基于MATLAB环境下GUI的DPSK仿真演示系统设.

1第一章课设基本内容1.1课设题目基于MATLAB环境下GUI的DPSK仿真演示系统设计1.2实验内容及要求设计内容：在MATLAB环境下制作一个GUI，从给定文件从读出已调信号来进行解调（不允许直接调用系统的调制、解调函数）。基本要求：实现DPSK解调，并显示已调信号波形和解调输出信号波形提高要求：显示已调信号和解调输出信号的频谱2第二章方案选择2.1实现方案2DPSK解调方法有两种：一种是相干解调法（极性比较法），一种是差分相干解调法（相位比较法）方案一相干解调相干解调的原理2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决的基带信号的差分码，再经过逆码变换，得到基带信号，原理框图如图2.1所示。图2.1相干解调原理框图方案二差分相干解调差分相干解调的解调原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，滤除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，此后该信号为两路，一路延时一个码元的时间后与另一路信号相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频成分，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，得到基带信号，原理框图如图2.2所示。图2.2差分相干解调原理框图3图2.3各点波形42.2方案选择由图2.1可知，相干解调是建立在2PSK解调基础之上的，较之多了一个逆码变换，在解调过程中，若相干载波产生180度相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。差分相干解调采用的是相位比较法，对延时单位的精度要求较高，很难实现，而采用相干解调方法，原理及电路比较容易实现，所以本课程设计采用相干解调方案对2DPSK信号进行解调5第三章系统设计与实现3.1系统框图及工作原理数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。数字带通传输系统为包括调制，解调的数字传输系统。其中数字调制和模拟调制的原理相同，但是数字信号有离散取值的特点。键控法是数字调制的其中一种方法。对载波振幅，频率和相位分别进行控制，便可获得振幅键控（AmplitudeShiftKeying，ASK）、頻移键控（FrequancyShiftKeying，FSK）和相移监控三种基本的数字调制方式。在二进制数字调制中，载波的振幅、频率和相位只有两种变化状态。相应的调制方式有二进制振幅键控（2ASK）、二进制頻移键控（2FSK）和二进制相移键控（2PSK）。2PSK信号载波恢复中相位有0、π模糊性，为了克服这个缺点，因此提出了二进制差分相移键控（2DPSK）。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。2DPSK信号可以采用相干解调法（极性比较法）和差分相干解调法（相位比较法）。本课程设计采用相干解调法，图2-1相干解调法，解调器原理图和解调过程各点时间波形如图所示。图3.1解调原理框图由上图所示，解调过程由带通滤波器，载波相乘器，低通滤波器，抽样判决以及码反变换五个模块组成，其功能如下：带通滤波器：6图3.2带通滤波器原理框图由图可知，带通滤波器由低通滤波器与高筒滤波器组成，滤除基带信号在信道中混入的带外噪声。载波相乘器：从带通滤波器出来的信号与本地载波相乘，完成2DPSK调制过程低通滤波器：去掉高频成分抽样判决：用参考电平将经过低通滤波器的信号进行判决得到相对码字逆码变换：按照前后码元相位差的原则将相对码变为绝对码图3.3逆码变换原理框图图3.4各点波形7其解调原理是：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，若相干载波产生180度相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如，假设相位值用相位偏移△φ表示（△φ定义为本码元初相与前一码元初相只差），并设：△φ=π→数字信息1△φ=0→数字信息0则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如如下：数字信息：00111001012DPSK信号相位：000π0πππ00π或πππ0π000ππ083.2调试及结果分析仿真结果：在edit1编辑框中输入调制信号码元时间间隔Time_Hold_On=0.16时，单击button按钮，在GUI界面上出现如下波形：图3.5仿真图形1波形分析：如上图所示，当在编辑框中输入fs值3000时，单击tiaozhi按钮即可出现图3.2，上图分别为基带信号，已调信号，恢复出的调制信号以及经过低通滤波器的信号。基带信号为固定序列“01101001”，其相对码则为“（0）01001110”，与第二图中波形跳变相吻合，遵循1变0不变的跳变原则。9图3.6仿真图形2波形分析：如上图所示，分别为已调信号，解调信号的时域、频谱图。解调出来的信号为“01101001”，即基带信号的信息码，已调信号对应的绝对码，相应的相对码为“（0）01001110”。由已调信号的波形可知0码对应的相位差△φ为0，1码对应的相位差△φ为π，符合2DPSK解调的原理，仿真图形与理论图形相同。第二幅图即为已调信号的频谱图，已知载波频率为35hz，由图可以看出，频谱图为以频率为中心进行线性的频谱搬移。当改变Time_Hold_On参数值时，GUI界面上的图形会有明显的伸缩变化，0.16值为最好的观察值，当给变其他参数时，如采样频率fs、载波频率w和振幅A，图形也会有相应的变化。