第一篇：信號報告

吉 林 大 學

Xx學院

本科生實習報告

實習題目：數字信號分析與處理實習時間：

專業：

班級：

學生姓名：

指導老師：

數字信號處理

一、實習時間：

二、實習地點：

三、實習目的：

1．加深對信號系統與信號處理理論的理解，學會信號處理的基本知識和方法，并在基本技能方面得到系統訓練；

2．熟悉MATLAB編程環境，掌握MATLAB編程基本技能，以及程序調試仿真方法，能夠采用MATLAB語言和工具進行信號處理；

3．掌握現代信號分析與處理技術，包括信號頻譜分析和數字濾波器（FIR、IIR）

設計，學會信號處理系統設計與系統功能檢測的基本方法；

4．將理論知識與實際應用結合，提高學生解決實際問題的動手能力，為信號系

統與信號處理知識的應用、后續專業學習以及今后從事相關科學研究和實際工作打下堅實基礎。

四、實習內容：

1.Matlab編程基礎：

m文件的編程方式，創建和保存。編寫Matlab程序，產生單位脈沖序列，階躍序列，正弦序列，周期方波，矩形脈沖信號，取樣函數，指數函數，并畫出信號波形，畫子圖等。

2.模擬信號與數字信號之間的關系：

a.根據采樣定理決定采樣率，觀察采樣率的大小對采樣信號的影響；畫幾種常用的窗函數，并用窗函數采樣。

b.數字信號的運算，序列相加減，卷積，移位，反轉；矩形波卷積矩形波，矩形波卷積E指數，E指數卷積階躍函數。

c.觀察并分析使用計算機將連續信號離散化后，進行卷積而產生的變化，如幅值的變化。

3.信號頻譜分析：

a.利用FFT分析連續周期信號，分析并畫出信號sin(100?t)，cos(100?t)的頻譜。

b.利用FFT分析連續非周期信號，分析并畫出信號exp(-?t)u(t)，方波，矩形脈沖的頻譜。

c.改變采樣間隔與截斷長度，分析混疊與泄漏對信號頻譜的影響。d.利用IFFT反變換分析數字信號與模擬信號的關系，如頻譜相位，頻譜幅度。e.分析并畫出信號sin(20?t+1.3?)+cos(30?t)的頻譜，要求無混疊無泄漏。

f.用FFT變換驗證卷積，用卷積驗證FFT變換，y(t)=x(t)*h(t)Y=X·H。g.分析采用不同窗函數進行加窗對信號頻譜的影響。

4.FIR數字濾波器設計：

a.學習并掌握窗函數法設計FIR數字濾波器的方法，設計一線性相位低通濾波器，x(t)=sin(20?t)+cos(100?t),濾除信號中高頻成分，畫出濾波前后信號波形以及相應的幅頻特性和相頻特性曲線，畫出濾波器幅頻和相頻

曲線，觀察3dB帶寬和20dB帶寬，總結窗口長度N對濾波特性的影響。b.設計一線性相位低通濾波器，濾除噪聲工頻干擾50Hz的心電信號，并畫出濾波前后的波形。

5.IIR數字濾波器設計：

學習并掌握 IIR 數字濾波器的設計原理與方法，設計一巴特沃斯數字濾波器，y(t)=sin(100?t)+cos(20?t)+cos(300?t)，分別設計低通濾波器濾除10Hz信號，帶通濾波器濾除50Hz信號，高通濾波器濾除150Hz信號，并畫出濾波前后的波形，以及各個信號頻譜的幅度譜和相位譜。

五、實習步驟：

1.熟悉Matlab數據類型，編程環境，并會使用工具函數，使用ones(1,n)，zero(1,n)，編寫單位脈沖序列，階躍序列，并畫出信號波形圖；使用rectpuls(t,W)編寫矩形脈沖信號，使用square(wt)編寫方波信號，并畫出波形圖；使用sinc（X）編寫Sa函數信號，并畫出波形圖；編寫三角函數以及指數函數信號，并畫出波形圖。

2.做x(t)=1,（0≤t≤1）h(t)=1,(0≤t≤1)兩矩形波卷積，并畫出波形圖，使

用工具函數conv;分析連續函數經計算機取樣離散化后，進行卷積而影響了幅值的變化；經分析可知，計算機處理的卷積幅值應該除以N(取樣點數)才符合實際卷積的結果。按照同樣的方法做exp(-2t)與階躍函數u(t)信號卷積的波形圖，exp（-t）與h（t）信號卷積的波形圖。

3.畫出周期信號sin(100?t)和cos(100?t)的波形圖,實用工具函數fft將信

號進行離散傅立葉變換，畫出幅度譜和相位譜，分析信號的頻譜。按照同樣的方法畫出非周期信號E指數，方波，矩形脈沖信號的波形圖，頻譜圖，改變采樣頻率和截斷長度，做出相應的信號波形圖和頻譜圖，分析混疊與泄漏對信號頻譜的影響。使用工具函數IFFT將以上頻譜信號做反變換，并畫出各自波形圖。做信號exp(-t)與階躍信號u(t)卷積，畫出波形圖；然后分別畫出exp(-t)和u(t)信號的頻譜圖，將二者頻譜相乘，即用傅立葉變換驗證卷積。

4.用工具函數B=fir1(M,Wn,’窗函數’)，以及filter,freqz等設計FIR數字

濾波器。首先畫出信號x(t)=sin(20?t)+cos(100?t)的波形圖，做離散傅立葉變換并畫出幅度譜相位譜，然后做濾波器，并畫出濾波器的頻譜圖，濾波器的頻譜達到要求，再將原信號濾波，并畫出濾波后的波形圖，頻譜圖。分析濾波是否達到要求。心電干擾信號：首先使用工具函數ecg畫出心電信號波形圖，然后加50Hz噪聲信號，確定采樣率和截斷長度，做出新店干擾信號的波形圖以及頻譜圖，設計一FIR低通數字濾波器，選擇哈明窗函數，并畫出濾波器的頻譜圖，再將信號濾波，并畫出濾波后的信號波形圖以及頻譜圖，與原心電圖對比，分析濾波是否成功。

