滚降系数 脉冲成形滤波器
脉冲成形滤波器的设计
分类号论文选题类型U D C 编号本科毕业论文（设计）题目脉冲成形滤波器的设计院（系）物理科学与技术学院专业电子信息科学技术年级2007级学生姓名张力学号2007213154指导教师楚育军二○一一年五月华中师范大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的研究成果。
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（请在以上相应方框内打“√”）学位论文作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日目录内容摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key Words (1)1．引言 (2)2．基带脉冲成形滤波的基本原理和设计方法 (3)2.1基本原理 (3)2.2 Matlab设计与仿真 (5)3．基带脉冲成形滤波器的FPGA实现方法 (8)3.1查表法基本原理 (8)3.2实现结构 (8)3.3 quartus仿真结果 (10)4．结论 (11)参考文献 (11)致谢 (12)内容摘要：基带成形滤波器是全数字调制器的重要组成部分之一。
成形滤波运算是调制过程中运算量较大的部分，高效的实现成形滤波对提升调制器的性能有着重要的意义。
本文首先介绍基带脉冲成形滤波器的基本原理，然后介绍采用Matlab设计成形滤波器的方法和仿真结果，最后给出使用查找表在FPGA上实现基带脉冲成形滤波器的设计方法。
脉冲成型滤波器及matlab仿真
脉冲成型滤波器matlab仿真脉冲型滤波器用成型脉冲即数字1用矩形脉冲表示用升余弦脉冲或高斯脉冲表示主要用于基带数据处理。
在数字通信系统中，基带信号进入调制器前，波形是矩形脉冲，突变的上升沿和下降沿包含高频成分较丰富，信号的频谱一般比较宽。
从本质上说，脉冲成形就是一种滤波。
数字通信系统的信号都必须在一定的频带内，但是基带脉冲信号的频谱是一个Sa函数，在频带上是无限宽的，单个符号的脉冲将会延伸到相邻符号码元内产生码间串扰，这样就会干扰到其他信号，这是不允许的。
为了消除干扰，信号在发射之前要进行脉冲成形滤波，把信号的频率约束在带内。
因此在信道带宽有限的条件下，要降低误码率，提升信道频带利用率，需要在信号传输前，对其进行脉冲成形处理，改善其频谱特，产生适合信道传输的波形。
符号/秒代表单位波特（Baud），波特率是符号信息的比特率。
一般的脉冲成型是要过采样的，不然没有意义，因为成型滤波会扩展带宽，过采样是为了减少频谱混叠。
常用的脉冲成型滤波器有RC成型（升余弦）、Gaussian成型等。
Matlab作为一个强大的仿真工具，在通信信号处理中有着广泛的应用。
新版的Matlab （2014a）中关于滤波器设计，很多API都做了更新，下面个根据文档仿真和对比几个成型滤波器。
早些版本的firrcos函数用来设计升余弦滤波器的函数，现在已经更改成了rcosdesign 函数。
例如：设计一个16阶升余弦滤波器，载波频率Fc = 1KHz，滚降系数0.25，采样率为8KHz。
N = 16;Fc = 1000;R = 0.25;Fs = 8000;h = firrcos(N, Fc, R, Fs, 'rolloff', 'normal');figure();plot(h)下图是滤波器的抽头系数，阶数为16共有17个抽头。
如果用rcosdesign函数来设计这个滤波器，那么要用下面的调用方法来实现。
什么是滚降系数？为什么要采用脉冲成形滤波器？(
什么是滚降系数？为什么要采用脉冲成形滤波器？Post By：2008-5-30 15:51:15数字信号在传输过程中受到叠加干扰与噪声，从而出现波形失真。
瑞典科学家哈利?奈奎斯特在1928 年为解决电报传输问题提出了数字波形在无噪声线性信道上传输时的无失真条件，称为奈奎斯特准则，其中奈奎斯特第一准则是抽样点无失真准则，或无码间串扰（ISIFree）准则，是关于接收机不产生码间串扰的接收脉冲形状问题。
对于基带传输系统，要到达吴码间串扰，系统传输函数H(f) 是单边带宽为1/2T 的矩形函数（理想奈奎斯特滤波器），其时域波形为h(t)=sinc(t/T)，称为理想奈奎斯特脉冲成形，它们的波形和表达式如下图所示。
此主题相关图片如下未命名.jpg：从中可以看出，理想奈奎斯特滤波系统（保证无码间串扰）的传输函数形状为矩形，其脉冲响应为无限长，显然该脉冲成形滤波器在物理上是不可实现的，只能近似，称为奈奎斯特滤波器和奈奎斯特脉冲。
奈奎斯特滤波器的频率传输函数可以表示为矩形函数和任意一个实偶对称频率函数的卷积；奈奎斯特脉冲可以表示为sinc(t/T) 函数与另一个时间函数的乘积。
因此，奈奎斯特滤波器以及相应的奈奎斯特脉冲为无穷多个，其中，常用的是升余弦成形滤波器，如下图所示，其中α称为滚降系数。
由于滚降系数α的存在，在无码间串扰条件下所需带宽W 和码元传输速率Rs 的关系一般为：此主题相关图片如下未命名.jpg：从升余弦的表达式和图中可以看到，当α＝0时，就是理想奈奎斯特滤波器，此时的传输带宽是理想奈奎斯特滤波器的最小带宽，但当α>0 时，系统传输带宽就超过了奈奎斯特最小带宽，这时码率速率Rs 就小于小于2 倍带宽，如果解调器在每个码元间隔内仅做一次采样，那么会因为采样点太少而不能可靠恢复模拟波形，产生失真。
