DeepSeek-R1实现-通信原理实验平台

[编者注：]DeepSeek-R1给的名称就够大气，通信原理实验平台，这是为了完成网友后台私信问题，这位粉丝是通信工程专业的学生，希望能用DeepSeek帮助学习通信原理课程实验。编者帮粉丝提问：”我是通信工程专业的学生，想学习通讯专业，帮助设计一个学习通信原理课程实验的应用程序，帮我在matlab环境下使用App Designer工具写，有界面。“。我的任务完成，后面就交给DeepSeek-R1了，以下内容都是DeepSeek-R1的创作。

一、主要功能说明

1、调制方式选择

支持AM、DSB、PSK、QAM四种调制方式、不同调制方式自动调整显示参数、通过下拉菜单切换调制类型。

2、参数控制

载波频率调节（100Hz-10kHz）、符号率调节（10-1000Hz）、噪声控制（SNR 0-30dB）、实时参数更新功能。

3、可视化显示

时域波形显示、频域频谱分析、眼图观测窗口、自动调整坐标轴范围。

4、实验功能

基带信号生成（矩形脉冲）、加性高斯白噪声信道模拟、调制信号特征分析、传输质量评估（通过眼图张开度）。

二、学习重点

1、调制技术对比

观察AM与DSB的频谱区别、比较线性调制与角度调制的时域特征、理解QAM的矢量空间表示。

2、系统性能分析

通过眼图张开度评估码间串扰、分析SNR对信号质量的影响、研究符号率与带宽的定量关系。

3、数字信号处理

实践FFT频谱分析技术、学习脉冲成型的基本方法、理解过采样与欠采样的影响。

这个实验平台可以帮助您直观理解通信系统的基本原理，建议通过修改参数观察系统响应，并结合理论课程进行定量分析。

三、程序运行情况

1、启动后的界面（缺省的调制方式为AM）

2、勾选“添加噪声”的结果（缺省的调制方式为AM）

3、调整“添加噪声”SNR（dB）的结果（缺省的调制方式为AM）

还有另外三种调制方式

4、更改调制方式为DSB并勾选“添加噪声”

5、更改调制方式为PSK并勾选“添加噪声”

6、更改调制方式为QAM并勾选“添加噪声”

7、缺省的调制方式为AM时，修改参数，取消“添加噪声”

8、更改调制方式为DSB时，修改参数，取消“添加噪声”

9、更改调制方式为PSK时，修改参数，取消“添加噪声”

10、更改调制方式为QAM时，修改参数，取消“添加噪声”

四、提问

五、思考

六、成果

七、程序文件（CommunicationLab.m）

classdef CommunicationLab < matlab.apps.AppBase

% 属性声明

properties (Access = private)

% UI组件

      UIFigure           matlab.ui.Figure

      UIAxesTime       matlab.ui.control.UIAxes

      UIAxesFreq       matlab.ui.control.UIAxes

      UIAxesEye       matlab.ui.control.UIAxes

      ModulationDropDown matlab.ui.control.DropDown

      NoiseCheckBox    matlab.ui.control.CheckBox

      SNRKnob          matlab.ui.control.Knob

% 系统参数

      Fs = 10e3;       % 采样率

      Fc = 1e3;        % 载波频率

      Fd = 100;        % 符号率

      Bits = 10;       % 比特数

      Amp = 1;         % 信号幅度

      Phase = 0;       % 初始相位

end

% 应用初始化

methods (Access = private)

function createComponents(app)

% 创建主窗口

          app.UIFigure = uifigure('Name', '通信原理实验平台', 'Position', [100 100 1200 800]);

% 创建坐标轴

          app.UIAxesTime = uiaxes(app.UIFigure, 'Position', [50 400 500 350]);

          title(app.UIAxesTime, '时域波形');

          xlabel(app.UIAxesTime, '时间 (s)');

          grid(app.UIAxesTime, 'on');

          app.UIAxesFreq = uiaxes(app.UIFigure, 'Position', [600 400 500 350]);

          title(app.UIAxesFreq, '频域分析');

          xlabel(app.UIAxesFreq, '频率 (Hz)');

          grid(app.UIAxesFreq, 'on');

          app.UIAxesEye = uiaxes(app.UIFigure, 'Position', [300 50 600 300]);

          title(app.UIAxesEye, '眼图观测');

          grid(app.UIAxesEye, 'on');

% 创建控制面板

          panel = uipanel(app.UIFigure, 'Position', [50 50 200 300], 'Title', '系统参数');

          uilabel(panel, 'Position',[10 250 80 22], 'Text','调制方式:');

          app.ModulationDropDown = uidropdown(panel,...