5.設計IIR數字濾波器，首先確定濾波頻率的參數，ws,wp,as,rp,然后可直接

使用工具函數[N,W]=buttord(wp,ws,rp,as)和[B,A]=butter（n,wn，’low’）設計巴特沃斯低通濾波器，還可以用butter函數設計帶通，帶阻，高通濾波器等。用巴特沃斯帶通濾波器濾除心電干擾信號，步驟如4，只需將濾波器設計為IIR濾波器即可。

六、實習結論：

學習信號分析與處理，首先要學好信號與系統這門課為基礎，掌握信號的卷積，傅立葉變換等知識。編程時要先預習，頭腦清醒思路清晰，每一條

命令都要清楚它的必要性，出現問題盡量自己解決問題，實在解決不了再找同學老師幫忙。這次實習主要使用Matlab軟件，但是我們的難點卻不是如何使用該軟件，而是如何分析和處理信號，而應用計算機實現信號的分析與處理只是學習一種工具的使用方法。

七.實習體會

通過信號分析與處理的實習，我掌握了Matlab的基本使用方法，能夠熟練的用Matlab處理一些簡單的信號。在學習卷積的過程中出現一個疑問，幅值變化，當時老師講課說要把卷積后的幅值乘以采樣間隔，后來學習離散傅立葉變換，幅值也是反生變化，然而這時卻要將變換后的幅值除以采樣的點數，為此，我不解。但是后來經過思考研究，和同學討論，得出結論。因為講卷積老師截斷長度僅為0~1，而此時幅值乘以采樣間隔和除以采樣數是一樣的效果，然而后續學習的信號處理截斷長度并不是0~1，因此將變換后的幅值除以采樣點數是通用的算法。我認為做信號分析與處理首要注意的就是定采樣間隔，和截斷長度，以及邊值點取舍問題。其次再分析各種變量的變化問題。

