通信原理實驗基于LabVIEW的幅度調(diào)制姓名：學號：組員：指導教師：日期：2023年12月14日上課時間：星期一第五大節(jié)實驗目標在本實驗中要在LabVIEW上完成幅度調(diào)制(AmplifyModulation,AM)的演示程序。通過實驗，將能更好的理解AM調(diào)制原理，初步了解圖形化的編程方法，學習LabVIEW的操作以及根本模塊的使用和調(diào)試方法，為后續(xù)實驗奠定根底。實驗儀器軟件環(huán)境：LabVIEW2023〔或以上版本〕；硬件環(huán)境：無；根本原理及分析AM是一種模擬線性調(diào)制方法。頻域上，已調(diào)信號頻譜是基帶調(diào)制信號頻譜的線性位移；在時域上，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號波形呈線性關(guān)系。AM調(diào)制的載波信號通常是射頻正弦波，作為載體來傳遞信源信號中的信息。調(diào)制結(jié)果是一個雙邊帶信號，中心是載波頻率，帶寬是原始信號的兩倍。已調(diào)信號的數(shù)學表達式為： (5.1)式中，是調(diào)制信號，其直流分量為，交流分量為f(t)；是載波信號，為角頻率為、初始相位為的余弦信號。從式〔5.1〕我們能夠得出，幅度調(diào)制的已調(diào)信號就是和的乘積。為了實現(xiàn)對載波信號幅度的線性調(diào)制，應該包含直流分量，以保證，即 (5.2)這樣才能夠保證sAM(t)的包絡(luò)完全在時間軸上方，如REF_Ref414211274\h圖5-2圖5-SEQ圖5-\*ARABIC2調(diào)幅信號時域表示根據(jù)式〔5.2〕，為防止產(chǎn)生“過調(diào)幅〞現(xiàn)象而導致包絡(luò)檢波的嚴重失真，茲定義一個重要參數(shù)： (5.3)式中，稱為調(diào)幅指數(shù)，或調(diào)幅深度；代表調(diào)制信號的最大幅值。一般不超過0.8。下面對AM調(diào)制在頻域上進行分析。對于式〔5.1〕，我們能夠直接通過傅里葉變換得到其頻域表達式，如式(5.4〕所示。sAMω=頻譜如REF_Ref414211460\h圖5-3所示。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC3調(diào)幅信號頻譜AM調(diào)制可以采用相干解調(diào)，將已調(diào)信號乘以載波后通過低通濾波器，并在幅度上做一定修正，即可以恢復出原來的調(diào)制信號。另外AM信號在滿足條件下，也可以采用包絡(luò)檢波法。包絡(luò)檢波器通常由整流器和低通濾波器組成。與相干解調(diào)不同的是，包絡(luò)檢波不需要幅度修正。實驗任務(wù)實現(xiàn)本實驗主程序前面板如REF_Ref414211227\h圖5-1所示，四個波形圖從左到右分別為載波信號時域圖、已調(diào)信號時域圖、已調(diào)信號頻域圖和解調(diào)信號時域圖。四個水平滑動條可以分別改變載波信號的幅度和頻率、調(diào)制信號的幅度和頻率。需要改變這四個參數(shù)，觀察四個波形圖的變化，確定解調(diào)信號的頻率和幅度與原信號是否一致。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC1幅度調(diào)制實驗前面板本實驗主程序主要包括以下4個模塊，其功能分別如下所述?！?〕輸入?yún)?shù)本模塊主要用于設(shè)定AM調(diào)制的4個主要參數(shù)：載波頻率、載波幅度、調(diào)制信號頻率、調(diào)制信號幅度。用這4個參數(shù)就可以對信號進行AM調(diào)制了?！?〕AM調(diào)制本模塊主要用于對信號實行AM調(diào)制?！?〕AM解調(diào)本模塊主要用于對AM信號實行解調(diào)?！?〕顯示控件本模塊主要實時顯示信號的波形和參數(shù)，以便你更加直觀的理解調(diào)制解調(diào)的實際含義。本實驗包含的顯示控件有：載波信號時域圖、AM已調(diào)信號的時域圖、已調(diào)信號的頻域圖、解調(diào)信號的時域圖以及解調(diào)信號的頻率值和幅度值。本次實驗中需要完成的程序為AMMod&dem(student)程序。