通信工程畢業論文開題報告

時間：2024-09-08 04:07:52 開題報告我要投稿

通信工程畢業論文開題報告模板

　　開題報告既是規范本科生畢業論文工作的重要環節，下面是小編搜集整理的通信工程畢業論文開題報告模板，供大家閱讀參考。

通信工程畢業論文開題報告模板

　　題目：基于Matlab的FIR濾波器組設計方法研究

　　一、選題的依據及意義：

　　所謂數字信號處理技術是指運用數值計算的方法對信號進行分析、變換、綜合、估值與識別等的處理。隨著電子技術和電子計算機技術的發展?數字信號處理技術受到了越來越廣泛的關注?數字信號處理的理論和技術也在不斷豐富和完善?新的理論和新技術層出不窮。可以說?數字信號處理是發展最快、應用最廣泛、成效最顯著的新科學之一?目前已廣泛地應用在語音、雷達、聲納、地震、圖像、通信、控制、生物醫學、遙感遙測、地質勘探、航空航天、故障檢測、自動化儀表等領域。數字濾波器是數字信號處理中的重要組成部分之一?在數字信號處理中?數字濾波占有極其重要的地位。濾波器可以分為IIR濾波器和FIR濾波器兩大類?IIR濾波器并不能得到嚴格的線性相位特性?因此在許多實際應用中為了得到線性相位特征?還必須另外增加相位校正網絡?使濾波器設計變得復雜?成本也高?而FIR濾波器在保證幅度特性滿足技術要求的同時?還可以很容易的做到有嚴格的線性相位特性。它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴格的線性相頻特性?同時其單位抽樣響應是有限長的?因而濾波器是穩定的系統。因此?FIR濾波器在通信、圖像處理、模式識別等領域都有著廣泛的應用。目前對數字濾波器的設計有多種方法?其中著名的Matlab軟件包?功能強大、使用方便。傳統的數字濾波器的設計過程復雜?計算工作量大?濾波特性調整困難?影響了它的應用。利用Matlab信號處理工具箱可以快速有效的設計由軟件組成的常規數字濾波器?可以隨時對比設計要求和濾波器特性調整參數?直觀簡便?極大的減輕了工作量?有利于濾波器設計的最優化

　　在許多數字信號處理系統中，如語音或音頻信號處理中，有限沖激響應(FIR)濾波器是最常用的組件之一，它完成信號預調、頻帶選擇和濾波等功能。FIR濾波器雖然在截止頻率的邊沿陡峭性能上不及無限沖激響應(IIR)濾波器，但是卻具有嚴格的線性相位特性，穩定性好，能設計成多通帶(或多阻帶)濾波器組，所以能夠在數字信號處理領域得到廣泛的應用。

　　Matlab是mathswork公司推出的一套高性能的數值計算和可視化軟件，它集數值分析、信號運算、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，具有很強的繪圖功能。利用它自帶的豐富的函數和信號處理工具箱，可以很方便地設計和仿真FIR濾波器組。

　　二、國內外研究概況及發展趨勢(含文獻綜述)：

　　隨著集成電路技術的發展，各種新型的大規模和超大規模集成電路不斷涌現集成電路技術與計算機技術結合在一起，使得對數字信號處理系統功能的要求越來越強。數字濾波在語音信號、圖象處理、模式識別和譜分析等領域中的一個基本的處理技術。數字濾波與模擬濾波相比數字濾波具有很多突出的優點，主要是因為數字濾波器是過濾時間離散信號的數字系統，它可以用軟件(計算機程序)或用硬件來實現，而且在兩種情況下都可以用來過濾實時信號或非實時信號。盡管數字濾波器這個名稱一直到六十年代中期才出現，但是隨著科學技術的發展及計算機的更新普及，數字濾波器有著很好的發展前景。20世紀60年代起，由于計算機技術、集成工藝和材料工業的發展，濾波器的發展上了一個新臺階，朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩定可靠和價廉等方向努力，其中高精度、小體積、多功能、穩定可靠成為70年代以后的主攻方向，導致數字濾波器、RC有源濾波器、開關電容濾波器和電荷轉移器等各種濾波器的飛速發展。到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成己被研制出來并得到應用，90年代至現在主要致力于把各類濾波器應用于各類產品的開發和研制。當然，對濾波器本身的研究仍在不斷進行。