第二篇：信號實習報告

信號與系統實習大綱二○九年十二月十二日1.課程實習任務3 1.1課程實習任務：3 1.2MATLAB語言及應用3 1.3、MATLAB的基本命令3矩陣的創建3繪圖函數3 1.4信號運算的表示方法4 1.相加4 2.相乘4 3.時移5 4.反褶5 5.尺度變換5 1.5信號與系統中基本函數的命令表示方法5 1.沖擊函數：Impuse(t)5 2.階躍函數：heaviside(t)5 3.卷積：c=conv(a,b)5 4.積分：6 5.微分：6 2.連續系統表示方法6 2.1求解零狀態響應命令6 2.2階躍函數和沖擊函數命令7 3.傅里葉表示方法7 4.S域表示方法8 5.離散系統的表示方法10 5.1線性時不變(LTI)離散時間系統10 5.3沖激響應10 5.4階躍響應10 6.總結11 7.參考文獻11 1.課程實習任務1.1課程實習任務：了解MATLAB的基本命令及使用方法，并熟悉連續系統和離散系統的表示方法，信號實習報告。1.2MATLAB語言及應用1.3、MATLAB的基本命令矩陣的創建簡單矩陣：a=a=求矩陣的行列式：det求矩陣的逆：inv特殊命令：zero(m,n)表示創建一個m行n列的全零矩陣ones(m,n)表示創建一個m行n列的全1矩陣eye表示創建一個單位陣rand(n)表示創建一個隨機均勻分布的矩陣，矩陣元素為(0~1)繪圖函數plot(x1,y1…)表示繪制一個二維圖像plot3(x1,y1…)表示繪制一個三位圖像圖像加標注：圖例框legned Legned(曲線1,曲線2,0)0表示標注在所繪制圖像的最佳位置1表示標注在所繪制圖像的右上角2表示標注在所繪制圖像的左上角3表示標注在所繪制圖像的左下角4表示標注在所繪制圖像的右下角-1表示標注在所繪制圖像的右側為坐標軸加標注：Xlabel(x軸)Ylabel(y軸)為圖像加標題：Title(正弦函數)創建子圖：subplot(m,n,p)此命令表示創建一個圖像有m行n列個子圖，p表示第p個子圖創建網格：grid創建坐標軸范圍：Axis()表示橫坐標1 x2,3 y4在這段程序中，繪制的曲線時，時間坐標值作為元素保存在矢量中。表達式exp(-.1*t)和sin(2/3*t)分別產生一個矢量，各矢量中的元素等于對應不同時間點處表達式的值。由這兩個表達式生成的兩個矢量的對應元素相乘得到矢量，然后用plot命令繪出該信號的時域波形。plot命令可以將點與點間用直線連接，當點與點間的距離很小時，繪出的圖形就成了光滑的曲線，如圖。1.4信號運算的表示方法如前說述，MATLAB可以有兩種方法來表示連續時間信號。用這兩種方法均可實現連續信號的時域運算和變換，但用符號運算的方法則較為簡便。下面分別介紹各種運算、變換的符號運算的MATLAB實現方法。1.相加s=symadd(f1,f2)或s=f1+f2 ezplot(s)上面是用MATLAB的符號運算命令來表示兩連續信號的相加，然后用ezplot命令繪制出其結果波形圖。其中f1,f2是兩個用符號表達式表示的連續信號，s為相加得到的和信號的符號表達式。2.相乘w=symmul(f1,f2)或w=f1*f2 ezplot(w)上面是用MATLAB的符號運算命令來表示兩連續信號的相乘，然后用ezplot命令繪制出其結果波形圖。其中f1,f2是兩個用符號表達式表示的連續信號，w為相乘得到的積信號表達式。3.時移y=subs(f,t,t-t0)；ezplot(y)上面的命令是實現連續時間信號的平移及其結果的可視化，其中f是用符號表達式表示的連續時間信號，t是符號變量，subs命令則將連續時間信號中的時間變量t用t-t0替換。4.反褶y=subs(f,t,-t)；ezplot(y)上面的命令是實現連續時間信號的反褶及其結果的可視化，其中f是用符號表達式表示的連續時間信號，t是符號變量。5.尺度變換y=subs(f,t,a*t)；ezplot(y)上面的命令是實現連續時間信號的尺度變換及其結果的可視化，其中f是用符號表達式表示的連續時間信號，t是符號變量。1.5信號與系統中基本函數的命令表示方法1.沖擊函數：Impuse(t)2.階躍函數：heaviside(t)3.卷積：c=conv(a,b)例：求出f1(t)*f2(t)的數值近似，并繪出其時域波形圖，如圖2所示，實習報告《信號實習報告》。實現上述過程的MATLAB命令如下：p=0.01；k1=0：p：2；f1=0.5*k1；k2=k1；f2=f1；=sconv(f1,f2,k1,k2,p)4.積分：d=int(x)5.微分：y=diff(x)2.連續系統表示方法2.1求解零狀態響應命令MATLAB中的函數lsim()能對微分方程描述的LTI連續時間系統的響應進行仿真。該函數能繪制連續時間系統在指定的任意時間范圍內系統響應的時域波形圖，還能求出連續例：描述某連續時間系統的微分方程為解：MATLAB命令如下：a=；b=；p=0.5；t=0：p：5；x=exp(-2*t)；lsim(b,a,x,t)；hold on p=0.3；t=0：p：5；x=exp(-2*t)；lsim(b,a,x,t)；p=0.01；t=0：p：5；x=exp(-2*t)；lsim(b,a,x,t)；hold off系統零狀態響應的仿真波形圖如圖3所示：圖3 2.2階躍函數和沖擊函數命令沖激響應：y=impulse(sys,t)；階躍響應：y=step(sys,t).3.傅里葉表示方法MATLAB的Symbolic Math Toolbox提供了能直接求解傅立葉變換及與變換的函數fourier()與ifourier()。在調用fourier()與ifourier()之前，要用syms命令對所用到的變量進行說明，即要將這些變量說明成符號變量。對fourier()中的函數f及ifourier()的函數F，也要用符號定義符syms將f和F說明為符號表達式。若f或F是MATLAB中的通用函數表達式，則不必用sym加以說明。例：求f(t)=e-2|t|的傅立葉變換，試畫出f(t)及其幅度頻譜圖。解：MATLAB命令為：syms t；x=exp(-2*abs(t))；F=fourier(x)；subplot(211)；ezplot(t)；subplot(212)；ezplot(F)；f(t)的幅度頻譜圖如圖所示：4.S域表示方法拉普拉斯變換是分析連續時間信號的有效手段。信號的拉普拉斯變換定義為：其中，若以為橫坐標(實軸)，為縱坐標(虛軸)，復變量就構成了一個復平面，稱為平面。(2)部分分式展開法求拉普拉斯逆變換如果是的實系數有理真分式，則可寫為：式中分母多項式稱為系統的特征多項式，方程稱為特征方程，它的根稱為特征根，也稱為系統的固有頻率(或自然頻率)。為將展開為部分分式，要先求出特征方程的個特征根，這些特征根稱為極點。根據的極點或特征根的分布情況，可以將展開成不同的部分分式。利用Matlab中的residue函數可對復雜的域表示式進行部分分式展開，其調用形式為：=residue(num,den)其中，num(numerator)、den(denominator)分別為分子多項式和分母多項式的系數向量，r為所得部分分式展開式的系數向量，p為極點，k為分式的直流分量。解：MATLAB程序如下：a=；b=；=residue(b,a)；impulse(b,a)運行結果為：r=1-3 2p=-2-1 0k=可見，系統函數有三個實極點，可以根據程序運行結果直接寫出系統的沖激響應為：5.離散系統的表示方法5.1線性時不變(LTI)離散時間系統用常系數線性差分方程進行描述：其中，f和y分別表示系統的輸入和輸出，N=max(n,m)是差分方程的階數。在已知差分方程的初始狀態以及輸入的條件下，可以通過編程由下式迭代算出系統的輸出：5.2系統的零狀態響應就是在系統初始狀態為零條件下微分方程的解。在零初始狀態下，MATLAB控制系統工具箱提供了一個filter函數，可以計算差分方程描述的系統的響應，其調用形式為：y=filter(b,a,f)其中，、分別是系統差分方程左、右端的系數向量，f表示輸入向量，y表示輸出向量。注意，輸出序列的長度與輸入序列的長度相同。5.3沖激響應：h=impz(b,a,K)，其中的h表示系統的單位序列響應，、分別是系統差分方程左、右端的系數向量，K表示輸出序列的時間范圍。5.4階躍響應：g=stepz(b,a,N)，其中的g表示系統的單位階躍序列響應，b和a的含義與上相同，N表示輸出序列的長度。6.總結通過對MATLAB的窗口界面的認識、了解和操作，對MATLAB的功能和基本命令有了些了解，對一些例題的分析和操作，使自己對信號與系統里的傅里葉變換和S域的變換有了更深刻的理解。7.參考文獻

1、《控制系統計算機輔助設計--MATLAB語言及應用》作者薛定宇出版社清華大學出版社出版時間2000.4 2、3、

第三篇：通信信號處理課程報告

MIMO技術及其在下一代移動通信中的應用

一、前言：

MIMO技術是無限移動通信領域智能天線技術的重大突破。MIMO技術能在不增加寬帶的情況下，成倍的提高通信系統的容量和頻譜利用率。隨著世界各國對該技術的不斷研究完善，我們有理由相信MIMO技術將成為新一代移動通信系統所必須采用的關鍵技術。

MIMO技術源于無限通信天線分集技術與智能天線技術，它是多入單出（MISO）與單入多出（SIMO）技術的結合，具有兩者的優勢和特征。MIMO系統在發端和收端均采用多天線單元，運用先進的無線傳輸與信號處理技術，利用無限信道的多徑傳播，因勢利導，開發空間資源，建立空間并行傳輸通道，在不增加帶寬與發射功率的情況下，成倍地提高無線通信的質量與數據速率，堪稱現代通信領域的重要技術突破。

MIMO技術已不是傳統的無線通信智能天線，其優勢已非常規智能天線所及。

二、MIMO技術：

1、MIMO信道模型：

MIMO系統在基站和移動端都采用了天線陣列，可為移動通信系統帶來更大的系統容量，更好地保障了通信質量以及提供更高的頻譜利用率。MIMO系統能夠在不增加頻譜資源和天線發射功率的前提下，提供未來移動通信系統所需要的大容量高速率傳輸。當發射功率和傳輸帶寬固定時，MIMO系統的最大容量或容量上限將隨天線數目的增加而增加，可以提高無線信道的容量。