但是数字通信系统不需要恢复模拟波形，只需要在取样时刻无码间串扰就行，而升余弦系列滤波器在取样时刻具有无码间串扰特性。
基带脉冲成形滤波器
基带脉冲成形滤波器一基本原理基带脉冲成形滤波器实际上是一个内插滤波器上图为一内插器，内插M（码元间差M-1个0），增加数模转换的精度，脉冲成形滤波器h(t),使得码元成形，消除码间干扰，并且能压缩频谱，在基带中h(t)可视为发送滤波器，直接将成形波形发射出去，在频带中经过调制后发射出去。
一般选择发端的脉冲成形滤波器具有根升余弦特性。
升余弦滚降函数为：α=W2/W1为滚降系数。
TS为码元间隔。
二MATLAB仿真Fd=1;Fs=8;Delay=3;R=0.5;[yf,tf]=rcosine(Fd,Fs,'fir',R,Delay);%将原始信号内插后通过升余弦滚降滤波器后的输出figure(1)plot(yf);grid;xlabel('Time');ylabel('Amplitude');title('升余弦滚降滤波器');x=randint(100,1)*2-1;%原始输入信号为+1，-1码xt=zeros(1,800);xt(1:8:end)=x;y=filter(yf,tf,xt);yt=y((size(yf)+1)/2:8:end);figure(2);stem(yt(1:40));title('抽取后输出')grid;figure(3);stem(x(1:40));title('原始信号输出')figure(4)plot(y(1:100));title('滤波后输出')grid;三.硬件实现方法1.用数字滤波器设计脉冲成形滤波器时关键是抽头系数的确定，可以根据h(t)采样得到。
方法2.利用MATLAB中的FDATOOL工具对升余弦滚降滤波器进行设计。
附：用FPGA实现的波形如下：y = fmmod(x,Fc,Fs,freqdev)- y：调制后的输出的时域信号数据；- x：输入的时域数据；- Fc：调制载波频率。
函数完成信号的脉冲成型.doc
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 函数完成信号的脉冲成型％%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %参数说明% X 输入信号序列% nsample 重采样个数% roolfactor 滚降系数[0 1]% mode 滤波器选择% mode二1 矩形脉冲% mode=2 升余弦脉冲% mode二3 平方根升余弦脉冲%函数体delay二3;swi tch modecase 1, y=rectpulse(x, nsample);case 2, rr=rcosine(l, nsample,' f ir/normaT , roolfactor) ;%产生升余弦滤波器yTcosfIt (x，1，nsample,，filtcr^, rr); y=y(nsample^delay+1:end-nsample^delay)，;case 3, rr二rcosine(1, nsample,' sqrt", roolfactor) ;%产生升余弦滤波器y=rcosf 11(X, 1, nsampl e/ fi 11er , rr);y二y (nsample*dcleiy+l: cnd-nsamplc*dcleiy)，；endfunction[y,y_com]=modla(code_num, sample_rate, carrier_frequency, symbol_rate, shape,mode)%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%% 福相调制信号生成程序％% 生成MPSK (M=2, 4, 8), MQAM (M=16, 32, 64, 128), OQPSK, pi/4QPSK% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%函数体[y, y_com]=modla(code_num, M, sample_rate, carrier_frequency, symbol_rate, delay, rool%factor, shape, mode)%参数说明% y输出调制信号序列% y_com 星座图映射序列% code num 码元数口% M 调制阶数% sample_ratc 采样速率% carrierfrequency 载波频率% symbol rate 符号速率% shape 成型脉冲形状% shape二1 矩形脉冲% shapc=2 升余弦脉冲% shape=3 平方根升余弦脉冲% mode 调制体制，有9种形式% mode = 1 BPSK调制% mode = 2 QPSK调制%mode = 3 OQPSK调制%mode = 4 Pi/4QPSK 调制%mode = 5 8PSK调制%mode = 6 16QAM调制%mode = 7 32QAM调制%mode = 8 64QAM调制%mode = 9 128QAM调制%函数体%参数初始化if mode二二1M=2;elseif mode二二2 | inode二二3 | mode==4M二4;el