周一16：00-幅度调制实验

通信原理实验基于LabVIEW的幅度调制姓名：学号：组员：指导教师：日期：2023年12月14日上课时间：星期一第五大节实验目标在本实验中要在LabVIEW上完成幅度调制(AmplifyModulation,AM)的演示程序。通过实验，将能更好的理解AM调制原理，初步了解图形化的编程方法，学习LabVIEW的操作以及根本模块的使用和调试方法，为后续实验奠定根底。实验仪器软件环境：LabVIEW2023〔或以上版本〕；硬件环境：无；根本原理及分析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： (5.1)式中，是调制信号，其直流分量为，交流分量为f(t)；是载波信号，为角频率为、初始相位为的余弦信号。从式〔5.1〕我们能够得出，幅度调制的已调信号就是和的乘积。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，即 (5.2)这样才能够保证sAM(t)的包络完全在时间轴上方，如REF_Ref414211274\h图5-2图5-SEQ图5-\*ARABIC2调幅信号时域表示根据式〔5.2〕，为防止产生“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： (5.3)式中，称为调幅指数，或调幅深度；代表调制信号的最大幅值。一般不超过0.8。下面对AM调制在频域上进行分析。对于式〔5.1〕，我们能够直接通过傅里叶变换得到其频域表达式，如式(5.4〕所示。sAMω=频谱如REF_Ref414211460\h图5-3所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC3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。实验任务实现本实验主程序前面板如REF_Ref414211227\h图5-1所示，四个波形图从左到右分别为载波信号时域图、已调信号时域图、已调信号频域图和解调信号时域图。四个水平滑动条可以分别改变载波信号的幅度和频率、调制信号的幅度和频率。需要改变这四个参数，观察四个波形图的变化，确定解调信号的频率和幅度与原信号是否一致。图5-SEQ图5-\*ARABIC1幅度调制实验前面板本实验主程序主要包括以下4个模块，其功能分别如下所述。〔1〕输入参数本模块主要用于设定AM调制的4个主要参数：载波频率、载波幅度、调制信号频率、调制信号幅度。用这4个参数就可以对信号进行AM调制了。〔2〕AM调制本模块主要用于对信号实行AM调制。〔3〕AM解调本模块主要用于对AM信号实行解调。〔4〕显示控件本模块主要实时显示信号的波形和参数，以便你更加直观的理解调制解调的实际含义。本实验包含的显示控件有：载波信号时域图、AM已调信号的时域图、已调信号的频域图、解调信号的时域图以及解调信号的频率值和幅度值。本次实验中需要完成的程序为AMMod&dem(student)程序。完成AMMod&dem(student)子程序的步骤如下：翻开该程序，检查已经提供的前面板和程序框图。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。在完成这个程序后，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，并且在解调信号时域波形图中能看到解调后的波形，检测到的频率和幅度应该和你设置的相同。REF_Ref414214826\h图5-4给出了完成后程序运行时的前面板：图5-SEQ图5-\*ARABIC4完成程序的前面板如REF_Ref414214848\h图5-5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5-SEQ图5-\*ARABIC5未完成程序的程序面板下面介绍操作步骤：〔1〕设置正弦波形函数的采样信息。利用正弦波形函数的输出与载波幅度相乘得到载波信号。〔2〕设置另一个正弦波形函数，使其产生调制波形。〔3〕利用两个转换到动态数据控件，分别将两个正弦波形函数的输出波形转换为动态数据。〔4〕AM调制相当于先把调制信号与一个直流信号相加，再与载频相乘，由此得到AM调制信号。〔5〕利用FFT功率谱和PSD函数产生频谱。〔6〕根据AM调制原理，编写解调程序。单击运行按钮执行VI，改变载波、调制信号的幅值和频率值，查看这些参数对幅度调制的影响。改变参数后的波形实验结论与分析通过实验仿真，不难发现：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。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。