【正文】 件 GUI 中設(shè)計(jì)出了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的仿真實(shí)例，大體上分為上述四個(gè)模塊來對(duì)通信原理知識(shí)進(jìn)行仿真，無疑會(huì)有利于我們對(duì)通信原理的知識(shí)有著更深入的理解。專業(yè)為電子技術(shù)的學(xué)生對(duì)通信技術(shù)的學(xué)習(xí)掌握也就越來越顯得重要，因?yàn)檫@不僅是自己本專業(yè)的需求更是社會(huì)的需求。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 1 本科畢業(yè)論文 論文題目： 基于 MATLAB 的通信原理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 院 系： 專業(yè)名稱： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二〇一五年五月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信聲明書 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 2 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文 《基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)原理仿真平臺(tái)》 是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注；對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。在對(duì)通信原理教材有了一定的學(xué)習(xí)后，我掌握了通信的一些基礎(chǔ)性知識(shí)，但是很少進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。 關(guān)鍵詞： 通信原理； MATLAB；仿真； GUI 設(shè)計(jì)。通信在現(xiàn)在社會(huì)生活中的各個(gè)方面都有著非常廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在的手機(jī)通信、光纖通信、無線通信、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域都是對(duì)通信技術(shù)的應(yīng)用，可以說通信技術(shù)有著廣闊的前景。更是對(duì)我們學(xué)習(xí)通信的初學(xué)者提供了一個(gè)非常好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用 MATLAB 我們可以對(duì)通信中的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，使相關(guān)知識(shí)點(diǎn)可視化，加深我們對(duì)其理解。本論文中在 GUI 主界面中我總共設(shè)計(jì)了四大模塊，及 模擬線性調(diào)制、模擬信號(hào)波形編碼、數(shù)字信號(hào)基帶傳輸、數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸 。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 7 設(shè)計(jì)軟件介紹 MATLAB 簡(jiǎn)介 Matlab 是由 美國(guó) Math Works 公司于 1984 年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算可視化軟件， 它 集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，被稱為第四代計(jì)算機(jī)語言，是目前國(guó)際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。它將 數(shù)值分析 、 矩陣計(jì)算 、科學(xué)數(shù)據(jù)可視 化以及非 線性 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的 建模 和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效 數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué) 領(lǐng)域 提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式 程序設(shè)計(jì)語言 （如 C、 Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。它具有運(yùn)算符豐富、程序環(huán)境高級(jí)并且簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)自由、可移植性好、圖形功能強(qiáng)大、使用方便靈活、具有強(qiáng)大的工具箱、源程序開放等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理和雷達(dá)工程等行業(yè)，也是國(guó)內(nèi)外高校和研究部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具。 GUI 即圖形用戶界面，是 Graphical User Interface簡(jiǎn)稱，又稱圖形用戶接口。用戶通過一定的方法如鼠標(biāo)、鍵盤等選擇、激活這些圖 形對(duì)象，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或者變化（比如計(jì)算、繪圖等）。