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

按照设计思路在GUI编辑界面中添加相应的控件。添加11个按钮控件，双击第1个按钮，会出现对话框，将string属性设为“载波信号”，Tag属性设为“pushbutton1”。双击第2个按钮将string属性设为“调制信号”，Tag属性设为“pushbutton2”。双击第3个按钮将string属性设为“AM信号”，Tag属性设为“pushbutton3”。双击第4个按钮将string属性设为“DSB信号”，Tag属性设为“pushbutton4”。双击第5个按钮将string属性设为“SSB下边带信号”，Tag属性设为“pushbutton5”。双击第6个按钮将string属性设为“SSB上边带信号”，Tag属性设为“pushbutton6”。双击第7个按钮将string属性设为“AM解调信号”，Tag属性设为“pushbutton7”。双击第8个按钮将string属性设为“DSB解调信号”，Tag属性设为“pushbutton8”。双击第9个按钮将string属性设为“SSB下边带解调信号”，Tag属性设为“pushbutton9”。双击第10按钮将string属性设为“SSB上边带解调信号”，Tag属性设为“pushbutton10”。双击第11个按钮将string属性设为“返回”，Tag属性设为“pushbutton_back”。添加2个编辑框控件，将两个编辑框的string属性均设为空，同时在各自正左方添加静态文本控件进行说明。

此外还添加了4个面板（Panel）控件，string属性分别为设为“调制区”、“解调区”、“说明”、“参数设置区”。将前6个按钮控件（即载波信号、调制信号、AM信号、DSB信号、SSB下边带信号、SSB上边带信号按钮控件）布局在“调制区”面板中，将第7至10个按钮控件（即AM解调信号、DSB解调信号、SSB下边带解调信号、SSB上边带解调信号按钮）布局在“解调区”面板中，将2个编辑框及相应的静态文本控件布局在“参数设置区”面板中。说明面板控件中添加静态文本，string属性设为“1、调制信号是振幅为1，载波为1Hz的正弦波2、解调时均采用相干解调的方法3、两幅图横轴分别为t,f。解调信号有延迟。4、解调时，红色为原信号蓝色为解调信号”模拟线性调制解调系统的界面如图2.7所示。

（a）模拟线性调制解调系统编辑界面 (b)模拟线性调制解调系统演示界面

图2.7 模拟线性调制解调系统界面

步骤二：回调函数设计

11

要实现演示效果，就要对控件的回调函数进行编程。由GUI生成的M文件，控制GUI并决定GUI对用户操作的响应。它包含运行GUI所需的所有代码。GUI自动生成M文件的框架，用户在该框架下编写GUI组件的回调函数。M文件由一系列子函数构成，包含主函数、Opening函数、Output函数和回调函数。其中主函数是不可以修改的，否则会导致GUI界面初始化失败。用户对控件操作的时候，控件对操作进行响应，所指定执行的函数就是该控件的回调函数。在GUI编辑界面点击（MNtiaozhijietiao.m），点击M文件中的菜单项，打开对应的M文件。

（1）参数设置区回调函数设计

载波频率（Hz）和AM信号的直流分量是要输入的参数，在M文件中找到载波频率、和AM信号直流分量文本控件对应的callback，添加代码。2个文本控件添加代码类似，只是定义的变量不同，这里只对载波频率对应文本控件添加的代码进行说明。即在function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles)下添加代码：global fc;%定义载波频率为全局变量f 1=str2double(get(handles.edit1,'string'));%将字符串转换为double型数值fc=f1;%赋值

（2）调制区、解调区回调函数设计

调制区包含6个按钮控件。解调区包含4个按钮控件。选择任何一个按钮都可以绘制出相应信号的时域和频率的波形。例如输入载波频率和AM信号的直流分量后，点击“AM信号”按钮，在axes1中会绘制AM信号时域波形，在axes2中会绘制AM信号频域波形，要实现该功能就要右键单击“AM信号”，选择View Callbacks中的Callback菜单项，在function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)下面添加以下代码： axes(handles.axes1)

global fc;global A;ü为载波频率，A为AM信号的直流分量

T=5; fm=1;dt=0.001;%T为信号时长，fm是信源最高频率，dt是时间采样间隔 t=0:dt:T;

mt=cos(2*pi*fm*t);%调制信号（信源） s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t);%AM信号

plot(t,s_am);plot(t,A+mt,'r--');%画出AM信号包络，标示出源信号波形 title('AM调制信号');

