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1、 通信原理实验 基于LabVIEW的幅度调制姓名： 刘琴 学号： 13222013 组员： 仝欣 指导教师： 李丞 日期： 2015.12.15 上课时间：星期 一 第 五 大节一、实验目标在LabVIEW上完成幅度调制(Amplify Modulation, AM)的演示程序。通过实验，更好的理解AM调制原理，初步了解图形化的编程方法，学习LabVIEW的操作以及基本模块的使用和调试方法，为后续实验奠定基础。二、实验仪器软件环境：LabVIEW 2012（或以上版本）；硬件环境：无；三、基本原理及分析幅度调制（Amplitude Modulation，AM）是一种模拟线性调制方法。频域上，已
2、调信号频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域上，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。AM调制的载波信号通常是高频正弦波，作为载体来传递信源信号中的信息。调制结果是一个双边带信号，中心是载波频率，带宽是原始信号的两倍。调制信号的数学表达式为： （1.1）式中，是调制信号，其直流分量为，交流分量为；是载波信号，其为角频率为、初始相位为的余弦信号。从式1.1我们能够得出幅度调制的已调信号就是是和的乘积。为了实现能够对载波信号的幅度实现线性调制，应该包含直流分量来保证，也就是 （1.2）这样的话才能够保证的包络完全在时间轴上方，如图1所示。图1 调幅信号时域表示根据式（1.2），为避免产生“过调幅”
3、现象而导致包络检波的结果严重失真，兹定义一个重要参数：（1.3）式中，称为调幅指数，或调幅深度；代表信源信号的最大幅值。一般不超过0.8。下面对AM调制在频域上进行分析。对于式1.1，我们能够直接通过傅里叶变换得到其频域表达式，如1981式1.4所示。 (1.4)频谱如图2所示：AM调制边带载频信号图2 调幅信号频谱由于软件无线电的核心思想是对天线感应的射频模拟信号尽可能地直接数字化，将其变为适合于数字信号处理器（DSP）或计算机处理的数据流，然后由软件（算法）来完成各种各样的功能，使其具有更好的可扩展性和应用环境适应性，故而对信源信号的各种调制与解调过程都是在数字域实现的。四、实验任务实现本
4、次实验中需要完成程序AM Mod&dem(student)。完成实验后，提交上述程序和实验报告。检查已经提供的前面板和程序框图，如图3、4所示。在程序面板进行编程，以完成一个单音信号的幅度调制和解调。在完成这个程序后，改变载波以及调制信号的幅度和频率，能够观察到已调信号在时域和频域上的变化，并且在解调信号时域波形图中能看到解调后的波形，检测到的频率和幅度应该和设置的相同。图3 幅度调制实验前面板图4 幅度调制实验程序框图完成AM Mod&dem(student)面板进行编程，以完成一个单音信号的幅度调制和解调。在完成这个程序后，改变载波以及调制信号的幅度和频率，能够观察到已调信号在时域和频域上
5、的变化，并且在解调信号时域波形图中能看到解调后的波形，检测到的频率和幅度应该和设置的相同。以下是完成该实验的步骤：（1）将“载波频率”控件连接到“正弦波性”控件频率输入端，再在面板上添加一个“Multiply.vi”控件，将第一个“正弦波形”控件的输出和“载波频率”控件相乘，输出连接到“Carrier Signal”图形显示控件用来显示载波信号。（2）再添加一个“正弦波形”控件，采样信息设置为与第一个控件相同，并将“调制频率”和“调制幅度”控件分别连接到频率和幅值输入端。（3）添加两个“转换到动态数据”控件，分别将两个“正弦波形”控件的输出波形转换为动态数据。（4）添加一个“Add.vi”控件
6、和一个“Multiply.vi”控件，将第二个“正弦波形”控件转换为动态数据后的输出与“载波幅度”相加后再与第一个“正弦波形”控件转换为动态数据后的输出相乘。相乘后的输出连接到“AM Modulated Signal (Time Domain)”图形显示控件，用来显示调制后的AM信号的时域波形。（5）添加一个“ FFT Power Spectrum and PSD.vi”控件，将4）中相乘后的输出连接到“时间信号”输入端，并将“显示为dB”输入端设置为True。最后将控件的输出连接到“AM Modulated Signal (Frequency Domain)” 图形显示控件，用来显示调制后的
