【正文】 convenient operation, the simulation demo graphics and dynamic content and waveform of abstract principle of munication knowledge, facilitate our understanding of the relevant knowledge and the principle of munication, improve the learning efficiency. This paper introduces the linear analog modulation, analog signal waveform coding, the baseband digital signal transmission, digital signal modulation and transmission and other related content, and the MATLAB software GUI designed a simulation example of knowledge points, divided into the four modules of munication principle of knowledge simulation. Undoubtedly that platform will help us have a more indepth understanding of our knowledge about the principles of munication. Key word: munication principle MATLAB GUI simulation 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺 6 前 言 21 世紀(jì)人類無疑已經(jīng)進(jìn)入了信息化時(shí)代，信息的傳輸無疑成為當(dāng)今社會的重中之重，通信技術(shù)便由此而生， 在當(dāng)今高度信息化得社會，信息和通信已經(jīng)成為現(xiàn)代社會的“命脈”，更是成為推動經(jīng)濟(jì)的新引擎。信息作為一種資源，只有通過廣泛的傳播與交流，才能產(chǎn)生利用價(jià)值，促進(jìn)社會成員之間的合作，推動社會生產(chǎn)力的發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。對于一個(gè)專業(yè)為信息科學(xué)與電子技術(shù)專業(yè)的學(xué)生來說，熟練的掌握通信原理的基礎(chǔ)知識就顯得尤為重要。 MATLAB 的出現(xiàn)給通信系統(tǒng)的分析提供了極大的方便。 MATLAB 中有基于 simulink 的仿真平臺和基于 GUI 的仿真平臺。這兩個(gè)仿真平臺各有特色，本文中是利用 MATLAB GUI 來設(shè)計(jì)基于通信原理實(shí)驗(yàn)的仿真平臺，設(shè)計(jì)的可視化界面結(jié)構(gòu)簡單，可以將通信原理相關(guān)知識點(diǎn)一體化于這一個(gè)系統(tǒng)中，中間用界面切換來改變界面，并仿真不同的知識點(diǎn)。通信原理的仿真實(shí)驗(yàn)就是基于這四大模塊來展開的，由于時(shí)間有限、自己的水平有限等相關(guān)原因，有些仿真實(shí)驗(yàn)部分不夠完善，以后定會更加深入的分析并不斷優(yōu)化自己的相關(guān)知識。本論文注重MATLAB 中圖形界面的仿真設(shè)計(jì)，所有模塊都是基于一個(gè)工程下完成，具有較好的演示效果。 MATLAB 是 matrixamp。 其 是由美國 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 中包括被稱作工具箱的各類應(yīng)用問題的求解工具。隨著 Matlab 版本的不斷升級，其所含的工具箱的功能越來越豐富，應(yīng)用范圍也越來越廣泛。目前許多大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室都安裝有 Matlab 供學(xué)習(xí)和研究之用。 MATLAB GUI 簡介 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)和開發(fā)功能。它包含圖形對象，如窗口、圖標(biāo)、菜單和文本的用戶界面，是用戶和計(jì)算機(jī)之間交流的工具。通過 GUIDE 可以很方便地設(shè)計(jì)出各種符合要求的圖形用戶界面。 GUI 設(shè) 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺 8 計(jì)既能以 Matlab 程序設(shè)計(jì)為主，也能以鼠標(biāo)為主，利用 GUIDE 工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以結(jié)合以上兩種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 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象，所有對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象句柄的保存。 M文件包含GUI 設(shè)計(jì)、控制函數(shù)及控件的回調(diào)函數(shù)，主要用來控制 GUI展開時(shí)的各種特征。 用戶界面的重要性在于它極大地影響了最終用戶的使用，影響了計(jì)算機(jī)的推廣使用，甚至影響到人們 的工作和生活。當(dāng)前， Inter 的發(fā)展異常迅猛，虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體技術(shù)等對用戶界面提出了更高的要求。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺 9 GUI 仿真平臺整體構(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)知識點(diǎn) 內(nèi)容的交互式實(shí)時(shí)動態(tài)演示 仿真系統(tǒng) 。每個(gè)知識模塊又可劃分為幾個(gè)小知識模塊。模擬信號 波形編碼 包含了抽樣、量化、編碼 3個(gè)子模塊。 數(shù)字 信號 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 。 