12

可以打开界面对应的M文件

就可以有选择地进入控件的Callback。根据

每个控件要实现的功能添加代码。也可以右键单击控件，选择View Callbacks中的Callback

axes(handles.axes2)

[f,sf3]=T2F(t,s_am);%求AM调制信号的频谱 psf3=(abs(sf3).^2)/T;%求AM调制信号的功率谱密度 plot(f,psf3);

axis([-2*fc,2*fc,0,max(psf3)]);title('AM调制信号的频谱');

每个按钮的回调函数编好之后，还要对调用的子函数进行定义。如点击“AM信号”按钮，能够绘制正确的波形，需要提前定义好T2F子函数。

（3）返回按钮回调函数设计

返回按钮要实现退出本界面，返回到主界面的功能，点击此按钮的时候会出现如图2.8所示对话框,询问使用者是否返回界面，若选择【yes】会返回到主界面，若选择【no】则不返回。要实现此功能需要在“返回”按钮对应的回调函数中需要添加以下代码：

selection = questdlg(['确定返回' get(handles.figure1,'Name') '?'],... ['返回' get(handles.figure1,'Name') '...'],... 'Yes','No','Yes'); if strcmp(selection,'No') return;end

delete(handles.figure1)

图2.8 提问对话框

为了保持界面风格的统一，所有子界面设计中“返回”按钮均采用如图2.8所示对话框的形式。所添加的代码相同。在后期子界面设计中，对此控件不再赘述。

2.3 模拟信号数字化演示系统设计

模拟信号数字化分3个过程：抽样、量化、编码。由于这3个知识模块涉及的内容不同，界面的风格也不同，下面将分别介绍3个子模块的界面设计。

13

2.3.1 模拟信号数字化基本原理

通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统两大类，数字通信系统因其抗噪声性能好、传输质量高、保密性好等一系列优点，已经成为当今通信的发展方向与主流。然而自然界的许多信息都是模拟信号，如图像、话音、电视信号、麦克风拾取的话音信号等，为了能利用数字通信系统来传送模拟信号，必须对模拟信号进行数字化，即模数转换和数模转换。模数转换即抽样、量化、编码，对模拟信号的时间和幅度进行离散化处理，使之变成数字信号再进行传输，在接收端要将收到的数字信号进行数模转换，还原成模拟信号再传至信宿。模拟信号数字化处理，即对模拟信号的幅度和时间做离散化处理，先通过抽样使模拟信号变成时间离散幅度连续的信号，之后将将抽样得到的时间离散幅度连续的信号进行量化，使之变成时间离散且幅度也离散的信号，在将其进行编码处理就所需的数字信号。

1）抽样定理

抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。抽样定理：一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号m?t?，如果以Ts≤1/（2fH）秒的时间间隔对它进行等间隔（均匀）抽样，则原信号m?t?将被所得到的抽样值完全确定。抽样定理指出，由样值序列无失真恢复原信号的条件是fs≥2fH，fs为抽样频率。当抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。反之，抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠。

例如，对模拟信号cos?2???30?t??sin?2???65?t?进行抽样，模拟信号最高频率fH

为65Hz，2fH=130Hz。当抽样频率fs取200Hz的时候，满足抽样定理，抽样不会引起信号失真。当抽样频率取100Hz的时候，不满足抽样定理，从频域上，可以看到频谱发生了混叠，此时的抽样会引起信号的失真。

2）量化理论

量化是利用预先规定的有限个量化电平来表示模拟抽样值的过程，量化又分均匀量化与非均匀量化。均匀量化是把输入信号的量化范围按等间隔分割的量化。均匀量化时，量化噪声平均功率只取决于量化间隔，对于均匀分布的输入信号而言，输出量化信噪比恒定，但对于非均匀分布非平稳的输入信号，输入信号功率下时量化信噪比小，反之，输入信号频率大时量化信噪比大，影响信号的恢复。要满足条件，则编码位数多，设备复杂。在语言信号数字化通信中，均匀量化有个明显不足之处：量化信噪比随信号的电平的减小而下降。为了克服这个缺点，实际中往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据