10第四章系统设计与实现4.1GUI界面设计：设计要求：系统参数从界面输入并读取进行解调，在界面上显示已调信号，解调信号波形及频谱界面设计：根据设计要求可知应该在GUI界面上放置一个edit文件编辑框，一个button按钮控件，四个示波器显示控件，与设定变量的参数值从edit文件编辑框中输入，单击按钮时示波器上分别显示已调波形及恢复出的原始信号波形及其频谱图。界面布局设置如下图所示。图4.1GUI界面布局设计图中的edittext为静态文本编辑框，从此可输入所需数据，button按钮控件为解调控制按钮，tiaozhi与jietiao两个按钮分别控制调制解调部分，当单击button按钮时会运行其click事件，读取文本编辑框中数据并运行调制解调程序代码，示波器控件则显示程序代码中需要显示的波形。114.2m文件设计带通滤波器：滤除已调信号带外噪声signal=awgn(st,20,'measured');%加噪[b1,a1]=ellip(4,0.1,40,[999.9,1000.1]*2/fs);%设计IIR带通滤波器，阶数为4，通带纹波0.1，阻带衰减40DBsa=filter(b1,a1,signal);%信号通过该滤波器相乘器：载波与已调信号相乘dt=sa.*cos(2*pi*w*t);sa为已调信号低通滤波器：去除频率变化比较快的部分信号[N,Wn]=buttord(2*pi*50,2*pi*150,3,25,'s');%临界频率采用角频率表示[b,a]=butter(N,Wn,'s');[bz,az]=impinvar(b,a,fs);%映射为数字的dt=filter(bz,az,dt);抽样判决及码反变换：采样并码字判断及由相对码转变为绝对码forI=1:Lenth_Of_Signifdt((2*I-1)*Num_Unit/2)0.25sign_result((I-1)*Num_Unit+1:I*Num_Unit)=High_Level;elsesign_result((I-1)*Num_Unit+1:I*Num_Unit)=Low_Level;endEnd当码元电平低于设置的参考电平时判定为高电平，否则判定为低电平，判决后得到的是基带信号的相对码，再经过逆码变换，按照变换原则，前后码元按照相位差0对应‘0’码，π对应‘1’码进行变换得到绝对码即基带信号12第五章结论2DPSK（差分相移键控）解调有两种方法，相干解调和非相干解调，本实验采用的是相干解调法。差分解调由带通滤波器，相乘器，低通滤波器，抽样判决组成，已调信号为由随即生成的信号进行调制而成。由实验结果可知，本实验方案及程序代码正确，可以完成本课程设计的目的，满足课程设计的要求，在GUI界面上通过从edit编辑框输入fs参数值，即可调用callback函数完成解调，在示波器上显示已调信号以及解调信号的时域，频谱图形！通过对仿真波形的分析，可知仿真结果符合2DPSK的解调原理，与理论值想对应。在整个电路设计过程中，关键是基带信号与载波频率的设置及带通滤波器、低通滤波器的参数设置，应在掌握电路原理的基础上进行设计。正确设置低通滤波器、带通滤波器的参数后，通过示波器显示的波形，电路设计基本正确。通过本次课程设计，对2DPSK的调制解调原理有了清楚的认识及很好的掌握，能比较轻易的分析其调制解调过程；对m文件的编写与GUI界面的设计也有了进一步的了解，可以进行简单的GUI界面设计以及简单的m程序代码的编写，当然，本设计方案还有一些不足之处，比如参数的设置上还不够完善，若参数的选取能更精确，仿真结果也将更加理想，更加接近理论效果！实验过程中出现的问题及解决方法：(1).使用的matlab版本无法获取edit编辑框中内容，str2num函数被报错解决：经分析、查阅资料可知，str2num（）函数在程序中无法满足数据转换条件，需更换为与其匹配的函数str2doubel（）。(2).已调信号的频谱图无法显示双边带频谱，示波器控件上只能显示正半轴图形解决：已知双边带图形是由上下边带组成，上下边带互为彼此的镜像图形，正半轴、负半轴的图形也是一个镜像，所以在正半轴显示出双边带即可。13参考文献[1]孙青卉，董廷山.通信技术基础[m].北京：人民邮电出版社，2008[2]JohnG.Proakis.通信系统工程（第二版）[m].北京：电子工业出版社，2007[3]达新宇，陈树新，王瑜，林家薇.通信原理教程[m].北京：北京邮电大学出版社，2005.[4]樊昌信,曹丽娜，通信原理（第六版），北京：国防工业出版社，2006.functionvarargout=AM_DSB_Experiment_Platform_base_on_Matlab(varargin)gui_Singleton=1;gui_State=struct('gui_Name',mfilename,...'gui_Singleton',gui_Singleton,...'gui_OpeningFcn',@AM_DSB_Experiment_Platform_base_on_Matlab_OpeningFcn,...'gui_OutputFcn',@AM_DSB_Experiment_Platform_base_on_Matlab_OutputFcn,...'gui_LayoutFcn',[],...'gui_Callback',[]);ifnargin&&ischar(varargin{1})gui_State.gui_Callback=str2func(varargin{1});endifnargout[varargout{1:nargout}]=gui_mainfcn(gui_State,varargin{:});elsegui_mainfcn(gui_State,varargin{:});endfunctionAM_DSB_Experiment_Platform_base_on_Matlab_OpeningFcn(hObject,eventdata,handles,varargin)handles.output=14hObject;guidata(hObject,handles);funct