【正文】 角度調(diào)制的原理 正弦載波有 三個參量：幅度、頻率和相位。 角度調(diào)制與幅度調(diào)制不同的是，已調(diào)信號頻譜不再是原調(diào)制信號 頻譜的線性搬移 ，而是頻譜的非線性變換 ，會產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制。 這時相位 偏移為 ? ? ? ?ft K m d? ? ?? ? （ ） 帶入式（ ） ，則可得調(diào)頻信號為 ? ? ? ?c o sF M c fs t A t K m d? ? ???????? （ ） 調(diào)頻信號的產(chǎn)生 調(diào)頻的方法有兩 種：直接調(diào)頻和間接調(diào)頻。 每個壓控振蕩器自身就是一個 FM調(diào)制器，因為它的振蕩頻率正比于輸入控制電壓，即 ? ? ? ?0ift K m t???? 若用調(diào)制信號作控制電壓信號，就能產(chǎn)生 FM 波，如圖 35 所示。 在直接調(diào)頻法中， 振蕩器魚調(diào)制器合二為一。這種 產(chǎn)生 WBFM 的方法稱為阿姆斯特朗 （ Armstrong） 法或間 接 法 [21]。以理想平方 律器件為例，其輸出／輸入特性為 ? ? ? ?20is t as t? （ ） 當(dāng)輸入信號 ??ist為調(diào)頻信號時，有 積 分 器 倍頻器 相位調(diào)制 ??mt ??NBFMst ??WBFMst ~ cos cAt? 圖 間接法產(chǎn)生 WBFM 載波 cos cAt? 積分器 2?? ??mt ??NBFMst 圖 NBFM 信號的產(chǎn)生 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計 說明書 19 ? ? ? ?? ? ? ?? ?2c os1 1 c os 2 22icocs t A t ts t aA t t??????????? ? ????? （ ） 由式（ ） 可知，濾除直流分量成分后可得到一個新的調(diào)頻信號，其載頻和相位偏移均增為 2倍，由于 相位偏移增為 2倍，因而調(diào)頻指數(shù)也必然增為 2倍 。 1） 非相干解調(diào) 調(diào)頻信號的一般表達式為 ? ? ? ?c o sF M c fs t A t K m d? ? ???????? （ ） 解調(diào)器的輸出應(yīng)為 ? ? ? ?ofm t K m t? （ ） 這就是說，調(diào)頻 信號的解調(diào)是要產(chǎn)生一個與輸入調(diào)頻信號的頻率呈線性關(guān)系的輸出電壓。 限幅器的作用是消除信道中噪聲和其他原因引起的調(diào)頻波的幅度起伏， 帶通濾波器（ BPF）是讓調(diào)頻信號順利通過，同時濾除帶外噪聲及高次諧波分量。 設(shè)窄帶 調(diào)頻信號 ? ? ? ?c o s s inN B F M c f cs t A t A K m d t? ? ? ???? ? ???? （ ） 并設(shè)相干載波 ? ? sin cc t t??? （ ） 則相乘器的輸出為 ? ? ? ? ? ?s in 2 1 c o s 222p c f cAAs t t K m d t? ? ? ???? ? ? ? ???? 經(jīng)低通濾波器取出其低頻分量 ? ? ? ?2dfAs t K m d??? ? 再經(jīng)微分器，即得 解調(diào)輸出 ? ? ? ?2 fo AKm t m t? 可見，相干解調(diào)可以恢復(fù)原調(diào)制信號。 本章與下章的二進制數(shù)字調(diào)制中的相關(guān)計算公式，是通信原理輔助實驗系統(tǒng)的核心， 為搭建通信原理的圖形用戶界面做鋪墊。利用數(shù)字信號的這種離散取值特點通過開關(guān)鍵控制載波，從而實現(xiàn) 數(shù)字調(diào)制。在 2ASK 中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對應(yīng)二進制信息“ 0”或“ 1”。為簡便起見，通常假設(shè) ??gt 是高度為 寬度等于 sT 的矩形脈沖 ； na 是第 n個符號的電平取值。 與 AM 信號的解調(diào)方法一樣， 2ASK/OOK 信號也有兩種基本的解調(diào)方法：非相干（ noncoherent） 解調(diào) （包絡(luò)檢波法） 和相干 （ coherent） 解調(diào) （同步檢測法）。因此， 2FSK 信號的時域表達式又可寫成 ? ? ? ? ? ?21 c o sF S K n s nne t a g t n T t????? ? ? ?????? ? ? ? ?2c o sn s nn a g t n T t??????????? （ ） 式中： ??gt 為單個矩形脈沖，脈寬為 sT ； 1P0 1 Pna ?? ? ?? 