14

信号的不同区间来确定量化间隔。信号值小时，量化间隔小，信号值大时，量化间隔就大，在不增大量化级数N的前提下，使量化信噪比在较宽的动态范围内达到所需指标，即改善了小信号时的量化信噪比。其实现方法是将样值通过压缩器后再进行均匀量化，常用的是?压缩律和A压缩律。美国和日本采用?律，我国和欧洲采用A律。

3）编码理论

将量化后的信号变换成代码，即模数转换的第三步，把多电平变成二进制电平。其相反的过程称为译码。编码方法多种多样，在现有的编码方法中，若按编码的速度来分大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用高速编码。若按编码器的种类来分大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型和混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。13折线特性就是近似于A压缩律的特性，其中A=87.6，仅考虑第一象限时其曲线如图2.9所示。完整13折线，负向8段斜线按同样方法得到，第Ⅲ象限的折线与第Ⅰ象限呈奇对称，斜率相同的段合为一段，共13段，称为13折线法。

图2.9 13折线A律特性

A律13折线用8bit编码，8位二进制码表示为D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，

“0”表示负极性；D2，D8。D1是极性码，表示量化信号的极性，通常“1”表示正极性，

D3，D4是段落码，表示信号绝对值处在哪个段落，3位码的8种可能状态分别代表8个

15

根据以上对2FSK信号的调制原理的分析，已调信号的数字表达式可以表示为

e0(t)??ag(t?nT)cos(?t??)??ag(t?nT)cos(?t??) （2.9）

ns1nns2nnn其中，g(t)是单个矩形脉冲，脉宽为Ts，且

an?????0　　概率为P?0　　概率为?1?P? an?? ???1　　概率为?1?P??1　　概率为P二进制移频键控(2FSK)信号的解调方法很多，常采用包络检波法、同步检波法、过零点检测法、差分检波法。这里只介绍包络检波法和同步检波法。2FSK信号的包络检测方框图如图2.16（a）所示，同步检波方框图如图2.16（b）所示。这里的取样判决器是判定哪一个输入样值大，此时可以不专门设置门限电平。

带 通滤波器y1?t?乘法器z1?t?低 通滤波器v1?t??1yi?t?cos?1t取样脉冲带 通低 通乘法器滤波器y2?t?z2?t?滤波器v2?t??抽 样s?t?判决器输出输入yi?t?带 通y1?t?包 络滤波器检波器v1?t??1取样脉冲抽 样 判决器s??t?输出?2带 通包 络滤波器y2?t?检波器cos?2t?2v2?t?（a）同步检波（b）包络检波

图2.16 2FSK信号的解调

3)2PSK调制解调原理

数字相位调制又称移相键控，记做PSK。二进制移相键控记做2PSK。二进制移相键控中，载波的相位随着数字基带信号“1”或者“0”而变化。通常相位?表示数字信号“1”，相位0表示数字信号“0”。2PSK是利用载波相位直接表示数字信号。2PSK信号的产生方法如图2.17所示。

0相振荡器门电路1e?t?加法器倒相器?相门电路2s?t?倒相器 图2.17 2PSK的相位选择法

2PSK信号的解调不能采用包络检测的方法，只能进行相干解调。2PSK相干解调框图

21

如图2.18所示。图中的解调过程实质上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，故常称为极性比较法解调。

e0?t?带 通e0?t?滤波器z?t?'低 通x?t?抽 样输出?an?滤波器判决器cos?ct定时脉冲

图2.18 2PSK的相干解调

2.4.2 2ASK子系统设计

1）界面设计

结合2ASK调制解调原理，对界面进行布局。在GUIDE编辑界面如图2.19(a)所示，添加了两个面板控件，string属性分别设为“调制解调区”、“参数设置区”，Title Position属性均设为“lefttop”。添加了5个按钮控件，第1个按钮的string属性设为“产生随机数字基带信号”，Tag属性设为“pushbutton1”，第2个按钮的string属性设为“载波信号”，Tag属性设为“pushbutton2”，第3个按钮的string属性设为“2ASK信号”，Tag属性设为“pushbutton3”，第4个按钮的string属性设为“解调输出信号”，Tag属性设为“pushbutton4”，第5个按钮的string属性设为“返回”，Tag属性设为“pushbutton5”。以上控件的FontSize属性均设为12。添加了4个axes控件，axes1用来绘制二进制数字基带信号，axes2用来绘制载波信号波形，axes3用来绘制2ASK信号波形，axes4用来绘制2ASK解调输出信号波形。2ASK调制解调系统界面如图2.19（b）所示。保存后M文件为ASK2.m。