以基站和移動臺作為發射端和接收端來分析。上圖1所示的兩個線性天線陣列，假定基站有NT根天線、移動臺有NR根天線。在基站的天線陣列上的信號表示為：

xj(t)=[x1（t），x2（t），…xt（t）]T

式中，符號[.]T為矢量或矩陣的轉置，xj(t)為移動臺的第i根天線端口的信號。

同理，yj(t)= [y1（t），y2（t），…yR（t）]T 式中，yj(t)為移動臺得第j根天線端口的信號。

2、MIMO系統的容量：

系統的容量是表征通信系統性能最重要的標志之一，即表示了通信系統的最大傳輸率。MIMO系統自身具有的一個最大的優勢是，它能夠提供其他任何系統所不能達到的容量優勢。

對于P個發射天線和Q個接收天線的MIMO系統，信道容量的公式為：

C=log2[det（IQ+SNR/P*H*H）]b/s/Hz 其中，IQ 表示單位矩陣，SNR表示接收天線的平均信噪比，“*”表示共軛轉置，H是P×Q的信道響應矩陣。上式是在假設P個相等功率的不相關的天線條件下成立的。那么，在MIMO系統傳輸信號過程中，每個字數據流的傳輸過程是相互獨立的，每個接收天線接收到的信號也是相互獨立的，沒有任何的干擾，這樣可以提高接收信號質量。一般地，對于發射天線為P，接收天線為Q的MIMO系統，假定信道為獨立的瑞利衰落信道，則信道容量為：

*C=[min(P,Q)B log2(SNR/2)] b/s/Hz 其中，B為信道帶寬，SNR為接收平均信噪比。上式表明：當發射功率和傳輸帶寬固定時，MIMO系統的最大容量或容量上限隨較小天線數目的增加而線性增加。

信道信噪比SNR與信道容量C的關系：

1、仿真結果：

圖為：信噪比為-5, 0, 5, 100 分析：在實驗仿真時，可以得出以下結果：

當天線數目一定時,隨著信噪比的增大信道容量也增大，信道容量的增加速度越來越慢；當信噪比一定時,隨著天線數目的增加信道容量也增大，信道容量的增加速度越來越慢；當天線達到一定數目時，信道容量趨于一個穩定值，不再隨天線數目增加而增加。MIMO信道容量的大小與信噪比以及天線數目有關。當天線數目較少時，信道容量與天線數目成正比，當天線數目大到一定值時，信道容量達到飽和狀態，不再隨天線數目的增加而改變。

3、MIMO信道估計： 在MIMO系統中，常用的信道估計的方法包括最小二乘估計、最大似然估計、最大后驗概率估計以及最小均方誤差估計：

下面以最小二乘估計、最大似然估計為例進行分析：（1）最小二乘信道估計算法：

一個MT*MR 系統，接收的向量由下式給出

式1 其中，維數為，是由MT 個發射天線上的訓練序列組，成的訓練矩陣。Mp為訓練期間接收天線所收到的接收信號矩陣，維數為H是訓練期間的信道系數矩陣，與前面定義相同，維數為Mr×Lt，其中每個元素服從Ryaelihg分布，Vp 為0均值、方差為的高斯白噪聲矩陣。

采用LS方法進行信道估計的代價函數為: 式2 使 式2所示的代價函數達到最小的就是H的LS估計，也即:

進一步將公式2中的代價函數對求H偏導且令其等于O，可以求得H的LS估計 值

其中。

將式1代入上式，可得:

其中，為估計的誤差矩陣。由此可以看出信道系數矩陣的估計值真實值H受到一個同維數的高斯矩陣擾動的結果。

(2)最大似然信道估計算法

ML估計在估計理論中占有非常重要的地位，ML估計適用于非隨機參數或者未知 先驗分布的參數估計。

實際上是其若要對H進行最大似然估計，可以先得到最大似然估計的性能函數者達為:，通常采用后一種對數似然函數，則H的ML估計解

或可以表

當噪聲為復高斯噪聲

可以轉化為:

式3

其中，為Rv噪聲的協方差矩陣。將式3所示的代價函數對待估量H求偏導等于零，就可以估計出相應的化簡求

式4 在噪聲為O均值的加性復高斯白噪聲的情況下，對于MIMO平坦衰落信道的估計而言，信道系數矩陣H的最大似然估計值

和最小二乘估計值

是相等的，由于噪聲為0均值的復高斯白噪聲，因此可以它們有相同的表達形式。

4、MIMO信道的均衡：

以球形譯碼為例分析MIMO信道的均衡：

球形譯碼的基本思想是在以一個矢量為中心的半徑為的多維球內搜索格點。通過限制或者減少搜索半徑從而減少搜索的點數,進而縮短計算時間。與ML 檢測相比,球譯碼算法的優點在于它不需要對整個格內的所有格點進行搜索,而只需要在一個事先設定的有限球形區域內進行搜索, 如果該區域所包含的點數相對于整個格內的總點數是相當小的, 那么搜索時間就會大大減少。多符號判決反饋球譯碼算法

由于MIIMO 頻率選擇性衰落信道的均衡無法直接應用SDA,因此本文提出了多符號判決反饋球譯碼算法。即:對于接收信號,有

（1）

其中, H是信道傳輸系數矩陣, 是0 均值的高斯白噪聲矩陣, 為各對天線間最大可分辨多徑數。若要檢測符號矢量,假定及其以后的符號矢量已知, 在研究中采用軟判決譯碼方式, 即假設已知的符號矢量取值均為線性均方誤差均衡后未進行硬判決的值,對(1)式處理后得:

(2)其中。

通過上述變換可對表達式直接應用SDA,求出后,代入表達式,對表達式應 用SDA,可以檢測出,以此類推,我們可以對其它符號矢量進行逐個檢測。仿真與結果分析：

圖1 在2 徑衰落信道下MIMO 系統的線性均衡和判決反饋均衡的性能

圖2 在2 徑衰落信道下MIMO 系統

MIMO 系統采用BPSK 調制,信道為2 徑的頻率選擇性衰落信道,線性均衡濾波器的長度是5,判決反饋濾波器的前饋抽頭系數為3,反饋抽頭系數是1,不同信噪比(SNR)下的誤比特率BER)曲線如圖1。基于MMSE 準則的線性均衡和判決反饋均衡不能完全消除符號間干擾(ISI);隨著接收端天線數目增加,MIMO 系統獲得分級增益提高,誤碼率性能隨之得到改善。如:判決反饋均衡器在誤碼率為時,接收端天線數每增加2,誤碼率性能就得到3~5dB 的改善。相同天線配置情況下,非線性的判決反饋均衡效果優于線性均衡的效果。為了研究系統在不同的均衡檢測方式下的性能, 對一個2 發3 收的MIMO 系統在BPSK 調制下進行仿真,BER 曲線如圖2。

三、MIMO技術在下一代通信的應用：

MIMO技術是無限移動通信領域智能天線技術的重大突破。MIMO技術能在不增加寬帶的情況下，成倍的提高通信系統的容量和頻譜利用率。隨著世界各國對該技術的不斷研究完善，我們有理由相信MIMO技術將成為新一代即4G移動通信系統所必須采用的關鍵技術。這與MIMO技術優點有著不可分割的因素： MIMI技術的主要優點可以包括以下幾點：

（1）頻譜效率高。MIMO技術能夠在不增加額外功率或者帶寬的前提下增加容量，即提供空分復用增益。通過在不同的發射天線上傳輸不同的數據流，在特定信道條件下，使系統容量與min{成線性增長}。

（2）覆蓋范圍廣。對所有天線陣元上的接收信號進行相干合并，可以獲得天線陣列或者波束成型增益，它正比于接收天線的數目。通過增加接收端的信噪比，MIMO技術可以擴大WLAN的覆蓋范圍。

（3）功耗低。采用發射波束成型等方法可以獲得較低的功率消耗。

（4）鏈路可靠性高。采用多天線可以增加空間分集對抗多徑衰落。發射分集技術，如空時編碼技術、發射波束成型等時對抗信道衰落和提高系統容量及鏈路可靠性的新技術之一。

MIMO多天線系統是指發射端和接收端同時使用多個天線的通信系統，它可有效地利用隨機衰落和可能存在的多徑傳播成倍地提高業務傳輸速率。其核心技術是空時信號處理，即利用在空間中分布的多個時間域和空間域結合進行信號處理。因此，可以被看作是常規智能天線的擴展。

4G系統應用智能天線的優勢是可以去除更多的干擾，提供更高的信道和系統容量，增加小區吞吐量，降低系統對功率的要求，增強通信的抗干擾特性以及降低比特費率等。而4G系統應用智能天線的缺點是增加了收發信機以及無線資源管理的復雜性，同時需要高層的支持。

智能天線是建立在自適應天線基礎之上的新一代天線系統，其目標是通過抑制干擾和對抗衰落來增加系統容量，進而提高頻譜利用率，這不僅涉及智能化接收，還包括智能化發射。

4G系統的接入層會允許用戶使用各種終端通過各種形式接入到4G通信系統中，這是移動通信革命性的演進。對于這種演進，如果仍采用常規的智能天線技術已不足以解決4G系統的大容量與高可靠性需求問題。此時，結合空時處理的多天線技術——MIMO天線技術，提供了解決問題的新途徑。可以說，MIMO多天線系統是常規智能天線演進的必然成果。

參考文獻：

1、《多用戶.多小區MIMO通信技術》 邱玲等編著 人民電郵出版社

2、《MIMO技術原理及應用》 林云、何豐等編著 人民電郵出版社

3、《MIMO通信系編碼》 Ali.Ghraryeb(加)Tolga M.Duman(美)著 艾渤 唐世剛 譯 電子工業出版社

4、《MIMO相關技術及應用》 黃韜 等著 機械工業出版社

5、《MIMO多天線無線通信系統》 肖揚 著 人民電郵出版社

第四篇：生物醫學信號處理

1.生物醫學簡述

1.1生物醫學信號概述

生物醫學信號是人體生命信息的體現，是了解探索生命現象的一個途徑。因此，深入進行生物醫學信號檢測與處理理論與方法的研究對于認識生命運動的規律、探索疾病預防與治療的新方法以及發展醫療儀器這一高新技術產業都具有極其重要的意義。國內外對于生物醫學信號檢測處理理論與方法的研究都給予極大的重視。人體給出的信號非常豐富，每一種信號都攜帶著對應的一個或幾個器官的生理病理信息。由于人體結構的復雜性，因此可以從人體的不同的“層次”得到各類信號，如器官的層次、系統的層次以及細胞的層次,這些信號大致分為電生理信號、非電生理信號、人體生理信號、生化信號、生物信息以及醫學圖像[1]。1.2生物醫學信號的特點

生物醫學信號屬于強噪聲背景下的低頻微弱信號，它是由復雜的生命體發出的不穩定的自然信號，從信號本身特征、檢測方式到處理技術，都不同于一般的信號。

⑴信號弱，如心電信號在mV級，腦電信號在μV級，而誘發電位信號的幅度更小。⑵噪聲強，人體是電的導體，易感應出工頻噪聲；其次是信號記錄時受試者移動所產生的肌電噪聲，由此引起電極移動所產生的信號基線漂移。另外，凡是記錄中所含有的不需要成分都是噪聲，如記錄胎兒心電時混入的母親的心電。⑶隨機性強且一般是非平穩信號，由于生物醫學信號要受到生理和心理的影響，因此屬于隨機信號。

⑷非線性，非線性信號源于非線性系統的輸出，人體體表采集到的電生理信號都是細胞膜電位通過人體系統后在體表疊加的結果，因此這些信號嚴格地說都是非線性信號，但目前都是把他們當作線性信號來處理[2]。