seif mode=5M二8;elseif mode==6M=16;elseif mode==7M 二32;elseif mode==8M=64;elseif mode==9M二128;endx=randint (1, code_num, M);T=1/symbol_rate; % 码元间隔nsample=sample_rate/symbolrate;% 重采样个数t=0:1/sample rate: (code_num/symbol_rate-l/sample_rate) ;%仿真时间序列N二4096;%FFT 点数f=sample_rate* (0: NT) /N;% 频率序列mod=exp(j*2*pi*carrier_frequency*t) ;%调制信号序列%MPSK调制% if shape==2|shape==3% roolfactor=input ('请输入升余弦/平方根升余弦滚降系数'); % endroolfactor=0.5;switch mode%BPSK调制case 1, y_com=pskmod (x, 2) ;%低通复包络映射scatterplot (y_com);switch shapecase 1, yshapc=fil (y_com, nsamplc, roolfactor, 1);case 2, yshape=fil (y_com, nsample, roolfactor, 2);case 3,yshape二fil (y_com, nsample, roolfactor, 3); end y二real(yshape. *mod);%QPSK调制case 2, y_com=pskmod(x, 4) ;%低通复包络映射scattcrplot (y_com);switch shapecase 1,yshape二f订(y_com, nsample, roolfactor, 1);case 2, yshapc=fil (y_com, nsamplc, roolfactor, 2);case 3, yshape=fil (y_com, nsample, roolfactor, 3);endy=real(yshape. *mod);%OQPSK调制case 3, x=randint(1, code_num/2+l, M); scatterplot(y_com); y_com=oqpskmod (x) ;%低通复包络映射y_com=y_com(2:cnd-2);switch shapecase 1,yshape二f订(y_com, nsample, roolfactor, 1);case 2, yshape=fil(y_com, nsample, roolfactor, 2);case 3,yshape二f订(y_com, nsample, roolfactor, 3); end y=rcal (yshapc.*mod);%pi/4QPSK 调制case 4, y_com=pi4QPSK (code_num/4) ;%低通复包络映射scatterplot(y_com);switch shapecase 1,yshape二f订(y_com, nsample, roolfactor, 1); case 2,yshape二fil(y_com, nsample, roolfactor, 2); case 3,yshape二fil(y_com, nsample, roolfactor, 3); end y二real (yshape. *mod);%QPSK调制case 5, y_com=pskmod (x, 8) ;%低通复包络映射scatterplot (y_com);switch shapecase 1, yshapc=fil (y_com, nsamplc, roolfactor, 1);case 2, yshape=fil (y_com, nsample, roolfactor, 2);case 3,yshape二fil (y_com, nsample, roolfactor, 3); end y=real(yshape.*mod);%16QAM调制case 6, y_com=qammod(x, 16) ;%低通复包络映射scattcrplot (y_com);switch shapecase 1,yshape二f订(y_com, nsample, roolfactor, 1); case 2,yshapc=fil (y_com, nsamplc, roolfactor, 2); case 3,yshape=fil (y_com, nsample, roolfactor, 3);end y=rcal (yshapc. *mod);%32QAM调制case 7, y_com=qammod(x, 32) ;%低通复包络映射scatterplot(y_com);switch shapecase 1,yshape二f订(y_com, nsample, roolfactor, 1); case 2,yshape二fil(y_com, nsample, roolfactor, 2); case 3,yshape二fil(y_com, nsample, roolfactor, 3); end y二real (yshape. *mod);%64QAM调制case & y_com=qammod(x, 64) ;%低通复包络映射scatterplot (y_com);switch shapecase 1, yshapc=fil (y_com, nsamplc, roolfactor, 1);case 2, yshape=fil (y_com, nsample, roolfactor, 2);case 3,yshape二fil (y_com, nsample, roolfactor, 3); end y=real(yshape.