【文章內(nèi)容簡介】 模擬信號(hào) 波形編碼 包含了抽樣、量化、編碼 3個(gè)子模塊。 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 。 數(shù)字 信號(hào) 調(diào)制 傳輸 系統(tǒng)包含了 2ASK 調(diào)制解調(diào)、 2FSK 調(diào)制解調(diào)、2PSK 調(diào)制解調(diào) 3個(gè)子模塊 。系統(tǒng) 總體 結(jié)構(gòu)如 下 圖 21所示。 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。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。 批 GUI 主界面 23 GUI 系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)介紹 在 MATLAB 主窗口中輸入 guide 或者是在 file 下的 new 菜單中選擇 gui 就可以打開 GUIDE Quick Start 界面，選擇 Creat New GUI(新建一個(gè) GUI)，并選擇好保存路徑，在 GUI 窗口中加入一個(gè)坐標(biāo)軸，一個(gè)按鍵，兩個(gè)文本框，設(shè) 置成如圖 13 左邊圖形，在菜單編輯窗口中設(shè)置菜單選項(xiàng)如圖 24 所示，設(shè)置四個(gè)主菜單選項(xiàng)并在 Label 下修改其名稱，再在相應(yīng)主菜單下設(shè)置子菜單，確定后就可以得到主界面中相應(yīng)的菜單選項(xiàng)。 GUI 主界面 退 出 模擬線性調(diào)制 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)中編寫程序來實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。 圖片顯示： 為了使主界面美觀 可以在主界面上添加 圖片。 實(shí)際上 就是將圖片顯示在 axes 中。首先我們 要知道圖片的像素，然后調(diào)整好 axes 的尺寸來與圖片相適應(yīng)，具體方法為：例如圖片像素為 800 500 時(shí)， 雙擊 axes，在 彈 出的屬性查看器中將 Units 設(shè)置為 pixels（像素），將 Position 屬性 中 的 Width 和 Height 分別設(shè)置為 800 和 500。然后 再 編輯對(duì)應(yīng)的 M 文件，在 M 文件中的 OpeningF 函數(shù) 下面添加 如 下代碼： backgroundImage = importdata(‘D:\2021 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) \MATLAB 仿真\’)。 % 將背景圖像載入 Matlab GUI 中 axes()。 % 選擇坐標(biāo)系 1 image(backgroundImage)。 % 將圖片添加到坐標(biāo)系中 axis off。 % 去掉坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸標(biāo)簽 保存后，打開主界面 運(yùn)行后 就可以 在可視化窗口中顯示 圖片 。 退出按鍵功能顯示：在退出按鍵上點(diǎn)擊右鍵，點(diǎn)擊 View Callbacks 下的Callback 即可進(jìn)入退出按鍵的回調(diào)函數(shù)下，在其回調(diào)函數(shù)下添加如下代碼： Close(gcbf)。 %關(guān)閉主界面 quit。 %退出系統(tǒng) 保存后，運(yùn)行下在演 示窗口中點(diǎn)擊退出按鍵即可退出系統(tǒng)。 界面切換功能：在主界面中要用到界面切換功能，點(diǎn)擊相應(yīng)的菜單選項(xiàng)要能切換到相應(yīng)的 GUI 子界面中，如點(diǎn)擊主界面中的模擬線性調(diào)制菜單選項(xiàng)就要進(jìn)入模擬線性調(diào)制的子界面中在進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的仿真實(shí)驗(yàn)。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) )中編寫相關(guān)程序，如模擬線性調(diào)制的界面切換程序如下： h=gcf。 %主界面參數(shù)傳遞給 h xu1。 %顯示模擬線性調(diào)制的 GUI 模塊 close(h)。 %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。其他幾個(gè)菜單選項(xiàng)的界面切換與上面的類似。 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)。模擬線性調(diào)制解調(diào)我們都采用相干解調(diào)。 AM 調(diào)制解調(diào) 調(diào)制信號(hào) s(t): m(t)=A(t)cos[wt+?(t)] AM 是指對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制。 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： 當(dāng)滿足條件max0 )(tmA ?時(shí)，已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)成正比，用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)。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。這里我們采用相干解調(diào)。