基于Matlab GUI的通信原理演示系统设计

论文题目：基于Matlab GUI的通信原理演示系统设计 专 业：通信工程

学 生： 签名： 指导教师： 签名：

摘 要

通信原理是通信工程、电子信息类专业的重要专业基础课程，也是许多学校通信、信息专业研究生入学考试的必考科目。在传统的教学和设计中，主要采用的方法是手工分析与电路板试验，而该课程大部分是较为繁琐的理论和推导，因此容易使学生感到乏味和难以接受。利用Matlab/GUI为平台设计开发的通信原理演示系统，克服了传统方法的局限性。该系统具有可视化、交互性良好、操作便捷等优点，是未来教学和设计运用的趋势。

本文在介绍模拟线性调制解调、模拟信号数字化、二进制数字调制解调、和信道编码理论的基础上，利用Matlab语言进行GUI编程，实现交互式实时动态演示系统的设计，并对该平台进行测试及结果分析。设计出的演示系统参数可变，测试结果正确，各模块间逻辑结构清晰，整体运行稳定，更有利于教师的授课讲解和学生的学习理解。

【关键词】通信原理 演示系统 Matlab 图形用户界面（GUI）

【论文类型】设计型

Title：The Research and Implement of Demonstration System About Communication Theory Based on Matlab GUI Major：Communication Engineering

Name：Duan Yi Signature： Supervisor：Zhang Ming Signature：

ABSTRACT

Communication Theory is a communication engineering, electronic information professional foundation courses, many schools in communication and information professionals compulsory subjects of the Graduate Record Examination. In the traditional method of teaching and design, manual analysis and circuit board test are currently used, and more than that, a lot of theoretical knowledge and complicated reasoning often make the students feel confused. In order to solve these problems, we introduce a GUI system which is based on Matlab platform. It can provide more demo content and help students understand the theory more easily and intuitive. In addition, it is simple to operate, interact well and can return accurate result quickly. We all think it is the trend of development and will be widely used.

This paper we introduce some theoretical knowledge first, which include analog linear modulation and demodulation，Digitization of analog signals, Binary digital modulation and demodulation and channel coding theory ,and then we implement a simulation system based on Matlab GUI. We can provide the test parameters and system will return the result correctly. What is more the logical structure of each module is clear and the system running stable. All of that are conductive to either the teaching of teacher or studying of students.

【Key words】Communication Theory Demonstration system Matlab Graphical

User Interface（GUI）

【Type of Thesis】Design

前 言

随着我国高等教育逐步实现了大众化以及产业结构进一步调整，社会对人才的需求也出现了多样化和层次化的改变，这样反应到高等学校的教学要求与定位中，必然会带来教学内容上的差异和教学方式上的多样化。当代，科学技术突飞猛进，日新月异，突出各个学科的特色，培养有竞争力的人才已经成为各大高等院校的迫切任务。如何花较少的时间让学生获得较多的知识，是一个值得探讨的问题。为此，寻求更好的学习工具已成为完成这一项任务的关键。

通信原理是一门介绍信息传输基本原理包括理论、技术的课程。主要研究对象是通信系统。研究的目的是利用尽可能小的通信资源，获得尽可能高的通信质量。研究方法是在系统级、模块级层次上将实际通信系统抽象成数字模型，采用数学分析和计算机模拟的方法进行研究，得到系统性能与系统参数之间的定量关系。在给定系统性能要求的情况下，设计和优化系统的参数。在系统的数学模型比较复杂，用数学分析方法获得系统性能与系统参数之间的定量关系有困难的时候，可以采用计算机仿真的方法获得这些参数之间的关系，达到优化通信系统的目的。

在通信原理的教学和设计中，传统的方法主要是手工分析与电路板试验，通信系统中所有变量相互之间是非线性的关系，大部分是较为繁琐的理论和推导，容易使学生感到乏味和难以接受。实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对系统做出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定。使用Matlab GUI可以设计出适合教学使用的更直观方便的仿真系统。在通信原理课程教学中，其友好的人机界面能够直观地显示出信号在通信系统中各部分的波形，包括时域或者频域的波形，有利于学习者理解和掌握完整的通信系统的概念，对教师教学产生有益的帮助。Matlab可以方便地进行通信系统的分析和仿真，直观清楚，对于比较难理解的概念和原理有非常大的指导作用。配合GUI可以改善现行仿真方案的局限性。

本文主要研究了通信原理课程的交互式实时动态演示系统的设计，其中包括模拟线性调制解调系统、模拟信号数字化系统、二进制数字调制解调系统和信道编解码系统，进行了演示系统的界面设计和系统测试。设计出的演示系统参数可变，测试结果正确，达到了预期效果。

目 录

1 绪 论 ................................................................................................................. 1

1.1 课题研究背景及意义 .................................................................................................... 1 1.2 Matlab GUI简介 ............................................................................................................ 2 1.3 本文的主要内容 ............................................................................................................ 3

2 通信原理演示系统设计 ..................................................................................... 5

2.1 演示系统主界面设计 .................................................................................................... 6 2.2 模拟线性调制解调演示系统设计 ................................................................................ 8

2.2.1 模拟线性调制解调原理 ...................................................................................... 8 2.2.2 设计思路及步骤 ................................................................................................ 10 2.3 模拟信号数字化演示系统设计 .................................................................................. 13

2.3.1 模拟信号数字化基本原理 ................................................................................ 14 2.3.2 抽样子系统设计 ................................................................................................ 16 2.3.3 量化子系统设计 ................................................................................................ 17 2.3.4 编码子系统设计 ................................................................................................ 18 2.4 二进制数字调制解调演示系统设计 .......................................................................... 19

2.4.1 二进制数字调制解调原理 ................................................................................ 19 2.4.2 2ASK子系统设计 .............................................................................................. 22 2.4 3 2FSK子系统设计 ............................................................................................... 24 2.4.4 2PSK子系统设计 ............................................................................................... 24 2.5 信道编码和解码演示系统设计 .................................................................................. 25

2.5.1 信道编码和解码的基本原理 ............................................................................ 25 2.5.2 线性分组码编解码子系统设计 ........................................................................ 27 2.5.3循环码编解码子系统设计 ................................................................................. 28 2.6 本章小结 ...................................................................................................................... 29

3 系统测试 ........................................................................................................... 30

3.1 模拟线性调制解调子系统测试 .................................................................................. 30 3.2 模拟信号数字化子系统测试 ...................................................................................... 32

3.2.1 抽样子系统测试 ................................................................................................ 32

3.2.2 量化子系统测试 ................................................................................................ 34 3.2.3 编码子系统测试 ................................................................................................ 34 3.3 二进制调制解调子系统测试 ...................................................................................... 35

3.3.1 2ASK调制解调子系统测试 .............................................................................. 35 3.3.2 2FSK调制解调子系统测试 ............................................................................... 36 3.3.3 2PSK调制解调子系统测试 ............................................................................... 37 3.4 信道编码和解码子系统测试 ...................................................................................... 38

3.4.1 线性分组码编码和解码子系统测试 ................................................................ 38 3.4.2 循环码编码和解码子系统测试 ........................................................................ 38 3.5 本章小结 ...................................................................................................................... 39

4 结 论 ............................................................................................................... 40

4.1 工作总结 ...................................................................................................................... 40 4.2 存在的问题 .................................................................................................................. 40 4.3 工作展望 ...................................................................................................................... 41

致 谢 ................................................................................................................... 42 参考文献 ............................................................................................................... 43

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