*mod);%128QAM 调制case 9, y_com=qammod(x, 128) ;%低通复包络映射scattcrplot (y_com);switch shapecase 1,yshape二f订(y_com, nsample, roolfactor, 1); case 2,yshapc=fil (y_com, nsamplc, roolfactor, 2); case 3,yshape=fil (y_com, nsample, roolfactor, 3); end y=real(yshape.*mod);end。
滚降系数 脉冲成形滤波器
什么是滚降系数？为什么要采用脉冲成形滤波器？数字信号在传输过程中受到叠加干扰与噪声，从而出现波形失真。
瑞典科学家哈利.奈奎斯特在1928 年为解决电报传输问题提出了数字波形在无噪声线性信道上传输时的无失真条件，称为奈奎斯特准则，其中奈奎斯特第一准则是抽样点无失真准则，或无码间串扰（ISIFree）准则，是关于接收机不产生码间串扰的接收脉冲形状问题。
对于基带传输系统，要到达无码间串扰，系统传输函数H(f) 是单边带宽为1/2T 的矩形函数（理想奈奎斯特滤波器），其时域波形为h(t)=sinc(t/T)，称为理想奈奎斯特脉冲成形，它们的波形和表达式如下图所示。
从中可以看出，理想奈奎斯特滤波系统（保证无码间串扰）的传输函数形状为矩形，其脉冲响应为无限长，显然该脉冲成形滤波器在物理上是不可实现的，只能近似，称为奈奎斯特滤波器和奈奎斯特脉冲。
奈奎斯特滤波器的频率传输函数可以表示为矩形函数和任意一个实偶对称频率函数的卷积；奈奎斯特脉冲可以表示为sinc(t/T) 函数与另一个时间函数的乘积。
因此，奈奎斯特滤波器以及相应的奈奎斯特脉冲为无穷多个，其中，常用的是升余弦成形滤波器，如下图所示，其中α称为滚降系数。
由于滚降系数α的存在，在无码间串扰条件下所需带宽W 和码元传输速率Rs 的关系一般为：从升余弦的表达式和图中可以看到，当α＝0时，就是理想奈奎斯特滤波器，此时的传输带宽是理想奈奎斯特滤波器的最小带宽，但当α>0 时，系统传输带宽就超过了奈奎斯特最小带宽，这时码率速率Rs 就小于小于2 倍带宽，如果解调器在每个码元间隔内仅做一次采样，那么会因为采样点太少而不能可靠恢复模拟波形，产生失真。
但是数字通信系统不需要恢复模拟波形，只需要在取样时刻无码间串扰就行，而升余弦系列滤波器在取样时刻具有无码间串扰特性。
因此，仍符合奈奎斯特第一准则，它所实现的频谱效率要比理论最高效率下降一个滚降系数а 倍。
滚降系数а影响着频谱效率，а越小，频谱效率就越高，但а过小时，升余弦滚降滤波器的设计和实现比较困难，而且当传输过程中发生线性失真时产生的符号间干扰也比较严重。
实验 三升余弦滚降滤波器
实验 三 升余弦滚降和根升余弦滚降滤波器设计一、实验目的1．掌握升余弦滚降滤波器设计原理和设计方法； 2．掌握根升余弦滚降滤波器设计原理和设计方法； 二、实验原理1. 定义h (t )为升余弦脉冲成型函数。
h (t ) 升余弦函数定义如下222sin()cos()()14ccctth t tcTTt TT παππα=⋅-，对应的频谱为：10||111()(1cos((||)))||210||22222cc c c cccTc f H f f f f TT T T TTTααααααπ-⎧≤≤⎪⎪⎪--+⎪=+-<≤⎨⎪⎪+⎪>⎪⎩2. 定义h r (t )为根升余弦脉冲成型函数。
h r (t ) 根升余弦函数定义如下22sin((1))4cos((1)()14cccr c ttth t t c TTTt T πααπαπα-++=⎛⎫⎪- ⎪⎝⎭,对应的频谱为：10||11()||10||2222cr cccf H f f f TTTTαααα-⎧≤≤⎪-+=<≤+⎪>⎪⎩三、实验内容1．已知通带码元截止频率为fc,其码元周期为Tc ，以频率为fs 对升余弦脉冲成型函数h (t )和h (t-Tc )抽样,设计它的数字滤波器；2．已知通带码元截止频率为fc,其码元周期为Tc ，以频率为fs 对根升余弦脉冲成型函数hr (t )和hr (t-Tc )抽样,设计它的数字滤波器。