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)中無直流分量，則輸出的已調(diào)信號(hào)就是無載波的雙邊帶信號(hào)或稱抑制載波雙邊帶（ DSBSC）調(diào)制信號(hào)，簡稱雙邊帶（ DSB）信號(hào)。 DSB 調(diào)制器模型如下圖 ?？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。故 DSB 信號(hào)是不帶載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬與 AM信號(hào)相同，也為基帶信號(hào)帶寬的兩倍。 DSB 信號(hào)只能用相干解調(diào)，其模型與 AM 信號(hào)相干解調(diào)時(shí)完全相同。此時(shí)，乘法器輸出。 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)。 圖 DSB 的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框圖 SSB 調(diào)制解調(diào) 由于 DSB 信 號(hào)的上、下兩個(gè)邊帶是完全對(duì)稱的，都攜帶了調(diào)制信號(hào)的全部信息，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，僅傳輸其中一個(gè)邊帶就夠了，即為單邊帶。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。 （ 1）用濾波法形成 SSB 信號(hào)用濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制的原理框圖如圖 所示，圖中的 為單邊帶濾波器。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。產(chǎn)生上邊帶信號(hào)時(shí) 即為 ，產(chǎn)生下邊帶信號(hào)時(shí) 即為 。 m(t) twccos )(tSDSB twccos LPF )(0tm 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 15 圖 SSB 信號(hào)的濾波法產(chǎn)生 SSB 信號(hào)的頻譜可表示為： （ 2）用相移法形成 SSB 信號(hào) SSB 信號(hào)的時(shí)域表示式為： 用相移法形成單邊帶信號(hào)原理框圖如下圖 所示。圖中， 為希爾伯特濾波器，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)寬帶相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì) 中的任意頻率分量均相移 圖 相移法形成 SSB 信號(hào)的模型 SSB 解調(diào)： 從 SSB 信號(hào)調(diào)制原理圖中不難看出， SSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào) 成正比，因此 SSB 信號(hào)的解調(diào)也不能采用簡單的包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)。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)。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 16 模擬線性調(diào)制 GUI 模塊設(shè)計(jì) 在新建的 GUI 文件 xu1 內(nèi)添加 7 個(gè)按鍵，并設(shè)置好按鍵名稱，雙擊按鍵pushbutton 在其屬性中將 String 改為相應(yīng)要顯示的字符串，再將 FontSize（字體大小）設(shè)置為 18 即設(shè)置好了按鍵，還要加入兩個(gè)坐標(biāo)軸顯示，一個(gè)靜態(tài)文本編輯框，并在其內(nèi)添加“模擬線性調(diào)制”內(nèi)容，設(shè)置成如下所示的圖 編輯界面，運(yùn)行后可以得到如圖 所示的演示界面。 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。要實(shí)現(xiàn)返回功能就必須在此按鍵的 callback（回調(diào)函數(shù)）下編寫相關(guān)程序，其程序如下： button=questdlg(’是否確認(rèn)返回 ’， ’關(guān)閉返回 ’， ’是 ’， ’否 ’， ’是 ’)。 if strcmp(button,’是 ’) h=gcf。 xujian。 close(h)。 else return。 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。 其它按鍵功能分別在其對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)下編寫相關(guān)程序。 模擬線性調(diào)制仿真結(jié)果 在編寫完相關(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)。 調(diào)制信號(hào)： ttm ?2cos2)( ? 載波信號(hào) : ttm ?20cos)( ? 圖 中左圖為調(diào)制信號(hào)及其頻譜，右圖為載波信號(hào)及其頻譜。 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 DSB 調(diào)制信號(hào)： ttS DS B ?? 20c o s2c o s2 ?? 圖 中左邊圖中畫的是 DSB 調(diào)制信號(hào)圖波形及其頻譜圖，紅線部分為