通原实验报告--幅度调制实验

1 通信原理实验通信原理实验 基于基于 LabVIEW 的幅度调制的幅度调制 2 姓名 张哲熙 学号 13212171 组员 李美洁 指导教师 李丞 日期 2015 12 11 上课时间 星期 一 第 六 大节 基于基于 LabVIEW 的幅度调制的幅度调制 一 一 实验目标实验目标 在本实验中要在 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 并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 二 实验仪器实验仪器 软件 LabVIEW 2012 或以上版本 硬件 无 三 三 基本原理及分析基本原理及分析 AM 是一种模拟线性调制方法 频域上 已调信号频谱是基带调制信号频谱 3 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 波信号通常是射频正弦波 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 已调信号的数学表 达式为 2 1 000 coscos AMcc stm t c tAtf tt 式中 是调制信号 其直流分量为 交流分量为 是载波信号 为 tm 0 A tc 角频率为 初始相位为的余弦信号 c 0 从式 2 1 我们能够得出 幅度调制的已调信号就是和的乘积 tm tc 为了实现对载波信号幅度的线性调制 应该包含直流分量 以保证 tm 即 0 tm 2 2 0 max Atf 这样才能够保证的包络完全在时间轴上方 如图 2 所示 图图 2 1 调幅信号时域表示调幅信号时域表示 根据式 2 2 为避免产生 过调幅 现象而导致包络检波的严重失真 兹定义一个重要参数 2 3 1 0 A Am AM 4 式中 称为调幅指数 或调幅深度 代表调制信号的最大幅值 一 AM m A tf 般不超过 0 8 AM 下面对 AM 调制在频域上进行分析 对于式 2 1 我们能够直接通过傅里 叶变换得到其频域表达式 如式 2 4 所示 2 4 频谱如图所示 图图 2 2 调幅信号频谱调幅信号频谱 AM 调制可以采用相干解调 将已调信号乘以载波后通过低通滤波器 并在 幅度上做一定修正 即可以恢复出原来的调制信号 另外 AM 信号在满足 条件下 也可以采用包络检波法 包络检波器通常由整流器和低通 0 max Atf 滤波器组成 与相干解调不同的是 包络检波不需要幅度修正 5 四 四 实验任务实现实验任务实现 本次实验中需要完成 AM Mod dem student 程序 该程序已经提供前面板 和程序框图 在实验中需要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 程序框图如图 4 1 图图 4 1 调幅信号程序框图调幅信号程序框图 左边为调制电路 将载波幅度与调制信号相加后通过乘法器与载波相乘 分别输出到主界面的 已调信号 时域 与解调电路中 并通过频率检测得 到已调信号频谱输出到 已调信号 频域 中 本地载波则经过乘法器合成后 输出到主界面的 载波信号 中 右边为解调电路 我们采用了相干解调 将已调信号通过乘法器与载波相 乘 经过下一个乘法器进行幅度调整 再通过低通滤波器滤去高频载波分量得 到解调信号 输出到主界面的 解调信号 中 并通过幅度和频率检测得到解 调信号的幅度与频率 只需再进行幅度变换即可得到原信号 五 五 实验结论与分析实验结论与分析 运行程序 可在主面板上观察到载波信号 已调信号 解调信号的时域波 6 形 以及已调信号的频域波形 即包络信号 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 并且检测到的频率和幅度 与设置的保持一致 图图 5 1 程序运行主界面程序运行主界面 六 六 遇到的问题及解决方法遇到的问题及解决方法 1 连好程序框图后 在主面板上观察波形 在载波信号时域波形的图中 由于横坐标的设置有问题 我们看到的图只有白色的一大片 经过对横坐标的 调整 得到了合适清晰的波形 2 在解调过程中 发现检测到的解调信号幅度与原调制信号不一致 经检 查发现是因为电路特性使得变换系数不正确 经调整得到准确值 七 七 实验扩展解答实验扩展解答 1 AM 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 7 答答 1 1 因为在因为在 AMAM 信号中信号中 载波分量并不携带信息载波分量并不携带信息 仍占据大部分功率仍占据大部分功率 如果如果 抑制载波分量的发送抑制载波分量的发送 就能够提高功率效率 就能够提高功率效率 2 2 抑制载波的双边带信号调制效率为抑制载波的双边带信号调制效率为 100 100 对于 对于 AMAM 信号来说 其最信号来说 其最 高调制效率 高调制效率 1 1 为 为 2 32 3 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 答答 1 1 DSBDSB 为抑制载波双边带调幅 通过调制信号与载波信号直接相乘 为抑制载波双边带调幅 通过调制信号与载波信号直接相乘 再通过带通滤波得到已调信号 再通过带通滤波得到已调信号 SSBSSB 为抑制载波单边带调幅 在为抑制载波单边带调幅 在 DSBDSB 的基础上经带通滤波得到上 下边带已调信号 的基础上经带通滤波得到上 下边带已调信号 VSBVSB 为残留边为残留边 带调幅 是由于滤波器存在过渡带而产生的调制方法 带调幅 是由于滤波器存在过渡带而产生的调制方法 2 2 DSBDSB 与与 SSBSSB 的抗噪声性能是一致的 因为在相同的输入信号功率和的抗噪声性能是一致的 因为在相同的输入信号功率和 噪声条件下 两者的输出信噪比一致 噪声条件下 两者的输出信噪比一致 3 根据已学知识简述 AM 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 答答 AMAM 调制的可以采用相干解调和包络检波 调制的可以采用相干解调和包络检波 1 1 相干解调将已调信号乘以载波后通过低通滤波器 并在幅度上做一相干解调将已调信号乘以载波后通过低通滤波器 并在幅度上做一 定修正 即可以恢复出原来的调制信号 定修正 即可以恢复出原来的调制信号 优点 不存在门限效应优点 不存在门限效应 缺点 需要幅度修正缺点 需要幅度修正 8 2 2 AMAM 信号在满足信号在满足条件下 可以采用包络检波法 包络检条件下 可以采用包络检波法 包络检 0 max Atf 波器通常由整流器和低通滤波器组成 波器通常由整流器和低通滤波器组成 优点 不需要幅度修正优点 不需要幅度修正 缺点 需要保证调制信号幅度小于载波幅度 否则会产生门限效应缺点 需要保证调制信号幅度小于载波幅度 否则会产生门限效应 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 答答 1 1 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 为门限效应 2 2 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 信号来提取调制信号 从而使信号淹没在噪声中 难以识别 3 3 门限效应是包络解调 非相干解调 独有的特点 是由包络检波器门限效应是包络解调 非相干解调 独有的特点 是由包络检波器 的非线性解调作用引起的 对于相干解调 信号和噪声可以分别进的非线性解调作用引起的 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 行解调 输出端总是单独存在有用信号项 八 八 心得心得 在这次做通原实验的过程中 我接触到了 LabVIEW 了解 并基本掌握了 LabVIEW 的使用方法和设计流程 和传统的编程语言不同 LabVIEW 中用图 形化语言编程的方法感觉很新颖 在做实验的