數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子版

1、云南大學(xué)信息學(xué)院 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告PAGE PAGE 12實(shí)驗(yàn)七 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室名稱：2304 實(shí)驗(yàn)時(shí)間:2016.12.3姓 名： 學(xué)號(hào): 專業(yè):通信 指導(dǎo)教師：陶大鵬成績(jī)教師簽名： 年 月 日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握數(shù)字巴特沃斯濾波器的設(shè)計(jì)原理和步驟。2.進(jìn)一步學(xué)習(xí)用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的原理及其設(shè)計(jì)步驟。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)書習(xí)題:Q7.1 Q7.2 Q7.5 Q7.6 Q7.20 Q7.23 Q7.24 Q7.25 Q7.27三、實(shí)驗(yàn)器材及軟件1. 筆記本電腦1臺(tái)MATLAB 7.0軟件四.實(shí)驗(yàn)原理 1.學(xué)習(xí)估計(jì)巴特沃茲濾波器的階數(shù)的MATLAB命令。 2.因果無限沖激響應(yīng)

2、和有限沖激響應(yīng)傳輸函數(shù)的結(jié)構(gòu)表示法，的基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器。 3.運(yùn)用理論課知識(shí)求解問題。五、實(shí)驗(yàn)步驟根據(jù)實(shí)驗(yàn)題目要求進(jìn)行分析；2. 運(yùn)用所學(xué)知識(shí)用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)題目要求；3. 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。六、實(shí)驗(yàn)記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形、程序等）7.1：N1,Wn1=buttord(0.1,0.2,0.5,40)N2,Wn2=cheb1ord(0.1,0.2,0.5,40)N3,Wn3=cheb2ord(0.1,0.2,0.5,40)N4,Wn4=ellipord(0.1,0.2,0.5,40)N1 =8 Wn1 =0.1151 N2 =5 Wn2 =0.1000N3 =5 Wn3 =0.2

3、000N4 =4 Wn4 =0.1000（1）使用這些值得到巴特沃斯低通濾波器最低階數(shù)N=8，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.1151.（2）使用這些值得到切比雪夫1型低通濾波器最低階數(shù)N=5，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.1000.（3）使用這些值得到切比雪夫2型低通濾波器最低階數(shù)N=5，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.2000.（4）使用這些值得到橢圓低通濾波器最低階數(shù)N=4，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.1000.從以上結(jié)果中觀察到橢圓濾波器的階數(shù)最低，并且符合要求7.2：N1,Wn1=buttord(0.3,0.17,1,50)N2,Wn2=cheb1ord(0.3,0.17,1,

4、50)N3,Wn3=cheb2ord(0.3,0.17,1,50)N4,Wn4=ellipord(0.3,0.17,1,50)N1 =11 Wn1 = 0.2754N2 = 6 Wn2 =0.3000N3 = 6 Wn3 =0.1700N4 = 5 Wn4 = 0.3000（1）使用這些值得到巴特沃斯低通濾波器最低階數(shù)N=11，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.2754.。（2）使用這些值得到切比雪夫1型低通濾波器最低階數(shù)N=6，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.3000。（3）使用這些值得到切比雪夫2型低通濾波器最低階數(shù)N=6，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.1700.。（4）使用這些值得到橢圓

5、低通濾波器最低階數(shù)N=5，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.3000.。從以上結(jié)果中觀察到橢圓濾波器的階數(shù)最低，并且符合要求7.5：Ws = 0.4 0.6; Wp = 0.2 0.8; Rp = 0.4; Rs = 50;N1, Wn1 = buttord(Wp, Ws, Rp, Rs); num,den = butter(N1,Wn1,stop); disp(分子系數(shù)是 );disp(num);disp(分母系數(shù)是 );disp(den);g, w=gain(num, den);h=freqz(num, den, w);gd,w1=grpdelay(num,den);plot(w/pi,g)

6、gridaxis(0 1 -60 5);xlabel(omega?/pi);ylabel(增益dB);title(Gain?Response of a?Butterworth Bandstop Filter);pauseplot(w/pi,unwrap(angle(h);gridtitle(Phase?Spectrum?argH(ejomega)xlabel(omega?/pi);ylabel(Phase?in?radians);pauseplot(w1/pi,unwrap(gd);gridtitle(Delay?Characteristic)xlabel(omega?/pi);ylabel(

7、Group?Delay);分子系數(shù)是 Columns 1 through 10 0.0493 0.0000 0.2465 0.0000 0.4930 0.0000 0.4930 0.0000 0.2465 0.0000 Column 11 0.0493分母系數(shù)是 Columns 1 through 10 1.0000 0.0000 -0.0850 0.0000 0.6360 0.0000 -0.0288 0.0000 0.0561 0.0000 Column 11 -0.0008 7.6：Ws = 0.4 0.6; Wp = 0.2 0.8; Rp = 0.4; Rs = 50;N1, Wn1

8、 = buttord(Wp, Ws, Rp, Rs); num,den = cheby1(N1,Rp,Wn1,stop)disp(分子系數(shù)是 );disp(num);disp(分母系數(shù)是 );disp(den);g, w=gain(num, den);h=freqz(num, den, w);gd,w1=grpdelay(num,den);plot(w/pi,g)gridaxis(0 1 -60 5);xlabel(omega?/pi);ylabel(Gain?in?dB);title(Gain?Response?of?a?Butterworth?Bandstop?Filter);pausep

