引言

　　軟件系統(tǒng)的用戶接口有兩類，即命令驅(qū)動(dòng)方式的 交互式問答接口和事件驅(qū)動(dòng)方式的圖形用戶接口 （GUI）。通常在開發(fā)一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用軟件系統(tǒng)時(shí)會(huì)盡 量做到界面友好，最常使用的方法就是使用圖形用戶界 面。圖形用戶界面用各種圖形對(duì)象，如圖形窗口、圖軸、 菜單、文本框等構(gòu)建的用戶界面，是人機(jī)交流的工具和方法。

　　利用用戶界面，用戶可以直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息 交流，不需了解應(yīng)用程序究竟是怎樣執(zhí)行各種命令的， 而只需了解可見界面組件的使用方法，通過與界面交流 就可以使指定的行為得到正確執(zhí)行。圖形用戶界面具有很強(qiáng)的交互性，在這樣的一個(gè)良好的用戶界面中可以方便地進(jìn)行通信系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，可以同步顯示通信信號(hào)經(jīng)過每一步處理后的波形，能夠使用戶更為方便地對(duì)無線通信系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和功能分析。通信的目的就是傳輸信息。通信系統(tǒng)的作用就是將信號(hào)從信源發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)信宿。因此，按照信道中傳輸?shù)氖?a href="http://www.www27dydycom.cn/analog/" target="_blank">模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。

　　1　無線通信系統(tǒng)仿真模型的構(gòu)建

　　通信的目的就是傳輸信息。通信系統(tǒng)的作用就是將信號(hào)從信源發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)信宿。因此，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。

　?。?）模擬通信系統(tǒng)模型

　　信源發(fā)出的原始電信號(hào)是基帶信號(hào)，基帶是指信號(hào)的頻譜從零頻附近開始，如語音信號(hào)300～3 400 Hz，由于這種信號(hào)具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，這就需要把基帶信號(hào)變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，并在接收端進(jìn)行反變換。完成這種變換和反變換通常利用調(diào)制器和解調(diào)器。

　　經(jīng)過調(diào)制以后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征：攜帶有用信息;適合在信道中傳輸;信號(hào)的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻。

　?。?）數(shù)字通信系統(tǒng)模型

　　數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信涉及的技術(shù)問題很多，其中主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步以及加密等。

　　2　無線通信系統(tǒng)信號(hào)處理的GUI設(shè)計(jì)

　　通常情況下，實(shí)現(xiàn)GUI設(shè)計(jì)有兩種方法：使用Matlab自身提供的圖形用戶界面設(shè)計(jì)向?qū)В℅raphics　User Interface Design Environment，GUIDE），或者是使用全腳本編程。利用GUIDE進(jìn)行圖形用戶界面設(shè)計(jì)，向?qū)?huì)自動(dòng)生成一個(gè)fig文件，及一個(gè)包含fig中放置控件相應(yīng)回調(diào)函數(shù)的M腳本文件。

　　利用全腳本編程實(shí)現(xiàn)，由于Matlab自帶demo，包括按鈕、文本標(biāo)簽、編輯文本框、列表框等，通過閱讀M文件程序代碼可以直觀而快速地掌握GUI設(shè)計(jì)的技巧。采用全腳本實(shí)現(xiàn)，M文件代碼可重復(fù)使用，可生成非常復(fù)雜的界面，可方便地在句柄中存取數(shù)據(jù)，可將創(chuàng)建對(duì)象代碼與動(dòng)作執(zhí)行代碼很好地結(jié)合起來。

　　對(duì)于GUI設(shè)計(jì)，針對(duì)不同的情況來確定使用GUIDE還是全腳本，也可以考慮兩者的結(jié)合使用來發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

　　3　基于Matlab的無線通信系統(tǒng)GUI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　本文采用Matlab的GUIDE進(jìn)行通信系統(tǒng)仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)H］，對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。GUIDE是一個(gè)專門用于GUI程序設(shè)計(jì)的快速開發(fā)環(huán)境，包括控制面板、屬性編輯器、事件過程編輯器、對(duì)齊工具和菜單編輯器五個(gè)圖形用戶界面編輯工具。

　　用戶利用該向?qū)Э梢詫D形界面的外觀，包括所有的按鍵及圖形的位置進(jìn)行確定，然后利用Matlab的回調(diào)函數(shù)編輯器來編寫完成約定任務(wù)的函數(shù)代碼，從而方便快捷地設(shè)計(jì)出一個(gè)圖形用戶界面。GUIDE 將用戶保存設(shè)計(jì)好的GUI界面保存在一個(gè)FIG資源文件中，同時(shí)還能夠生成包含GUI初始化的組建界面布局控制代碼的M文件。這個(gè)M文件為實(shí)現(xiàn)回調(diào)函數(shù)提供了一個(gè)參考框架。