通过单击运行按钮执行VI，改变载波、调制信号的幅值和频率值发现已调波包络与调制信号波形呈线性关系，已调波的频谱的幅度与载波的幅度呈线性变化；已调波的频谱边带的幅度与调制波的幅度呈线性关系；已调波的频谱与载波的频率呈线性关系，随载波频率的变化而发生线性位移；与调制信号的频率也有一定的线性关系，其双边带的频谱随调制信号频谱的变化而发生线性位移。遇到的问题及解决方法在调试程序的过程中，初次接触labview的我们对于添加控件和对于控件的编辑调试不太清楚，比拟迷茫的开始，通过和同学讨论，慢慢熟悉了对于labview的应用，添加控件以及对于控件的了解应用都不再是困难；幅度调制的原理和解调原理了解但是不会使用，通过查找相关资料才确定了程序的大体构造进行设计；滤波器的频率的选择对于实验结果的影响较大，我们经过几番调试才最终确定其截至频率为150k；对于所加直流大小的问题，开始时加的直流为5v，调试过程中出现了过调幅的现象，后来将直流加到10v，调幅波的最大值，防止了过调幅现象的出现。实验扩展解答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成效？答：在AM信号中，载波分量并不携带信息，仍占据大局部功率，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%。简述DSB、SSB、VSB的概念和实现方式。分析并比拟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，因此在此根底上出现残留边带，即VSB。实现方式：eq\o\ac(○,1)DSB时域：sDSB(t)=m(t)cosw0t频域：SDSB(w)=1/2M(w+w0)+1/2M(w-w0)eq\o\ac(○,2)SSB时域：sLSB(t)=1/2m(t)coswot+1/2^m(t)sinwot频域：SLSB(w)=SDSB*HL(w)图5-1DSB与SSB信号波形eq\o\ac(○,3)VSB时域：sVSB(t)=1/2m(t)coswot+1/2^m(t)sinwot频域：sVSB(w)=1/2[M(w+wo)+M(w-wo)]*HVSB(w)DSB与SSB抗噪声性能比拟：从外表上看，GDSB=2，GSSB=1，但不能说双边带系统的抗噪性能优于单边带一倍。实际上，由于双边带系统的带宽DSB是单边的2倍，故噪声功率的输入也大于2倍，尽管G相差2倍，两者抵消。实际上，双边带和单边的抗噪性能是相同的。图5-2VSB信号波形3.根据已学知识简述幅度调制有哪些解调方式，它们的根本原理是什么，各有什么优缺点？答：eq\o\ac(○,1)相干解调图5-3相干解调原理图由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项别离，无失真的恢复出原始的调制信号优缺点：相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的的载波。如果同频同相位条件得不到满足，那么会破坏原始信号的恢复。但是假设不考虑载波的恢复那么得到的波形失真小。eq\o\ac(○,2)包络检波图5-4包络检波器原理串联型包络检波器，电路由二极管D、电阻R和电容C组成。当RC满足条件时，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即包络检波器输出的信号中，通常含有频率为wc的波纹，可由LPF滤除。包络检波法属于相干解调法，其特点是：解调效率高，解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。故几乎所有的调幅〔AM〕式接收机都采用这种电路。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：①门限效应：就是当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后，检波器输出信噪比出现急剧恶化的一种现象。②因为，门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的，而AM信号采用了包络检波法，所以会产生门限效应。③门限效应是包络解调〔非相干解调〕独有的特点，是由包络检波器的非线性解调作用引起的。相干解调仅适用于窄带调频信号，非相干解调适用于窄带和宽带调频。FM系统实际上是以带宽换信噪比〔这点通过与AM系统比拟看出〕。随着带宽增加，输入噪声功率会随之增大，在输入信号功率不变的条件下，输入信噪比下降。在小信噪比情况下,调制信号无法与噪声分开，而且有用信号淹没在噪声之中，此时检波器输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，也就是出现了门限效应。心得通过本次试验，我们再一次复习了以前学过的相关知识，了解了幅度调制的根