概 率 為概 率 為 （ ） na 是 na 的反碼， 若 na =1，則 na =0；若 na =0，則 na =1，于是 1 1 P0Pna ??? ?? 概 率 為概 率 為 （ ） n? 和 n? 分別是 第 n 個信號碼元（ 1 或 0）的初始相位。 2FSK 信號的常用解調(diào)方法采用的是 非相干解調(diào) （包絡(luò)檢波） 和相干解調(diào)。因此， 2PSK 信號的時域表達式為 ? ? ? ?2 c o sP SK c ne t A t???? （ ） 其中， n? 表示第 n 個符號的絕對相位： 001n? ??? ?? 發(fā) 送 “ ” 時發(fā) 送 “ ” 時 （ ） 因此，式（ ）可改寫為 ? ?2 c o s Pe c o s PcP S K cAtt ???? ? ?? 概 率 為概 率 為 1 （ ） 由于表示信號的兩種碼元的波形相同，極性相反，故 2PSK 信號一般可以表述 為一個雙極性（ bipolarity）全占空（ 100% duty ratio）矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘，即 ? ? ? ?2 P S Ke co s ct s t t?? （ ） 其中 ? ? ? ?nsns t a g t nT??? 這里， ??gt 是脈寬為 sT 的單個矩形脈沖，而 na 的統(tǒng)計特性為 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計 說明書 25 1Pna ?? ??? 概 率 為概 率 為 1 （ ） 即發(fā)送二進制符號“ 0”時（ na 取 +1）， ? ?2 P S Ke t 取 0 相位； 發(fā)送二進制符號“ 1”時（ na 取 1）， ? ?2 P S Ke t 取 ? 相位 。在相干解調(diào)中，如何 得到與接收的2PSK 信號同頻同相的 相干載波是個關(guān)鍵問題。所有的圖形操作 都是針對圖形對象而言的，圖形對象是圖形系統(tǒng)中最基本、最底層的圖元。這些都是以句柄圖形軟件為基礎(chǔ)寫成的。 每個對象都有一個“與生俱來，終生不變”的獨特“身份（ Identifier）”，即句柄。 表 建立圖形對象的函數(shù) 函數(shù)名稱 建立的圖形對象 axes 直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸 figure 顯示圖形 的窗口 text 位于圖形窗口的文本字符串 uicontrol 可編程的用戶界面設(shè)備，如按鈕、列表框、對話框等 uimeau 圖形窗口上部的可編程菜單 訪問對象句柄 句柄實際上局勢分配給每個對象的數(shù)組標(biāo)志。但在編寫 M 文件時，使用這些函數(shù)往往不是最好的方法。 1） get 函數(shù) get 函數(shù)用于 獲取指定對象的屬性值。這里的句柄 H 必須時標(biāo)量，這里的參數(shù) ObjectType 和PropertyName 是可選的。每個菜單項在單擊時都會產(chǎn)生一個下拉菜單 【 Pulldown meau】。 1）“ Position”屬性 取值：標(biāo)量，指定菜單的相對位置，這里 “相對”的含義是 對象的 Position 屬性， 只有和同級的 uimeau 對象比較時才有意義。 類型 ： String。 4）“ Callback”屬性 回調(diào)函數(shù) （ Callback）也是用戶菜單屬性中不可缺少的一個，用于 產(chǎn)生相應(yīng)的操作， 使該菜單項發(fā)揮應(yīng)有的作用。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計 說明書 29 用戶控件 像 GUI 菜單一樣， GUI 控件也提供了一種友好的交互方式，它的出現(xiàn)給用戶的操作帶來 了很多方便，而且控件比 菜單更為直觀。各種控件都用 uicontrol 函數(shù)創(chuàng)建，其調(diào)用格式如下： Hc=uicontrol（ H_parent,’ PN’ ,PV,? ） 其中： Hc為待制作用戶 控件的句柄， H_parent 為其父對象句柄， 當(dāng)該句柄默認(rèn)時，MATLAB 將在當(dāng)前圖形界面上添加用戶控件 ； PN、 PV（屬性名、屬性值） 二元隊 ，用來定義用戶控件的屬性（如類型、回調(diào)等） 。,39。,39。,[,],... 39。,39。style39。string39。position39。 uicontrol(39。,39。,... 39。 hedit=uicontrol(gcf,39。,... 39。,[... 其 他相關(guān)指令 figure 在 MATLAB 的 術(shù)語中， 有一個顯示圖形窗口 叫做“ figure”，不同的 figure 命令可以用其句柄 （ handle，類似于 C語言中的指針 ）加以區(qū)分。 