基于MATLAB的通信原理仿真平台设计.docx
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基于MATLAB的通信原理仿真平台设计
毕业设计（论文）
题目：
基于MATLAB地通信原理仿真平台设计
院（系）：
通信与信息工程学院
专业：
电子信息科学与技术
班级：
XXX
学生姓名：
XXX
导师姓名：
XXX职称：
讲师
起止时间：
2012年1月2日至2012年6月15日
毕业设计（论文）诚信声明书
本人声明：
本人所提交地毕业论文《基于MATLAB地通信原理仿真平台设计》是本人在指导教师指导下独立研究、写作地成果，论文中所引用他人地文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文地研究做出重要贡献地个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢.
本人完全意识到本声明地法律后果由本人承担.
论文作者：
（签字）时间：
2012年6月15日
指导教师已阅：
（签字）时间：
2012年6月15日
毕业设计（论文）任务书
学生姓名
XXX
指导教师
XXX
职称
讲师
院（系）
通信与信息工程学院
专业
电子信息科学与技术
题目
基于MATLAB地通信原理仿真平台设计
任务与要求
1、理解通信原理各部分基本概念
2、学习MATLAB地基本编程方法
3、用MATLAB实现各算法地仿真
开始日期
2012年1月2日
完成日期20
2012年6月15日
院长（签字）
2012
年
1
月
6
日
毕业设计（论文）工作计划
2012年1月2日
学生姓名___XXX___指导教师__XXX__职称__讲师___
院（系）_通信与信息工程学院___专业_电子信息科学与技术
题目_基于MATLAB地通信原理仿真平台设计
工作进程
起止时间
工作内容
1月2日至1月6日调研实现通信原理仿真方法地现状，查阅相关资料.
1月9日至2月2日学习通信原理地相关知识.
3月5日至3月16日熟悉MATLAB语言.
3月19日至4月27日编写仿真实现程序.
4月30日至5月18日撰写论文，完成论文初稿.
5月21日至5月25日完善并修改毕业论文.
5月28日至6月15日准备答辩.
主要参考书目（资料）
主要参考书目（资料）
1.樊昌信.通信原理[M].北京:
国防工业出版社.2008.9.
2.罗华飞.基于MATLABGUI设计学习手记[M].北京:
北京航空航天大学出版社.2009.8.
3.陈杰.MATLAB宝典[M].北京:
电子工业出版社.2010.3.
主要仪器设备及材料
1.计算机一台
论文（设计）过程中教师地指导安排
每周指导一次，主要解答学生问题，指导研究进度，并检查阅读资料笔记和仿真程序.
对计划地说明
本计划为开题之初所定，后续会根据具体情况随时调整，最终一定按毕业设计规定结束日期完成.
毕业设计（论文）开题报告
通信与信息工程学院院（系）电子信息科学与技术专业08级03班
课题名称：
基于MATLAB地通信原理仿真
平台设计
学生姓名：
XXX学号：
XXX
指导教师：
XXX
报告日期：
2012年2月27日
1．本课题所涉及地问题及应用现状综述
本课题所涉及地问题：
1、研究实现通信原理仿真方法地现状
2、如何使用MATLAB图形用户界面设计通信原理方针平台，实现通信中常见技术，如：
模拟调制、数字调制、抽样与量化、数字基带传输系统地分析和仿真，并要求该平台操作简单方便，具有良好地可扩展特性.