完成AMMod&dem(student)子程序的步驟如下：翻開該程序，檢查已經(jīng)提供的前面板和程序框圖。在程序面板進行編程，以完成一個單音信號的幅度調(diào)制和解調(diào)。在完成這個程序后，改變載波以及調(diào)制信號的幅度和頻率，能夠觀察到已調(diào)信號在時域和頻域上的變化，并且在解調(diào)信號時域波形圖中能看到解調(diào)后的波形，檢測到的頻率和幅度應該和你設(shè)置的相同。REF_Ref414214826\h圖5-4給出了完成后程序運行時的前面板：圖5-SEQ圖5-\*ARABIC4完成程序的前面板如REF_Ref414214848\h圖5-5所示，程序框圖包含一個while循環(huán)，其中包括各類控制器、顯示控件以及分析控件。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC5未完成程序的程序面板下面介紹操作步驟：〔1〕設(shè)置正弦波形函數(shù)的采樣信息。利用正弦波形函數(shù)的輸出與載波幅度相乘得到載波信號?！?〕設(shè)置另一個正弦波形函數(shù)，使其產(chǎn)生調(diào)制波形?！?〕利用兩個轉(zhuǎn)換到動態(tài)數(shù)據(jù)控件，分別將兩個正弦波形函數(shù)的輸出波形轉(zhuǎn)換為動態(tài)數(shù)據(jù)。〔4〕AM調(diào)制相當于先把調(diào)制信號與一個直流信號相加，再與載頻相乘，由此得到AM調(diào)制信號?！?〕利用FFT功率譜和PSD函數(shù)產(chǎn)生頻譜?！?〕根據(jù)AM調(diào)制原理，編寫解調(diào)程序。單擊運行按鈕執(zhí)行VI，改變載波、調(diào)制信號的幅值和頻率值，查看這些參數(shù)對幅度調(diào)制的影響。改變參數(shù)后的波形實驗結(jié)論與分析通過實驗仿真，不難發(fā)現(xiàn)：AM是一種模擬線性調(diào)制方法。頻域上，已調(diào)信號頻譜是基帶調(diào)制信號頻譜的線性位移；在時域上，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號波形呈線性關(guān)系。調(diào)制結(jié)果是一個雙邊帶信號，中心是載波頻率，帶寬是原始信號的兩倍。通過單擊運行按鈕執(zhí)行VI，改變載波、調(diào)制信號的幅值和頻率值發(fā)現(xiàn)已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號波形呈線性關(guān)系，已調(diào)波的頻譜的幅度與載波的幅度呈線性變化；已調(diào)波的頻譜邊帶的幅度與調(diào)制波的幅度呈線性關(guān)系；已調(diào)波的頻譜與載波的頻率呈線性關(guān)系，隨載波頻率的變化而發(fā)生線性位移；與調(diào)制信號的頻率也有一定的線性關(guān)系，其雙邊帶的頻譜隨調(diào)制信號頻譜的變化而發(fā)生線性位移。遇到的問題及解決方法在調(diào)試程序的過程中，初次接觸labview的我們對于添加控件和對于控件的編輯調(diào)試不太清楚，比擬迷茫的開始，通過和同學討論，慢慢熟悉了對于labview的應用，添加控件以及對于控件的了解應用都不再是困難；幅度調(diào)制的原理和解調(diào)原理了解但是不會使用，通過查找相關(guān)資料才確定了程序的大體構(gòu)造進行設(shè)計；濾波器的頻率的選擇對于實驗結(jié)果的影響較大，我們經(jīng)過幾番調(diào)試才最終確定其截至頻率為150k；對于所加直流大小的問題，開始時加的直流為5v，調(diào)試過程中出現(xiàn)了過調(diào)幅的現(xiàn)象，后來將直流加到10v，調(diào)幅波的最大值，防止了過調(diào)幅現(xiàn)象的出現(xiàn)。實驗擴展解答幅度調(diào)制中為什么要抑制載波？對于AM信號來說抑制載波的雙邊帶信號可以增加多少成效？答：在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，仍占據(jù)大局部功率，如果抑制載波分量的發(fā)送，就能夠提高功率效率，這就抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB，簡稱雙邊帶調(diào)制〔DSB〕。DSB的調(diào)制效率為100%。