基于LabView的幅度调制

基于LabView的幅度调制

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1 实验任务

本实验的目的是根据理论课上学习的模拟调制（AM ）相关知识，在LabVIEW 平台上完成一个AM 演示程序，实现简单的AM 调制。目标是使学生初步了解图形化的编程方式，并学习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。

2 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：

()()()()()()000cos cos θωθω+++==t t f t A t c t m t s c c AM （式2-1） 式中，)(t m 是调制信号，其直流分量为0A ，交流分量为；)(t c 是载波信号，其为角频率为c ω、初始相位为0θ的余弦信号。

从（式2-1）我们能够得出幅度调制的已调信号就是)(t m 和)(t c 的乘积。为了实现)(t m 能够对载波信号的幅度实现线性调制，)(t m 应该包含直流分量来保证0)(≥t m ，也就是 ()0max A t f ≤ （式2-2）

这样的话才能够保证()t s AM 的包络完全在时间轴上方，如图2-1所示。

图2-1 时域波形

根据（式2-2），为避免产生“过调幅”现象而导致包络检波的结果严重失真，因此定义一个重要参数：

10≤=

A A m AM β （式2-3）

式中，称AM β为调幅指数，或调幅深度；m A 代表信源信号()t f 的最大幅值。一般AM β不超过0.8。 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

22200000000θθωωωωδπωωωωδπωj j AM e F A e F A S -+-++++=- (式2-4) 频谱如图2-2所示：

图2-2 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。3 实验步骤

打开该VI ，检查已经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3-1展现了完成程序在运行时的前面板：

载频信号

AM 调制边带

图3-1 完成程序的前面板

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。

以下图3-2为可视化程序框图：

图3-2 可视化程序框图

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。

4 结论及分析

我们小组按照要求的实验步骤连接各个控件，并且改变载波、调制幅值和频率取值，看到了这些参数对信号幅度调制过程的影响，下面是得到的相应的幅度调整图像。

图4-1 常规调幅波形

图4-2 过调幅

5 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，载波分量并不携带信息，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，简称双边带调制（DSB）。DSB的调制效率为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：概念：均为幅度调制，AM是调幅，带载波；DSB是抑制载波的调幅，可增加功率效率，但两个边带均传输相同的信息；SSB单边带抑制了一个边带，相对DSB减少了一半带宽，因此带宽效率翻番，其中，抑制下边带的称为USB，抑制下边带的称为LSB，两个边带也可以分别传输不同的信息，称为ISB；由于单边带实现上对滤波器要求较高，因此在此基础上出现残留边带，即VSB。

实现方式：

○1DSB 时域：s DSB(t) = m(t) cos w0t 频域：S DSB(w) = 1/2M(w+ w0) + 1/2M(w- w0)

○2SSB 时域：s LSB(t) =1/2m(t) cos w o t +1/2^m(t) sin w o t 频域：S LSB(w) = SDSB * HL(w)