3、基于MATLAB地通信原理仿真平台地应用趋势
应用现状综述：
近几年来通信原理课程地教案实践表明，通信原理是通信类专业地一门极为重要地专业基础课程，主要研究信息传递一系列变换地机理和属性，该门课程内容多且抽象，它包括：
信号分析、调制解调、同步、检测过滤、纠错编码、信号特性等理论方面地内容.课程理论性很强,加强实践环节就显得更重要.通过实践环节,可以较好地提高学生对抽象概念地理解能力.采用计算机仿真可以帮助学生理解抽象地知识点，提高教案效果.通信原理中，常常借助于各种信号地时域波形图以及频谱图来说明系统地原理，指出相应地电路设计应达到地目标.要将承载消息地信号保质保量地传送给接收者，就必须对它们进行各种处理，而这些处理过程中会用到大量地数学计算.而MATLAB以数组为基本处理对象，具有丰富地矩阵运算功能，并且MATLAB是一个开放性地系统，具有模块化地结构，任何用户自己已定义地函数都可作为MATLAB函数进行调用.因此，通信原理仿真平台选择MATLAB作为开发环境，借助于MATLAB地图形用户界面设计向导进行软件界面设计，所有仿真功能采用MATLAB语言编程实现，更便于学生进行课程设计、创新实验、参与教师地科学研究等.因此，基于MATLAB地通信原理仿真平台设计已经成为教案大纲地内容要求和课程特点，将通信系统中地关键技术编制成仿真软件用于计算机辅助教案中，使通信系统中地抽象问题形象化，为通信原理课程提供了一个有效地辅助教案手段，这将会对提高通信原理教案和学习地效率起到很大地作用，有助于同学们理解和接受，既提高了教案质盘和效率，又可为学生提供良好地通信系统开发、设计、模拟、调试和分析平台，锻炼其分析和解决问题地能力，并在功能上为其为后期开发网络化教案、远程教案打下了基础.
通信原理仿真平台功能图
2．本课题需要重点研究地关键问题、解决地思路及实现预期目标地可行性分析
关键问题：
1、经过对系统功能地分析，对通信原理仿真平台进行功能模块地提取和确定
2、使用界面设计编译器进行GUI设计：
MATLAB界面设计编辑器组件平台中包含所有能够在GUI中使用地用户界面控件，即按钮、单选按钮、拴牢按钮、复选框、编辑框、静态文本、滚动条、组合框、列表框以及弹出式菜单等
3、用GUI地组件编程实现各个功能模块地调用和链接
解决思路：
1、认真复习通信原理相关知识，掌握相应地专业理论，了解通信原理仿真平台所要实现地功能，以便更好地确认功能模块地组成，划分系统地功能模块.
2、熟悉MATLAB语言编程，学习MATLAB图形用户界面，可以实现简单地功能设计，采用MATLAB语言编程实现各个功能模块地M文件，形成功能代码库，使之服务于搭建地通信原理仿真平台
3、运行通信系统仿真平台地应用程序M文件，对它进行反复调试，使界面及各用户控件符合系统预定地功能
4、针对设计中出现地各种主要地问题在老师指导下形成课题具体论文报告，并不断完善论文
实现预期目标地可行性：
1、复习通信原理知识，巩固该有地专业理论，理解并掌握通信原理各部分地基本概念和于研究相关地内容，数字基带信号、模拟调制、数字调制、抽样量化和编码等部分尤为重要
2、学习了MATLAB编程，可以用MATLAB实现各算法地仿真及功能，实现数字基带信号分析和仿真模块、模拟调制仿真模块、数字调试仿真模块、抽样、与量化仿真模块等模块地功能，解决模块化功能
3、提升自己独立学习、动手地能力，将通信原理理论知识运用到实践中
4、培养自己独立开展研究地能力，掌握了科研地基础方法，能对基于MATLAB地通信原理仿真平台设计有一个很好地理解和学习
5、在老师地帮助下，成功设计基于MATLAB通信原理仿真平台，并完成相应地论文
3．完成本课题地工作方案
1、调研实现通信原理仿真方法地现状，查阅并学习相关资料
2、学习通信原理基本知识，掌握数字基带信号、模拟调制信号、数字调制信号、PCM抽样、量化和编码以及各种信号地波形产生原理等理论知识
3、熟悉MATLAB语言，学会MATLAB地各种操作、工具箱以及图形用户界面操作环境，然后结合研究问题，能够独立进行仿真.
4、结合通信原理应用，用MATLAB编程，实现各个模块功能：
数字基带信号单极性、双极性码地分析和仿真；模拟调制信号线性、非线性调制地分析和仿真、数字调制地幅度、移频、移相地仿真；低通抽样和带通抽样地仿真；均匀量化和非均匀量化地仿真等，设计图形用户界面，进行多次M文件地调试，以使基本地仿真平台功能得以实现
5、撰写论文，完成论文初稿；最后完善并修改毕业论文
4．指导教师审阅意见
学生开题调研前期基础好，具备研发该课题地软件能力，且态度认真，同意开题.
指导教师（签字）：
2012年3月4日
说明：
本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务地学生在毕业论文（设计）正式开始地第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅.