　　通信信號(hào)處理的GUI設(shè)計(jì)一般分為以下五個(gè)步驟：

　?。?）確定GUl對(duì)象，通過設(shè)置GUIDE應(yīng)用程序的選項(xiàng)來進(jìn)行GUIDE組態(tài)在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析（00A）過程中，從信號(hào)處理的系統(tǒng)中抽象出面向?qū)ο缶幊蹋?0P）的類和對(duì)象。

　　對(duì)話框的選項(xiàng)包括窗口重畫行為，命令行訪問、生成文件選擇、生成回調(diào)函數(shù)原型、使用系統(tǒng)背景顏色配置等選項(xiàng)，通過不選或選中它們來實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面的整體組態(tài)設(shè)計(jì)。

　?。?）使用界面設(shè)計(jì)編輯器進(jìn)行GUI界面設(shè)計(jì)

　　Matlab界面設(shè)計(jì)編輯器組件平臺(tái)中包含所有能夠在GUI中使用的用戶界面控件，即按鈕、單選按鈕、編輯框、靜態(tài)文本、列表框以及彈出式菜單等。一個(gè)GUI中可以存在一個(gè)或多個(gè)以上的GUI組件，使用時(shí)要注意保證各個(gè)組件的名稱或?qū)傩杂兴煌?，以便區(qū)分。用戶可以用屬性檢查其對(duì)各組件的屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　?。?）理解應(yīng)用程序M文件中所使用的編程技術(shù)

　　Matlab可以通過創(chuàng)建應(yīng)用程序M文件為GUI控制程序提供一個(gè)框架。該框架是一種高效而堅(jiān)固的編程方法，即所有代碼均包含在應(yīng)用程序M文件中，這就使得M文件只有一個(gè)入口可以初始化GUI或調(diào)用相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)以及GUI中希望使用的任意幫助子程序。

　　對(duì)應(yīng)用程序M文件代碼進(jìn)行詳細(xì)分析，通過了解GUIDE創(chuàng)建應(yīng)用程序M文件的功能，從而實(shí)現(xiàn)GUI的規(guī)劃。

　?。?）編寫用戶GUI組件行為響應(yīng)控制（即回調(diào)函數(shù)）代碼

　　控制GUI組件響應(yīng)用戶的行為是GUI的實(shí)現(xiàn)任務(wù)之一。Matlab的GUIDE可以根據(jù)用戶GUI的版面設(shè)計(jì)過程直接自動(dòng)生成M文件框架，這樣就簡化了GUI應(yīng)用程序的創(chuàng)建工作，用戶可以直接用這個(gè)框架編寫自己的函數(shù)代碼。

　?。?）保存并執(zhí)行GUI

　　激活GUI界面，確保界面符合預(yù)定的要求，設(shè)計(jì)滿意后保存GUI。運(yùn)行通信信號(hào)處理的仿真平臺(tái)的應(yīng)用程序M文件，對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試，使界面及用戶空間符合系統(tǒng)預(yù)定的功能。本設(shè)計(jì)利用Matlab自身提供的工具箱Toolbox中各種通信信號(hào)處理函數(shù)［53對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過GUI的組件編程實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的調(diào)用和鏈接，從而最終實(shí)現(xiàn)基于Matlab的通信信號(hào)處理系統(tǒng)仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

　　該仿真平臺(tái)能夠在多種信源及多種調(diào)制方式下進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆抡妫€給出各種調(diào)制方式下的基帶信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形及已調(diào)信號(hào)的頻譜等，最后，對(duì)通過加性高斯白噪聲信道的通信信號(hào)數(shù)據(jù)流進(jìn)行各種逆向操作處理（解調(diào)、譯碼等）恢復(fù)出源信號(hào)。以數(shù)字通信系統(tǒng)為例，通信信號(hào)處理流程如圖1所示。

　　通信信號(hào)處理的仿真對(duì)于無線移動(dòng)通信的研究具有重要意義，具有界面友好、良好擴(kuò)展性的圖形用戶界面可以使用戶更全面深入地理解通信系統(tǒng)的工作原理。

　　本設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)一個(gè)通用性強(qiáng)、操作簡單、功能較全面的通信信號(hào)處理仿真平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)不同信號(hào)類型的模擬數(shù)字發(fā)送、接收，及一系列信號(hào)處理，如調(diào)制解調(diào)、編碼譯碼等。本文利用軟件模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)通信信號(hào)處理系統(tǒng)中的硬件結(jié)構(gòu)，在很大程度上克服了傳統(tǒng)通信系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不通用及系統(tǒng)不穩(wěn)定等局限性，對(duì)于更好地實(shí)現(xiàn)無線通信傳輸具有重要意義。