四、实验结果12345678910时间幅度六、程序设计% File_C3：cosdemo ．m%采用窗函数法设计一个可实现的数字FIR 升余弦脉冲成形滤波器 clear clck=10; %每个符号的抽样点 m=4; %延时 alfa=0.32; %滚降系数 for s=1:81 n=s-1; if n==40 h(s)=1;12345678910时间幅度elseh(s)=sin(pi*(n/k-m))*cos(pi*alfa*(n/k-m))/pi/(n/k-m)/(1-4*alfa*alfa*(n/k -m)*(n/k-m)); %raised cosine filter% h(s)=(sin(pi*(n/k-m+eps)*(1-alfa)) +4*alfa*(n/k-m+eps)*cos(pi*(n/k-m)*(1+alfa)))./pi./(n/k-m+eps)./(1-4*4 *alfa*alfa*(n/k-m)*(n/k-m)); %root-raised cosine filterendendin=zeros(1,101);in(11)=1;out=conv(in,h);t=0:0.1:10;figure(1)stem(t,out(1:101),'.')gridxlabel('时间')ylabel('幅度')%程序结束。
一种升余弦成形滤波器的设计
一种升余弦成形滤波器的设计刘睿强;景新幸【摘要】给出一种适用于PHS基带系统中高性能成形滤波器,对比两种实现方法在基带芯片中的性能,利用最少的非零比特位来表示符号数的编码技术即符号数Canonic Sign Digit表示(CSD),采用子结构共享技术改进数字滤波器结构,实现了二进制补码与CSD的转换和系统中升余弦Nyquist成形滤波器的ASIC设计,在SMIC 0.18 μm工艺下进行了功能仿真、综合和后仿真.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2006(029)013【总页数】3页(P51-52,55)【关键词】升余弦滤波器;CSD;子结构共享;PHS【作者】刘睿强;景新幸【作者单位】桂林电子工业学院,广西,桂林,541004;桂林电子工业学院,广西,桂林,541004【正文语种】中文【中图分类】TN7131 引言在数字移动通信系统中脉冲成形滤波器在减少码间干扰影响的同时，还能够减少调制带宽和抑制频带外的扩散，其中升余弦(Raise cosine)滤波器以其优良的性能被广泛应用。
利用Canonic Sign Digit(CSD)表示定点数并且实现高效的移-加运算，实现定点数乘法可以极大减少硬件资源[1]，利用滤波器邻近抽头系数的特点进行相同项的合并共享进一步精简硬件资源[2]。
本文研究重点在滤波器系数运算的高效精简，运用C，RTL代码实现补码与CSD转化和升余弦滤波器的ASIC前端设计。
2 理论2.1 成形滤波器用冲激响应表示，Nyquist准则可以叙述为：(1)具有冲激响应的任何一个滤波器都可以实现码间干扰对消，TS为码元周期，满足式(1)的滤波器称为Nyquist脉冲成型滤波器。
为了避免成形脉冲对采样抖动的敏感，在实际中Nyquist脉冲成型滤波器常取[3]:(2)其Fourier变换为:(3)式中:称为滚降系数，该脉冲成形滤波器称为升余弦脉冲成形滤波器。
2.2 定点数的CSD表示二进制系数是由1,0组合成，非零项的数目决定于加法器的数目，于是为减少硬件规模有人提出Signed Powers of Two(SPT)的型式来表示系数，然而SPT 型式表示方法不只一种，其中CSD是最优的型式表示系数[4]，CSD型式是SPT型式中的一种，CSD型式是在不允许非零项相邻的条件下，保证有最少的非零项。
成型滤波器原理
成型滤波器原理成型滤波器原理简介成型滤波器（Shaping Filter）是一种数字信号处理滤波器，可用于改变数字信号的频率响应。
它们通常用于降噪、频率选通和谐波过滤等应用。
成型滤波器是数字信号处理中最常用的滤波器之一，包括低通和高通成型滤波器。
成型滤波器主要原理成型滤波器的基本原理是添加或删除信号的特定频率分量。
它利用滤波器的频率响应在频率域中加权信号。
通过改变滤波器的频率响应，可以增强或减少特定频率分量的信号。
成型滤波器分为两种类型：低通滤波器和高通滤波器。
在低通成型滤波器中，滤波器的频率响应在频率域中表示为一个开口向下的斜坡形状。
该滤波器可以使低频分量通过，并且支持滤除高频噪声。
在高通成型滤波器中，滤波器的频率响应在频率域中表示为一个开口向上的斜坡形状。
它可以滤除低频信号并保留高频信号。
成型滤波器的实现通常使用有限脉冲响应（FIR）滤波器或无限脉冲响应（IIR）滤波器。
FIR滤波器具有线性相位特性，可以更加稳定和可预测的滤波。
IIR滤波器具有非线性相位特性，使其对于工业应用更为适用。
应用场景成型滤波器被广泛应用于数字信号处理中的各种应用场景，如降噪、频率选通和谐波过滤等。
成型滤波器在音频处理、图像处理和视频编辑等领域都有非常重要的应用。
例如，在音频处理中，低通成型滤波器可以通过删除高频噪声来提高音质。
高通成型滤波器可以过滤低频噪声和杂音，提高音频清晰度。
在恢复缺失的信号数据或频率选择中，成型滤波器可以提高信号质量并帮助捕捉特定的信号特征。
结语成型滤波器是数字信号处理中最重要的滤波器类型之一。
它们可以使您更好地理解数字信号处理，提高信号处理的效率和精度。
在数码信号处理中，成型滤波器是一种不可或缺的工具，为高质量信号处理提供了可靠的策略。
数字脉冲成形滤波器的设计与基本原理
数字脉冲成形滤波器的设计与基本原理在不久的将来数据主要的打包传输方式将是通过无线和其他传输系统完成，脉冲成形滤波器在保持信号完整性中将起到关键作用。
作者ken gentile随着这个世纪数字技术的快速发展，越来越多的射频应用程序应用到点对点的数据传输。
一般的方案是将数据转化为一个合适的基带信号,然后调制到射频载波。