2.生物醫學信號的檢測

生物醫學信號檢測是對生物體中包含地生命現象、狀態、性質和成分等信息進行檢測和量化地技術，涉及到人機接口技術、低噪聲和抗干擾技術、信號拾取、分析與處理技術等工程領域。絕大部分生物醫學信號都是信噪比很低地微弱信號，且一般都是伴隨著噪聲和干擾地信號,對于此類信號必須采用抑制噪聲地處理技術。由于生物系統十分復雜，生物體內的信息豐富，生物信號檢測技術十分重要。生物信號的檢測一般需要通過以下步驟：①生物醫學信號通過電極拾取或通過傳感器轉換成電信號；②放大器及預處理器進行信號放大和預處理；③經A/D轉換器進行采樣，將模擬信號轉變成數字信號；④輸入計算機；⑤通過各種數字信號處理算法進行信號分析處理，得到有意義的結果[3]。

圖1 生物醫學信號檢測流程

生物醫學的檢測技術分為以下幾類：①無創檢測、微創檢測、有創檢測；②在體檢測、離體檢測；③直接檢測、間接檢測；④非接觸檢測、體表檢測、體內檢測；⑤生物電檢測、生物非電檢測；⑥形態檢測、功能檢測；⑦處于拘束狀態下的生物體檢測、處于自然狀態下的生物體檢測；⑧透射法檢測、反射法檢測；⑨一維信號檢測、多維信號檢測；⑩分子級檢測、細胞級檢測、系統級檢測[4]。

3.生物醫學信號的處理

生物醫學信號處理是研究被干擾和噪聲淹沒的信號中提取有用的生物醫學信息的特征并作模式分類的方法。生物醫學信號處理的目的是要區分正常信號與異常信號，在此基礎上診斷疾病的存在。近年來對生物醫學信號的處理廣泛地使用了數字信號分析處理方法。以下為幾種常用地處理方法：

⑴小波變換方法。在信號處理、圖像處理、語音分析、模式識別、量子物理及眾多非線性科學領域小波變換受到廣泛地應用，被認為是近年來在工具及方法上地重大突破。所謂地小波變換是指把某一被稱作為基本小波地函數作位移τ后，在不同尺度α下與待分析信號作內積[5]。小波變換具有以下特點：時頻局部化特點，即可以同時提供時域和頻域局部化信息;多分辨率，即多尺度的特點，可以由粗到細逐步觀察信號；帶通濾波的特點，可以根據中心頻率的變化調節帶寬，中心頻率的高低與帶寬成反向變化，可以觀測出信號的低頻緩變部分和高頻突變部分[6]。這種變焦特性決定了它對非平穩信號處理的特殊功能。在生物醫學工程中的信號處理，信號壓縮，醫學圖像處理中，小波變換均有應用。

⑵頻域濾波。頻域濾波是數字濾波中常用的一種方法，是消除生物醫學信號中噪聲的另一種有效方法，當信號頻譜與噪聲頻譜不相重疊時，或雖有重疊，但信號在重疊部分的能量很小時，可用頻域濾波法來消除干擾。數字濾波器由于可做到非因果性，所以具有較模擬濾波器更為優越的頻響特性，較之能更接近理想濾波器對數字濾波器的要求時相頻線性，通帶平坦，過度帶窄[7]。

⑶生物醫學信號的混沌測量。傳統的測量技術以線性方法為主，強調的是平穩、平衡和均勻性。而非線性系統是在不穩定、非平衡的狀態中提取信息、處理信息，從而顯示它特有的優點。混沌用于測量可以說是一種嘗試，也許人們很難想象一個極不穩定的混沌系統，其檢測靈敏度卻明顯超出目前的科技水平，這是一個全新的測量概念，是很有發展前途的領域。該方法的最大的特點是初值敏感性和參數敏感性，即蝴蝶效應。其基本的思路就是把蝴蝶效應倒過來應用，將敏感元件作為混沌電路的一部分，其敏感參數隨待測量變化而變化，并使系統的混沌軌道變化，測出混沌軌道的變化就可得到待測量。

⑷人工神經網絡(ANN),人工神經網絡是指由大量簡單元件廣泛相互連接而成的復雜網絡系統。神經網絡有很多具體模型，其共同的基本特征是以大規模并行處理為主，采用分布式存儲具有較強的容錯性和聯想功能，強調自適應過程和學習訓練過程[8]。人工神經網絡的最新發展使其成為信號處理的強有力工具，對于那些用其他信號處理技術無法解決的問題，人工神經網絡的應用開辟了新的領域，許多ANN的算法和它們的應用已廣泛的在自然科學的各個領域被應用。這些網絡模型中，多層感知器被認為是最有用的學習模型，廣泛應用于腦電信號、心電信號的處理中。由于神經網絡可以把專家知識和先驗知識結合進一個數學框架來完成特征提取和分類識別等功能，而不需要任何對數據和噪聲的先驗統計假設，也不需要把專家知識和經驗歸納成嚴密清晰的條文，所以最適應用于研究和分析生物醫學信號。

4.生物醫學信號處理的應用及發展前景

生物醫學信號至今已在臨床和生命學科的研究中獲得了廣泛的應用，而基于生物醫學信號處理、醫學成像系統和計算機的醫療儀器已成為現代醫院的重要組成部分。隨著科學技術的發展，現代醫學已由過去的定性診斷逐漸轉變為強調定量診斷。而定量診斷的依據即是病人的生理信號、醫學圖像和生化指標等。

4.1心電信號的應用 心電信號中最重要的特征是R波、P波、T波的位置、幅度和形態，此外還有S-T段的形態、Q波、S波、QRS寬度、U波、心室晚電位及T波交替等。心電R波檢測是所有其他心電特征檢測和自動診斷的基礎，其檢測的精度直接影響到儀器的性能，檢測精度至少在99%以上。R波自動檢測已有近40年的歷史，從早期的差分域值法、模板匹配法、積分法、濾波器法，發展到20世紀90年代，基于小波變換的算法逐漸成為主流。至今新的R波檢測算法仍然在不斷的被提出，例如將R波檢測和心電數據壓縮相結合的算法，目的是使算法在用于可穿戴心電監護儀時具有實時分析功能并降低儀器的功耗，算法對R波的檢測精度達到了99.64%。由于P、S、T等波形的幅度遠低于P波，且形態多變，因此，用于對它們的檢測非常困難。完成了P、Q、R、S和T等波形的檢測，即可算出R-R間隔，從而得到瞬時心率以及P-R間隙、QRS寬度、P-T間隙以及S-T段形態等參數。這些參數總的又可分為兩類：①心電形態學的信息②心電節律的信息，它們時心電圖臨床診斷的重要依據。根據檢測出的參數、心臟疾病的原理和醫生的臨床經驗，建立起各種心律異常的數學模型，從而對心電信號作出判別，決定是否異常，若異常時屬于哪一種異常。這一工作即是心電的自動診斷，它也是信號處理的應用。