MATLAB 是一個面向?qū)ο螅?OO）的體系 。還可以用 set 命令來修改 figure的屬性，其語法 為： set(Handle,’ property name’ ,property value)。我們也可以用 axis 命令來指定每幅圖的坐標(biāo)軸顯示的范圍。當(dāng) hold 開關(guān)為on 的時候，后續(xù)圖形疊加在原來的圖形上面。 通信系統(tǒng)選擇界面 圖 選擇調(diào)制系統(tǒng)界面 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計 說明書 32 此界面主要用來選擇不同的調(diào)制系統(tǒng)。 由于界面上帶有關(guān)閉按鈕，所以此界面中沒有再設(shè)置“關(guān)閉”鍵。選擇“時域”，系統(tǒng)會將torf 變量置 0， torf 變量進入 調(diào)用的核心算法 文件（附錄 B 所示的程序） 中，選擇時域的計算模塊；選擇“頻域”，系統(tǒng) 則將 torf 變量置 1， torf變量進入 文件中，選擇頻域的計算模塊。 具體程序參見附錄 A。點擊界面上的按鈕，會分別執(zhí)行不同的功能。 本章小結(jié) 本章分別介紹了登錄界面、通信系統(tǒng)選擇界面和調(diào)幅系統(tǒng)界面，并闡述了界面的相關(guān)操作，最后對通信原理輔助實驗系統(tǒng)的工作流程做了簡單介紹。 本文通過分析各種語言進行 GUI 編程的優(yōu)缺點，確立了以 MATLAB 語言為基礎(chǔ)，搭建通信原理輔助實驗系統(tǒng)的圖形用戶界面。加入更多的參數(shù)（例如數(shù)字系統(tǒng)的門限電平值）分析各種參數(shù)對通信的影響。在論文的選題、撰寫過程中，我都得到了劉 老師細(xì)心的指導(dǎo)和熱情的關(guān)懷，在論文的寫作過程中，他一直對我悉心指導(dǎo)、嚴(yán)格要求，并在百忙之中為我審閱論文。在這里我也一并地衷心地感謝他們！ 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計 說明書 55 。再次感謝劉 老師對我的指導(dǎo)和幫助，使我的畢業(yè)論文得以順利完成。此外對比通信仿真的書籍，本程序還可以使用 MATLAB 本身提供的一些函數(shù)（例如 amod 函數(shù) ）簡化程序，提高程序的效率，也是下一步要進行學(xué)習(xí)改進的地方。用戶僅通過點擊鼠標(biāo)，即可觀看調(diào)幅（ AM）、 調(diào)頻（ FM）、 單邊帶（ SSB）、二進制振幅鍵控（ 2ASK）、二進制頻移鍵控（ 2FSK）、二進制相移鍵控（ 2PSK）六種模型的各種波形，使學(xué)生建立起學(xué)習(xí)通信原理的興趣。通信原理與實際應(yīng)用聯(lián)系密切，又具有很強的理論性和抽象性，需要應(yīng)用概率論、隨機過程、信號與系統(tǒng)、模擬與數(shù)字電路等多門課程知識為基礎(chǔ)。 其他調(diào)制系統(tǒng)的界面只需將 附錄 所示程序中所調(diào)用 am程序相應(yīng)地改為 fm、 ssb、 ask、 fsk、 psk，并把傳入函數(shù)的變量個數(shù)對應(yīng)起來，然后再 刪改一些編輯框和文本框即可。然后點擊“ enter”，這時“ enter”按鈕鍵的 callback 調(diào)用 文件，出現(xiàn)界面 如圖 所示。“圖形覆蓋”按鈕的功能是后面所畫的波形覆蓋前面所畫的波形（ hold off）。不同的調(diào)制系統(tǒng)，會在圖 所示的繪圖區(qū)域上方顯示不同的靜態(tài)文本“ *調(diào)制 系統(tǒng)波形 ” （ *代表不同的調(diào)制系統(tǒng)的名稱）；圖 方所示的三個文本編輯框，用來改變系統(tǒng)的參數(shù)（調(diào)制系統(tǒng)不同，這三個文本編輯框也不同）。比如：點擊“ AM”按鈕，系統(tǒng)會 調(diào)用 文件（附錄 A 所示的程序），生成調(diào)幅系統(tǒng)界面。以 MATLAB 語言為基礎(chǔ)，重點介紹圖形編程的基本思想和圖形編程中的一些基本的常用語句，使用戶對 MATLAB 圖形編程語言有一個大體的了解。 hold 在一般情況下，連續(xù)執(zhí)行兩條 plot 命令，則后面一條命令 的輸出結(jié)果會把前面的一條語句的輸出圖形給覆蓋掉。一個 axes 是一個橫、縱坐標(biāo) 軸和一片區(qū)域的實體 ，像 figure 一樣，它也將句柄作為自己的標(biāo)志。用 get（ H）可以 查看句柄為 H的 figure的屬性列表。也可以帶一個整形參數(shù)： figure（ H），表示打開一個新的 figure 窗口并且其句柄為 H。,[,],39。,39。,[,])。,39。,39。callback39。頻域 39。radio39。,... （ 2）