'Position',[100 250 90 22],...

'Items',{'AM', 'DSB', 'PSK', 'QAM'},...

'ValueChangedFcn', @app.modulationChanged);

          uilabel(panel, 'Position',[10 200 80 22], 'Text','载波频率:');

          uispinner(panel, 'Position',[100 200 90 22],...

'Limits',[100 10e3], 'Value',app.Fc,...

'Step',100, 'ValueChangedFcn',@app.paramChanged);

          uilabel(panel, 'Position',[10 150 80 22], 'Text','符号率:');

          uispinner(panel, 'Position',[100 150 90 22],...

'Limits',[10 1e3], 'Value',app.Fd,...

'Step',10, 'ValueChangedFcn',@app.paramChanged);

          app.NoiseCheckBox = uicheckbox(panel,...

'Position',[10 100 100 22], 'Text','添加噪声',...

'ValueChangedFcn',@app.paramChanged);

          uilabel(panel, 'Position',[10 50 80 22], 'Text','SNR (dB):');

          app.SNRKnob = uiknob(panel, 'Position',[100 30 60 60],...

'Limits',[0 30], 'Value',20);

end

function updateDisplay(app)

% 生成基带信号

          sps = max(1, round(app.Fs/app.Fd)); % 确保最小采样点数

          minBits = 20; % 最小符号数

% 动态调整符号数

          actualBits = max(app.Bits, minBits);

% 生成足够长的基带信号

          t = 0:1/app.Fs:(actualBits/app.Fd)-1/app.Fs;

          data = randi([0 1], 1, actualBits);

          baseband = rectpulse(data, sps);

% 调制处理

switch app.ModulationDropDown.Value

case 'AM'

                  carrier = cos(2*pi*app.Fc*t);

                  modulated = (1 + 0.5*baseband) .* carrier;

case 'DSB'

                  modulated = baseband .* cos(2*pi*app.Fc*t);

case 'PSK'

                  phase = pi*(baseband - 0.5);

                  modulated = cos(2*pi*app.Fc*t + phase);

case 'QAM'

                  inphase = 2*baseband - 1;

                  quadrature = 1 - 2*baseband;

                  modulated = inphase.*cos(2*pi*app.Fc*t) + quadrature.*sin(2*pi*app.Fc*t);

end

% 添加噪声

if app.NoiseCheckBox.Value

              SNR = app.SNRKnob.Value;

              modulated = awgn(modulated, SNR, 'measured');

end

% 显示时域波形

          plot(app.UIAxesTime, t, modulated);

          title(app.UIAxesTime, '调制信号时域波形');

% 显示频谱

          L = length(modulated);

          Y = fft(modulated);

          P2 = abs(Y/L);

          P1 = P2(1:L/2+1);

          P1(2:end-1) = 2*P1(2:end-1);

          f = app.Fs*(0:(L/2))/L;

          plot(app.UIAxesFreq, f, P1);

          title(app.UIAxesFreq, '信号频谱');

          xlim(app.UIAxesFreq, [0 app.Fs/2]);

% 显示眼图

          app.plotCustomEye(baseband, sps);

end

end

% 回调函数

methods (Access = private)

function paramChanged(app, ~, ~)

          app.updateDisplay();

end

function modulationChanged(app, ~, ~)

switch app.ModulationDropDown.Value

case 'QAM'

                  app.Bits = 20;  % 增加比特数用于QAM演示

otherwise

                  app.Bits = 10;

end

          app.updateDisplay();

end

function plotCustomEye(app, signal, sps)

          cla(app.UIAxesEye);

