МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ

Кафедра Інформаційно-телекомунікаційних технологій та систем

Дисципліна “Системи передавання даних”

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

Застосування системи matlab 6.Х для розробки та дослідження спд

Івано-Франківськ

1 Тема: Застосування matlab 6.Х для розробки та дослідження спд

2 Мета роботи: Ознайомитись з основними характеристиками та можливостями системи MATLAB 6.х. Вивчити структуру та інтерфейс MATLAB. Здійснити моделювання аналогових та дискретних сигналів використовуючи середовище моделювання Simulink та програмним шляхом через m-файли.

3 Устаткування:

2.1 ПК ІВМ РС на базі x86 CPU.

2.2 ПЗ MathWorks MATLAB^® 6.0/6.1/6.5/7.0 з наступними пакетами:

2.2.1 Програма для візуального моделювання Simulink 3.0/4.0/4.1/5.0/6.0;

2.2.2 Communications Toolbox 1.x/2.x;

2.2.3 Signal Processing Toolbox 5.х.

4 Теоретичні відомості

4.1 Характеристика та можливості системи MATLAB

Система MatLAB (скорочення від MATrix LABoratory - Матрична Лабораторія) є інтерактивною системою для виконання інженерних і наукових розрахунків, орієнтованою на роботу з масивами даних. Система використовує математичний співпроцесор і допускає можливість звертання до програм, написаних на мовах FORTRAN, С і C++.

Особливістю системи є те, що вона містить розвиту вбудовану матричну і комплексну арифметику. В системі реалізовано зручне операційне середовище, що дозволяє формулювати проблеми й одержувати рішення в звичній математичній формі, не виконуючи рутинного програмування.

MATLAB має великі можливості для роботи із сигналами, для розрахунку і проектування аналогових і цифрових фільтрів та побудови їх частотної, імпульсної і перехідної характеристик. MATLAB містить засоби для спектрального аналізу і синтезу, зокрема, для реалізації прямого і зворотнього перетворення Фур'є.

Робота в середовищі може здійснюватися в двох режимах:

- В режимі калькулятора, коли обчислення здійснюються безпосередньо після набору чергового оператора чи команди MATLAB;

- шляхом виклику програми, складеної і записаної на диску мовою MATLAB, що містить усі необхідні команди, що забезпечують ввід даних, організацію обчислень і вивід результатів на екран (програмний режим). Програмний режим дозволяє зберігати розроблені обчислювальні алгоритми і, таким чином, використовувати дані програми для інших задач.

4.2 Аналіз програмних засобів по обробці сигналів

Signal Processing Toolbox

Ефективний пакет пакет для аналізу, моделювання і проектування пристроїв обробки сигналів Пакет Signal Processing Toolbox забезпечує широкі можливості по створенню програм обробки сигналів для сучасних наукових і технічних задач. У пакеті використовується різноманітна техніка фільтрації і новітні алгоритми спектрального аналізу. Пакет містить модулі для розробки лінійних систем і аналізу часових рядів. Пакет буде корисний, зокрема, у таких областях, як обробка аудіо- і відеоінформації, телекомунікації, геофізика, задачі керування в реальному режимі часу, економіка, фінанси та медицина. Основні характеристики пакета:

- моделювання сигналів і лінійних систем;

- проектування, аналіз і реалізація цифрових і аналогових фільтрів;

- швидке перетворення Фур'є, дискретне косинусне й інші перетворення;

- оцінка спектрів і статистична обробка сигналів;

- параметрична обробка часових рядів;

- генерація сигналів різної форми.

Пакет Signal Processing Toolbox - ідеальна оболонка для аналізу й обробки сигналів. У ньому використовуються перевірені практикою алгоритми, обрані за критеріями максимальної ефективності і надійності. Пакет містить широкий спектр алгоритмів для представлення сигналів і лінійних моделей. Цей набір дозволяє користувачу досить гнучко підходити до створення засобів обробки сигналів.

Пакет Signal Processing Toolbox включає повний набір методів для створення цифрових фільтрів з різноманітними характеристиками. Він дозволяє швидко розробляти фільтри верхніх і нижніх частот, смугові та режекторні фільтри, багатосмугові фільтри, в тому числі фільтри Чебишева, Юла-Уолкера, еліптичні та інші.

Заснований на оптимальному алгоритмі швидкого перетворення Фур'є, пакет Signal Processing Toolbox має неперевершені характеристики для частотного аналізу і спектральних оцінок. Пакет включає функції для обчислення дискретного перетворення Фур'є, дискретного косинусного перетворення, перетворення Гільберта та інших перетворень, що часто застосовуються для аналізу, кодування та фільтрації. В пакеті реалізовані такі методи спектрального аналізу, як метод Вельха, метод максимальної ентропії й інші.

Новий графічний інтерфейс дозволяє переглядати і візуально оцінювати характеристики сигналів, проектувати і застосовувати фільтри, здійснювати спектральний аналіз, досліджуючи вплив різних методів і їхніх параметрів на одержуваний результат. Графічний інтерфейс особливо корисний для візуалізації часових рядів, спектрів, часових і частотних характеристик, розташування нулів і полюсів передаточних функцій систем.

Пакет Signal Processing Toolbox є основою для вирішення багатьох інших задач, наприклад, комбінуючи його з пакетом обробки зображень (Image Processing Toolbox), можна обробляти й аналізувати двовимірні сигнали і зображення. У парі з пакетом System Identification Toolbox пакет Signal Processing Toolbox дозволяє виконувати параметричне моделювання систем у часовій області. Засоби генерування сигналів дозволяє створювати імпульсні сигнали різної форми.

Higher-Order Spectral Analysis

Пакет Higher-Order Spectral Analysis Toolbox містить спеціальні алгоритми аналізу сигналів з використанням моментів вищого порядку. Пакет надає широкі можливості для аналізу негаусових сигналів, тому що містить алгоритми, самих передових методів для аналізу й обробки сигналів. Основні можливості пакета:

- оцінка спектрів високого порядку;

- традиційний чи параметричний підхід;

- відновлення амплітуди і фази;

- адаптивне лінійне прогнозування;

- відновлення гармонік;

- оцінка запізнення;

- блокова обробка сигналів.

Пакет Higher-Order Spectral Analysis Toolbox дозволяє аналізувати сигнали, ушкоджені негаусовим шумом, і процеси, що відбуваються в нелінійних системах. Спектри високого порядку, обумовлені в термінах моментів високого порядку сигналу, містять додаткову інформацію, що неможливо одержати, користаючись тільки аналізом чи автокореляцією спектра потужності сигналу.

Спектри високого порядку дозволяють:

- зменшувати аддитивний кольоровий Гаусів шум;

- ідентифікувати немінімально-фазові сигнали;

- виділяти інформацію, обумовлену негаусовим характером шуму;

- знаходити й аналізувати нелінійні властивості сигналів.

Можливі застосування спектрального аналізу високого порядку включають акустику, біомедицину, економетрію, сейсмологію, океанографію, фізику плазми, техніку радарів і локаторів. Основні функції пакета підтримують спектри високого порядку, взаємну спектральну оцінку, лінійні моделі прогнозу й оцінку запізнення.

4.3 Методи генерування сигналів MATLAB