包括像电缆调制解调器、手机和高清晰度电视(HDTV)这些普遍的例子中，将模拟信号转换成1和0（位）有序结合的数字逻辑形式。
无论是否通过电话线﹑同轴有线电视、光纤或自由空间，首要的任务是将这些数据从信源传输到目的地。
一段简短的历史介绍在最简单的形式中，两点之间二进制信息的传输（比特）是一个简单的任务。
摩尔斯电码，自19世纪中叶以来摩尔斯电码用“点”和“破折号”表示一个二进制信息传播的形式一直在使用。
在电报和船对船的光信号传输中发现应用。
然而在现代，数字传输已成为具有更多挑战性的课题。
主要原因是比特数必须在不断增加的时间间隔内发送（数据速率）。
可是，数据速率受到应用程序可用带宽的限制。
此外，在通信系统中噪声的存在也会限制最大的无错误数据传输速率。
数据速率，带宽和噪声之间的关系通过Shannon （1948）被量化标志着通信理论的一个突破。
阐述数字数据的内容在现代数据传输系统中，位或位组（符号）通常是单个脉冲的形式传输。
一个矩形脉冲可能是最基本的，很容易在真实的系统中实现因为它与打开和关闭开关相比更直接，这是二进制信息概念的同义词。
例如，一个“1”电位可能被用来打开一个脉冲时间间隔（τ秒），这将产生一个输出电平，“A”（见图1a）。
间隔地，一个“0”电位将关闭电源，在单个脉冲时间间隔内产生一个零电平。
图1.单个矩形脉冲和它的傅里叶变换脉冲傅里叶变换的增益率其光谱特征如图1所示，脉冲的宽度τ大部分能量包含在主瓣，横贯一个单向的1/τ赫兹的带宽。
这将意味着一个数据传输通道的频率跨度至少要2/τ赫兹的带宽，稍后将对此说明。
脉冲成形滤波器作用
脉冲成形滤波器作用脉冲成形滤波器是一种电子设备，用于对输入信号进行滤波和整形，以获得所需的输出信号。
它在信号处理和通信系统中起着重要作用，能够提高系统性能和准确性。
本文将介绍脉冲成形滤波器的作用，以及它在不同领域的应用。
脉冲成形滤波器通过改变信号的频率和幅度，使得输入信号能够经过滤波和整形后得到所需的输出信号。
它主要用于去除输入信号中的噪声、干扰和失真，从而提高信号的质量和准确性。
脉冲成形滤波器的作用可以总结为以下几个方面：1. 去除噪声和干扰：在输入信号中，往往存在各种各样的噪声和干扰。
脉冲成形滤波器能够通过滤波的方式，去除这些噪声和干扰，使得输出信号更加清晰和稳定。
2. 整形信号波形：输入信号的波形可能会因为各种因素而变得不规则或失真。
脉冲成形滤波器能够通过整形的方式，使得输出信号的波形更加规则和准确，从而提高信号的可读性和可靠性。
3. 改变信号频率：脉冲成形滤波器还可以通过改变信号的频率，实现对信号的调制和解调。
这在通信系统中非常重要，可以用于信号的传输和接收，提高通信质量和速度。
脉冲成形滤波器在各个领域都有广泛的应用。
在通信系统中，脉冲成形滤波器常用于调制解调器、接收器和发送器等设备中，用于信号的整形和滤波。
在雷达系统中，脉冲成形滤波器能够对回波信号进行滤波和整形，提高雷达系统的性能和探测能力。
脉冲成形滤波器还被广泛应用于医学领域。
在心电图和脑电图等医学检测中，脉冲成形滤波器可以去除输入信号中的电源干扰和运动伪影，从而提高医学检测的准确性和可靠性。
脉冲成形滤波器是一种重要的信号处理设备，能够对输入信号进行滤波和整形，以获得所需的输出信号。
它的作用包括去除噪声和干扰、整形信号波形和改变信号频率。
脉冲成形滤波器在通信系统、雷达系统和医学领域等方面都有广泛的应用。
它的出现和发展，为各个领域的信号处理和通信系统提供了有效的解决方案，提高了系统性能和准确性。
深度剖析MATLAB信号处理仿真-基带脉冲成形
深度剖析MATLAB信号处理仿真-基带脉冲成形本次我们探讨另外一个在本科阶段让我们头痛的东西，通信原理之必考曲目，拼死也要背下来的内容，基带脉冲成形。
然而俺对这个东西的理解和认识却是在本科以后的事情。
早年（比如摩托罗拉手机时代）的基带成形都是用模拟电路做的，那会儿的数字电路密度极低，想想大学本科数电实验里面的各种74系列芯片，如果用这个东西拼个数字滤波器估计会疯掉。
况且，就算有数字滤波器，高速高精度的ADC、DAC也是个问题。
所以，早些年的数字电路课本的名字通常叫做“脉冲与数字电路”，言下之意，这东西用来处理脉冲信号的，而且，也就处理处理脉冲信号，千万别想着整太复杂的东西，那会还是一个模拟电路统治着通信系统的时代。
问题在于，除了打电话这种事情，人们还是有传送数据的需求的，比如说像寻呼机这种无线数字通信系统，更早的，比如郑君里老师在《教与写的记忆-信号与系统评注》提到的他年轻时候的神器“1200波特数传机”这东西用现在的话讲叫做“1200波特率调制解调器”，送你一台上网用，你肯定嫌慢，但是在当时是要国家立项的重大课题。
如果你愿意去一些通信原理或是信号与系统的课本里面考古，也许会看见有些习题专门探讨如何设计一个模拟的升余弦滚降滤波器。
在那个时代里，数字电路的任务是把要发送的比特信息变换成脉冲信号，就是一些列各种幅度（多进制调制）的方波，我们在信号与系统的课程里知道，方波信号的带宽是无穷大的，所以后级的模拟成形滤波器负责把这些方波的频谱带宽变小，同时又要满足时域采样点无失真的准则。
我们在数字信号处理课程里面学习过IIR滤波器，而且还有“双线性变换法”，“冲击响应不变法"，以及各种让我们头晕的东西，我小时候第一次学这东西的时候在想，整这个玩意儿干嘛，后来才明白，这东西是为了用数字的方法来实现以前的模拟滤波器，模拟滤波器都是有极点的，映射到数字域中，就是IIR滤波器，那么为什么要替换掉模拟滤波器呢，有两个原因，一是为了提高通信产品的一致性，模拟元件比如电容、电阻的值是无法严格准确生产的，至于电感就是个更加不靠谱的东西，这就导致每个模拟电路元件被制造出来。