% 眼图参数设置

          samplesPerTrace = 2*sps;  % 每个轨迹显示2个符号周期

          numTraces = 5;            % 显示5个轨迹

% 准备眼图数据

          validLength = floor(length(signal)/samplesPerTrace)*samplesPerTrace;

          truncatedSignal = signal(1:validLength);

% 重组信号矩阵

          eyeMatrix = reshape(truncatedSignal, samplesPerTrace, []);

% 限制显示轨迹数量

          showTraces = min(size(eyeMatrix,2), numTraces);

          timeAxis = (0:samplesPerTrace-1)/app.Fs;

% 绘制眼图

          hold(app.UIAxesEye, 'on');

for i = 1:showTraces

              plot(app.UIAxesEye, timeAxis, eyeMatrix(:,i),...

'Color', [0 0.4470 0.7410 0.3]); % 半透明蓝色

end

          hold(app.UIAxesEye, 'off');

% 设置坐标轴属性

          title(app.UIAxesEye, '自定义眼图');

          xlabel(app.UIAxesEye, '时间 (s)');

          grid(app.UIAxesEye, 'on');

          app.UIAxesEye.XLim = [0 max(timeAxis)];

end

end

% 应用生命周期

methods (Access = public)

function app = CommunicationLab

          createComponents(app)

          app.updateDisplay();

          registerApp(app, app.UIFigure);

end

function delete(app)

          delete(app.UIFigure)

end

end

end

八、代码形式的程序文件

.rtcContent { padding: 30px; } .lineNode {font-size: 10pt; font-family: Menlo, Monaco, Consolas, "Courier New", monospace; font-style: normal; font-weight: normal; }classdef CommunicationLab < matlab.apps.AppBase   % 属性声明   properties (Access = private)       % UI组件       UIFigure           matlab.ui.Figure       UIAxesTime       matlab.ui.control.UIAxes       UIAxesFreq       matlab.ui.control.UIAxes       UIAxesEye       matlab.ui.control.UIAxes       ModulationDropDown matlab.ui.control.DropDown       NoiseCheckBox    matlab.ui.control.CheckBox       SNRKnob          matlab.ui.control.Knob       % 系统参数       Fs = 10e3;       % 采样率       Fc = 1e3;        % 载波频率       Fd = 100;        % 符号率       Bits = 10;       % 比特数       Amp = 1;         % 信号幅度       Phase = 0;       % 初始相位   end   % 应用初始化   methods (Access = private)       function createComponents(app)           % 创建主窗口           app.UIFigure = uifigure('Name', '通信原理实验平台', 'Position', [100 100 1200 800]);           % 创建坐标轴           app.UIAxesTime = uiaxes(app.UIFigure, 'Position', [50 400 500 350]);           title(app.UIAxesTime, '时域波形');           xlabel(app.UIAxesTime, '时间 (s)');           grid(app.UIAxesTime, 'on');           app.UIAxesFreq = uiaxes(app.UIFigure, 'Position', [600 400 500 350]);           title(app.UIAxesFreq, '频域分析');           xlabel(app.UIAxesFreq, '频率 (Hz)');           grid(app.UIAxesFreq, 'on');           app.UIAxesEye = uiaxes(app.UIFigure, 'Position', [300 50 600 300]);           title(app.UIAxesEye, '眼图观测');           grid(app.UIAxesEye, 'on');           % 创建控制面板           panel = uipanel(app.UIFigure, 'Position', [50 50 200 300], 'Title', '系统参数');           uilabel(panel, 'Position',[10 250 80 22], 'Text','调制方式:');           app.ModulationDropDown = uidropdown(panel,...               'Position',[100 250 90 22],...               'Items',{'AM', 'DSB', 'PSK', 'QAM'},...               'ValueChangedFcn', @app.modulationChanged);           uilabel(panel, 'Position',[10 200 80 22], 'Text','载波频率:');           uispinner(panel, 'Position',[100 200 90 22],...               'Limits',[100 10e3], 'Value',app.Fc,...               'Step',100, 'ValueChangedFcn',@app.paramChanged);           uilabel(panel, 'Position',[10 150 80 22], 'Text','符号率:');           uispinner(panel, 'Position',[100 150 90 22],...               'Limits',[10 1e3], 'Value',app.Fd,...               'Step',10, 'ValueChangedFcn',@app.paramChanged);           app.NoiseCheckBox = uicheckbox(panel,...               'Position',[10 100 100 22], 'Text','添加噪声',...               'ValueChangedFcn',@app.paramChanged);           uilabel(panel, 'Position',[10 50 80 22], 'Text','SNR (dB):');           app.SNRKnob = uiknob(panel, 'Position',[100 30 60 60],...               'Limits',[0 30], 'Value',20);       end       function updateDisplay(app)           % 生成基带信号           sps = max(1, round(app.Fs/app.Fd)); % 确保最小采样点数           minBits = 20; % 最小符号数

