【正文】 子 界 面 模擬信號(hào)波形編 碼 子 界 面 返 回 返 回 數(shù)字信號(hào)基帶傳 輸 子 界 面 返 回 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制 傳 輸 子 界 面 返 回 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 11 菜單設(shè)置 24 主界面中退出按鍵、圖像顯示、界面切換等功能都要在相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)中編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。 % 去掉坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸標(biāo)簽 保存后，打開(kāi)主界面 運(yùn)行后 就可以 在可視化窗口中顯示 圖片 。 %關(guān)閉主界面顯示 保存后，運(yùn)行后在主界面窗口中點(diǎn)擊模 擬線性調(diào)制菜單就可以切換到相應(yīng)的子界面中。相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)同頻同相的載波， AM調(diào)制解調(diào)的原理框圖如下所示： DSB 調(diào)制解調(diào) 在幅度調(diào)制的一般模型中，假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（ ＝ 1），調(diào)制信號(hào)中無(wú)直流分量，則輸出的已調(diào)信號(hào)就是無(wú)載波的雙邊帶信號(hào)或稱抑制載波雙邊帶（ DSBSC）調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱雙邊帶（ DSB）信號(hào)。產(chǎn)生 SSB 信號(hào)的方法很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。 圖 圖 圖 所示的演示界面可以由主界面菜單按鍵下的模擬線性調(diào)制菜單鍵進(jìn)行界面切換得到，同理，這里也需要設(shè)置一個(gè)返回主界面按鍵。 模擬線性調(diào)制仿真結(jié)果 在編寫(xiě)完相關(guān)按鍵功能程序后，保存運(yùn)行后就可以看到模擬線性調(diào)制解調(diào)的 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 17 相關(guān)波形，從中我們可以 非常清晰的看到 AM、 DSB、 SSB 調(diào)制解調(diào)的波形，及其區(qū)別，更加形象的理解了模擬線性調(diào)制的知識(shí)點(diǎn)。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的過(guò)程中需要我們對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行波形編碼。 帶通抽樣 在實(shí)際中遇到的很 多信號(hào)都是帶通信號(hào)的，若是采用低通抽樣定理來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣，肯定是能滿足要求的，但是由于帶通信號(hào)存在著下邊帶，就會(huì)使 0~ Lf 這一段頻帶得不到利用，若 Lf 較大時(shí)，選擇的抽樣頻率也會(huì)很高，而且還有很大一段頻帶得不到利用， 這樣顯然不合理，這時(shí)可以用到帶通抽樣定理。測(cè)試結(jié)果如圖 所示。要滿足條件，則編碼位數(shù)多，設(shè)備較復(fù)雜。 A=1 時(shí)無(wú)壓縮， A 越大壓縮越明顯。設(shè)置好相關(guān)功能鍵的屬性后調(diào)整界面布局，得到如下圖 左圖的編輯界面，運(yùn)行后就可以得到如下圖 右邊的圖形界面。抽樣是把連續(xù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)，量化是把離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間離散幅度的數(shù)字信號(hào)，編碼是將量化后的信號(hào)編碼形成一個(gè)二進(jìn)制碼組輸出。第二位到第四位 2M 3M 4M 為段落碼，表示信號(hào)絕對(duì)值位于哪個(gè)段落內(nèi)。下面三個(gè)波形圖 采用 PCM 編碼原理對(duì)一段正弦信號(hào)進(jìn)行波形編碼的圖形顯示，其形象的表示出了波形編碼的過(guò)程，清晰的用波形表示出了 PCM 編碼的過(guò)程。 圖 圖 二元碼編碼原理及仿真波形 單極性非歸零碼是一種最簡(jiǎn)單、最常用的基帶信號(hào)形式。雙極性碼無(wú)直流成分，可以在電纜等無(wú)接地的傳輸線上傳輸，因此得到了較多的應(yīng)用。其編碼規(guī)則為：二進(jìn)制碼 1 用碼元持續(xù)時(shí)間中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來(lái)表示，即用“ 10”或“ 01”表示，前半時(shí)間的電平與前一碼元后半時(shí)間的電平相同。 sanyuanma。 2 .不易提取定時(shí)信號(hào)，由于它可能出現(xiàn)長(zhǎng)的連 0串。本仿真中我編輯的眼圖 GUI 編輯界面如圖 所示，運(yùn)行后仿真演 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 31 示界面如圖 所示。除了用專用的精密儀器進(jìn) 行定量的測(cè)量之外，在調(diào)試和維護(hù)的工作中，技術(shù)人員還希望能用較為簡(jiǎn)單的方法和通用的儀器也能宏觀的監(jiān)控系統(tǒng)的性能，其中一個(gè)較為有效地方法是觀察接收信號(hào)的眼圖。最佳取樣時(shí)刻應(yīng)選在眼圖張開(kāi)最大的時(shí)刻，此時(shí)的信噪比最大。 圖 2ASK 信號(hào)想干解調(diào)原理框 圖如圖 所示。 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： 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 36 （ a） (b) 圖 3. 二進(jìn)制相移鍵控（ 2PSK） 2PSK 是用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)控制載波的兩個(gè)相位，這兩個(gè)相位通常相隔π（ rad），例如可以用相位π和 0 來(lái)分別表示二進(jìn)制 1 和 0，因此這種調(diào)制也稱為二相相移鍵控。 圖 2ASK 的解調(diào)有包絡(luò)檢波和相干解調(diào)兩種方式。 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。 2. 眼圖。 close(h)。 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 。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。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(wú)直流漂移，編碼過(guò)程簡(jiǎn)單，但是碼的帶寬較寬些。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(guò)度碼型。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(lái)顯示相應(yīng)的二元碼波形，一個(gè)文本編輯框，用來(lái)輸入二進(jìn)制碼形，設(shè)置成如下圖 所示界面。