　　3.1 無線通信系統(tǒng)模塊的GUI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　無線通信系統(tǒng)的GUI設(shè)計(jì)，首先要根據(jù)無線通信系統(tǒng)的功能需求，將系統(tǒng)分為多個(gè)模塊，確定各個(gè)模塊的功能部署。再次，以每個(gè)模塊為單位，部署各個(gè)模塊下的功能配置，和GUI界面的組成，以完成各個(gè)模塊下的功能GUI，最后利用M文件編程實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)模塊之間的調(diào)用和鏈接。根據(jù)發(fā)送的信號(hào)形式的不同，將通信信號(hào)處理的仿真系統(tǒng)模型分為模擬通信信號(hào)用戶界面子類和數(shù)字通信信號(hào)用戶界面子類，在模擬和數(shù)字通信信號(hào)用戶界面子類下，再分別細(xì)分為發(fā)送端和接收端。另包含信道模型用戶界面。

　　3.2 通信信號(hào)處理的GUI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　基于Matlab的無線通信系統(tǒng)中通信信號(hào)處理功能的實(shí)現(xiàn)，是利用Matlab自身提供的工具箱Toolbox中各種通信信號(hào)處理函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理［6］。

　　通信信號(hào)處理的GUI設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，是基于無線通信信號(hào)處理系統(tǒng)各個(gè)細(xì)分模塊的功能要求，選取工具箱中適宜的信號(hào)處理函數(shù)，根據(jù)函數(shù)的輸人、輸出各種參數(shù)類型要求，在GUI界面中利用按鈕、單選按鈕、編輯文本框和列表框等界面控件來實(shí)現(xiàn)各種調(diào)制/解調(diào)方式、編碼/解碼方式和信道類型的選擇，和各種輸入?yún)?shù)的設(shè)定。界面既要實(shí)現(xiàn)與用戶交流的友好性，還要更加注重界面的簡潔性和系統(tǒng)的功能性，將內(nèi)部功能部署和外部實(shí)體界面有機(jī)結(jié)合起來，使無線通信系統(tǒng)的用戶圖形界面得以實(shí)現(xiàn)。

　　4　仿真結(jié)果

　　4.1 模擬通信信號(hào)處理的GUI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　4.1.1 模擬信號(hào)發(fā)射端

　　模擬信號(hào)發(fā)送端包括四個(gè)模塊：

　?。?）信號(hào)輸人模塊。對(duì)于輸入到系統(tǒng)中的基帶信號(hào)，既能以工作空間中存在的變量作為輸入，也可以選擇實(shí)時(shí)采集的信號(hào)作為輸人，如語音信號(hào)，利用單選按鈕進(jìn)行相互屏蔽選擇。當(dāng)選擇實(shí)時(shí)采集的語音信號(hào)時(shí)，點(diǎn)擊“打開”按鈕，彈出打開文件對(duì)話框，程序設(shè)置對(duì)wav格式的文件進(jìn)行篩選。

　　（2）發(fā)送端的控制面板，可以設(shè)定采樣頻率等參數(shù)，在M文件程序編寫時(shí)利用句柄函數(shù)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)參數(shù)的讀取，利用mat文件實(shí)現(xiàn)不同M文件之間各個(gè)變量的參數(shù)傳遞，并且可以按鈕控制“開始通信”、“調(diào)制回放”等功能控件，點(diǎn)擊不同的按鈕控件，通過調(diào)用不同的回調(diào)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同的通信信號(hào)處理的功能：點(diǎn)擊“開始通信”按鈕，彈出信道設(shè)置對(duì)話框，選擇傳輸信道類型，設(shè)定信噪比等參數(shù)。

　　對(duì)于瑞利衰減信道，還需設(shè)置最大多普勒頻移等參數(shù);點(diǎn)擊“調(diào)制回放”，界面會(huì)回放調(diào)制的全過程，通過動(dòng)態(tài)圖像使用戶更直觀深入地了解調(diào)制處理過程。

　?。?）調(diào)制信號(hào)參數(shù)設(shè)置，包括載波信號(hào)頻率設(shè)置及常用模擬調(diào)制方式的選擇（如AMDSB—SC，AMDSB—TC，AMSSB，F(xiàn)M，PM等），調(diào)制功能的實(shí)現(xiàn)是利用Matlab的Communication Toolbox工具箱中的模擬調(diào)制函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

　　（4）基帶信號(hào)、已調(diào)信號(hào)及其頻譜的圖像顯示，利用axes來聲明和顯示二維圖像。