          % 动态调整符号数           actualBits = max(app.Bits, minBits);

          % 生成足够长的基带信号           t = 0:1/app.Fs:(actualBits/app.Fd)-1/app.Fs;           data = randi([0 1], 1, actualBits);           baseband = rectpulse(data, sps);           % 调制处理           switch app.ModulationDropDown.Value               case 'AM'                   carrier = cos(2*pi*app.Fc*t);                   modulated = (1 + 0.5*baseband) .* carrier;               case 'DSB'                   modulated = baseband .* cos(2*pi*app.Fc*t);               case 'PSK'                   phase = pi*(baseband - 0.5);                   modulated = cos(2*pi*app.Fc*t + phase);               case 'QAM'                   inphase = 2*baseband - 1;                   quadrature = 1 - 2*baseband;                   modulated = inphase.*cos(2*pi*app.Fc*t) + quadrature.*sin(2*pi*app.Fc*t);           end           % 添加噪声           if app.NoiseCheckBox.Value               SNR = app.SNRKnob.Value;               modulated = awgn(modulated, SNR, 'measured');           end           % 显示时域波形           plot(app.UIAxesTime, t, modulated);           title(app.UIAxesTime, '调制信号时域波形');           % 显示频谱           L = length(modulated);           Y = fft(modulated);           P2 = abs(Y/L);           P1 = P2(1:L/2+1);           P1(2:end-1) = 2*P1(2:end-1);           f = app.Fs*(0:(L/2))/L;           plot(app.UIAxesFreq, f, P1);           title(app.UIAxesFreq, '信号频谱');           xlim(app.UIAxesFreq, [0 app.Fs/2]);           % 显示眼图           app.plotCustomEye(baseband, sps);       end   end   % 回调函数   methods (Access = private)       function paramChanged(app, ~, ~)           app.updateDisplay();       end       function modulationChanged(app, ~, ~)           switch app.ModulationDropDown.Value               case 'QAM'                   app.Bits = 20;  % 增加比特数用于QAM演示               otherwise                   app.Bits = 10;           end           app.updateDisplay();       end       function plotCustomEye(app, signal, sps)           cla(app.UIAxesEye);           % 眼图参数设置           samplesPerTrace = 2*sps;  % 每个轨迹显示2个符号周期           numTraces = 5;            % 显示5个轨迹           % 准备眼图数据           validLength = floor(length(signal)/samplesPerTrace)*samplesPerTrace;           truncatedSignal = signal(1:validLength);           % 重组信号矩阵           eyeMatrix = reshape(truncatedSignal, samplesPerTrace, []);           % 限制显示轨迹数量           showTraces = min(size(eyeMatrix,2), numTraces);           timeAxis = (0:samplesPerTrace-1)/app.Fs;           % 绘制眼图           hold(app.UIAxesEye, 'on');           for i = 1:showTraces               plot(app.UIAxesEye, timeAxis, eyeMatrix(:,i),...                   'Color', [0 0.4470 0.7410 0.3]); % 半透明蓝色           end           hold(app.UIAxesEye, 'off');           % 设置坐标轴属性           title(app.UIAxesEye, '自定义眼图');           xlabel(app.UIAxesEye, '时间 (s)');           grid(app.UIAxesEye, 'on');           app.UIAxesEye.XLim = [0 max(timeAxis)];       end   end   % 应用生命周期   methods (Access = public)       function app = CommunicationLab           createComponents(app)           app.updateDisplay();           registerApp(app, app.UIFigure);       end       function delete(app)           delete(app.UIFigure)       end   endend