4.2腦電信號的應用

人類大腦無疑是自然界中最精密也是最復雜的巨系統。開展腦科學研究的目的：①闡明腦的功能和機理；②保護大腦，即腦疾病的預防、治療及延緩衰老；③進一步開發大腦；腦科學的研究主要有兩大研究方向：①微觀層次的研究，包括神經生物學、分子生物學和細胞生物學等學科；②宏觀層次的研究，即通過大腦宏觀層次的測量來分析大腦內部隱含的生理、病理信息。目前，大腦宏觀層次的測量主要是腦電圖和腦部成像兩大類。腦電圖是無創并低價的腦測量手段，無論是在神經內科還是在神經外科都獲得了廣泛的應用，幾乎是神經門診的必做項目之一，同時它在腦的認知研究中也起著重要的作用。

5.結語

由于生物醫學信號來自于人體器官、組織及細胞，因此存在信號的多樣性、復雜性及應用的特殊性等突出特點。隨著現代醫學對定量診斷和精確治療的要求越來越高，因此，生物醫學信號處理的應用領域也越來越迅速擴展。正因為生物醫學信號的上述屬性，因此吸引了眾多學科的信號處理工作者到該領域來探索。可以說生物醫學信號處理領域充滿了挑戰性和創新機會，其給科研工作者帶來了勇攀高峰的激情和期待。

參考文獻

[1]何琳，郭靜玉，胡志剛.生物醫學信號處理方法概述[J].科技資訊，2012.[2]周杰.生物醫學信號 處理方法概述[J].華章，2012.[3]許海青 陳柱 史婷奇.生物醫學信號處理及應用[J].浙江臨床醫學，2010.[4]張陽德，周以，李小莉.基于生物醫學信號處理技術的醫療檢測與診斷[J].中國醫學工程，2005.[5]王鴻雁.信息技術在生物醫學工程中的應用[J].赤峰學院院報，2010.[6] 許海青 陳柱 史婷奇.生物醫學信號處理及應用[J].浙江臨床醫學，2010.[7] 周杰.生物醫學信號 處理方法概述[J].華章，2012.[8] 何琳，郭靜玉，胡志剛.生物醫學信號處理方法概述[J].科技資訊，2012.[9]梁世盛，喬鳳斌，張燕．基于ＦＰＧＡ的數字相敏檢波算法實現[J].自動化儀表，2013，34(11):13-16.５９

生物醫學工程學雜志 第３３卷

［ Ｊ］．自動化儀表，２０１３，３４（１１）： １３ － １６

第五篇：函數信號發生器課程設計報告.

漳州師范學院 《模擬電子技術》課程設計 函數信號發生器 姓 名： 學 號： 系 別： 專 業： 年 級： 指導教師： 2012年4月3日 函數信號發生器 摘要

利用集成電路LM324設計并實現所需技術參數的各種波形發生電路。根據電壓比較器可以產生方波，方波再繼續經過基本積分電路可產生三角波，三角波經過低通濾波可以產生正弦波。經測試，所設計波形發生電路產生的波形與要求大致相符。

關鍵詞：波形發生器；集成運放；RC 充放電回路；滯回比較器；積分電路 目錄

中文摘要..........................................................錯誤！未定義書簽。1.系統設計........................................................................................4

1.1設計指標................................................................................................................................4 1.2方案論證與比較....................................................................................................................4 2.單元電路設計................................................................................5 2.1方波的設計............................................................................................................................5 2.2三角波的設計........................................................................................................................8 2.3正弦波的設計........................................................................................................................8 3．參數選擇....................................................................................11 3.1方波電路的元件參數選擇...................................................................................................11 4.系統測試......................................................................................11 4.1正弦波波形測試..................................................................................................................11 4.2方波波形測試......................................................................................................................11 4.3三角波波形測試..................................................................................................................12 5．結果分析....................................................................................12

6．工作總結....................................................................................12 7．參考文獻....................................................................................13 8．附錄............................................................................................13 1.系統設計 1.1設計指標 1.1.1 電源特性參數 ①輸入：雙電源 12V ②輸出：正弦波V pp >1V，方波V pp ≈12 V，三角波V pp ≈5V，幅度連續可調，線性失真小。

1.1.2工作頻率

工作頻率范圍：10 HZ～100HZ ,100 HZ～1000HZ 1.2方案論證與比較

1.2.1 方案1：采用集成運放電路設計方案產生要求的波形

主要是應用集成運放LM324，其芯片的內部結構是由4個集成運放所組成的, 通過RC 文氏電橋可產生正弦波，通過滯回比較器能調出方波, 并再次通過積分電路就可以調試出三角波，此電路方案能實現基本要求和擴展總分的功能，電路較簡單，調試方便，是一個優秀的可實現的方案。

1.2.2 方案2：采用集成運放電路設計方案產生要求的波形

主要是應用集成運放LM324, 其芯片的內部結構是由4個集成運放所組成的, 通過電壓比較器可以形成方波, 方波經過積分之后可以形成三角波, 三角波再經過低

通濾波可以形成正弦波, 此電路方案能實現基本要求和擴展總分的功能, 電路較簡單, 調試方便, 相比第一方案, 其操作成功率較低.2.單元電路設計 2.1方波的設計 2.1.1原理圖