　　2 國外數字濾波器發展歷史及研究成果

　　數字濾波有線性濾波和非線性濾波。線性濾波是指卷積濾波?又分為頻域濾波和時域濾波?在實域中根據濾波方式又分為遞歸濾波和遞歸濾波。非線性濾波主要是指同態濾波?它是用取對數的方法將非線性問題線性化。近些年?線性濾波方法?如Wiener濾波、Kalman濾波和自適應濾波得到了廣泛的研究和應用。同時一些非線性濾波方法?如小波濾波、同態濾波、中值濾波和形態濾波等都是現代信號處理的前沿課題?不但有重要的理論意義?而且有廣闊的應用前景。Wiener濾波是最早提出的一種濾波方法?當信號混有白噪聲時?可以在最小均方誤差條件下得到信號的最佳估計。但是?由于求解Wiener-Hoff方程的復雜性?使得Wiener濾波實際應用起來很困難?不過Wiener 濾波在理論上的意義是非常重要的?利用Wiener濾波的純一步預測?可以求解信號的模型參數?進而獲得著名的Levinson算法[2]。 Kalman濾波是20 世紀60 年代初提出的一種濾波方法。與Wiener濾波相似?它同樣可以在最小均方誤差條件下給出信號的最佳估計。所不同的是?這種濾波技術在時域中采用遞推方式進行?因此速度快?便于實時處理?從而得到了廣泛的應用。Kalman濾波推廣到二維?可以用于圖象的去噪。當假設Wiener濾波器的單位脈沖響應為有限長時?可以采用自適應濾波的方法得到濾波器的最佳響應。由于它避開了求解Wiener-Hoff方程?為某些問題的解決帶來了極大的方便闊。小波濾波就是利用信號和噪聲的目的。同態濾波主要用于解決信號和噪聲之間不是相加而是相乘關系時濾波問題。另外?當信號和噪聲之間為卷積關系的時候?在一定條件下可以利用同態濾波把信號有效地分離開來?由同態濾波理論引申出的復時譜也成為現代信號處理中極為重要的概念.Wiener濾波、Kalman濾波和自適應濾波都是線性濾波?線性濾波的最大缺點就是在消除噪聲的同時?會造成信號邊緣的模糊。中值濾波是20世紀70年代提出的一種非線性濾波方法?它可以在最小絕對誤差條件下?給出信號的最佳估計。這種濾波方法的優點?就是能夠保持信號的邊緣不模糊。另外它對脈沖噪聲也有良好的清除作用。形態濾波是建立在集合運算上的一種非線性濾波方法?它除了用于濾除信號中的噪聲外?還在圖象分析中發揮了重要的作用. 關于數字濾波器理論研究的發展也帶來了數字濾波器在實現上的空前發展。 20世紀60年代起?由于計算機技術、集成工藝和材料工業的發展?濾波器的發展上了一個新臺階?朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩定可靠和價廉等方向努力?其中高精度、小體積、多功能、穩定可靠成為70年代以后的主攻方向?導致數字濾波器、RC有源濾波器、開關電容濾波器和電荷轉移器等各種濾波器的飛速發展。到70年代后期?上述幾種濾波器的單片集成己被研制出來并得到應用?90年代至現在主要致力于把各類濾波器應用于各類產品的開發和研制。當然?對濾波器本身的研究仍在不斷進行

　　目前?國外有許多院校和科研機構在研究基于FPGA的DSP應用?比較突出的有Denmark大學的研究小組正在從事FPGA實現數字濾波器的研究。由于FPGA實現乘法器有困難?因此他們重點研究開發無乘法的濾波器算法。加州大學洛杉磯分校的研究小組采用運行時重構技術開發了一種視頻通訊系統?該系統用一片FPGA可每幀重構四次完成視頻圖像壓縮和傳送的操作。此外?他們還在進行Mojave項目的開發工作?力圖采用運行時重構技術來實現自動目標識別應用[3]。

　　國內數字濾波器發展歷史及研究成果

　　我國在DSP技術起步較早?產品的研究開發成績斐然?基本上與國外同步發展?而在FPGA方面起步較晚。全國有100來所高等院校從事DSP&FPGA的教學和科研?除了一部分DSP芯片需要從國外進口外?在信號處理理論和算法方面?與國外處于同等水平.而在FPGA信號處理和系統方面?有了喜人的進展?正在進行與世界先進國家同樣的研究.如?西北工業大學和國防科學技術大學的ATR實驗室采用了FPGA可重構計算系統進行機載圖像處理和自動目標識別?主要是利用該系統進行復雜的卷積運算?同時利用它的可變柔性來達到自適應的目的。北京理工大學研究利用FPGA提高加解密運算的速度?等等

　　國內外數字濾波器研究動態與趨勢

　　數字濾波器精確度高?使用靈活?可靠性高?具有模擬設備沒有的許多優點?已廣泛地應用與各個科學技術領域?例如數字電視?語音?通信、雷達、聲納、遙感、圖像、生物醫學以及許多工程應用領域。隨著信息時代數字時代的到來?數字濾波技術已經成為一門及其重要的科學和技術領域[5]。以往的濾波器大多采用模擬電路技術?但是模擬電路技術存在很多難以解決的問題?而采用數字則避免很多類似的難題?當然數字濾波器在其他方面也有很多突出的優點都是模擬技術所不能及的?所以采用數字濾波器對信號進行處理是目前的發展方向。數字濾波在通信。圖像編碼?語音編碼?雷達等許多領域有著十分廣泛的應用。目前?數字信號濾波器的設計在圖像處理?數據壓縮等方面的應用取得了令人矚目的進展和成就。近年來迅速發展[6]。

