通信信号处理的GUI界面设计

科毕业设

设计题目： 通信信号处理的GUI界面设计 学生姓名： 姓名 学号： 200010101 专

业： 电子信息工程

指导教师： 辛化梅 学 院： 物理与电子科学学院

2011 年 05月 19 日

本计

毕业论文（设计）内容介绍 论文（设计） 题 目 选题时间 2010年11月 通信信号处理的GUI界面设计 论文（设计） 字数 完成时间 2011年5月 7833 关 键 词 Matlab；GUI设计；通信信号处理 ；软件无线电 论文（设计）题目的来源、理论和实践意义： 通常在开发一个实际的应用程序时会尽量做到界面友好，最常使用的方法就是使用图形用户界面GUI。建立这样一个界面友好、占用资源少、高性能、便于移植、可配置的GUI界面设计，能够使用户的学习和使用更为方便容易。用户不需知道后台的应用程序究竟是怎样执行各种命令的，而只需了解可见界面组件的使用方法；用户也不需知道命令是怎样执行的，只要通过与界面交流就可以使指定的行为得到正确执行，对输入的通信信号进行一系列的处理。利用Matlab设计通信信号处理的GUI界面，能够方便直观地对通信信号的调制和编码、解调和译码等信号处理过程进行仿真，而且能够利用GUI界面的控件改变输入通信信号形式以及信号处理过程中的各项参数，及时观察信号处理过程中的处理波形，对于研究利用软件无线电技术实现无线通信传输具有十分重要的参考意义。 论文（设计）的主要内容及创新点： 本设计利用Matlab提供的工具箱Toolbox和用户图形界面向导GUIDE来设计通信信号处理系统的GUI界面，首先通过调用工具箱中提供的各种通信信号处理的函数对信号进行处理，然后通过GUI的组件编程实现各个模块的调用和链接，从而最终实现基于Matlab的通信信号处理的无线通信系统仿真设计。不仅可以对输入的通信信号进行编码、调制，在接收端对信号解调、译码恢复源信号，而且还可以通过此模型作进一步的预测和分析。建立界面友好、便于移植的GUI界面设计，能够使用户的学习和使用更为方便容易。 附：论文（设计） 本人签名： （此处空着最后统一签名） 年 月 日

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目 录

中文摘要................................................................................................................................. 3 英文摘要..................................................................................................................................3 一、 引言................................................................................................................................4 二、基于Matlab的GUI设计方法........................................................................................4 （一）GUI的实现过程….........................................................................................................5 （二）基于Matlab的通信信号处理的仿真平台的设计步骤.............................................6 三、无线通信系统仿真模型的构建及程序流程..................................................................7 （一）通信系统的基本组成..................................................................................................7 （二）通信系统的设计与实现..............................................................................................8 四、 通信信号处理系统的GUI仿真实例..........................................................................13 （一）模拟信号处理GUI仿真实例……...………...............................................................13 （二）数字信号处理GUI仿真实例....................................................................................17 五、 结论...............................................................................................................................22 参考文献................................................................................................................................23

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通信信号处理的GUI界面设计

姓名

摘要：本文利用Matlab提供的工具箱Toolbox和用户图形界面向导GUIDE来设

计通信信号处理系统的GUI界面。首先通过调用工具箱中提供的各种处理函数对通信信号进行各项处理，然后通过GUI的组件编程实现各个通信系统模块的调用和链接，从而最终实现基于Matlab的通信信号处理的系统仿真设计。能够方便直观地对通信信号的调制和编码、解调和译码等信号处理过程进行仿真：利用GUI界面的控件改变输入通信信号形式以及信号处理过程中的各项参数，及时观察信号处理过程中的处理波形，对于研究利用软件无线电技术实现无线通信传输具有十分重要的参考意义。

关键字：Matlab；GUI设计；通信信号处理；软件无线电

中图分类号：TN319

The GUI Design of the Communication Signal Processing

name

Abstract：This paper mainly discusses the graphics user interface (GUI) design of

Communication system using Toolbox and graphics user interface design environment (GUIDE) provided by Matlab. On the one hand, the signals can be processed by the various communication functions in Toolbox, on the other hand, the system achieves the callback and link among each module through the GUI components programming. Eventually the simulation of communication signals processing based on Matlab is accomplished. Signal processing procedures including modulation, encoding, demodulating and decoding, etc. Signals processing can be easily simulated by changing some parameters conveniently, and the dealing waveforms can be immediately observed. All of these are of great importance to wireless communication by software radio.