2.1.2工作原理

矩形波發生電壓只有兩種狀態, 不是高電平, 就是低電平, 所以電壓比較器是它的重要成分;因為產生振蕩, 就是要求輸出的兩種狀態自動地相互轉換, 所以電路中必須引入反饋, 因為輸出狀態應按一定時間間隔交替變化, 即產生周期性變化, 所以電路中要有延遲環節來確定每種狀態維持的時間.圖所示的矩形波放生電路, 它由反相輸入的滯回比較器和RC 電路組成.RC 回路既作為延遲環節, 又作為反饋網絡, 通過RC 充放電實現輸出狀態的自動轉換.設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+Ut。Uo 通過R3對電容C 正向充電，反相輸入端電位隨時間t 增長而逐漸升高，當t 趨近于無窮時，Un 趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo 就從+Uz躍變為—Uz，與此同時Up 從+Ut躍變為—Ut。隨后，Uo 又通過R3對電容C 反向充電，或者說放電。反相輸入端電位Un 隨時間t 增長而逐漸降低，當t 趨于無窮時，Un 趨于—Uz ；但是，一旦Un=—Ut, 再稍減小，Uo 就從—Uz 躍變為+Uz，與此同時Up 從—Ut 躍變為+Ut，電容又開始正向充電。上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩。

圖2.3滯回比較器的電壓傳輸特性

2.2.2工作原理

積分電路是一種運用較為廣泛的模擬信號運算電路，它是組成各種模擬電子電路的重要基本單元，它不僅可以實現對微分方程的模擬，同時在控制和測量

2.6方波-三角波發生電路波形圖系統中，積分電路也有著廣泛運用，利用其充放電過

程可以實現延時，定時以及各種波形的產生.積分電路還可用于延時和定時。在圖2.3所示三角波發生電路圖中，將方波電壓作為積分運算電路的輸入，在積分運算電路的輸出就得到三角波電壓。.U O 3=-? I C 1 =-U O 2dt C RC ?(式2.10

U O 3=-1 U O 2(t 1-t 0+U O 2(t 0(R 4+R W C(式2.11 式中 U O 2(t 0 為初始狀態時的輸出電壓。設初始狀態時U O 2正好從-U Z 躍變為 +U Z，則式2.10應寫成 U O 3=-1 U Z(t 1-t 0+U O 2(t 0(R 4+R W C(式2.12 積分電路反向積分, U O 2隨時間的增長線性下降，根據圖2.4所示電壓傳輸特性，一旦U O 2=U T-，再稍減小，U O 2將從+U Z 躍變為-U Z。使得式2.10變為

U O 3=-1 U Z(t 2-t 1+U O 2(t 1(R 4+R W C(式2.13 為 U O 2(t 1

U O 2 產生躍變時的輸出電壓。積分電路正向積分，U O 2 隨時間的增

長線性增大，根據圖2.3的電壓傳輸特性，一旦U O 2=U T +，再稍增大, U O 2將從-U Z 躍變為+U Z，回到初態，積分電路又開始反向積分。

2.3正弦波的設計

2.3.1工作原理

采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。圖中采用的是簡單的二階低通濾波電路，與同相輸入端電路類似，增加RC 環節，可以使濾波器的過渡帶變窄，衰減斜率的值加大，電路如圖所示。

輸出三角波。三角波再經R10、C1積分網絡，輸出近似的正弦波。總的原理圖

4C 3．參數選擇

3.1方波電路的元件參數選擇 3.2.1 穩壓管

由于要求方波輸出電壓約等于12V，所以采用的穩壓管的穩壓約等于6V，所以應采用6.2V 的穩壓管兩支。

電容

庫房里可以提供0.1uF 的電容，所以電路里都采用0.1uF 的電容，電阻

頻率范圍是10HZ ～100HZ ,100HZ～1000HZ, 根據公式f=R2/(4*R1*R3*C取 R1=2K R2=5K R3=100 RW1=5K Rw2=100K

經過公式計算后得到接近的電阻阻值，再把數據代入到仿真軟件進行仿真調整，得到正確的波形圖和數值。

4.系統測試 4.1方波波形測試

由于在電路圖中方波的幅值約等于+12V，所以只要電路沒有出現問題，阻值選擇合適，那么波形就可以出來。

4.2三角波波形測試

同樣保持電路完整，接入電源，通過調節RW1可改變三角波伏值及頻率，通過調整RW2使電路的周期發生變化，同時頻率也發生變化。

4.3正弦波波形測試

將電源電路接入變壓器使雙電源輸出 12V，通過調節RW1、RW2可調節正弦波的峰峰值和頻率。

5.結果分析

實驗結果和預先所設定的參數存在一定的誤差，其中跟元器件的選擇參數有關，在電子仿真軟件中的電阻參數在庫房里沒有相吻合的參數，其次在實驗焊接過程中也可導致誤差，庫房所提供的電阻其本身誤差較大，綜合各方面的考慮，實驗結果的誤差不可避免，而制作出來的電路板所能出現的波形，在一定程度上會出現失真現象。

6.工作總結

在這次課程設計中，我學會了怎樣去根據課題的要求去設計電路和調試電路。動手能力得到很大的提高。從中我發現自己并不能很好的熟練去使用我所學到的模電知識。在以后學習中我要加強對使用電路的設計和選用能力。但由于電路比較簡

單、定型，而不是真實的生產、科研任務，所以我們基本上能有章可循，完成起來并不困難。把過去熟悉的定型分析、定量計算逐步，元器件選擇等手段結合起來，掌握工程設計的步驟和方法，了解科學實驗的程序和實施方法。這對今后從事技術工作無疑是個啟蒙訓練。通過這種綜合訓練，我們可以掌握電路設計的基本方法，提高動手組織實驗的基本技能，培養分析解決電路問題的實際本領，為以后畢業設計和從事電子實驗實際工作打下基礎。

在實驗過程中收益最大的就是懂得如何去調試電路，查找電路的缺陷和看PCB 圖，通過自己動手更能對電路有更深刻的了解。

7.參考文獻 元件清單表 附錄1 器件清單

附錄2 原理圖

4C 附錄3 電子仿真 3.1輸出方波電路的仿真 圖 輸出方波電路的仿真 3.2方波—三角波電路的仿真

3.3 正弦波電路的仿真 16 17