9、lot(w/pi,unwrap(angle(h);gridtitle(Phase?Spectrum?argH(ejomega)xlabel(omega?/pi);ylabel(Phase?in?radians);pauseplot(w1/pi,unwrap(gd);title(Delay?Characteristic)xlabel(omega?/pi);ylabel(Group?Delay);分子系數(shù)是 Columns 1 through 10 0.0276 0.0000 0.1379 0.0000 0.2757 0.0000 0.2757 0.0000 0.1379 0.0000 Colum

10、n 11 0.0276分母系數(shù)是 Columns 1 through 10 1.0000 0.0000 -0.9675 -0.0000 1.4401 0.0000 -0.9537 0.0000 0.5123 -0.0000 Column 117.20：Ft=10000;Fp=2000;Fs=2500;dev=0.005 0.005;fedge=Fp Fs;aval=1 0;N,Wn,beta,ftype=kaiserord(fedge,aval,dev,Ft);b=fir1(N,Wn);g, w=gain(b,1);h=freqz(b,1,w);plot(w/pi,g);gridxlabel(

11、omega?/pi);ylabel(Gain?in?dB);title(Gain);pauseplot(w/pi,unwrap(angle(h);gridtitle(Phase?Spectrum?argH(ejomega)xlabel(omega?/pi);ylabel(Phase?in?radians);移除跳變后的相位。7.23：w1=kaiser(184,4.6);b=fir1(183,0.31,w1);g,w=Gain(b,1);h=freqz(b,1,w);plot(w/pi,g);gridxlabel(omega?/pi);ylabel(Gain?in?dB);title(Gain

12、);pauseplot(w/pi,unwrap(angle(h);gridtitle(Phase?Spectrum?argH(ejomega)xlabel(omega?/pi);ylabel(Phase?in?radians);由圖可知，該濾波器的設(shè)計(jì)滿足指標(biāo)。7.24：Wp=0.31;Ws=0.41;As=50;Ds=10(-As/20);F=Wp Ws;A=1 0;DEV=Ds Ds;N,Wn,BTA,Ftype=kaiserord(F,A,DEV);Win=kaiser(N+1,BTA);h=fir1(N,Wn,Ftype,Win);disp(Numerator?Coefficients

13、?are?);disp(h);g,w=gain(h,1);figure(1);plot(w/pi,g);grid;axis(0 1 -80 5);xlabel(omega?/pi);ylabel(Gain?in?dB);title(Gain?Response);w2=0:pi/511:pi;Hz=freqz(h,1,w2);figure(2);Phase=angle(Hz);plot(w2/pi,Phase);grid;xlabel(omega?/pi);ylabel(Phase?(rad);title(Phase?Response);figure(3);UPhase=unwrap(Phase

14、);plot(w2/pi,UPhase);grid;xlabel(omega?/pi);ylabel(Unwrapped?Phase?(rad);title(Unwrapped?Phase?Response);從圖中可以看出設(shè)計(jì)的濾波器滿足要求。7.25fpts=0 0.25 0.3 0.45 0.5 1;mval=0.4 0.4 1 1 0.8 0.8;b=fir2(95,fpts,mval);h=freqz(b,1,w);plot(w/pi,abs(h);gridtitle(Amplitude?response)xlabel(omega?/pi);ylabel(Amplitude);從幅度

15、響應(yīng)中可以看出，此濾波器滿足指標(biāo)。7.27fedge=1500 1800 3000 4200;aval=0 1 0;dev=0.1 0.02 0.1;FT=12000;N Wn Beta ftype=kaiserord(fedge,aval,dev,FT);fpts=fedge/FT;fpts=0 fpts 1;mval=0 1 0 0 1 0;b=remez(N,fpts,mval);b=fir1(N,Wn);g,w=gain(b,1);h=freqz(b,1,w);plot(w/pi,g);gridxlabel(omega?/pi);ylabel(Gain?in?dB);title(Gai

16、n);觀察上圖可知，其阻帶波紋過大，不符合題意。 七、實(shí)驗(yàn)思考題及解答7.1答：（1）使用這些值得到巴特沃斯低通濾波器最低階數(shù)N=8，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.1151.（2）使用這些值得到切比雪夫1型低通濾波器最低階數(shù)N=5，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.1000.（3）使用這些值得到切比雪夫2型低通濾波器最低階數(shù)N=5，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.2000.（4）使用這些值得到橢圓低通濾波器最低階數(shù)N=4，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.1000.從以上結(jié)果中觀察到橢圓濾波器的階數(shù)最低，并且符合要求。7.2答：（1）使用這些值得到巴特沃斯低通濾波器最低階數(shù)N=11，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.2754.。（2）使用這些值得到切比雪夫1型低通濾波器最低階數(shù)N=6，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.3000。（3）使用這些值得到切比雪夫2型低通濾波器最低階數(shù)N=6，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.1700.。（4）使用這些值得到橢圓低通濾波器最低階數(shù)N=5，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)通帶邊緣頻率Wn是0.3000.。從以上結(jié)果中觀察到橢圓濾波器的階數(shù)最低，并且符合要求。7.20答：是移除跳變后的相位。7.23答：