（a）2ASK调制解调系统编辑界面 （b）2ASK调制解调系统演示界面

图2.19 2ASK调制解调系统界面

2）回调函数设计

22

一般情况下，GUI执行函数的顺序为：先执行Opening函数，然后执行Output函数，最后执行Callback函数。Openning函数，是在GUI开始运行但还不可见的时候执行，主要进行一些初始化操作。一打开界面，可以看到每个画轴的横轴有相应的标注，该功能需要在初始化阶段完成，即编写Opening函数。在Openning函数里添加如下语句：

axes(handles.axes1)

xlabel('二进制数字基带信号'); axes(handles.axes2) xlabel('载波信号'); axes(handles.axes3) xlabel('2ASK信号'); axes(handles.axes4) xlabel('解调输出信号');

要使每个按钮实现相应的功能，需要编写对应的回调函数。图2.19（a）中“调制解调区”的4个按钮控件回调函数设计方法相同。下面仅以“产生随机数字基带信号”按钮回调函数设计为例，介绍回调函数编写的过程，其他3个按钮控件回调函数设计不再赘述。单击“产生随机数字基带信号”按钮，选择View Callbacks中的Callbacks菜单项就可以打开ASK2.fig对应的M文件ASK2.m，在function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)下面添加以下代码：

axes(handles.axes1)

i=10;j=5000;t=linspace(0,10,j); a=round(rand(1,i));%随机序列 st=t; for n=1:10 if a(n)<1;

for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=0;end else

for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=1; end end end

plot(t,st);%绘制出二进制数字基带信号

23

此外，图2.19（a）中可变参数区与“返回”按钮控件实现的功能与模拟线性调制解调系统对应控件类似，在此不再赘述。 2.4 3 2FSK子系统设计

2FSK调制解调系统与2ASK调制解调系统相比较多了一个载波（载波2）和一个变量（载波2频率）。采用2ASK调制解调系统界面设计的方法设计2FSK调制解调系统界面，设计好后保存的M文件为FSK_2.m。2FSK调制解调系统界面见图2.20所示。图2.20（a）为编辑界面，图2.20（b）为演示界面。

（a）2FSK调制解调系统编辑界面 （b）2FSK调制解调系统演示界面

图2.20 2FSK调制解调系统界面

2.4.4 2PSK子系统设计

2PSK调制解调系统界面的设计方法与2ASK调制解调系统界面设计方法相同，也是先进行GUI界面设计，然后对添加的每个控件进行回调函数设计。与2ASK调制解调系统界面相比，2PSK调制解调系统界面中添加了的相同数目的控件，不同的是相同string属性的控件，实现的功能却不同。故设计每个控件的回调函数时，添加的代码与2ASK调制解调系统不同，但是添加代码的方法相同，在此不再赘述其设计过程，只给出设计出的界面。2PSK调制解调系统编辑界面如图2.21（a）所示，2PSK调制解调系统演示界面如图2.21（b）所示。保存后，M文件为PSK_2.m。

24

（a）2PSK调制解调系统编辑界面 （b）2PSK调制解调系统界面

图2.21 2PSK调制解调界面

2.5 信道编码和解码演示系统设计

主要完成线性分组码和循环码的编码和解码，故以（7，3）线性分组码，（7，4）循环码为例分别进行设计。鉴于二者设计出的界面风格保持一致，以（7，3）循环码的编码和解码界面设计为例详细介绍其设计过程，（7，4）循环码只给出设计的结果。 2.5.1 信道编码和解码的基本原理

信道编码的原理是在传输信息的同时加入信息冗余，通过信息冗余来达到信道差错控制的目的。信道编码一般可以分成两大类，即分组码和卷积码。分组码编码时将输入信息分成不同的组，对各组信息分别进行独立编码，加入冗余信息，组与组之间是独立的，其译码也是分组独立译码。本文主要研究线性分组码和循环码的编码和解码，对循环码不做介绍。