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 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) 模擬信號波形編 碼 抽 樣 量 化 編 碼 數(shù)字信號基帶傳 輸 二元碼 三元碼 眼 圖 數(shù)字信號調(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 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。 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)。 圖片顯示： 為了使主界面美觀 可以在主界面上添加 圖片。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。 % 將背景圖像載入 Matlab GUI 中 axes()。 % 將圖片添加到坐標(biāo)系中 axis off。 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)。 %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)。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。 %顯示模擬線性調(diào)制的 GUI 模塊 close(h)。其他幾個(gè)菜單選項(xiàng)的界面切換與上面的類似。模擬線性調(diào)制解調(diào)我們都采用相干解調(diào)。 一般做法就是先在原信號上疊加一個(gè)直流信號，以保證信號 m(t)+A00 然后乘上一個(gè)高頻的余弦信號，即得到 AM 調(diào)制信號： 頻域表示式： 當(dāng)滿足條件max0 )(tmA ?時(shí)，已調(diào)信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成正比，用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)出原始的調(diào)制信號。這里我們采用相干解調(diào)。 DSB 調(diào)制器模型如下圖 。故 DSB 信號是不帶載波的雙邊帶信號，它的帶寬與 AM信號相同，也為基帶信號帶寬的兩倍。此時(shí)，乘法器輸出。 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 號的上、下兩個(gè)邊帶是完全對稱的，都攜帶了調(diào)制信號的全部信息，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。 （ 1）用濾波法形成 SSB 信號用濾波法實(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)生上邊帶信號時(shí) 即為 ，產(chǎn)生下邊帶信號時(shí) 即為 。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 中的任意頻率分量均相移 圖 相移法形成 SSB 信號的模型 SSB 解調(diào)： 從 SSB 信號調(diào)制原理圖中不難看出， SSB信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號 成正比，因此 SSB 信號的解調(diào)也不能采用簡單的包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺 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?。┰O(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。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 ’)。 xujian。 else return。 其它按鍵功能分別在其對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)下編寫相關(guān)程序。 調(diào)制信號： ttm ?2cos2)( ? 載波信號 : ttm ?20cos)( ? 圖 中左圖為調(diào)制信號及其頻譜，右圖為載波信號及其頻譜。 圖 DSB 調(diào)制信號： ttS DS B ?? 20c o s2c o s2 ?? 圖 中左邊圖中畫的是 DSB 調(diào)制信號圖波形及其頻譜圖，紅線部分為其包絡(luò)波形，圖 3 中右邊圖形畫的是 DSB 解調(diào)波形及其解調(diào)波形的頻譜，紅線部分為 DSB 解調(diào)波形，藍(lán)線為原始調(diào)制信號，這里采用的是相干解調(diào)。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺 18 圖 圖 中是右圖是單邊帶調(diào)制信號的波形及其頻譜圖，紅線為其包絡(luò)波形，這里是采用相移法來形成單邊帶信號的，在程序中具體是采用的希爾伯特變換進(jìn)行相移來產(chǎn)生單邊帶信號的。 圖 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺 19 模擬信號波形編碼 在實(shí)際情況中很多地方需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，因?yàn)閿?shù)字信號較模擬信號相比具有更多的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字信號更加有利于我們對信號進(jìn)行傳輸、接收、處理。波形編碼是直接把模擬信號的時(shí)域波形變換為數(shù)字代碼序列。 抽樣 抽樣是把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號變?yōu)闀r(shí)間上離散的抽樣 值的過程。 低通抽樣 低通信號抽樣定理是：一個(gè)頻帶限制在（ 0， Hf ）內(nèi)的模擬信號 x(t)，如果抽樣頻率 sf 大于或等于 2 Hf ，則可以由抽樣序列無失真的重建原始信號 x(t)。如果不能滿足抽樣定理，那么抽樣后信號的頻譜就會產(chǎn)生混疊，肯定就不能再恢復(fù)到原始信號。帶通抽樣定理為：一個(gè)帶通信號，其上邊帶頻率為 Hf ，下邊帶頻率為 Lf ，帶寬為B= Hf Lf ，此時(shí)的抽樣頻率應(yīng)滿足 ?????? ?? NMBfs 12 其中 B 為帶寬； M= Hf /BN； N 為不超過 Hf /B 的最大