西安邮电大学数值信号处理课程设计报告.docx

1、西安邮电大学数值信号处理课程设计报告西安邮电大学专业课程设计报告书学院名称：电子工程学院学生姓名：*专业名称：电子信息工程班 级：*实习时间：2*年*月*日至20*年*月*日 课程设计报告内容实验一实验题目：Using the bilinear transformation and a lowpass analog Butterworth prototype, design a highpass digital filter operating at a rate of 20kHz and having passband extending to 5kHz with maximum passb

2、and attenuation of 0.5dB,and stopband ending at 4kHz with a minimum stopband attenuation of 10dB.实验目的：（1） 进一步加深对用双线形变换法设计数字高通滤波器的理解。（2） 学会利用低通滤波器设计高通滤波器。（3） 熟练掌握低通滤波器的设计方法。（4） 进一步熟悉MATLAB提供的各种设计滤波器函数。实验原理：双线形变换法是利用s=2*（1-z-1）/T*（1+z-1）将s域转换到z域，从而得到系统函数H（Z）。由于巴特沃斯低通滤波器和高通滤波器只有在归一化频率时和去归一化时关系式互为倒数，因此只

3、要在这两处变换系数，就可以利用沃斯低通滤波器来设计高通滤波器。实验步骤简述：（1）先将数字频率转换成角频率。（2）再将数字角频率转换成模拟角频率。（3）计算模拟低通滤波器传输函数。（4）再将模拟低通滤波器传输函数转换成模拟高通滤波器传输函数。（5）利用双线性变法将模拟高通滤波器转换成数字滤波器。程序流程图：六 源程序：程序代码：clear all;fp=5000;fs=4000; Fs=20000; %采样频率rp=0.5;rs=10; wp=2*pi*fp/Fs; ws=2*pi*fs/Fs; wap=2*Fs*tan(wp/2);was=2*Fs*tan(ws/2);N,wn=buttor

4、d(wap,was,rp,rs,s); %确定器阶数N和截止频率wnz,p,k=buttap(N); %确定归一化传输函数 bp,ap=zp2tf(z,p,k); %零极点增益滤波器参数转换为传输函数形式 bs,as=lp2hp(bp,ap,wn); %低通滤波器转换为某一截止频率的高通滤波器 bz,az=bilinear(bs,as,Fs); %双线性变换法 h,f=freqz(bz,az,256,Fs); %求频率响应subplot(2,1,1);plot(f,abs(h);grid on; xlabel(f);ylabel(|H(w)|); title(|H(w)|的幅度谱图); db=

5、20*log10(abs(h)+eps)/max(abs(h);subplot(2,1,2); plot(f,db);grid on; xlabel(f);ylabel(|H(w)|);title(|H(w)|以dB为单位的幅度谱图); clear all;fp=5000; fs=4000; F=20000; rp=0.5; rs=10; T=1/F;wp=2*pi*fp/F; ws=2*pi*fs/F;Wp=2*tan(wp/2)/T; Ws=2*tan(ws/2)/T;W1=1/Ws;W2=1/Wp;N,wn=buttord(W1,W2,rp,rs,s); %巴特沃思滤波器的阶估计，计算阶

6、数，3db截止频率 Wn=1/wn;fprintf(滤波器的阶数N=%.0fn,N);b,a=butter(N,1,s); bs,as=lp2hp(b,a,Wn); numd,dend=bilinear(bs,as,F);%disp(分子系数b)fprintf(%.4e ,numd);fprintf(n);disp(分母系数a);fprintf(%.4e ,dend);fprintf(n); w=linspace(0,pi,1024); h=freqz(numd,dend,w);%计算频率响应H(z),在0，2pi上采样,w决定采样频率点 subplot(211),plot(w/pi,abs(

7、h); xlabel(归一化频率);ylabel(|H(w)|);subplot(212),plot(w/pi,20*log10(abs(h); axis(0 1 -50 1); xlabel(归一化频率);ylabel(幅度/dB);仿真测试结果：实验总结：设计低通滤波器首先要将题目所给的数字指标转换成模拟指标，用双线性变换法将模拟滤波器转换成数字滤波器。实验二实验题目： 该题目的目的是说明一个PN扩频信号在抑制正弦干扰中的有效性。现考虑下图所示的二进制通信系统，对信号发生器的输入乘上一个二进制（1）PN序列。同一个二进制PN序列用来与解调器输入相乘，因此消除了这个PN序列在期望信号上的影响

