基于MATLAB的數(shù)字信號仿真

常金磊 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于MATLAB的數(shù)字信號仿真

常金磊 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

目前國內(nèi)研究數(shù)字信號處理以及數(shù)字信號的仿真仍然是處于初步的階段。數(shù)字信號處理在國內(nèi)的國民經(jīng)濟中數(shù)字信號處理與仿真扮演著重要的角色，并且對于我們的生活產(chǎn)生了天翻地覆的影響。本文詳細介紹了基于MATLAB的數(shù)字信號仿真，圍繞著數(shù)字信號通信特點、數(shù)字通信信號處理的概念、數(shù)字信號濾波仿真進行展開，實現(xiàn)部分給出了中值去噪的信號，均值去噪結(jié)果圖。

MATLAB 數(shù)字信號 仿真

數(shù)字信號指的是時間、幅度上，信號是離散的。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及信息時代的到來，數(shù)字信號作為通信學(xué)科中的新型技術(shù)，在很多的領(lǐng)域中數(shù)字信號仿真都得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號仿真指的就是通過數(shù)字化的方式分析信號，檢測信號以及調(diào)整信號。數(shù)字信號仿真的目的是為了對連續(xù)的模擬信號進行測量以及濾波處理。數(shù)字通信的用途經(jīng)具體體現(xiàn)為能夠擴大市話中繼線的容量，而且作為數(shù)字程控交換中的一個重要的部分，數(shù)字微波、光纖通信以及數(shù)字衛(wèi)星的終端選擇的都是數(shù)字通信。綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的基本單元是數(shù)字通信。

1 數(shù)字信號通信特點

數(shù)字通信的特點具體總結(jié)如下：

①具有很強的抗干擾力，可以進行無噪聲的積累。當(dāng)在通信模擬的過程中，要想將信噪比提高，必須放大來自信號傳輸中所獲得的傳輸信號，傳輸信號的過程中也會放大通過疊加后形成的噪聲。伴隨著信號在傳輸過程中增大的距離，而且所積累的噪聲也漸漸地增加，最終嚴重降低了傳輸中的質(zhì)量。數(shù)字通信因為通信中的信號是由有限個離散值組成的，所以在信號進行傳輸中在一定程度上不可避免被噪聲所影響，然而在信號質(zhì)量惡化到某種程度的時候，就需要運用判決再生的方式，進行數(shù)字信號的再生成，而且所生成的信號是不存在噪聲的干擾以及該信號和最初發(fā)送端中的信號是一模一樣的，最終達到了在距離很長以及信號質(zhì)量很高的條件下進行信號的傳輸。

②方便加密處理。方便保存以及處理和信號交換。在數(shù)字通信以及數(shù)字計算中，計算機中的信號采用的是二進制代碼，所以這對于信號的存儲以及信號的計算計算起來是比較容易實現(xiàn)的，因此在管理通信網(wǎng)以及自動化維護和實現(xiàn)智能化方面都需要和計算機聯(lián)網(wǎng)。設(shè)備方面容易微型化以及集成化。選擇數(shù)字傳輸?shù)姆绞?，?shù)字交換能夠運用遠程控制數(shù)字交換的設(shè)備實現(xiàn)，從而完成交換與傳輸?shù)慕Y(jié)合。信道頻帶所占據(jù)的面積比較大，信道頻帶如表1所示。

表1 信道頻帶

2 數(shù)字通信信號處理

現(xiàn)今的數(shù)字通信技術(shù)的方向具體包括了數(shù)字化以及智能網(wǎng)絡(luò)化。生活中無處不見的是多姿多彩的信號，例如導(dǎo)航信號，電視信號等等。其中生活中的信號包括了數(shù)字信號也包括了模擬信號，模擬信號指的是連續(xù)函數(shù)中的一種，而數(shù)字信號指的是運用數(shù)字序列的形式表示數(shù)字信號，對語音信號進行采樣以及量化后，從而形成離散的時間序列，從而最終形成數(shù)字信號。數(shù)字通信運用的是時分多路復(fù)用的方式，而且選擇的濾波器在體積方面也不需要很大。數(shù)字電路運用在很多的設(shè)備里面，集成電路的實現(xiàn)的規(guī)模選擇的大型的甚至是超大型的。濾波器的體積小，而且功率損耗也比較低。適合用在綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)以及數(shù)字網(wǎng)中。數(shù)字信號的處理系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)之間存在相似之處體現(xiàn)在可靠性以及抗干擾性等。