Keywords：Matlab；GUI design; communication signal processing；software radio

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一、 引言

软件系统的用户接口有两类，即命令驱动方式的交互式问答接口和事件驱动方式的图形用户接口（GUI）。通常在开发一个实际的应用软件系统时会尽量做到界面友好，最常使用的方法就是使用图形用户界面GUI。在20世纪90年代，图形用户界面（GUI）有了飞速的发展，目前GUI已经占据了主要位置，成为各类应用软件系统的主要形式。

图形用户界面Graphics User Interface（GUI）用各种图形对象，如图形窗口、图轴、菜单、文本框等构建的用户界面，是人机交流的工具和方法。利用用户界面，用户可以直接与计算机进行信息交流，不需了解应用程序究竟是怎样执行各种命令的，而只需了解可见界面组件的使用方法，通过与界面交流就可以使指定的行为得到正确执行。

Matlab是Math Works推出的数学软件，早期以矩阵计算为主，后来推出了句柄图形后，Matlab的图形界面设计功能日益完善。Matlab图形用户界面具有很强的交互性，操作方便，利用GUI搭建平台，在这样的一个良好的用户界面中可以方便的进行参数的设置，选择恰当适宜的处理方式，也可以同时显示信号，能够使用户更为方便容易的对通信信号进行适时恰当的处理。

二、 基于Matlab的GUI设计方法

通常情况下，实现GUI设计有两种方法：使用Matlab自身提供的图形用户界面设计向导（GUIDE），或者是使用全脚本编程。

利用GUIDE进行图形用户界面设计，向导会自动生成一个fig文件，及一个包含fig中放置控件相应回调函数的M脚本文件。这两个文件理应是相互影响的，但当改动其中一个文件的内容，如在fig中删掉一个原来的控件，m脚本中对应的该控件的回调函数却仍存在，虽回调函数为空，但破坏了程序构架的美感，需手动删掉这些代码。同时GUIDE还没有实现创建uitoolbox和所有axes的子对象的功能。

利用全脚本编程实现，由于 Matlab自带demo，包括按钮、单选按钮、框架、复选框、文本标签、编辑文本框、滑动条、下拉菜单、列表框和双位按钮等，通过阅读M文件程序代码可以直观而快速地掌握GUI设计的技巧。采用全脚本实现，M文件代码可重复使用，可生成非常复杂的界面，可方便的在句柄中存取数据，可将创建对象代码与动作执行代码很好的结合起来。

当然，最好的GUI设计方法是针对不同的情况来确定使用GUIDE还是全脚本，也可以考虑两者的结合使用来发挥各自的优势。

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图3-4 模拟信号发送端图形用户界面

要求采样频率要大于两倍的载波频率，否则出现“error！：采样频率不够高，出现混叠，需Fc*2<=Fs”出错提示对话框，如图3-5所示：

图3-5 出错提示框

②数字信号发送端：

数字信号发送端包括四个模块：一是信号输入模块，输入到通信系统的模拟信号

既可以是工作空间中存在的变量，也可以是保存过的各种典型通信信号，二是信源编码，对于输入的模拟信号进行采样、量化、编码（常用64Kb/s脉冲调制PCM）得到数字基带信号；信道编码，包括具有前向纠错功能的（7，4）汉明码、（15，8）循环码等。三是数字信号传输模式的选择：数字基带传输、数字带通传输（ASK,PSK,QASK,FSK,MSK,QAM等）。第四个模块为信号图像显示模块，对输入到通信信号处理系统中的模拟信号，显示其时域频域波形，及信源编码后的PCM码流波形。图3-6为数字信号发送端图形用户界面。

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图 3-6数字信号发送端图形用户界面

（2）信道，本设计采用加性高斯白噪声信道（AWGN），通过弹出的输入对话框设定信噪比。以后可进行功能扩展采用信道估计算法，通过弹出式菜单激活典型的自适应导引估计算法的GUI子类和盲信道估计算法GUI子类， （3）通信信号接收端。

对于发送端发送的通信信号的类型不同，接收端采取不同的接收方式。 ①模拟信号接收端，采用三大模块：一是解调控制面板，有五个按钮控件，分别执行信号的接收、解调、解调过程回放、基带信号时域波形对比和已调信号时域波形对比。二是接收信号的信息显示，可以显示接收的信号的调制方式，原基带信号的频率，载波频率，采样频率等信息。三是信号图像显示。继承了发送端信号图像同步显示和回放的优点，并且可以通过点击信号对比按钮，使用户直观的观察通信系统中基带信号和已调信号的时域波形对比，图3-7 为模拟信号接收端图形用户界面：