脉冲成形滤波器作用
脉冲成形滤波器作用作为一种常见的电子电路元件，脉冲成形滤波器在信号处理中起着重要的作用。
它能够改变输入信号的波形和频谱特性，从而满足特定的需求。
本文将介绍脉冲成形滤波器的作用原理和应用场景。
脉冲成形滤波器的作用主要体现在两个方面：波形整形和频谱滤波。
首先，我们来看一下波形整形的作用。
脉冲成形滤波器可以通过改变输入信号的幅度、宽度和时间延迟等参数，使输出信号的波形更加接近所需的理想波形。
例如，当输入信号是一个窄脉冲时，脉冲成形滤波器可以通过增加脉冲宽度和幅度，使输出信号变得更加平滑和宽泛。
这样一来，可以有效地减小信号中的噪声和干扰，提高信号的稳定性和可靠性。
脉冲成形滤波器还可以实现频谱滤波的功能。
在信号处理中，频谱滤波是一种常见的技术，用于选择或排除特定频率范围内的信号成分。
脉冲成形滤波器可以根据需要选择性地通过或阻塞某些频率成分，从而实现对输入信号频谱的调整。
例如，当输入信号包含多个频率成分时，脉冲成形滤波器可以通过调整滤波器的频率响应，选择性地通过或抑制不同频率的信号，从而实现对信号频谱的塑造和调整。
脉冲成形滤波器在很多领域都有广泛的应用。
首先，在通信系统中，脉冲成形滤波器常用于调整信号的波形特性，以提高信号的传输质量和抗干扰能力。
例如，在调制解调器中，脉冲成形滤波器可以用于调整发送信号的波形，以适应不同的传输介质和通信环境。
其次，在雷达系统中，脉冲成形滤波器可以用于滤除杂波和干扰，提高雷达系统的探测和跟踪性能。
此外，脉冲成形滤波器还广泛应用于生物医学信号处理、图像处理、音频处理等领域。
需要注意的是，脉冲成形滤波器的设计和应用需要综合考虑多个因素，如滤波器的类型、频率响应、幅度和相位特性等。
不同的应用场景对滤波器的性能和参数有不同的要求，因此需要根据具体的需求进行选择和设计。
此外，脉冲成形滤波器的设计还需要考虑滤波器的稳定性、实时性和功耗等因素，以确保系统的性能和可靠性。
脉冲成形滤波器作为一种常见的电子电路元件，在信号处理中起着重要的作用。
数字立体声广播情况
预加重特性：
2）、低通滤波任何信号在进行数字化处理之前，都要进行频带限制，以防止产生频谱混叠。在NICAM广播中，将音频信号的上限频率选为15KHz，因此，要设置一个15KHz低通滤波器，以滤除15KHz以上的“噪声”。
3）、A／D变换
根据“尼奎斯特取样定律”，取样频率必须大于两倍模拟信号的上限频率，音频信号的上限频率已选为15KHz，因此，在NICAM中，将取样频率选为32KHz。在将模拟信号转换为数字信号时，必须对取样信号进行“量化”，NICAM－728规定，每一个取样值按14bit进行量化，并用二进制补码表示量化后的信号。NICAM中还规定，在14bit原始码中，用最高位表示音频信号的极性。“0”表示音频信号为正，“1”表示音频信号为负。
（3）PAL－D丽音的频谱结构
数字声副载频位于视频频带之内，对邻近频道不产生干扰。同时，在使用单频道天线放大器或单频道带通滤波器时，不致使NICAM频谱发生畸变从而避免产生误码。
六、丽音广播信号的四种组合方式
（1）传送一套立体声节目。这时，（L+R）由原FM伴音传送。（2）传送双声道节目。此时NICAM可传送两路相干或不相干的附加声音，加上原有的FM声音，用户可选择其中的一路。（3）传送一路声音、一路数据。此时，NI CAM与FM一道可传送两路声音供用户选择。（4）全部传送数据。此时，NICAM的两个声道皆不传送声音，而以704Kbit／S的速率传送数据。
NICAM的工作方式，由电视台设定，通过数据流中的控制字由用户的电视机进行自动识别，显示目前NICAM的工作方式，以提示用户选择。
七、NICAM数字声信号的形成
工作原理详解：
1）、预加重在对音频信号处理之前，首先要通过预加重和低通滤波。所谓“预加重”，就是对信号中的高频部分进行提升。提升的目的是提高信号的抗干扰能力。因为音频信号的能量分布是低频端强，高频端弱，而在传输过程中又是高频端容易受到干扰。
脉冲成形滤波器的设计
脉冲成形滤波器的设计首先，要确定脉冲成形滤波器的截止频率。
截止频率是指滤波器能够通过的最高频率。
一般来说，截止频率越高，滤波器的输出信号中保留的高频成分就越多。
可以根据输入信号的频率范围和对高频成分的需求来确定截止频率的大小。
其次，要确定脉冲成形滤波器的阶数。
滤波器的阶数是指滤波器内部的延迟元件的数量。
较低阶数的滤波器具有更低的延迟时间和更快的响应速度，但是不足以满足更高的滤波要求。
较高阶数的滤波器具有更高的滤波效果和更好的抑制高频噪声的能力，但是可能会引入更多的延迟。
可以根据具体应用需求来确定滤波器的阶数。
然后，要选择适当的滤波器类型。
常见的脉冲成形滤波器类型有RC 滤波器、LC滤波器和数字滤波器等。
RC滤波器常用于模拟信号处理中，它通过电容和电阻的组合来实现滤波功能。
LC滤波器则常用于射频信号处理中，它通过电感和电容的组合来实现滤波功能。
数字滤波器则是使用数字信号处理技术来实现滤波功能，可以通过数字滤波器的设计来实现更精确的滤波效果。
最后，要根据设计要求来确定滤波器的响应特性。
