通信系统的计算机模拟第六讲ppt课件.ppt

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1、第五讲回顾带通信号低通仿真模型复包络：频域，同相和正交分量的谱能量与功率随机带通信号的正交模型随机复包络信号的若干结论信噪比与系统的低通仿真模型线性时不变系统多载波信号非线性与时变系统1第五章滤波器模型与仿真方法滤波器是组成通信系统的许多子系统中的重要部分这些滤波器中的许多是模拟的，为了便于仿真，必须将它们映射为合适的等价数字滤波器近似并且都会在仿真结果中引入误差根据定义，滤波器具有频率选择性，并且具有有限时间冲激响应或者无限时间冲激响应。由于滤波器具有频率选择性，它们引入了记忆???，而由于这

2、种记忆，需要滤波器过去的输入和/或输出来计算给定时刻的滤波器输出。因此，滤波器需要存储，而存储和恢复采样值会大大地增加仿真程序的计算量，反过来，这又增加了仿真程序的运行时间，因此，我们寻求较好的仿真结构以获得减少计算量的算法。不是滤波器设计25.1概述数字滤波器的经典综合方法通常都是基于模拟滤波器原型之上的仿真模型所要求的数字滤波器的设计，从模拟滤波器的S（拉普拉斯）域传递函数着手，来寻求等价的数字滤波器，等价于模拟原型的数字滤波器。基本方法是基于时域判据或频域判据来衡量其等价性。通过要求数字滤波

3、器的输出与作为设计基础的模拟原型的采样输出相匹配，来运用时域判据进行滤波器的设计。“冲激不变法”是使数字滤波器的冲激响应与模拟原型的冲激响应的采样相匹配的一种设计方法对于阶跃不变数字滤波器，数字滤波器的阶跃响应则与对应的模拟原型滤波器阶跃响应的采样相匹配。模拟原型和得到的数字滤波器在时域上是等价的，它们在频域上也近似等价。（采样频率混叠）3双线性z变换最常用方法：双线性z变换：模拟原型（双线性z变换）数字等价模型它允许对频率响应上的点进行匹配，使得模拟原型和所得数字滤波器在某些指定频率值上具

4、有相同的频率响应（包括幅度和相位）。双线性变换法以引入非线性频率畸变（Warping）为代价消除了混叠误差。4IIRandFIR基于模拟原型的综合方法给出无限时间冲激响应（infinite-durationimpulseresponse,IIR）数字滤波器。原因：模拟滤波器的冲激响应会渐近趋于零，严格地讲，这种冲激响应在持续时间上是无限长的。为获得用于仿真程序的有限时间冲激响应（finite-durationimpulseresponse,FIR）数字滤波器，由标准IIR设计方法所产生的冲激响应可

5、能需要截短（truncate）。通过在FIR滤波器的冲激响应中包含足够多的项数，由截短引起的误差可以降低到一个允许的水平下。5Pure数字滤波器数字滤波器的一个重要特性是，在没有对应的模拟滤波器时也可设计数字滤波器。允许近似给定的幅度响应，但要保持一个完全线性的相位响应，这种滤波器为FIR滤波器，可通过横向延时线（TransversalDelayLine,TDL）结构实现。这种滤波器有多种设计方法，最基本的方法是将以采样频率为周期的期望幅度响应展开成为傅里叶级数，所得傅里叶级数的系数就确定了数字滤

6、波器的冲激响应。这是频率采样的一个例子——因为在各频率点上对期望频率响应进行“采样”，对这些频率采样点进行傅里叶反变换（IFFT）之后，就获得了滤波器的冲激响应。将滤波器的输入信号与冲激响应进行卷积运算，实现了仿真滤波器模型并且获得了滤波器的输出信号。6数字滤波器分类75.2IIR与FIR滤波器数字滤波器通常根据冲激响应的持续时间分为IIR滤波器和FIR滤波器。和冲激响应分类紧密联系的是滤波器的实现或结构。85.2.1IIR滤波器数字滤波器：计算过去的N个输出采样点y[n-k](1kN）、当前

7、的输入采样点x[n]，以及过去的N个输入采样点x[n-k]](1kN)的加权和作为当前的输出采样点。任何权值ak或bk(k0)具有非零值，处理器就会有记忆，因而具有频率选择性，我们称之为“滤波器”。在时变系统中，其中的一个或多个权值还会是序数n的函数。对（5-1）式两边进行Z变换，可以得到传递函数H（z）。记住z变换是一种线性运算，和的z变换等于z变换的和，k个采样周期的延时等价于乘以因子z-k。（5-1）9由上式得传递函数为此即线性时不变滤波器的传递函数的一般形式（5-2）（5-3）10滤

8、波器的冲激响应以及频率响应冲激响应（记为h[n]）是传递函数H（z）的逆变换，用exp(j2πfT)替代传递函数中的变量，就可得频率响应。数字滤波器的冲激响应记作h[n]，只要令x（n)=δ(n)就可得到它。（5-4）（5-5）11WhyIIR由于式（5-1）的递归性(y[n]是y[n-1]的函数），冲激响应通常是无限长的，IIR滤波器。冲激响应h[n]是序数n的离散函数，而频率响应是连续变量f的连续函数。125.2.2FIR滤波器对于k≥1有ak=0,则得到FIR滤波器。FIR数