下面介绍（7，3）线性分组码与（7，4）循环码的编码和解码原理。 1）（7，3）线性分组码编码和译码原理

（7，3）线性分组码有8个许用码字，27-23个禁用码字。发送端发送的是许用码字，若接收端接收到的是禁用码字，则表明传输中发生了错误。设（7，3）线性分组码信息码元为c6c5c4，码字为c6c5c4c3c2c1c0。

（7，3）线性分组码的监督矩阵H为

25

（c）AM信号 （d）AM解调信号

（e）DSB信号 （f）DSB解调信号

（g）SSB下边带信号 （h）SSB下边带解调信号

31

（i）SSB上边带信号 （j）SSB上边带解调信号

图3.1 模拟线性调制解调子系统测试

调制信号是振幅为1，频率为1Hz的正弦波。当载波频率为5Hz,AM信号的直流分量为3时，由模拟线性调制解调原理可以知道AM信号的幅度为4，DSB信号幅度为1，SSB信号幅度为1。解调时采用相干解调法，AM解调信号、DSB解调信号及SSB解调信号均为原调制信号，振幅为1，解调信号均有延迟，这是允许的。图3.1中红色虚线标注的为原信号，由图可见，测试结果正确。故设计出的模拟线性调制解调演示系统，实现了预期功能。

3.2 模拟信号数字化子系统测试

3.2.1 抽样子系统测试

对模拟信号进行抽样时，只有满足抽样定理，得到的序列才可以无失真地恢复原始信号。设计出的抽样子系统，可以通过改变采样频率来验证抽样定理的正确性。

以抽样频率为100Hz、200Hz两种情况为例，分别进行测试。测试结果如图3.2所示。抽样频率fs为100Hz时，测试结果如图3.2（a）所示，由于采样频率过低，抽样信号的时间间隔过大，抽样信号无法较好地描述模拟信号，从界面中可以看到已抽样信号的频谱发生了混叠。抽样频率fs选为200Hz时，测试结果如图3.2（b）所示，采样频率较高，抽样信号的时间间隔比较小，众多信号就能较好的反应模拟信号的变化，从界面可以看到已抽样信号的频谱没有发生混叠。实验表明，测试结果与理论相符合，可见设计出的

32

界面达到了预期效果。

（a）fs=100Hz时的抽样

（b）fs=200Hz时的抽样 图3.2 抽样子系统测试

33

3.2.2 量化子系统测试

量化子系统界面可以通过界面输入量化级数，在同一界面显示出均匀量化与非均匀量化下的原始信号与量化信号曲线、量化误差曲线、量化器输入与输出曲线。量化级数是可变的参数，此处以量化级数取8为例进行测试。量化级数为8时的测试结果如图3.3所示。由图3.3可以清晰地看到均匀量化与非均匀量化的差异，且实验结果与理论相符合，可见设计的界面合理可用。

图3.3 量化子系统测试

3.2.3 编码子系统测试

编码子系统可以通过界面输入不同信号抽样值，然后将鼠标移动到界面的“输出8位编码”面板控件对应的编辑框中，系统就可以在该编辑框中自动显示输出8位编码的方法进行界面测试。

当输入信号的抽样值为1270（量化单位），由A律13折线编码理论知识可以推导出，输出的8位编码为11110011。此外，为了让输出的8位编码看起来更直观，界面中增加

34

了8位编码表示区，用4种基本数字基带信号来表示编出的8位编码。其中，单极性不归零码，用一个脉冲宽度等于码元间隔的矩形脉冲的有无表示8位编码，无脉冲表示0，有脉冲表示1；单极性归零码，码元间隔大于脉冲宽度，无脉冲表示0，有脉冲表示1；双极性不归零码，码元间隔等于脉冲宽度，负脉冲表示0，正脉冲表示1；双极性归零码，码元间隔大于脉冲宽度，负脉冲表示0，正脉冲表示1。测试结果如图3.4所示，由图3.4可知，测试结果与理论相符合，设计的界面实现了预期功能。

图3.4 编码子系统测试

3.3 二进制调制解调子系统测试

3.3.1 2ASK调制解调子系统测试

对2ASK调制解调系统进行测试，可以通过从界面输入不同的载波频率，然后点击按钮控件将会在界面的绘图区显示不同的结果的方法。2ASK利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲来键控一个连续载波，使载波时断时续地输出。

当基带信号为0000101011，载波频率为2Hz时，发送0时无载波输出，发送1时有

35

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5zf3.html