学生姓名
XX
性别
学号
专业班级
课题名称
基于MATLAB地通信原理仿真平台设计
课题
类型
软件
设计
难度
一般
毕业设计（论文）时间
年 月日～ 月 日
指导教师
课题任务
完成情况
论文（千字）；设计、计算说明书（千字）；图纸（张）；
其它（含附件）：
指导教师意见
分项得分：
开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；
论文撰写（规范）分；学习态度分；外文翻译分
指导教师审阅成绩：
指导教师（签字）：
2012 年 月 日
评
阅
教
师
意见
分项得分：
选题分；开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；
论文撰写（规范）分；外文翻译分
评阅成绩：
评阅教师（签字）：
2012年 月 日
验
收
小
组
意
见
分项得分：
准备情况分；毕业设计（论文）质量分；（操作）回答问题分
验收成绩：
验收教师（组长）（签字）：
2012 年 月 日
答
辩
小组
意
见
分项得分：
准备情况分；陈述情况分；回答问题分；仪表分
答辩成绩：
答辩小组组长（签字）：
2012年月日
成绩计算方法
（填写本系实用比例）
指导教师成绩20（％）评阅成绩30（％）验收成绩30（％）答辩成绩20（％）
学生实得成绩（百分制）
指导教师成绩评阅成绩验收成绩
答辩成绩总评
答
辩
委
员
会
意
见
毕业论文（设计）总评成绩（等级）：
院（系）答辩委员会主任（签字）：
院（系）（签章）
年月日
备
注
摘要
随着通信原理成为通信类专业中最重要地一门基础课程，它地教案和研究也变得尤为重要，计算机仿真则成为重要手段之一.本文根据通信原理课程地发展及教案需求，重点介绍了利用MATLAB软件设计通信原理仿真平台地基本原理及功能，并利用MATLAB软件提供地图形用户界面，给出了基于MATLAB地通信原理仿真平台地GUI设计.该平台针对通信原理教案及实验要求，利用设计向导GUI提供地设计工具，开发出了多个仿真界面，仿真出通信原理地多个教案实验内容.该平台界面设计简单，结构一体化，具有很强地演示性，且可视性强，操作简单方便，以图形及动态仿真演示了通信原理中部分抽象地内容及波形，能为教师和学生提供简单但高效率地教案辅助.
关键字：
通信原理；MATLAB；仿真平台；GUI设计
ABSTRACT
Withcommunicationprinciplebecomesthemostimportantofbasiccoursesincommunicationkindofprofessional,TeachingandResearchinghasbecamemoreandmoreimportant,andthecomputersimulationhasbecameoneoftheimportantmeans.Accordingtothecommunicationprinciplesofcurriculumdevelopmentandteachingneeds,thearticlefocusingthebasicprinciplesandfunctionsofthecommunicationtheorysimulationplatformusingMATLABsoftwaredesign,andusingtheMATLABsoftwareprovidesagraphicaluserinterfacethatgivesaGUIbasedonMATLABsimulationplatformofcommunicationtheorydesign.Theplatformaimatexperimentsandteachingrequirementsofcommunicationprinciple,usedesignwizardGUIprovidedesigntool,developedanumberofmultiplesimulationinterface,andsimulatedmoreexamplesincommunicationteachingexperimentcontent.Thisplatforminterfaceissimpleindesign,structureintegration,withastrongdemonstration,andthevisibilityisstrong,easytooperate,graphicsanddynamicsimulationtodemonstratetheprincipleofthecommunicationoftheabstractcontentandwaveform,canbeprovidedforteachersandstudentssimplebutefficientteachingaids.
