘图的功能，用户可以创直观的和动态的彩色图形。

可视化的工具还包括了图像显示、、光源、曲面渲染、伪彩图线框图、动画等等。

4、开放性和可扩展性强：

M文件是可见的MATLAB上的程序，所有用户可以查看源代码。

用户能够测试各种算法的准确，修改原有的函数，或者加入自行设计的新建的部件和子模块。

5、能够特殊应用的工具箱：

MATLAB的工具箱还强大了对工程及科学中的很多特殊的应用的支持。

此中的工具箱还和MATLAB相同是完全用户化，可扩展性是非常强的。

将许多个工具箱和MATLAB二者联合起来使用，还能够得到一个具有强大功能的计算组合包，能够满足每个用户的特殊要求[8]。

MATLAB数字信号处理工具箱和滤波器设计工具箱专门应用于数字信号处理领域。

工具箱提供了丰富而简便的设计，使原本很繁琐的程序设计简化成为函数的调用。

只要以正确的指标参数调用相应的滤波器的设计好的程序或者工具箱中的函数，就将重新得到正确的结果，使用也非常的方便。

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态的系统的仿真、建立模型和综合性能分析的集成环境。

MATALB的环境中用户可以不用书写大量的具体程序，用户可以通过既简单而又直观的操作，就能构创建出繁杂的系统。

Simulink还具有结构清晰和流程明了、适应范围广及仿真结构精细、使用效率高、与实际贴近、灵活多变等诸多的优点，通过以上优点Simulink被大量应用于数字信号处理和控制理论中的相繁杂多变的系统仿真和设计中去。

同时它还有很多的第三方的辅助硬件和软件可应用于或被要求应用于Simulink。

Simulink编辑的特点：

（1）强大的可扩充的预定义模块库；

（2）予以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂的设计的管理；

（3）应用ModelExplorer搜索、配置、创建模型、导航中的随机信号、任意参数、属性，产生出模型的代码；

（4）具有图形化调试器，判断系统设计的性能和系统的异常行为，应用剖析器来检查仿真结果；

（5）其中的API工具用于和别的仿真程序的链接或者是和集成手写代码功能；

（6）Embedded模块在Simulink平台与嵌入式的系统运行中直接调用MATLAB的相应算法；

（7）通过交互式的图像处理编辑器来重新组合、方便管理直观的各种模块图；

（8）也可以应用固定步长、可变步长来仿真，也可以通过仿真模式来具体解释性的方式来运行、也可以通过编译出C语言代码来运行整个系统仿真的模型；

（9）还可以通过访问MATLAB程序来对系统的结果进行具体的分析和可视化的效果，来具体的定制建模的环境，配置信号参数和检测数据模型，判断和处理工具来确保模型的统一性，找