7、AM信号的频域波形。（6）再添加一个“正弦波形”控件，设置其频率为载波频率，幅度为1。添加一个“Multiply.vi”控件，将调制后的信号与正弦波相乘，转换为动态数据后，经滤波器接到解调信号，输出解调波形。完成后的程序框图如图5所示：图5 完成后的程序框图五、实验结论与分析单击运行按钮运行程序，改变载波、调制信号的幅值和频率值，查看这些参数对幅度调制的影响。因为添加的直流信号即为载波幅度，所以调节载波幅度与调制波幅度发现，当载波幅度大于调制波幅度时，调制正常；当载波幅度小于调制波幅度时，会出现过调幅的情况；同时发现当正常调制时，调节调制波的幅度和频率，解调波的幅度和频率响应发生改变。图6为程
8、序运行时的前面板截图。图6 AM调制程序前面板六、 遇到的问题及解决方法1.首先对“每秒采样率”和“采样数”没有理解到位，不知道应该连接到哪个控件，通过与同学交流和寻求软件的实时帮助，将“每秒采样率”和“采样数”添加到“正弦波性”控件上，完成了载波和调制波的形成。2.对“转换为动态数据”这一控件不太理解，以为可以直接输出波形，但是不可以，后来通过打开软件的实时帮助，一步一步寻找问题，添加了该控件，完成了波形的输出。七、 实验扩展解答1、幅度调制中为什么要抑制载波？对于AM信号来说抑制载波的双边带信号可以增加多少功效？答：在AM信号中，载波功率对于接收端来说是无用的功率，不包含任何用信息，但仍占
9、据大部分功率，如果抑制载波分量的发送，就能够提高功率效率，这就抑制载波双边带调制DSB。没有抑制载波，AM满条幅时最大的功率利用率为1/3，而使用抑制载波的DSB调制后，调制效率可达100%。2、简述DSB、SSB、VSB的概念和实现方式。分析并比较DSB和SSB的抗噪声性能。答： (1)DSB:多数的线性调制的应用都需要抑制载波，此时，线性调制称为抑制载波双边带（SC-DSB），或称双边带（DSB）。DSB的调制过程与常规调幅的唯一差别就是无需抬高电平A0，调制信号直接与载波c(t)相乘即可。(2)SSB:由于双边带信号中的任何一个边带都包含有调制信号的全部信息，就信息传输的目的而言，只要传
10、送其中一个边带足矣，因此就有了单边带调幅（SSB）。产生单边带信号最直观的方法是让双边带信号通过一个单边带滤波器，保留所需边带，滤除不需要的边带，这种生成SSB信号的方法称为滤波法。此外，生成SSB信号的方法还有移相法等。(3)VSB:单边带虽然节省传输带宽，但无论是滤波法还是移相法，实现起来都较为困难，因此，实际应用中常采用残留边带调幅（VSB）。其实现方式是，立足实际滤波器中的过度带，在保留一个边带的绝大部分的同时，残留另一边带的一小部分，使已调信号的带宽大于单边带而小于双边带，以牺牲一部分频率资源为代价，避免调制实现上的困难。比较：DSB与SSB的抗噪声性能是一致的。因为在相同的输入信号
11、功率和噪声条件下，两者的输出信噪比一致。3、根据已学知识简述幅度调制有哪些解调方式，它们的基本原理是什么，各有什么优缺点？答：(1) 相干解调相干解调也叫同步检波，解调与调制的实质一样，均是频谱转移。调制是把基带信号的频谱搬到了载频位置，解调则是把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置，同样可以用相乘器与载波相乘来实现。相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步的本地载波，它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。(2) 包络检波包络检波器通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成，它属于非相干解调，因此不需要相干载
12、波。包络检波器是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，结构简单，且解调输出是相干解调输出的2倍，因此，AM信号几乎无例外地采用包络检波。4、什么是门限效应？AM信号采用包络检波时为什么会产生门限效应？为什么相干解调不存在门限效应。答：门限效应是指当输入信噪比低于一定数值时，解调器的输出信噪比急剧恶化，称为门限效应。 由于包络检波属于非相干检波，解调器端不存在与调制信号相关的信号来提取调制信号，从而使信号淹没在噪声中，难以识别。对于相干解调，信号和噪声可以分别进行解调，输出端总是单独存在有用信号项。因此相干解调不存在门限效应。八、 心得第一次接触LabView，其图形化的编程界面给我留下了深刻印象，所以我更喜欢称这个过程为画图而非编程。这个软件上手其实并不复杂，然而由于控件多而杂，各个控件的作用掌握起来有些困难，且有些控件在学习过程中是没有利用过的，在这个过程中软件的实时帮助起到了很大的作用，这也是我认为该软件人性化的一点。通过实时帮助我对各个图形控件的功能有了较为清晰的了解和掌握。本次的AM幅度调制与解调实验原理较为简单，不失为一次熟悉LABVIEW软件的好机会。且本次实验，不但使我更加深刻的理解了AM调制与解调的原理与过程，更使我开始了解LABVIEW软件的使用，熟悉图形化编程的过程，为下一个实验打下了基础。附录：程序