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图3-7 模拟信号接收端图形用户界面

②数字信号接收端，继承了模拟信号接收端的各项功能。它可对接收的信号进行解调、译码等逆向处理操作，可实现不同调制解调方式下通信信号处理系统的分析和仿真。图3-8 为数字信号接收端图形用户界面:

图3-8 数字信号接收端图形用户界面

2.通信信号处理系统实现的程序流程图

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开始选择信号的传输方式模拟通信系统 选择模拟调制方式AMDSB-TC,AMDSB-SC,AMSSB,FM数字通信系统信源编码（采样、量化、编码）信道编码（纠错编码）的选择汉明码、CRC、卷积码 选择数字带通调制方式ASK,FSK,PSK,QPSK,QAM,MSK,GMSK信道传输接收模拟信号接收 模拟解调相干解调，非相干解调数字信号接收数字最佳接收 解调 图3-9 通信信号处理系统实现的程序流程图 四、 通信信号处理系统的GUI仿真实例

本章给出了基于本通信信号处理系统的GUI仿真实例。 通信系统仿真平台运行流程如图4-1所示：

开始在MATLAB中打开并运行M文件进入通信信号处理系统仿真GUI界面在用户界面中设定系统的参数进行仿真满意是结束否

图4-1 通信信号处理系统仿真平台运行流程

(一)

模拟信号处理GUI仿真实例

1.模拟信号发送端

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进入通信信号处理系统界面后，通过选择菜单进入“模拟信号发送端”，设定系统的输入信号为常用正弦信号，输入信号频率为20Hz，进行模拟AMDSB-SC调制，载波频率为200Hz，采样频率为3000Hz，点击“开始通信”按钮，得到如图4-2所示的AMDSB-SC调制波形的仿真结果，在右侧的信号图像界面中依次显示基带信号波形，已调信号的时域波形和频谱特征曲线。

图4-2 正弦波的AMDSB-SC调制的仿真结果

图4-3 语音信号AMDSB-SC调制的仿真结果

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图4-12对应的是图4-8 双声道语音信号通过AWGN后解调解码的仿真结果，

图4-12 图4-8双声道语音信号通过AWGN后解调解码的仿真结果

点击“时域图形对比”，显示发送接收信号的时域函数波形对比，如图4-13所示：

图4-13 双声道语音信号原始信号与接收信号波形比较

点击“PCM码流图形对比”，显示发送接收信号PCM码流波形对比，如图4-14所示：

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图4-14 双声道语音信号原始PCM码流与接收PCM码流波形对比

若输入信号选择为单声道语音信号，选择PCM编码，（15，8）循环编码，数字基带传输，经AWGN后进行解码。对比时域波形和PCM码流波形如图4-15，4-16所示

图4-15 单声道语音信号原始信号与接收信号波形比较

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图4-16 单声道语音信号原始PCM码流与接收的PCM码流波形对比

五、 结论

本设计基于面向对象技术，提出了一种用于通信信号处理系统的仿真图形用户界面设计方案与实现技术，并搭建了相应的通信系统仿真平台。利用GUI来实现通信信号处理仿真系统，界面简单友好，参数设置灵活，并且在仿真过程中能随时看到信号处理的文字和图形描述，便于更好的实时处理和进一步的预测和分析，使用户能很快的掌握该平台的功能和使用方法，便于学习和使用；同时开发的通信系统仿真平台具有良好的开放性，可以不断的完善和扩充，便于研究工作的延续。结构开放和全面可编程的软件无线电技术，利用软件模块代替传统通信信号处理系统中的硬件结构，在很大程度上克服了传统通信系统硬件结构复杂、不通用及系统不稳定的局限性，对于更好地实现无线通信传输具有重要意义。

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参考文献：

[1] The MathWorks． Matlab build GUI 图形用户界面设计手册.

[2] Ahmed Abdalla, The MathWorks. GUI Building for Test & Measurement Applications. [3] 施晓红，周佳．精通GUI图形界面编程（Matlab）．北京：北京大学出版社，2003.1. [4] 陈垚光等．精通MATLAB GUI设计.北京：电子工业出版社，2008.2. [5] 张葛祥，李娜．MATLAB仿真技术与应用．北京：清华大学出版社，2003.6.

[6] 郭文彬，桑林．通信原理-基于Matlab的计算机仿真．北京：北京邮电大学出版社，2006.12. [7] 樊昌信，曹丽娜．通信原理（第六版）．北京：国防工业出版社，2007.1. [8] 陈永春．从Matlab/Simulink模型到代码实现．北京：清华大学出版社，2002.10. [9] 邓华．Matlab通信仿真及应用实例详解．北京：人民邮电出版社，2003.9. [10] 张志涌，杨祖樱．Matlab教程．北京：北京航天航空大学出版社，2006.8.

