通信系统中滤波器的应用及分析要点

摘要

随着数字革命的出现，使得万维网、卫星广播、移动和长途电话等服务成为可能，但对于现代卫星通信和陆地移动通信系统来说，有限的频谱已满足不了人们的需求。而滤波器就作为了现代通信系统必不可少的选频器件,其作用日益突出,滤波器性能的优劣直接影响整个通信系统的质量。当今无线通信技术的发展对微波电路的性能要求越来越高、种类越来越多，新的工艺和设计方法也相应层出不穷。而带通滤波器作为其中的一个重要器件其相关技术也得到了广泛而深入的研究和长，足的发展。传统的数字滤波器设计计算繁琐，尤其是设计高阶滤波器时工作量大，利用Matlab可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真。本文介绍了有限长单位冲激响应FIR数字滤波器的传统设计思想和步骤，同时也介绍了利用MATLAB对FIR数字滤波器进行设计的方法、设计的操作步骤以及对设计的滤波器的仿真。

关键词：现代通信；滤波器；MATLAB；仿真；

目录

摘要 0

引言 (2)

第一章现代通信系统与滤波器 (3)

1.1通信领域滤波器的发展历史 (3)

1.2现代通信对滤波器的要求 (3)

1.3微波滤波器的现状及发展趋势 (3)

1.4 数字滤波器在通信中的应用 (3)

第二章Matlab及其组件介绍 (4)

2.1 Matlab简介 (4)

2.2 simulink简介 (4)

2.3 FDATool简介 (5)

第三章FIR数字滤波器设计的Matlab设计 (7)

3.1 窗函数法 (7)

3.2 频率采样法 (7)

3.3 仿真函数 (8)

3.4 FIR数字滤波器仿真 (9)

3.5 利用simulink进行通信系统仿真 (10)

3.5.1 利用FDATool进行设计 (10)

3.5.2 FIR滤波器仿真 (11)

3.5.3 改变参数 (11)

3.5.4 结果分析 (12)

第四章 IIR带通滤波器 (13)

4.1 设计任务 (13)

4.2 IIR设计方法 (13)

4.3利用simulink进行通信系统仿真 (15)

4.3.1 利用FDATool进行设计 (15)

4.3.2 IIR滤波器仿真 (16)

4.3.3 改变参数 (16)

4.3.4 结果分析 (17)

第五章总结与心得 (18)

5.1设计总结 (18)

5.2自我总结 (18)

致谢 (19)

参考文献 (20)

引言

随着人类无线通信技术的快速发展，现如今相距遥远的人们随时随地保持联络已经不再是不可能。无线电信号的自由飞翔带来了无限的便利与温暖，同时也带来了有限频谱资源的紧缺与不足。微波频带出现了相对拥挤的状况，为了合理利用频带资源，相关部门对频带作了更细的划分。所以，作为选频器件的微波滤波器在现代通信系统中的地位和作用显而易见，其广泛应用于卫星通信、移动通信、雷达系统、导航系统、电子对抗、无限遥测等领域。而随着电磁环境越来越复杂和频率拥挤越来越严重，这对无源微波滤波器的性能指标提出更高的要求，如何设计出性能优异的滤波器，以降低系统对信号的衰减，更好的选择所需信号，抑制各种干扰信号，已成为了一个当今的热点话题。

现如今，微波滤波器的高阻带抑制、宽频带、带内平坦度、群时延和窄过度带等技术指标已成为了人们主要关心的问题。为了提高通信容量和避免相邻信道间的干扰，要求滤波器有陡峭的带外抑制；为了减小信号的失真度，要求通带内有平坦的幅频特性和群时延；为了提高信噪比，要求滤波器有较低的插入损耗；而为了满足现代通信终端的小型化趋势，要求滤波器要有更小的体积和重量。因此，为了满足设计需要，新结构、新材料和新的设计方法需要引入到滤波器的设计中来，以求设计出满足现代通信系统要求的滤波器。

随着我国数字通信技术的快速发展，尤其是第三代移动通信与卫星通信技术的快速发展，对高性能的微波滤波器的需求也越来越迫切。近些年来国际上对微波滤波器的研究也越来越广泛和深入，而国内的研究却并不是很多，国内更多关注于应用。国内滤波器开发成本高，效率低，调试周期长，也影响到了通信系统的快速发展。随着无线通信的迅猛发展,通讯设备逐渐向着便携化、多功能化、高集成化和低成本的方向发展,促使电子元器件也要朝着高集成度、小型化与高可靠性的方向发展而如何高效、快速的设计出满足要求的滤波器，同时降低生产成本，也推动了滤波器综合理论研究和实现技术研究的开展。随着科技不断进步，无线通信前所未有地融入到生活中，尤其以贴近日常应用的短距离无线数据业务更是迅速发展。例如GPS、WLAN、WiFi、UWB、Bluetooth等短距离无线通信等广泛应用，极大地推动了滤波器技术的快速发展。

第一章现代通信系统与滤波器

1.1通信领域滤波器的发展历史

从电信发展的早期，滤波器在电路中就扮演着重要的角色，并随着通信技术的发展而取得不断进展。新的通信系统要求发展一种能在特定的频带内提取和检出信号的新技术，而这种新技术的发展进一步加速了滤波器技术的研究和发展。

在滤波器发展的早期，滤波器的设计主要集中在以电感电容组合为主的无源电路上，这是一种线性谐振腔系统。然而许多早期的研究人员认为基于分布元件电路物理原理的谐振器系统也能达到滤波性能。

1.2现代通信对滤波器的要求

现代通信系统所能提供的各种服务给人们的生活带来了极大便利，人们都渴望能够随时随地的收发所需信息，而这些信息所包含的数据量正迅猛增长，这势必要求移动通信系统能提供更宽的带宽。不同应用领域对微波滤波器有着不同的要求，移动通信基站设备需要小型化、低损耗、低生产成本、高功率容量的微波滤波器，于是同轴滤波器、介质滤波器、超导滤波器的设计取得了长足的进步。

1.3微波滤波器的现状及发展趋势

在微波技术突飞猛进的发展中，微波滤波器是一个极其重要的分支，近年来也取得了一些主要进展，如：从个别应用到一般应用；形式多样化和元件化、标准化；设计方法从繁到简，从粗超到精确；调谐的高速和自动化；以及与其他有源或无源微波元件和器件的结合日益密切等等。

如今微波滤波器的主要是朝着低功耗，高精度，高可靠性和稳定性，小体积，多功能以及低成本、高效等方向努力发展，以满足现代通信领域在各种情况下的要求。

1.4 数字滤波器在通信中的应用

在现代通信技术领域内，几乎没有一个分支不受到数字滤波技术的影响。信源编码、信道编码、调制、多路复用、数据压缩以及自适应信道均衡等，都广泛地采用数字滤波器，特别是在数字通信、网络通信、图像通信、多媒体通信等应用中，离开了数字滤波器,几乎是寸步难行。

电视数字电视取代模拟电视已是必然趋势，雷达雷达信号占有的频带非常宽，数据传输速率也非常高，因而压缩数据量和降低数据传输速率是雷达信号数字处理面临的首要问题。