基于LabView的幅度調(diào)制

1、通信原理實(shí)驗(yàn) 基于LabView的幅度調(diào)制學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日期： 1 實(shí)驗(yàn)任務(wù)本實(shí)驗(yàn)的目的是根據(jù)理論課上學(xué)習(xí)的模擬調(diào)制（AM）相關(guān)知識(shí)，在LabVIEW平臺(tái)上完成一個(gè)AM演示程序，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的AM調(diào)制。目標(biāo)是使學(xué)生初步了解圖形化的編程方式，并學(xué)習(xí)LabVIEW的操作以及基本模塊的使用和調(diào)試方法，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。2 理論分析幅度調(diào)制（Amplitude Modulation，AM）是一種模擬線性調(diào)制方法。頻域上，已調(diào)信號(hào)頻譜是基帶調(diào)制信號(hào)頻譜的線性位移；在時(shí)域上，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形呈線性關(guān)系。AM調(diào)制的載波信號(hào)通常是高頻正弦波，作為載體來傳遞信源信號(hào)中的信息。調(diào)制結(jié)果是一個(gè)雙

2、邊帶信號(hào)，中心是載波頻率，帶寬是原始信號(hào)的兩倍。調(diào)制信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （式2-1）式中，是調(diào)制信號(hào)，其直流分量為，交流分量為；是載波信號(hào)，其為角頻率為、初始相位為的余弦信號(hào)。從（式2-1）我們能夠得出幅度調(diào)制的已調(diào)信號(hào)就是和的乘積。為了實(shí)現(xiàn)能夠?qū)d波信號(hào)的幅度實(shí)現(xiàn)線性調(diào)制，應(yīng)該包含直流分量來保證，也就是 （式2-2）這樣的話才能夠保證的包絡(luò)完全在時(shí)間軸上方，如圖2-1所示。圖2-1 時(shí)域波形根據(jù)（式2-2），為避免產(chǎn)生“過調(diào)幅”現(xiàn)象而導(dǎo)致包絡(luò)檢波的結(jié)果嚴(yán)重失真，因此定義一個(gè)重要參數(shù)：（式2-3）式中，稱為調(diào)幅指數(shù)，或調(diào)幅深度；代表信源信號(hào)的最大幅值。一般不超過0.8。下面對(duì)AM調(diào)制在頻域上

3、進(jìn)行分析。對(duì)于（式2-1），我們能夠直接通過傅里葉變換得到其頻域表達(dá)式，如（式2-4）所示。 (式2-4)頻譜如圖2-2所示：載頻信號(hào)AM調(diào)制邊帶圖2-2 調(diào)幅信號(hào)頻譜由于軟件無線電的核心思想是對(duì)天線感應(yīng)的射頻模擬信號(hào)盡可能地直接數(shù)字化，將其變?yōu)檫m合于數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）或計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)流，然后由軟件（算法）來完成各種各樣的功能，使其具有更好的可擴(kuò)展性和應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性，故而對(duì)信源信號(hào)的各種調(diào)制與解調(diào)過程都是在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)的。3 實(shí)驗(yàn)步驟打開該VI，檢查已經(jīng)提供給你的前面板和程序框圖。你需要在程序面板進(jìn)行編程，以完成一個(gè)單音信號(hào)的幅度調(diào)制。在完成這個(gè)VI后，改變載波以及調(diào)制信號(hào)的幅度和頻率，

4、能觀察到已調(diào)信號(hào)在時(shí)域和頻域上的變化。圖3-1展現(xiàn)了完成程序在運(yùn)行時(shí)的前面板： 圖3-1 完成程序的前面板1）添加一個(gè)“正弦波形”控件，將“載波頻率”控件連接到其頻率輸入端，并將采樣信息中的“每秒采樣率”設(shè)置為10M、波形的采樣數(shù)設(shè)置為“300k”。再在面板上添加一個(gè)“Multiply.vi”控件，將第一個(gè)“正弦波形”控件的輸出和“載波頻率”控件相乘，輸出連接到“Carrier Signal”圖形顯示控件用來顯示載波信號(hào)。2）再添加一個(gè)“正弦波形”控件，采樣信息設(shè)置為與第一個(gè)控件相同，并將“調(diào)制頻率”和“調(diào)制幅度”控件分別連接到頻率和幅值輸入端。3）添加兩個(gè)“轉(zhuǎn)換到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)”控件，分別將兩個(gè)“

5、正弦波形”控件的輸出波形轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。4）添加一個(gè)“Add.vi”控件和一個(gè)“Multiply.vi”控件，將第二個(gè)“正弦波形”控件轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)后的輸出與“載波幅度”相加后再與第一個(gè)“正弦波形”控件轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)后的輸出相乘。相乘后的輸出連接到“AM Modulated Signal (Time Domain)”圖形顯示控件，用來顯示調(diào)制后的AM信號(hào)的時(shí)域波形。5）添加一個(gè)“ FFT Power Spectrum and PSD.vi”控件，將4）中相乘后的輸出連接到“時(shí)間信號(hào)”輸入端，并將“顯示為dB”輸入端設(shè)置為True。最后將控件的輸出連接到“AM Modulated Signal