8、。信道将传送信号受到一宽带加性噪声序列w(n)和一个正弦干扰序列i(n)=Asinw0n,0w0pi的污损。可以假定AM,这里M是来自解调器的每比特的样本数。用和不用PN序列执行这个仿真系统，并在条件AM下，对不同的M值（如M=50,100,500,1000）测量差错率。画出每种情况的差错率曲线，作比较并说明结论。说明这个PN序列对于正弦干扰信号的效果。由此说明为什么PN扩频系统在正弦干扰信号存在下优于常规的二进制通信系统。 实验目的： （1）学习扩频序列的含义与实现。 （2）一个简单的通信系统，即令信号通过一个有噪声的系统，对加上PN序列和不加PN序列后的差错率比较，说明扩频序列在抑制正弦干

9、扰中的有效性。实验原理： 信号S(n)与PN扩频序列相乘（异或实现）后，经过叠加正弦噪声，然后再与序列相乘恢复出经过系统后的信号，与原输入信号相比较后得到差错率。根据差错率可以证明PN扩频信号是否有利于通信系统中正弦噪声的抑制。实验步骤简述：（1） 理解PN序列概念，编写PN序列产生子函数。（2） 编写输入信号及噪声子函数。（3） 通过对子函数的调用实现通信系统，比较输入前后信号的差错率。（4） 通过画图程序输出差错率-信噪比图像。程序流程图： 否 是 程序源程序：function =main() clear all;clc; while(1)k=input(请选择序列长度M：n1-M=50

10、n2-M=100n3-M=500n4-M=1000n0-quitn); if k=1N=50;A=N+10;K=50;P=15;C=20; wc(A,N,K,P,C); else if k=2 N=100;A=N+10;K=100;P=25;C=40;wc(A,N,K,P,C); else if k=3N=500;A=N+10;K=500;P=50;C=80; wc(A,N,K,P,C);else if k=4 N=1000;A=N+100;K=1100;P=150;C=100;wc(A,N,K,P,C); else if k=0break;end;end;end;end;end;end; f

11、unction =wc(A,N,K,P,C)%-二进制随机序列 x=rand(1,N);%产生0到1之间的数i=1:N; x(i)=x(i)K/2.5; %不加PN序列的判决门限y1=x3K/2.5; %加PN序列的判决门限 y=mod(y1+PN,2);%解调 i=1:N; p0=x(i)=y(i);%加PN满足条件的点 p2=x(i)=xa(i); p1=length(find(p0);p3=length(find(p2); Pe(k)=p1/N;%加PN序列的误差率Pew(k)=p3/N;%不加PN序列的误差率 i=1:N; we=0; %功率为0 we=we+x1(i).2; %加PN

12、的输入信号功率wew=we+(K*x(i).2; p=we/N;%加PN序列的平均功率pw=wew/N;%不加PN序列的平均功率 j=1:N; se=0; se=se+s(j).2+zao.2;sp=se/N; sn(k)=p/sp;%加PN序列的性噪比snw(k)=pw/sp;%不加PN序列的性噪比end; %-画图figure; stem(sn,Pe,.);hold on;stem(snw,Pew,r,.); xlabel(信噪比); ylabel(差错率);%axis(0,25,0,0.35); title(信噪比与差错率曲线); grid;legend(加PN序列,不加PN序列)程序仿

13、真测试结果及图表：M=50 M=100 M=500 M=1000 实验总结：相同采样点数情况下，随信噪比增大，差错率减小。在信噪比过大时，实际不容易实现，因此对信噪比应控制在实际范围内。 不同采样点数情况下，随采样点数增加，差错率也增加。信噪比过大时，差错率无意义。在相同信噪比与采样点数时，加上PN序列的差错率小于不加PN序列的差错率，由此可以说明PN扩频系统在正弦干扰信号存在下优于常规的二进制通信系统。实验三实验题目：设原N点序列的DFT为验证以下序列的DFT与X(k)的关系:1、x1(n)=，2、x2(n)=x(2n)，3、x3(n)= x(2n+1)， 4、x4(n)= ，5、x5(n)