Keywords:
Communicationprinciple,MATLAB,Simulationplatform,GUIdesign
引言
随着现代科学技术地发展，传统地教案媒体如黑板、教科书、甚至多媒体工具因为其承载信息地种类和能力都十分有限，已经远远满足不了现代教案地需求.另一方面，通信原理课程地抽象性使得同学和教师也感觉枯燥、难以理解.计算机技术地飞速发展和MATLAB软件地推出，利用计算机进行辅助教案这种教案手段已经进入课堂教案领域.MATLAB是目前国际上流行地进行科学研究、工程计算地软件.在通信领域MATLAB更是优势明显，因为通信领域中有很多问题是研究系统性能地，传统地方法只有构建一个实验系统，采用各种方法进行测量，才能得到所需地数据，这样不仅需要花费大量地资金用于实验系统地构建，而且系统构建周期长，系统参数地调整也十分困难.而MATLAB地出现使得通信系统地仿真能够利用计算机模拟实现，免去构建实验系统地不便，而且操作十分简单，只需要输入不同地参数就能得到不同情况下系统地性能，而且在结构地观测和数据地存储方面，也比传统地方式更加优越，因而MATLAB在通信仿真领域得到越多越多地应用.同时它也是通信原理学习地一个卓越平台，MATLAB软件地开放性以及功能极强地矩阵运算，使得通信原理地学习无论是理论还是实践都变得不再枯燥无味.而利用MATLAB软件设计地GUI图形用户界面，其形象地界面和波形地具体呈现，更是为这一实践提供了良好地实验地平台.
通信原理课程内容丰富、理论性强、涉及知识面广、信息量大，而且比较抽象、习题多、难度大，是具有一定深度和学习难度地课程.本文针对学生感到难学，教师难教地现状，结合MATLAB，设计出基于MATLAB地通信原理仿真平台，为通信原理课程提供了一个有效地辅助教案手段，对提高通信原理教案和学习地效率起到很大地作用，有助于同学们理解和接受.在数字基带信号、模拟信号、数字信号、抽样量化等部分，为学生提供了很好地图像波形，锻炼其分析和解决问题地能力，并在功能上为其后期开发网络化教案、远程教案打下了基础.
1设计工具介绍
1.1MATLAB简介
MATLAB是美国Mathworks公司推出地一套高性能数值计算地可视化软件，自1984年问世以来，历经了实践地检验，市场地筛选和时间地凝练，现在已经成为广大科研工作者、高校师生最常用和最可信赖地仿真软件之一.它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，在系统建模和仿真、科学和工程绘图以及应用程序开发等方面有着广泛地应用.MATLAB以著名地线性代数软件包LINPAK和特征值计算软件包EISPACK地子程序为基础，发展为一种开发性程序设计软件，因此MATLAB已经由简单地矩阵计算分析软件发展成为通用性极高、带有多种实用工具地运算操作平台，并很快成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真、数学乃至科技文字处理不可缺少地基础软件.
1.1.1MATLAB语言地发展历程和影响
Mathworks公司推出MATLAB从1984年问世，到1993年推出MATLAB4.0版本，从此告别了DOS版.4.x版继承和发展了其原有地数值计算和图形可视能力，具有更强地可操作性.
1991年仲春，MATLAB5.0版问世，紧接着是5.1、5.2，以及1999年春地5.3版.到了1999年底，Mathematica也已经升级到6.0版，它特别加强了以前欠缺地大规模数据处理能力，弥补了之前地不足.而近年MATLAB推出地7.0版本，相较于以前地版本，有了很大地改进和增补，在开发环境、程序设计、数值处理以及数据可视化方面提供了许多新功能和更为有效地处理方法，是最近几年使用最广泛地版本.就影响而言，至今仍然没有一个别地计算机软件可与MATLAB相媲美.
在国际学术界，MATLAB已经被公认为准确、可靠地科学计算标准软件.在许多国际一流地学术刊物上，都可以看到MATLAB地应用.国内近几年也对MATLAB有了很多研究.
1.1.2MATLAB语言地特点
MATLAB自其问世以来，就以数值计算称雄.而目前最常用地MATLAB7.0版本，软件性能有了很大地改善，增加了很多新地功能和有效地操作方法.
开发环境：
用户可以同时使用多个文件和图形窗口，可以根据自己地习惯和喜好来定制桌面环境，同时还可以为自己定义常用地快捷键.
代码开发：
支持函数嵌套、有条件中断点，可以使用匿名函数定义单行函数.
数值处理：
在最新版本中，单精度算法、线性代数可以方便用户处理更大地单精度数据，0DE可以求解泛函数，操作隐式差分等式和求解多项式边界值问题.
数据可视化：
提供新地绘图界面窗口，用户可以不输入M函数代码而直接在界面窗口中交互性地创建并编辑图形，同时可以直接从图形窗口中创建对应地M代码文件.
文件I/O和外部应用程序接口：
支持读入更大地文本文件，支持压缩格式地MAT文件，用户可以动态加载、删除或者重载Java，支持COM用户接口等.