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。 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。 PCM 系統(tǒng)的原理框圖如圖 所示。 ? 律最早是由美國(guó)提出來(lái)的， A 律后來(lái)由歐洲提出來(lái)，我國(guó)使用的是 A 律。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(guò)程如下圖 所示。 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。 這里我設(shè)計(jì) 出的抽樣子系統(tǒng)，可以通過(guò)改變采樣頻率來(lái)驗(yàn)證抽樣定理的正確性。將滿足抽樣定理的最低頻率稱為奈奎斯特頻率。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(wú)差別，只是幅度大小不同，說(shuō)明解調(diào)出的波形是正確的。 end 這里使用了一個(gè) if 語(yǔ)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(lái)確定是否返回，是就會(huì)返回主界面，否就還是留在此界面。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(wú)失真的調(diào)制信號(hào)。 經(jīng)低通濾波器濾除高次項(xiàng)，得 即無(wú)失真地恢復(fù)出原始電信號(hào)。如果上面條件得不到滿足，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)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。 %主界面參數(shù)傳遞給 h xu1。 % 選擇坐標(biāo)系 1 image(backgroundImage)。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。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 。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(xiě)提供了一個(gè)參考框架。 GUI 即圖形用戶界面，是 Graphical User Interface簡(jiǎn)稱，又稱圖形用戶接口。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(yǔ)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。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 。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(wú)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(shuō)通信技術(shù)有著廣闊的前景。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)。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(lái)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。信息作為一種資源，只有通過(guò)廣泛的傳播與交流，才能產(chǎn)生利用價(jià)值，促進(jìn)社會(huì)成員之間的合作，推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這兩個(gè)仿真平臺(tái)各有特色，本文中是利用 MATLAB GUI 來(lái)設(shè)計(jì)基于通信原理實(shí)驗(yàn)的仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)的可視化界面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以將通信原理相關(guān)知識(shí)點(diǎn)一體化于這一個(gè)系統(tǒng)中，中間用界面切換來(lái)改變界面，并仿真不同的知識(shí)點(diǎn)。 其 是由美國(guó) Math Works公司發(fā)布的主要 用于科學(xué)計(jì)算、 可視化以及交互式 程序設(shè)計(jì) 的高科技計(jì)算環(huán)境。 MATLAB GUI 簡(jiǎn)介 Matlab 以其強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算及圖像生成功能著稱，它同時(shí)也提供了圖形用戶界面的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)功能。 GUIDE 將用戶保存設(shè)計(jì)好的圖形用戶界面保存在一個(gè) FIG 資源文件中， FIG 文件是一個(gè)二進(jìn)制文 件，包含系列化的圖形窗口對(duì)象，所有對(duì)象的屬性都是用戶創(chuàng)建圖形窗口時(shí)保存的屬性，該文件最主要的功能是對(duì)象句柄的保存。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 9 GUI 仿真平臺(tái)整體構(gòu)建方案 GUI 總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 基于 Matlab 其 強(qiáng)大的功能，利用 Matlab GUI工具箱可以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)通 信原理課程中 相關(guān)知識(shí)點(diǎn) 內(nèi)容的交互式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)演示 仿真系統(tǒng) 。 通信原理仿真實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)框圖 21 通信原理 GUI仿真平臺(tái) 模 擬 線 性 調(diào) 制 AM 調(diào)制解調(diào) DSB 調(diào)制解調(diào) SSB 調(diào)制解調(diào) 模擬信號(hào)波形編 碼 抽 樣 量 化 編 碼 數(shù)字信號(hào)基帶傳 輸 二元碼 三元碼 眼 圖 數(shù)字信號(hào)調(diào)制傳 輸 2ASK 調(diào)制解調(diào) 2FSK 調(diào)制解調(diào) 2PSK 調(diào)制解調(diào) 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 10 GUI 可視化界面設(shè)計(jì) 通信原理 GUI 設(shè)計(jì)系統(tǒng)流圖 在 GUI 可視化界面設(shè)計(jì)的基本原則簡(jiǎn)單些、一致性、習(xí)慣性等基礎(chǔ)上根據(jù)系統(tǒng)流圖設(shè)計(jì) GUI 界面。 % 將背景圖像載入 Matlab GUI 中 axes()。這里就學(xué)要在菜單編輯框中進(jìn)入相應(yīng)菜單下的 Callback(回調(diào)函數(shù) )中編寫(xiě)相關(guān)程序，如模擬線性調(diào)制的界面切換程序如下： h=gcf。 一般做法就是先在原信號(hào)上疊加一個(gè)直流信號(hào)，以保證信號(hào) m(t)+A00 然后乘上一個(gè)高頻的余弦信號(hào)，即得到 AM 調(diào)制信號(hào)： 頻域表示式：