14、= x(n)+ x(n+N/2)，6、x6(n)= x(n)- x(n+N/2)，7、x7(n)= 实验目的：（1）加深DFT算法原理和基本性质的理解。通过DFT图象比较出个序列之间的关系。（2）对Matlab软件有初步的了解，并能用其编写简单的程序计算DFT。（3）熟悉DFT的算法原理和DFT子程序的应用。实验原理： 用函数FFT便能直接求出DFT，通过比较图象便能看出他们之间的关系。实验步骤简述：（1）设定一个随机序列；（2）做这个序列的快速傅里叶变换；（3）根据原序列与新序列的关系，做出新序列的程序；（4）做新序列的快速傅里叶变换；（5）输出波形。程序流程图：程序源程序：第8(1)题：x

15、1(n)= clear all;N=14; xn=rand(1,N); Xk=fft(xn,N); subplot(2,2,1);stem(abs(xn),.);title(xn);subplot(2,2,2);stem(abs(Xk),.,r);title(Xk);axis(0 14 0 10); M=2*N;for i=2:2:M; x1n(1,i)=xn(1,i/2);end; for j=1:2:M-1; x1n(1,j)=0;end; X1k=fft(x1n,M); subplot(2,2,3);stem(abs(x1n),.);title(x1n); subplot(2,2,4);

16、stem(abs(X1k),.,r);title(X1k);axis(0 28 0 10);第8(1)题： 程序仿真测试结果及图表： 第8(2)题：程序仿真测试结果及图表： 关系：X1k是Xk的2倍，即对Xk进行周期延拓 关系：新序列的第n点的X2k值是原序列第n/2点的值，即为抽原序列的偶数点，比原序列缩短一半。第8(2)题：x2(n)=x(2n)clear all;N=14;xn=rand(1,N); Xk=fft(xn,N); subplot(2,2,1);stem(abs(xn),.);title(xn);axis(0 14 0 1);subplot(2,2,2);stem(abs(X

17、k),.,r);title(Xk);axis(0 14 0 10);M=N/2;for i=1:M x2n(1,i)=xn(1,i*2); end;X2k=fft(x2n,M); subplot(2,2,3);stem(abs(x2n),.);title(x2n);axis(0 7 0 1);subplot(2,2,4);stem(abs(X2k),.,r);title(X2k);axis(0 8 0 10);第8(3)题：x3(n)= x(2n+1)clear all;N=14;xn=rand(1,N); Xk=fft(xn,N); subplot(2,2,1);stem(abs(xn),.

18、);title(xn);axis(0 14 0 1);subplot(2,2,2);stem(abs(Xk),.,r);title(Xk);M=N/2; for i=1:M x3n(1,i)=xn(1,i*2-1);end;X3k=fft(x3n,M); subplot(2,2,3);stem(abs(x3n),.);title(x3n);axis(0 7 0 1);subplot(2,2,4);stem(abs(X3k),.,g);title(X3k);第8(3)题：程序仿真测试结果及图表： 第8(4)题：程序仿真测试结果及图表： 关系：新序列的X3k值是为抽原序列的 关系：x4n是xn的周

19、期延拓，X4k是Xk的偶数点插奇数点，比原序列缩短一半。 零。第8(4)题：x4(n)= clear all;N=14; xn=rand(1,N);Xk=fft(xn,N);subplot(2,2,1);stem(abs(xn),.);title(xn);axis(0 14 0 1);subplot(2,2,2);stem(abs(Xk),.,r);title(Xk);M=2*N;n=0:M;x4n=xn(mod(n,N)+1);X4k=fft(xn,M);subplot(2,2,3);stem(abs(x4n),.);title(x4n);axis(0 28 0 1);subplot(2,2