[11] 张秋红，李玉忍．用Matlab制作图形用户界面．电脑开发与应用，2003.3（16）:11-14. [12] 马晓东，沈军，司伟健．基于 Matlab图形用户界面的信号分选仿真系统．应用科技，2007.12(34):17-20.

[13] 丁旭东，周静，李炳建．基于Matlab GUI的钻井工具姿态采集处理系统．电子测试，2008.6(6):5-8.

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指导教师意见

（包括选题的意义，资料收集或实验方法、数据处理等方面的能力，论证或实验是否合理，主要观点或结果是否正确，有何独到的见解或新的方法，基础理论、专业知识的掌握程度及写作水平等，并就该论文是否达到本科毕业论文水平做出评价） 该论文所研究的内容属于通信前沿领域，具有重要的理论意义和应用价值。论文通过资料收集、理论分析和计算机模拟，完成了通信信号处理GUI界面设计，并在此基础上成功模拟了典型的通信信号处理过程。在理论分析和计算机模拟方面有独立的工作和见解。该论文工作表明作者较好地掌握了本专业基础理论和专业知识，研究解决问题能力和写作水平也有很大提高。 该论文达到优秀本科毕业论文水平。 成绩： 优 指导教师（签名）： 年 月 日 注：成绩按优、良、中、合格、不合格五级分制计。

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五、课题研究的策略、方法和步骤 实现一个GUI主要包括以下两项工作：GUI界面设计、GUI组件编程。 基于Matlab的通信信号处理的仿真平台的设计步骤： 1、确定GUI对象，通过设置GUIDE应用程序的选项来进行GUIDE组态。 打开GUI应用程序选项对话框，进行设置 2、使用界面是设计编辑器进行GUI界面设计。 3、理解应用程序M文件中所使用的编程技术 4、编写用户GUI组件行为响应控制（即回调函数）代码 5、激活GUI界面，确保界面符合用户要求。设计满意后保存GUI 6、执行GUI。运行GUI的应用程序M文件。可以对该M文件进行反复调试使之符合对通信信号处理系统的要求。 六、预期成果形式描述 本设计基于面向对象的技术，提出一种用于通信信号处理的系统仿真图形用户界面设计方案与实现技术，并搭建了相应的通信系统仿真平台。利用GUI来实现通信信号处理仿真系统，界面简单友好，参数设置灵活，并且在仿真过程中能随时看到信号处理的文字和图形描述，便于更好的实时处理和进一步的预测和分析，使用户能很快的掌握该平台的功能和使用方法，便于学习和使用；同时开发的通信系统仿真平台具有良好的开放性，可以不断的完善和扩充，便于研究工作的延续。 七、指导教师意见 论文开题报告符合论文题目要求，内容、步骤安排比较合理，同意开题。 指导教师（签名）： 年 月 日 八、学院学位分委员会意见 学院学位分委员会主任（签名）： 年 月 日 30

山东师范大学本科毕业论文（设计）教师指导记录表

学院：物理与电子科学学院 系别：电子系 专业：电子信息工程_ 论文（设计）题目： 通信信号处理的GUI界面设计 学生姓名 姓名 学号 20001001 计划完成时间：2011年5月 指导情况纪录（含指导时间、指导内容） 1．17．课题介绍，指导学生查阅相关资料。 3．02．检查寒假期间该生的论文工作准备情况，督促其继续查阅资料，写出读书笔记。 3．06．指导开题报告，就准备开题报告方法、要求及注意事项进行说明。 3．16．检查开题报告的进行情况，讨论并确定毕业论文写作提纲。 4．23．检查基本理论的写作情况，对学生论文写作过程中遇到的问题进行指导。 5．05．论文初稿进行检查，提出具体的修改意见。 5．12．论文第二稿进行检查，提出进一步修改意见。 5．19．论文修改稿检查与定稿。 指导教师（签名）： 学生（签名）： 学院学位分委员会主任（签名）： 年 月 日 注：本科论文（设计）的指导应不少于5次，如表格空间不足可另附页。

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指导教师 辛化梅 职称 副教授

山东师范大学本科毕业论文（设计）答辩记录表

学院：物理与电子科学学院（章） 系别：电子系 专业：_电子信息工程_ 论文（设计）题目： 通信信号处理的GUI界面设计 学生姓名 姓名 指导教师 辛化梅 答辩时间 姓 名 答辩委员会 名单 答辩记录： 记录人（签名）： 答辩委员会主任（签名）： 年 月 日 年 月 日

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学 号 职 称 20001001 副教授 答辩地点 性别 职 称 职 务 其它

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