3 基于MATLAB的數(shù)字信號濾波仿真

作為技術(shù)處理中的一種，中值濾波的理論基礎(chǔ)是排序統(tǒng)計，中值濾波的目的是為了對具有噪聲的非線性信號進行合理地抑制。中值濾波的主要原理是采用圖像中的某一點領(lǐng)域的點中指代替數(shù)字信號序列中的一點，從而更加真實化該點周邊的像素，基于這種環(huán)境下，就會把那些孤立的噪聲點進行消除。在濾波隨機干擾的信號中均值濾波的特點是會有一個平均值，而且在平均值的上下數(shù)字信號會進行波動。

在數(shù)據(jù)濾波處理中采用均值濾波法比較常用，對于比較常見的信號是比較適用的，隨機干擾信號的特征是具有一個平均值，當(dāng)平均值的上下波動的是數(shù)字信號的時候，此時需要選擇一個采樣值，從而濾波處理該干擾信號，最終所根據(jù)的也不是很準確的。比如一般我們比較常見的就是壓力以及流量。然而壓力的處理方式還是存在一定的缺陷的，采用的濾波處理方法在實現(xiàn)方面還是存在一定的脈沖性干擾的，而且得到的結(jié)果也不是很理想。所以，如果處于具有強烈的脈沖性干擾時，一般是不會選擇這種方式。算術(shù)平均值對數(shù)字信號的平衡濾波程度與N值有著直接的聯(lián)系，如果平滑程度越高，則N的值就越大，然而數(shù)字濾波信號的靈明度對應(yīng)地也會降低，而且所測得的結(jié)果不太會因外界信號的改變而變化。所以，在具體的應(yīng)用中，就需要根據(jù)具體的要求，選擇合適的N值，盡可能地把影響減小，當(dāng)N值取值比較小的時候，通過算術(shù)平均法所得出的平衡坡度也是比較低的，然而所得到的靈敏度還是挺高的，因此，就不得不選擇合適的N值，盡量避免浪費計算時間，最終實現(xiàn)很好的平滑波程度。中值濾波及均值濾波的仿真結(jié)果圖如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

結(jié)論:本文介紹了基于MATLAB的數(shù)字信號的仿真，通過圍繞著數(shù)字通信特點以及數(shù)字通信信號處理展開，還分析了中值濾波及均值濾波，并且給出了中值濾波及均值濾波的仿真圖。

圖1 原始信號

圖2 有噪信號

圖3 中值去噪信號

圖4 均值去噪信號

[1]李強,明艷,陳前斌,等.基于Matlab的數(shù)字信號處理實驗仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].實驗技術(shù)與管理,2006,23(5):81-83

[2]張剛,賀利芳,何方白等.基于Matlab的“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)探索[J].高等教育研究:成都,2007(2):45-46

[3]袁小平,王艷芬,史良.基于Matlab的 數(shù)字信號處理 課程的實驗教學(xué)[J].實驗室研究與探索,2002,21(1):58-60

[4]曲中水,王建衛(wèi),朱泳.基于MATLAB的數(shù)字信號基帶傳輸系統(tǒng)仿真[J].森林工程,2004,20(4):31-33

[5]夏平,向?qū)W軍,吉培榮.基于MATLAB的信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理實驗體系教學(xué)實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2004,26(5):73-74

[6]曹建玲,劉煥淋,雷宏江.基于MATLAB的“數(shù)字信號處理”仿真實驗[J].中國電力教育,2012(32):88-89

[7]龔云祥,廖小軍,陳紹榮.基于Matlab的數(shù)字信號處理仿真實驗系統(tǒng)[J].重慶通信學(xué)院學(xué)報,2003(1):68-73

[8]李強,明艷,陳前斌,等.基于Matlab的數(shù)字信號處理實驗仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)Implementation of DSP Experiment Simulation System Based on Matlab[J].實驗技術(shù)與管理

[9]Wei Yan,Jia-lin Cao,You-min Gong. Analyzing and seeking minimum test instruction set of digital signal processor for motor control[J]. Journal of Shanghai University (English Edition),2005,92

[10]Yong Chen,Jun Zhou,Eric Hu. High Power Factor Lightemitting Diode Driver on Digital Signal Processor Without Electrolytic Capacitor for High-power Lighting[J]. Electric Power Components and Systems,2015,431