同時(shí)自動(dòng)生成包含圖形用戶界面初始化和組件界面布局控制代碼的 M 文件，這個(gè) M 文件為實(shí)現(xiàn)回調(diào)函數(shù)的編寫提供了一個(gè)參考框架。由于開放用戶界面的工作量極大，加上不同用戶對(duì)界面的要求不盡相同，因此，用戶界面已成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。通信原理 的 內(nèi)容 較為龐雜，所涉及的知識(shí)面 也 比較 廣泛 ，本文選取通信原理中 4個(gè) 基礎(chǔ) 知識(shí)模塊進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，分別為：模擬線性調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)、模擬信號(hào) 波形編碼 、 數(shù)字信號(hào)基帶傳輸 、 數(shù)字信號(hào)調(diào)制傳輸 。 數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸包含了二元碼、三元碼、眼圖 3 個(gè)子模塊 。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)流圖如下 22 所示： GUI 系統(tǒng)流圖 22 GUI 系統(tǒng)主界面圖 根據(jù)要求設(shè)計(jì)出的基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn) 仿真 GUI平臺(tái)的主界面如下圖 23 所示，為了增加界面的美觀性在顯示界面中加入了一張圖片，界面的左上角設(shè)置了四個(gè)上拉菜單，每個(gè)菜單下面還有一些子菜單，界面中還設(shè)置了一個(gè)退出按鍵，便于我們退出主界面。 實(shí)際上 就是將圖片顯示在 axes 中。 % 選擇坐標(biāo)系 1 image(backgroundImage)。 %關(guān)閉主界面 quit。 %主界面參數(shù)傳遞給 h xu1。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 12 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 13 通信原理仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 模擬線性調(diào)制 這里主要講述一下模擬調(diào)制中的幅度調(diào)制及解調(diào)的原理和方法，仿真模塊放在下一節(jié)中講述，模擬線性調(diào)制為通信原理中較為重要的基礎(chǔ)部分，對(duì)其深入的掌握有利于后面數(shù)字信號(hào)調(diào)制知識(shí)的學(xué)習(xí)。如果上面條件得不到滿足，就會(huì)出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象，這時(shí)就不能用包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行解調(diào)，否則結(jié)果就會(huì)失真?？梢?DSB信號(hào)實(shí)質(zhì)上就是基帶信號(hào)與載波直接相乘，其時(shí)域和頻域表示式分別為： m(t) 0A0A twccos )(tSAM twccos LPF )(0tm 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 14 DSB 信號(hào)的包絡(luò)不再與 成正比，故不能進(jìn)行包絡(luò)檢波，需要采用相干解調(diào)；除不再含有載頻分量離散譜外， DSB 信號(hào)的頻譜與 AM 信號(hào)的完全相同，仍由上下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶組成。 經(jīng)低通濾波器濾除高次項(xiàng)，得 即無失真地恢復(fù)出原始電信號(hào)。產(chǎn)生 SSB 信號(hào)最直觀方法的是，將 設(shè)計(jì)成具有理想高通特性 或理想低通特性 的單邊帶濾波器，從而只讓所需的一個(gè)邊帶通過，而濾除另一個(gè)邊帶。如圖 圖 SSB 信號(hào)的相干解調(diào) 乘法器輸出 經(jīng)低通濾波后的解調(diào)輸出為： 因而便可得到無失真的調(diào)制信號(hào)。 if strcmp(button,’是 ’) h=gcf。 end 這里使用了一個(gè) if 語句可以防止誤按返回鍵而回到主界面中，保存運(yùn)行后，在界面中按下返回鍵會(huì)彈出下圖所示窗口來確定是否返回，是就會(huì)返回主界面，否就還是留在此界面。 圖 AM 調(diào)制信號(hào)： ttS am ?? 20c o s)2c o s22( ??? 圖 AM 調(diào)制信號(hào)圖及其頻譜圖，其中紅線部分為其包絡(luò)線，用包絡(luò)檢波的方法可 以得到調(diào)制信號(hào)，這里我們用的是相干解調(diào)的方法解調(diào)出調(diào)制信號(hào)，如下圖 2 中的右圖所示，紅色線條為 AM 解調(diào)波形，從中我們可以看到 AM 解調(diào)信號(hào)與原先調(diào)制信號(hào)波形無差別，只是幅度大小有區(qū)別，說明解調(diào)解調(diào)出的波形是正確的。圖 4 中的右圖為 SSB 調(diào)制解調(diào)出的波形圖及其頻譜，藍(lán)線為原始調(diào)制信號(hào)波形，紅線為 SSB 解調(diào)波形，對(duì)比兩條波形可知，SSB 解調(diào)信號(hào)與原始信號(hào)波形無差別，只是幅度大小不同，說明解調(diào)出的波形是正確的。