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摘要：根据通信原理课程的特点，实现基于simulink仿真设计与MATLAB算法设计的实验软件系统。考虑到图像用户界面的人机交互性，利用设计导向GUI提供的工具，开发出仿真界面。该平台界面设计简单，结构一体化，参数可调，以动态仿真实现了通信原理课程中的部分抽象内容以及波形，能为使用者提供简单高效的实验软件辅助。

关键词：  simulink仿真;MATLAB算法设计;2PSK调制;GUI界面

一、引言

为使学生更好的学习通信原理的知识，课程实验在教学环节中不可或缺，通过实验的方式，学生能够进一步巩固基础理论知识，熟悉并掌握实验测试的方法，进而培养学生分析和解决基本通信问题的能力[1]。

在工程专业教学，硬件实验也是必不可少的。但硬件实验须配置相应的测试设备、实验板设计与制作的成本高，且硬件实验中信号暂态变化过程观测困难。相比之下，计算机仿真技术引起了广泛注意，其主要优点包括具有精度高、通用性强、建模迅速及成本低廉等。所以，仿真实验软件的应用模式能够有效地弥补硬件实验的不足。

MATLAB是一种常用于科学工程计算与可视化的软件开发环境，易于拓展和创造新的命令与函数。利用MATLAB编程设计通信原理课程实验软件，可以达到虚拟仿真实验的目的。

二、基于Simulink的数字调制系统仿真实现

数字调制，就是用数字基带信号控制不同的载波参量，从而使载波参量随数字基带信号的改变发生改变，然而，数字基带信号自身存在局限性，比如说无法进行长距离传输，所以，为了将信号频谱搬移到高频实现数字基带信号的长距离传输，就必须对数字信号进行相应参量载波调制[2]。

以PSK调制系统为例，利用Simulink工具箱建立PSK仿真模型，与其他系统仿真模型相比，使用simulink仿真模型快捷方便[3]，并且达到了预期的效果，为通信系统的实验仿真方式提供了一个选择。

（一）PSK调制与解调系统的仿真电路模型

相移键控（PSK），是指利用载波的相位变化来传输数字信息。它是用两个振幅频率相同但相位不同的载波信号来表示二进制数字1和0，通常这两个信号的相位相差180°。

PSK信号是将双极数字基带信号与载波信号通过码型变换产生相乘而产生的。在本课题设计中只考虑加性噪声，不考虑乘型噪声，模拟高斯白噪声与已调信号相加的过程。相干解调的实现包括通过乘法器将接收机收到的信号与载波信号相乘。2PSK的调制解调系统仿真电路图如图1所示。

（二）2PSK调制解调系统各点仿真波形

码型变化器（Unipolar to Bipolar Converter）参数设置依据：采用1变0不变调制，故极性设为“Positive”。取样判决器（Sign）参数设置：门限值取为0.5，取样时间为1，当大于0.5时输出0，当小于0.5时输出1，能达到在1变0不变的取样规则下正确解码的目的。伯努利二进制随机序列产生器（Bemoulll Binary Generator）：将概率0和1设置为0.5，采样时间设置为1秒。PSK调制系统各点的时间波形如图2所示。

三、仿真平台的GUI设计方案与实现

MATLAB的GUI设计是以M文件的编程形式实现的，在MATLAB2018版本中，生成的FIG文件用来存放GUI的布局代码，同时还产生一个M文件用于存储回调函数，也就是说，M文件中不再包含GUI的布局代码[4]，这使得在开发应用程序时代码量大大减少，更易于开发者使用。

首先对整个系统界面设计进行初步规划，考虑使用的窗体个数，菜单栏中包含什么命令，需要让工具栏实现什么功能等。基于使用人群是针对初学者的应用程序，所以界面设计尽量简单明了。接着，使用MATLAB中提供的图形界面设计向导，可以利用回调程序编辑器来编写各个控件的预定功能。回调函数的编写是最关键的一步，我们也可以在GIU设计向导控制面板中直接打开回调函数编辑器，通过MATLAB中函数代码的执行进而实现控件的预定功能。

该系统平台在GUI可视化界面环境中设计，用户可以通过自行调整参数进而更加深入的理解各种调制的阶段波形，并且在测试中发现各类信号的误差范围。同时使用M文件编写相关控件的回调函数，进而生成界面的主程序和控件回调函数。

以2PSK调制解调系统为例，用户可以通过改变抽样频率与载波频率来进一步观察学习相移键控的调制与解调过程，2PSK调制系统仿真操作界面如图3所示。

四、结语

本文从通信原理课程虚拟实验的角度出发，考虑到人机交互性，设计完成了简易且高效的通信原理实验仿真实验平台软件。并以2PSK数字调制系统为例，分别从simulink仿真与M文件仿真入手，利用GUI实现数字调制的虚拟仿真实验。应用该实验系统，用户可根据自身要求，不断调整系统中各模块参数，实现数字调制解调的设计;可通过观察各阶段信号波形和频谱图，对相关理论原理进行更加深入的理解，从而更加深入的分析系统的调制性能;可在线进行实验测试，加强相关原理知识的学习。

该实验仿真平台具有开放性，可以根据用户的要求不断地完善界面，扩充功能等，区别于传统意义上的硬件实验方式，便于学习和使用。

参考文献

[1]王士林，现代数字调制及其应用[M].电子工业出版社，2015

[2]樊昌信，通信原理[M].国防工业出版社，2012

[3]沈辉编著，精通SIMULINK系统仿真与控制[M].北京大学出版社，2003

[4]高玉琼.一种基于MATLABGUI的代理模型优化设计工具箱的搭建及应用[D].大连理工大学，2019.

基金项目：安徽省高等学校质量工程教学研究项目“面向应用型人才培养的通信原理课程教学改革与探索”（2019jyxm090）

作者简介：梁颖（1983-），女，汉族，安徽淮北人，合肥城市学院 机械与电气工程学院讲师，研究方向：信号与信息处理