簡述DSB、SSB、VSB的概念和實現(xiàn)方式。分析并比擬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，但兩個邊帶均傳輸相同的信息；SSB單邊帶抑制了一個邊帶，相對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LSB，兩個邊帶也可以分別傳輸不同的信息，稱為ISB；由于單邊帶實現(xiàn)上對濾波器要求較高，因此在此根底上出現(xiàn)殘留邊帶，即VSB。實現(xiàn)方式：eq\o\ac(○,1)DSB時域：sDSB(t)=m(t)cosw0t頻域：SDSB(w)=1/2M(w+w0)+1/2M(w-w0)eq\o\ac(○,2)SSB時域：sLSB(t)=1/2m(t)coswot+1/2^m(t)sinwot頻域：SLSB(w)=SDSB*HL(w)圖5-1DSB與SSB信號波形eq\o\ac(○,3)VSB時域：sVSB(t)=1/2m(t)coswot+1/2^m(t)sinwot頻域：sVSB(w)=1/2[M(w+wo)+M(w-wo)]*HVSB(w)DSB與SSB抗噪聲性能比擬：從外表上看，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。實際上，由于雙邊帶系統(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。實際上，雙邊帶和單邊的抗噪性能是相同的。圖5-2VSB信號波形3.根據(jù)已學知識簡述幅度調(diào)制有哪些解調(diào)方式，它們的根本原理是什么，各有什么優(yōu)缺點？答：eq\o\ac(○,1)相干解調(diào)圖5-3相干解調(diào)原理圖由上式可知，只要用一個低通濾波器，就可以將第1項與第2項別離，無失真的恢復出原始的調(diào)制信號優(yōu)缺點：相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個與調(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，那么會破壞原始信號的恢復。但是假設(shè)不考慮載波的恢復那么得到的波形失真小。eq\o\ac(○,2)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C組成。當RC滿足條件時，包絡(luò)檢波器的輸出與輸入信號的包絡(luò)十分相近，即包絡(luò)檢波器輸出的信號中，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，大大降低實現(xiàn)難度。故幾乎所有的調(diào)幅〔AM〕式接收機都采用這種電路。4.什么是門限效應？AM信號采用包絡(luò)檢波時為什么會產(chǎn)生門限效應？為什么相干解調(diào)不存在門限效應。答：①門限效應：就是當包絡(luò)檢波器的輸入信噪比降低到一個特定的數(shù)值后，檢波器輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的一種現(xiàn)象。②因為，門限效應是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用所引起的，而AM信號采用了包絡(luò)檢波法，所以會產(chǎn)生門限效應。③門限效應是包絡(luò)解調(diào)〔非相干解調(diào)〕獨有的特點，是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用引起的。相干解調(diào)僅適用于窄帶調(diào)頻信號，非相干解調(diào)適用于窄帶和寬帶調(diào)頻。FM系統(tǒng)實際上是以帶寬換信噪比〔這點通過與AM系統(tǒng)比擬看出〕。隨著帶寬增加，輸入噪聲功率會隨之增大，在輸入信號功率不變的條件下，輸入信噪比下降。在小信噪比情況下,調(diào)制信號無法與噪聲分開，而且有用信號淹沒在噪聲之中，此時檢波器輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降，而是急劇惡化，也就是出現(xiàn)了門限效應。心得通過本次試驗，我們再一次復習了以前學過的相關(guān)知識，了解了幅度調(diào)制的根