20、,4);stem(abs(X4k),.,r);title(X4k); 第8(5)题：x5(n)= x(n)+ x(n+N/2)clear all;N=14;xn=rand(1,N);Xk=fft(xn,N);subplot(2,2,1);stem(abs(xn),.);title(xn);axis(0 14 0 1);subplot(2,2,2);stem(abs(Xk),.,r);title(Xk);axis(0 14 0 10);M=N/2;for i=1:M x5n(1,i)=xn(1,i)+xn(1,i+M);end;X5k=fft(x5n,M);subplot(2,2,3);stem

21、(abs(x5n),.);title(x5n);subplot(2,2,4);stem(abs(X5k),.,r);title(X5k); 第8(5)题：程序仿真测试结果及图表： 第8(6)题：程序仿真测试结果及图表： 关系：时域x5n抽取xn的一个周期，频 关系：频域X6k是抽取Xk的偶数点。域X5k抽取Xk的奇数点。第8(6)题：x6(n)= x(n)- x(n+N/2) clear all;N=14;xn=rand(1,N);Xk=fft(xn,N);subplot(2,2,1);stem(abs(xn),.);title(xn);axis(0 14 0 1);subplot(2,2,2

22、);stem(abs(Xk),.,r);title(Xk);axis(0 14 0 10);M=N/2;WN=exp(-j*2*pi/N);for i=1:M x6n(1,i)=(xn(1,i)-xn(1,i+M)*(WNi);end; X6k=fft(x6n,M);subplot(2,2,3);stem(abs(x6n),.);title(x6n);subplot(2,2,4);stem(abs(X6k),.,r);title(X6k); 第8(7)题：x7(n)= clear all;N=14;xn=rand(1,N);Xk=fft(xn,N);subplot(2,2,1);stem(ab

23、s(xn),.);title(xn);axis(0 14 0 1);subplot(2,2,2);stem(abs(Xk),.,r);title(Xk);axis(0 14 0 10);M=2*N;x7n=xn zeros(1,N);X7k=fft(x7n,M);subplot(2,2,3);stem(abs(x7n),.);title(x7n);axis(0 28 0 1);subplot(2,2,4);stem(abs(X7k),.,r);title(X7k);axis(0 28 0 10);第8(7)题：程序仿真测试结果及图表：关系：时域补零，频域扩展。实验总结：通过这道题了解了离散傅立

24、叶变换的性质，时域插零频域延拓，了解了栅栏效应。认识了时域基2的FFT和频域FFT。知道了数字信号处理这门课程理论与实践相结合的重要性。西安邮电大学电子工程学院专业课程设计过程考核表学生姓名*班级/学号*承担任务实验室（单位）图象处理与GPU所在部门电子信息工程系实施时间*年*月* 日 * 年*月*日具体内容第一周集中讲解课程设计的目的及要求；介绍数字信号处理课程设计的一般方法和步骤；布置课程设计题目；学生查阅相关资料。设计题目一；设计题目二；设计题目三； 第二周设计题目四；设计题目六；设计题目七；设计题目八。完成设计报告，开始验收。召开课程设计总结交流会。总结交流学生在课程设计中具有特色的算

25、法设计思想和调试程序方法。指导教师（师傅）姓名吴成茂职务或职称高级工程师指导教师（师傅）对学生的评价学习态度 认真 一般 不认真学习纪律 全勤 偶尔缺勤 经常缺勤实践能力 很强 一般 较差指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见指导教师（师傅）签字 年 月 日 西安邮电大学电子工程学院专业课程设计成绩鉴定表学生姓名*班级/学号*进行时间*年*月*日 *年*月*日成绩鉴定实习内容（20分）与计划任务或毕业设计结合程度（10分）与专业结合程度（6分）其它（4分）实习单位评价（20分）实践能力（10分）实习态度（6分）实习纪律（4分）成果鉴定（60分） 成果内容与实习单位业务紧密结合（10分）成果内容与实际应用紧密结合（10分）成果内容与毕业设计紧密结合（10分）报告质量(结构、规范、逻辑、图表、中英文献资料、字数等 30分)评阅教师姓名吴成茂职称高级工程师实习成绩评语 评阅教师签字 年 月 日