北交大通原labview實(shí)驗(yàn)報(bào)告-AM

1、通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程研究性學(xué)習(xí)手冊(cè)姓名 祖健文 學(xué)號(hào) 12211189 同組成員 劉少?gòu)?qiáng) 指導(dǎo)教師 李丞 時(shí)間 2014年12月 一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：1、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：幅度調(diào)制（AM）是模擬調(diào)制方法中的一種，在頻域中已調(diào)波頻譜是基帶調(diào)制信號(hào)頻譜的線性位移；在時(shí)域中，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形呈線性關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：熟悉圖形化編程方式；了解軟件LabVIEW的基本模塊、使用和調(diào)試方法；更直觀深入的理解模擬調(diào)制中AM的原理和影響因素。3、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：完成基于LabVIEW軟件的AM程序，并調(diào)試試用。二、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

2、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： （1.1）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1.1我們能夠得出幅度調(diào)制的已調(diào)信號(hào)就是是和的乘積。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 （1.2）這樣的話才能夠保證的包絡(luò)完全在時(shí)間軸上方，如圖1所示。圖1 調(diào)幅信號(hào)時(shí)域表示根據(jù)式（1.2），為避免產(chǎn)生“過調(diào)幅”現(xiàn)象而導(dǎo)致

3、包絡(luò)檢波的結(jié)果嚴(yán)重失真，茲定義一個(gè)重要參數(shù)：（1.3）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)制在頻域上進(jìn)行分析。對(duì)于式1.1，我們能夠直接通過傅里葉變換得到其頻域表達(dá)式，如式1.4所示。 (1.4)頻譜如圖2所示：載頻信號(hào)AM調(diào)制邊帶圖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。三、實(shí)驗(yàn)步驟：打開該VI，檢查已經(jīng)

4、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，能觀察到已調(diào)信號(hào)在時(shí)域和頻域上的變化。圖3展現(xiàn)了完成程序在運(yùn)行時(shí)的前面板：圖3 完成程序的前面板下面對(duì)程序面板進(jìn)行說明。如圖4所示，程序框圖包含一個(gè)while循環(huán)，其中包括各類控制器、顯示控件以及分析控件。圖4 未完成程序的程序面板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

5、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)“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

6、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 (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。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。四、結(jié)論及分析：幅度調(diào)制程序前面板如圖5所示，前面板中，從左至右依次為載波時(shí)域波形及幅度頻率信息、已調(diào)波時(shí)域波形及招致信號(hào)頻率幅度信息、已調(diào)波頻譜波形。

7、圖5 AM調(diào)制程序前面板下圖為AM模擬調(diào)制程序框圖圖6 AM模擬調(diào)制程序框圖該程序框圖根據(jù)AM調(diào)制原理，利用乘法器實(shí)現(xiàn)載波與調(diào)制波相乘，得到已調(diào)波信號(hào)。運(yùn)行程序時(shí)，不斷改變載波幅度與調(diào)制信號(hào)幅度，可以觀察到已調(diào)波的信號(hào)包絡(luò)出現(xiàn)明顯變化，當(dāng)載波幅度小于調(diào)制信號(hào)幅度時(shí)，即調(diào)幅指數(shù) >1時(shí)，會(huì)進(jìn)入過調(diào)幅狀態(tài)，如圖7所示，此時(shí)進(jìn)行包絡(luò)檢波會(huì)出現(xiàn)失真。圖7 過調(diào)幅現(xiàn)象五、遇到的問題及解決方法：1、首次添加的“正弦波形”控件，無法設(shè)置其“每秒采樣率”和“采樣數(shù)”信息，致使程序無法運(yùn)行，后來選用了如圖6所示的“仿真信號(hào)”發(fā)生器，則可以設(shè)置“每秒采樣率”和“采樣數(shù)”，生成題目要求的正弦波形。2、由于我們

