北交大通原labview实验报告-AM

1、通信系统实验课程研究性学习手册姓名 祖健文 学号 12211189 同组成员 刘少强 指导教师 李丞 时间 2014年12月 一、实验任务：1、实验简介：幅度调制（AM）是模拟调制方法中的一种，在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。2、实验目标：熟悉图形化编程方式；了解软件LabVIEW的基本模块、使用和调试方法；更直观深入的理解模拟调制中AM的原理和影响因素。3、实验任务：完成基于LabVIEW软件的AM程序，并调试试用。二、理论分析：幅度调制（Amplitude Modulation，AM）是一种模拟线性调制方法。频域上，已调信号频谱

2、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”现象而导致

3、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，如式1.4所示。 (1.4)频谱如图2所示：载频信号AM调制边带图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。三、实验步骤：打开该VI，检查已经

4、提供给你的前面板和程序框图。你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。在完成这个VI后，改变载波以及调制信号的幅度和频率，能观察到已调信号在时域和频域上的变化。图3展现了完成程序在运行时的前面板：图3 完成程序的前面板下面对程序面板进行说明。如图4所示，程序框图包含一个while循环，其中包括各类控制器、显示控件以及分析控件。图4 未完成程序的程序面板1）添加一个“正弦波形”控件，将“载波频率”控件连接到其频率输入端，并将采样信息中的“每秒采样率”设置为10M、波形的采样数设置为“300k”。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

5、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

6、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AM信号的频域波形。单击运行按钮来执行你的VI，改变载波、调制幅值和频率取值，查看这些参数对信号幅度调制过程的影响。四、结论及分析：幅度调制程序前面板如图5所示，前面板中，从左至右依次为载波时域波形及幅度频率信息、已调波时域波形及招致信号频率幅度信息、已调波频谱波形。

7、图5 AM调制程序前面板下图为AM模拟调制程序框图图6 AM模拟调制程序框图该程序框图根据AM调制原理，利用乘法器实现载波与调制波相乘，得到已调波信号。运行程序时，不断改变载波幅度与调制信号幅度，可以观察到已调波的信号包络出现明显变化，当载波幅度小于调制信号幅度时，即调幅指数 >1时，会进入过调幅状态，如图7所示，此时进行包络检波会出现失真。图7 过调幅现象五、遇到的问题及解决方法：1、首次添加的“正弦波形”控件，无法设置其“每秒采样率”和“采样数”信息，致使程序无法运行，后来选用了如图6所示的“仿真信号”发生器，则可以设置“每秒采样率”和“采样数”，生成题目要求的正弦波形。2、由于我们

8、采用了仿真信号发生器，其生成的信号已为动态数据，因此无需再使用“转换到动态数据”控件，而是直接进行信号处理即可。六、扩展问题：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： 多数的线性调制的应用都

9、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。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。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

10、）。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。DSB与SSB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。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

11、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。七、心得：第一次接触LabView，其图形化的编程界面给