1.1.3MATLAB地工作环境
所谓工作环境是指：
帮助系统、工作内存管理、指令和函数管理、搜索路径管理、操作系统、程序调试和性能剖析工具等.
工作环境地特点
1）大量引入图形用户界面
2）引入了全方位帮助系统
3）M文件编辑、调试地集成环境
4）Notebook新地安装方式
1.2MATLAB在通信原理教案中地应用
1.2.1MATLAB地应用现状
MATLAB地函数和命令几乎可以实现C或FORTRAN语言地全部功能，用户不懂C或者FOR2TRAN等高级语言也能开发出功能强大、界面友好、稳定可靠地程序来，开发周期大大缩短.若用户熟悉C或FORTRAN，MATLAB提供了相应地接口，允许相互调用，因此MATLAB具有较好地开放性.MATLAB地高效编程还体现在各类学科地专家在各自地领域用MATLAB编写地许多准确、高效地工具箱，工具箱实际上是对MATLAB进行扩展应用地一系列MATLAB函数（成为M文件），供用户方便地使用，诸如信号处理、图像处理、控制系统、工程优化及神经网络等工具箱.所以MATLAB逐步成为设计数值分析地各类学科教案与科学研究必不可少地工具.
目前，国外很多工科类高校都将MATLBA作为必修课，实验室通常都配备装有MATLAB地计算机供学生学习和研究使用.而我国工科类地教案还未能充分利用MATLAB强大功能，现有地MATLAB书籍大部分作为计算机应用工具书出现，未能与具体学科地教材有机地结合起来.
1.2.2MATLAB在《通信原理》教案中地应用
通信原理课程是本科电子类、通信类专业地重要基础课程之一，但是通信原理地原理、概念抽象，理论性强，学生单凭老师上课地讲解难以掌握，尤其是课程中地许多章节内容，需要作图才能理解有关概念和原理，不然难以形成明确地解决问题地思路.
目前，通信工程专业低年级学生已经开设计算机应用教程，把MATLAB地基础知识作为此课程地重要内容，使得学生能够掌握使用MATLAB这类工程计算机软件地基本技术，包括基本数学计算、矩阵处理、计算结果地可视化和符号运算等.教师在推动MATLAB地教案应用中也起着重要租用.教师通过应用MATLAB进行科研提高自身水平，只有通过科研才能深刻理解MATLAB强大地功能及其在工程中地应用，使得讲课做到科研与教案相长.
1.3通信原理仿真平台设计地必要性和可行性
《通信原理》是电子通信类相关专业地一门重要专业基础课程，是本科生后续课程和研究生课程地基础，它在专业课程体系中占有重要地位，该课程地主要任务是通过对通信原理理论知识地学习，培养学生对通信原理中数字、模拟等系统地分析和设计能力等.课程特点是：
内容丰富、理论性强、涉及知识面广、信息量大，而且比较抽象，是具有一定深度和学习难度地课程.因而课堂地教案必须建立一套包括理论讲授、计算机辅助教案、时间教案在内地全方位地课程教案新体系，充分调动教师和学生两方面地积极性，利用各种教案方法和手段，全面提高课程地教案质量.
1.3.1增加MATLAB内容地必要性和可行性
1）必要性
通信原理需要将所学地理论应用到实践中去，因此有必要一开始让学生以简单地MATLAB语言学习用计算机处理信号，另一方面，MATLAB强大地可视化数据处理功能也能够弥补通信原理理论课程授课时地不足.例如，通信理论课程中常常出现各种抽象地图形，想象图形就得花费不少时间，如果采用MATLAB语言，只需几条简单地指令立刻就能得到.增加MATLAB语言内容，可以促进通信原理理论地教案，提高学生兴趣，增强学生自己动手分析、设计系统地能力，而且老师在课堂上可以直观地演示，使抽象地理论变成生动地图形界面，有利于培养出知识面广、动手能力强、综合素质高地学生.
2）可行性
MATLAB语言可在目前各种类型地计算机上运行，安装简易.MATLAB语言比一般地高级语言执行效率低，而其编程效率与可读性、可移植性要远远高于其他高级语言.将MATLAB加入到实验教案中，一方面让学生用简单地MATLAB语言学习用计算机如何建模、如何分析和设计系统等，以强化原理地应用性，另一方面MATLAB强大地可视化数据处理功能也可以
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