8、采用了仿真信號(hào)發(fā)生器，其生成的信號(hào)已為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，因此無需再使用“轉(zhuǎn)換到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)”控件，而是直接進(jìn)行信號(hào)處理即可。六、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，載波功率對(duì)于接收端來說是無用的功率，不包含任何用信息，但仍占據(jù)大部分功率，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。沒有抑制載波，AM滿條幅時(shí)最大的功率利用率為1/3，而使用抑制載波的DSB調(diào)制后，調(diào)制效率可達(dá)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： 多數(shù)的線性調(diào)制的應(yīng)用都

9、需要抑制載波，此時(shí)，線性調(diào)制稱為抑制載波雙邊帶（SC-DSB），或稱雙邊帶（DSB）。DSB的調(diào)制過程與常規(guī)調(diào)幅的唯一差別就是無需抬高電平A0，調(diào)制信號(hào)直接與載波c(t)相乘即可。由于雙邊帶信號(hào)中的任何一個(gè)邊帶都包含有調(diào)制信號(hào)的全部信息，就信息傳輸?shù)哪康亩裕灰獋魉推渲幸粋€(gè)邊帶足矣，因此就有了單邊帶調(diào)幅（SSB）。產(chǎn)生單邊帶信號(hào)最直觀的方法是讓雙邊帶信號(hào)通過一個(gè)單邊帶濾波器，保留所需邊帶，濾除不需要的邊帶，這種生成SSB信號(hào)的方法稱為濾波法。此外，生成SSB信號(hào)的方法還有移相法等。單邊帶雖然節(jié)省傳輸帶寬，但無論是濾波法還是移相法，實(shí)現(xiàn)起來都較為困難，因此，實(shí)際應(yīng)用中常采用殘留邊帶調(diào)幅（VSB

10、）。其實(shí)現(xiàn)方式是，立足實(shí)際濾波器中的過度帶，在保留一個(gè)邊帶的絕大部分的同時(shí)，殘留另一邊帶的一小部分，使已調(diào)信號(hào)的帶寬大于單邊帶而小于雙邊帶，以犧牲一部分頻率資源為代價(jià)，避免調(diào)制實(shí)現(xiàn)上的困難。DSB與SSB的抗噪聲性能是一致的。因?yàn)樵谙嗤妮斎胄盘?hào)功率和噪聲條件下，兩者的輸出信噪比一致。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：(1) 相干解調(diào)相干解調(diào)也叫同步檢波，解調(diào)與調(diào)制的實(shí)質(zhì)一樣，均是頻譜轉(zhuǎn)移。調(diào)制是把基帶信號(hào)的頻譜搬到了載頻位置，解調(diào)則是把在載頻位置的已調(diào)信號(hào)的譜搬回到原始基帶位置，同樣可以用相乘器與載波相乘來實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)時(shí)，為了無失真地恢

11、復(fù)原基帶信號(hào)，接收端必須提供一個(gè)與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步的本地載波，它與接收的已調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。(2) 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波器通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成，它屬于非相干解調(diào)，因此不需要相干載波。包絡(luò)檢波器是直接從已調(diào)波的幅度中提取原調(diào)制信號(hào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且解調(diào)輸出是相干解調(diào)輸出的2倍，因此，AM信號(hào)幾乎無例外地采用包絡(luò)檢波。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)是指當(dāng)輸入信噪比低于一定數(shù)值時(shí)，解調(diào)器的輸出信噪比急劇惡化，稱為門限效應(yīng)。 由于包絡(luò)檢波屬于非相干檢波，解調(diào)器端不存在與調(diào)制信號(hào)相關(guān)的信號(hào)來提取調(diào)制信號(hào)，從而使信號(hào)淹沒在噪聲中，難以識(shí)別。對(duì)于相干解調(diào)，信號(hào)和噪聲可以分別進(jìn)行解調(diào)，輸出端總是單獨(dú)存在有用信號(hào)項(xiàng)。因此相干解調(diào) 不存在門限效應(yīng)。七、心得：第一次接觸LabView，其圖形化的編程界面給