脈沖編碼調(diào)制（ PCM）是波形編碼中最重要的一種方式，其在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信中均有著極為廣泛的應(yīng)用。將滿足抽樣定理的最低頻率稱為奈奎斯特頻率。 抽樣過程仿真 新建一個(gè) GUI 工程，保存文件名為 chouyang，向其中添加五個(gè)按鍵，兩個(gè)按鍵組，一個(gè)文本編輯框， 一個(gè)靜態(tài)文本顯示，五個(gè)坐標(biāo)軸。 這里我設(shè)計(jì) 出的抽樣子系統(tǒng)，可以通過改變采樣頻率來驗(yàn)證抽樣定理的正確性。 當(dāng) 抽樣頻率 選為 4Hz 時(shí)，測(cè)試結(jié)果如圖 右圖 所示，采樣頻率較高，抽樣信號(hào)的時(shí)間間隔較小， 此時(shí)抽樣 信號(hào)就能較好的反應(yīng) 出 模擬信號(hào)的變化，從 抽樣信號(hào)的頻譜圖 可以看到抽樣信號(hào)的頻譜沒有發(fā)生混疊 ，也能無失真的 恢復(fù)出原始信號(hào) 。 下圖為模擬信號(hào)的量化圖： 圖 模擬信號(hào)的量化 均勻量化 將輸入信號(hào)的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化。量化信噪比隨信號(hào)的電平的減小 而下降。非均勻量化可以看作為是對(duì)信號(hào)進(jìn)行非線性變換后在進(jìn)行均勻量化的結(jié)果，其原理過程如下圖 所示。 2） ? 律對(duì)數(shù)壓縮特性定義為： ? ? ? ?)1ln(1ln ????? xxf 式中 ? 為壓縮系數(shù)。 ? 律最早是由美國(guó)提出來的， A 律后來由歐洲提出來，我國(guó)使用的是 A 律。在返回按鍵的回調(diào)函數(shù)下要添加返回主界面的程序，以便能返回到主界面中。 PCM 系統(tǒng)的原理框圖如圖 所示。 圖 A 律 PCM 編碼原理 1） A 律 13 折線 采用折線法逼近 A 律已經(jīng)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 25 圖 2） A 律 13 折線編碼規(guī)則 在 A 律 13 折線編碼中 ，正負(fù)方向總共有 16 個(gè)段落，每一段落內(nèi)有 16 個(gè)均勻分布的量化電平，因此總的量化電平數(shù) L=256，編碼位數(shù) n=8。 A 律正輸入值編碼表如下圖 所示，其編碼可由這段表得出。在返回按鍵的回調(diào)函數(shù)下要添加返回主界面的程序，以便能返回到主界面中。通常把數(shù)字信息的電脈沖表示的過程稱為碼型編碼或碼型變換，在有線信道中傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號(hào)又稱為線路傳輸碼型。在二元碼的編輯菜單中添加 8 個(gè)按鍵雙擊后將其 String 分別設(shè)置為相應(yīng)要顯示的字符，字體大小設(shè)置為 18，還要添加 7 個(gè)坐標(biāo)軸用來顯示相應(yīng)的二元碼波形，一個(gè)文本編輯框，用來輸入二進(jìn)制碼形，設(shè)置成如下圖 所示界面。其具有以下特點(diǎn)：極性單一、有直流分量、脈沖之間無間隔。單極性歸 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 28 零碼可以直接提取位定時(shí)信號(hào)，是其他碼型提取位定時(shí)信號(hào)時(shí)需要采用的一種過度碼型。這種碼兼有雙極性和歸零的特點(diǎn)。這種碼只使用兩個(gè)電平，且既能提供足夠的定時(shí)分量，又無直流漂移，編碼過程簡(jiǎn)單，但是碼的帶寬較寬些。 條件雙相碼也稱為差分曼徹斯特（ Manchester）碼。將 Button Group 拉大后將三個(gè)文本編輯框放入案件組內(nèi)并在其屬性中將 String設(shè)置為參數(shù)設(shè)置，還要在三個(gè)文本編輯框左邊添加三個(gè)靜態(tài)文本顯示框，將其屬性中 String設(shè)置分別設(shè)置為輸入數(shù)字信號(hào)、 AMI 碼、 HDB3 碼。便可由主界面切換到三元碼的 GUI 界面。 AMI 碼的特點(diǎn) 有兩點(diǎn)： 1． 由 AMI 碼確定的基帶信號(hào)中正負(fù)脈沖交替，而 0 電位保持不變 。這兩個(gè)取代節(jié)選取原則是，使任意兩個(gè)相鄰 v 脈沖間的傳號(hào)數(shù)為奇數(shù)時(shí)選用 000V 取代節(jié)，偶數(shù)時(shí)則選用 B00V 取代節(jié)。 close(h)。 圖 圖 眼圖原理及仿真 1. 升余弦滾降信號(hào)。 2. 眼圖。示波器每隔 Ts 秒重復(fù)掃描時(shí)，利用示波器的余暉效應(yīng)，掃描所得到的波形疊加在一起便可以形成眼圖。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 32 眼圖斜邊的斜率反映出系統(tǒng)對(duì)定時(shí)誤差的靈敏度，斜邊越陡，對(duì)定時(shí)誤差越靈敏，對(duì)定時(shí)穩(wěn)定度越高。滾降系數(shù) ? 的不同，升余弦滾降系統(tǒng)的眼圖有較大的區(qū)別，當(dāng)滾降系數(shù) ? =1 時(shí)，產(chǎn)生的眼圖效果最好，此時(shí)系統(tǒng)性能最好。 圖 2ASK 的解調(diào)有包絡(luò)檢波和相干解調(diào)兩種方式。 2. 二進(jìn)制頻移鍵控（ 2FSK） 頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。 圖 2FSK 信號(hào)的解調(diào)有多種解調(diào)方法，這里只介紹其包絡(luò)檢波法和相關(guān)解調(diào)這兩種方法，其原理 框圖如下圖 （ a） 、（ b） 所示：