6、(Frequency Domain)” 圖形顯示控件，用來顯示調(diào)制后的AM信號(hào)的頻域波形。以下圖3-2為可視化程序框圖：圖3-2 可視化程序框圖單擊運(yùn)行按鈕來執(zhí)行你的VI，改變載波、調(diào)制幅值和頻率取值，查看這些參數(shù)對(duì)信號(hào)幅度調(diào)制過程的影響。4 結(jié)論及分析我們小組按照要求的實(shí)驗(yàn)步驟連接各個(gè)控件，并且改變載波、調(diào)制幅值和頻率取值，看到了這些參數(shù)對(duì)信號(hào)幅度調(diào)制過程的影響，下面是得到的相應(yīng)的幅度調(diào)整圖像。圖4-1 常規(guī)調(diào)幅波形圖4-2 過調(diào)幅5 擴(kuò)展問題（1）幅度調(diào)制中為什么要抑制載波？對(duì)于AM信號(hào)來說抑制載波的雙邊帶信號(hào)可以增加多少功效？答：在AM信號(hào)中，載波分量并不攜帶信息，仍占據(jù)大部分功率，如果

7、抑制載波分量的發(fā)送，就能夠提高功率效率，這就抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB，簡(jiǎn)稱雙邊帶調(diào)制（DSB）。DSB的調(diào)制效率為100%。（2）簡(jiǎn)述DSB、SSB、VSB的概念和實(shí)現(xiàn)方式。分析并比較DSB和SSB的抗噪聲性能。答：概念：均為幅度調(diào)制，AM是調(diào)幅，帶載波；DSB是抑制載波的調(diào)幅，可增加功率效率，但兩個(gè)邊帶均傳輸相同的信息；SSB單邊帶抑制了一個(gè)邊帶，相對(duì)DSB減少了一半帶寬，因此帶寬效率翻番，其中，抑制下邊帶的稱為USB，抑制下邊帶的稱為L(zhǎng)SB，兩個(gè)邊帶也可以分別傳輸不同的信息，稱為ISB；由于單邊帶實(shí)現(xiàn)上對(duì)濾波器要求較高，因此在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)殘留邊帶，即VSB。實(shí)現(xiàn)方式：DSB 時(shí)域：sDSB

8、(t) = m(t) cos w0t 頻域：SDSB(w) = 1/2M(w+ w0) + 1/2M(w- w0)SSB 時(shí)域：sLSB(t) =1/2m(t) cos wot +1/2m(t) sin wot 頻域：SLSB(w) = SDSB * HL(w)圖5-1 DSB與SSB信號(hào)波形VSB 時(shí)域：sVSB(t) =1/2m(t) cos wot +1/2m(t) sin wot頻域：sVSB(w) =1/2M(w+wo) +M(w-wo)*HVSB(w)DSB與SSB抗噪聲性能比較：從表面上看，GDSB=2，GSSB=1，但不能說雙邊帶系統(tǒng)的抗噪性能優(yōu)于單邊帶一倍。 實(shí)際上，由于雙邊

9、帶系統(tǒng)的帶寬DSB是單邊的2倍，故噪聲功率的輸入也大于2倍，盡管G相差2倍，兩者抵消。實(shí)際上，雙邊帶和單邊的抗噪性能是相同的。圖5-2 VSB信號(hào)波形(3) 根據(jù)已學(xué)知識(shí)簡(jiǎn)述幅度調(diào)制有哪些解調(diào)方式，它們的基本原理是什么，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：相干解調(diào)圖5-3 相干解調(diào)原理圖由上式可知，只要用一個(gè)低通濾波器，就可以將第1項(xiàng)與第2項(xiàng)分離，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)優(yōu)缺點(diǎn)：相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)制器同頻同相位的的載波。如果同頻同相位條件得不到滿足，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。但是若不考慮載波的恢復(fù)則得到的波形失真小。包絡(luò)檢波圖5-4 包絡(luò)檢波器原理串聯(lián)型包絡(luò)檢波器，電路由二極管D、電阻R和電容

10、C組成。當(dāng)RC滿足條件時(shí)，包絡(luò)檢波器的輸出與輸入信號(hào)的包絡(luò)十分相近，即包絡(luò)檢波器輸出的信號(hào)中，通常含有頻率為wc的波紋，可由LPF濾除。包絡(luò)檢波法屬于相干解調(diào)法，其特點(diǎn)是：解調(diào)效率高，解調(diào)器輸出近似為相干解調(diào)的2倍；解調(diào)電路簡(jiǎn)單，特別是接收端不需要與發(fā)送端同頻同相位的載波信號(hào)，大大降低實(shí)現(xiàn)難度。故幾乎所有的調(diào)幅（AM）式接收機(jī)都采用這種電路。（4）什么是門限效應(yīng)？AM信號(hào)采用包絡(luò)檢波時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生門限效應(yīng)？為什么相干解調(diào)不存在門限效應(yīng)。答：門限效應(yīng)，就是當(dāng)包絡(luò)檢波器的輸入信噪比降低一個(gè)特定的數(shù)值后，檢波器的輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的一種現(xiàn)象。AM信號(hào)調(diào)制的是幅度，當(dāng)幅度比較低的時(shí)候，是可以正常的，但一旦同幅度超過了某一級(jí)器件的最高電壓范圍時(shí)，就會(huì)發(fā)生削頂失真，信號(hào)越強(qiáng)，那么信號(hào)中位于最高輸出電壓的時(shí)間就越長(zhǎng)，這種情況就叫信號(hào)的阻塞。噪聲與信號(hào)可以分開進(jìn)行解調(diào)，而解調(diào)器輸出端總是單獨(dú)存在有用信號(hào)項(xiàng)。6 心得通過本次試驗(yàn)，我們?cè)僖淮螐?fù)習(xí)了以前學(xué)過的相關(guān)知識(shí)，了解了幅度調(diào)制中要抑制載波的原因，對(duì)于AM信號(hào)