常见的滤波器响应特性有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
低通滤波器通过滤除高频成分来保留低频信号，高通滤波器则通过滤除低频成分来保留高频信号。
带通滤波器则可以选择保留其中一频率范围内的信号，而带阻滤波器则可以选择去除其中一频率范围内的信号。
根据具体应用需求来选择合适的响应特性。
总之，脉冲成形滤波器的设计需要考虑截止频率、阶数、滤波器类型和响应特性等因素。
根据具体的应用需求来进行选择和设计，以实现所需的滤波效果。
标准实验报告二 脉冲成型实验
电子科技大学实验报告学生姓名：学号：指导教师：一、实验室名称：通信信号处理及传输实验室二、实验项目名称：脉冲成型实验三、实验原理：1、脉冲成型的理论基础在现代无线通信中，由于基带信号的频谱范围都比较宽，为了有效利用信道，在信号传输之前，都要对信号进行频谱压缩，使其在消除码间干扰和达到最佳检测的前提下，大大提高频带的利用率。
奈奎斯特是第一个解决既能克服符号间干扰又保持小的传输带宽问题的人。
他发现只要把通信系统(包括发射机、信道和接收机)的整个响应设计成在接收机端每个抽样时刻只对当前的符号有响应，而对其他符号的响应全等于零，那么符号间干扰ISI的影响就能完全被抵消，即消除符号间干扰的奈奎斯特(Nyquist) 第l准则。
如图1所示。
图1 无码间串扰示意图在理论上，Nyquist 第l 准则成功地解决了成形滤波器的设计问题，但是它只给出了一个抽象的理论准则，而对于如何具体设计成形滤波器并没有一个明确的答案。
由于数字技术的发展，基带信号的频谱成形可通过数字方法进行。
利用数字式处理来实现频谱波形成形滤波的情况越来越广泛。
数字滤波具有精度高、可靠性高、灵活性强、便于大规模集成、可以得到很高的性能指标等优点，可实现有限冲激响应 (FlR)滤波器或无限冲激响应滤波(IIR)滤波器。
FIR 滤波器可做到严格的线性相位，设计方法既有从时域出发考虑的加窗法，从频域出发考虑的频率采样法、等波纹最佳一致逼近法，也有综合考虑频域和时域要求的最优化设计方法（线性规划法)。
在实际应用中，升余弦滤波器是运用较为广泛的成形滤波器，因为它有如下的优点：1）满足Nyquist 第1准则；2）可以消除理想低通滤波器设计上的困难，有一平滑的过渡带； 3）通过引入滚降系数改变传输信号的成形波形，可以减小抽样定时脉冲误差所带来的影响，即降低码间干扰。
升余弦滤波器的传递函数为：()()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+>+≤≤-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-≤≤=sss s sRC T f T f T f T T f f H 2/102/12/1212cos 1212/101αααααπα，其中，α是滚降因子，取值范围0到1。
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什么是滚降系数？为什么要采用脉冲成形滤波器？
数字信号在传输过程中受到叠加干扰与噪声，从而出现波形失真。
瑞典科学家哈利.奈奎斯特在1928 年为解决电报传输问题提出了数字波形在无噪声线性信道上传输时的无失真条件，称为奈奎斯特准则，其中奈奎斯特第一准则是抽样点无失真准则，或无码间串扰（ISIFree）准则，是关于接收机不产生码间串扰的接收脉冲形状问题。
对于基带传输系统，要到达无码间串扰，系统传输函数H(f) 是单边带宽为1/2T 的矩形函数（理想奈奎斯特滤波器），其时域波形为h(t)=sinc(t/T)，称为理想奈奎斯特脉冲成形，它们的波形和表达式如下图所示。
从中可以看出，理想奈奎斯特滤波系统（保证无码间串扰）的传输函数形状为矩形，其脉冲响应为无限长，显然该脉冲成形滤波器在物理上是不可实现的，只能近似，称为奈奎斯特滤波器和奈奎斯特脉冲。
奈奎斯特滤波器的频率传输函数可以表示为矩形函数和任意一个实偶对称频率函数的卷积；奈奎斯特脉冲可以表示为sinc(t/T) 函数与另一个时间函数的乘积。
因此，奈奎斯特滤波器以及相应的奈奎斯特脉冲为无穷多个，其中，常用的是升余弦成形滤波器，如下图所示，其中α称为滚降系数。
由于滚降系数α的存在，在无码间串扰条件下所需带宽W 和码元传输速率Rs 的关系一般为：
从升余弦的表达式和图中可以看到，当α＝0时，就是理想奈奎斯特滤波器，此时的传输带宽是理想奈奎斯特滤波器的最小带宽，但当α>0 时，系统传输带宽就超过了奈奎斯特最小带宽，这时码率速率Rs 就小于小于2 倍带宽，如果解调器在每个码元间隔内仅做一次采样，那么会因为采样点太少而不能可靠恢复模拟波形，产生失真。
但是数字通信系统不需要恢复模拟波形，只需要在取样时刻无码间串扰就行，而升余弦系列滤波器在取样时刻具有无码间串扰特性。
因此，仍符合奈奎斯特第一准则，它所实现的频谱效率要比理论最高效率下降一个滚降系数а 倍。
滚降系数а影响着频谱效率，а越小，频谱效率就越高，但а过小时，升余弦滚降滤波器的设计和实现比较困难，而且当传输过程中发生线性失真时产生的符号间干扰也比较严重。
在实际工程中，а的范围一般定在0.15～0.5 之间对于带通调制信号，例如幅移键控ASK、频移键控PSK 和正交幅度调制QAM，需要的传输带宽是相应基带信号的2 倍。