　　三、研究內容及實驗方案：

　　1研究內容

　　3.1 FIR濾波器組的設計

　　用窗函數法設計FIR濾波器組的基本思路為: (1)根據所要求的分析頻率范圍和頻率分辨率選擇一組分析頻率ωk及相對應的原型理想低通濾波器的截止頻率ωck(k=0，1，…，L-1)，L為濾波器組的通道數，得出理想帶通濾波器組的復合頻率響應。(2)用窗函數法近似實現各個理想帶通濾波器。實際的復合頻率響應等于理想復合頻率響應與設計窗的頻率特性的卷積。在用窗函數法設計FIR濾波器時，還需要知道通帶內的紋波幅度δ，它可以根據阻帶衰減量As的要求來確定，通常的典型值為

　　As=-20lgδ=40∽60 (3)

　　如果選擇Kaiser窗，參數β的計算公式為

　　當As >50時，β=0.1102(As-8.7);

　　當21

　　濾波器的階數為

　　M=(As-7.95)/14.36△F+1 (5)

　　式中△F是歸一化過渡帶寬，即△F=△f•T，而

　　△f=△ω/2π (6)

　　過渡帶寬△ω的選擇根據對每個濾波器的頻率分辨率要求來決定，必須滿足限制條件

　　△ωk<2ωck (7)

　　如果各通道采用相同的設計窗，保證中心頻率及帶寬的選擇能覆蓋-π到π頻率范圍(不管濾波器的中心頻率和帶寬如何分布)，那么最終得到的實際復合響應一定是理想的，即具有平坦幅度和線性相位。

　　在數字語音處理中，語音信號取樣頻率f s=9.6kHz，頻譜分析范圍為200Hz到3200Hz，設計一FIR帶通濾波器組，使阻帶內衰減為60dB。選取濾波器通道數L=15，均勻分布，則理想的原型低通濾波器的截止頻率為

　　f c=(3200-200)/(2x15)=100Hz

　　中心頻率為

　　f k =(200k+100)Hz, k=1,2,…,15

　　采用Kaiser窗函數設計，要求δ=10-3，取As=-20lgδ=60，則由式(4)、(5)、(6)和(7)可計算出相應的參數為

　　β=0.1102(As-8.7)=5.65326

　　△f<2f c=200Hz

　　△F<△f•T=200Hz/9600Hz

　　M=(As-7.95)/14.36△F+1≈175

　　則帶通濾波器組的實際復合沖激響應為

　　h(n)=w(nd) δ(n-nd)

　　其中延時nd =(M-1)/2=87

　　3.2 Matlab仿真

　　在Matlab平臺上進行FIR濾波器組的仿真主要有兩種途徑：一是基于數據流的仿真，一是基于時間流的仿真。基于數據流的仿真是用Matlab函數以命令行的形式實現，在仿真過程中不能改變初始數據或仿真參數，若想改變只有終止仿真重新操作。基于時間流的仿真是用動態仿真工具Simulink來實現，它提供了很多模塊庫，只需將所需模塊調出進行連接即可，初始數據或仿真參數在仿真過程中可以改變，以便動態地觀察系統隨之引起的變化。

　　兩種方法相比較而言，基于數據流的仿真有較高的靈活性，對一些特殊的功能模塊，由于有Matlab大量函數的支持，用軟件編程實現比較容易。而Simulink提供的模塊庫雖然也很多，但仍然不能滿足通信系統的要求，有一定的限制。因此，我們用函數編程來仿真。對前面提到的數字語音處理中的FIR帶通濾波器組用Matlab進行仿真，根據系統所給參數編

　　3 實驗方案

　　1. 首先閱讀廣泛資料?對FIR濾波器的定義、設計方法做一下介紹?分析FIR低通濾波器的研究意義及作用。

　　2. Matlab作為工作平臺和開發工具?熟悉Matlab軟件程序設計的基本原理和實驗環境?實現仿真。

　　3. 針對FIR低通濾波器的濾波基本原理進行研究?查閱相關資料書籍。并利用窗函數的設計方法進行濾波設計?并運用Matlab進行模擬仿真。

　　四、目標、主要特色及工作進度

　　1目標

　　主要研究基于Matlab的FIR濾波器。具體是采用窗函數設計法、頻率采樣法、等波紋逼近法進行設計，并用Matlab軟件編寫程序進行仿真。

　　1?研究FIR濾波器的定義、分類、應用以及設計方法。

　　2?了解FIR濾波器窗函數的設計方法及原理。

　　3?了解FIR濾波器頻率采樣的設計方法及原理。

　　4?確定濾波器的技術指標，并進行Matlab仿真。

　　結合上述內容，設計編程，完成利用Matlab軟件設計FIR低通濾波器并進行仿真優化。通過設計編程，加深對知識的理解和運用