基于LabVIEW的模拟调制解调系统设计

摘要：简要说明通信过程中模拟调制和解调的原理，基于NI LabVIEW 8．5软件平台，设计开发了模拟调制和解调软件系统，通过该系统可以在时域和频域中实时观察幅度、双边带、单边带和残留边带信号，并分析其仿真结果。该设计系统可以应用于信号和通信等教学及实验课程中，加深学生对这类课程理解和掌握，从而提高高校理工科的教学水平和质量。
关键词：LabVIEW；模拟调制；解调；实时观察

0 引言
随着信息时代的快速发展，信息科学技术已成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大动力，调制和解调系统在通信、广播、电视等信息传输系统已得到了广泛的应用。调制可以使信号适用于无线信道传输，幅度、双边带、单边带调制是短波通信的三种主要方式。其中单边带调制已经成为短波通信的一种重要的调制方式；幅度调制的优点是接收设备简单，缺点是功率利用率低，抗干扰能力差，目前主要用于中波和短波的调幅广播中；双边带调制设备较复杂，应用较少，一般只用于点对点的专用通信。单边带制式普遍用于频带比较拥挤的场合，如短波的无线电广播和频分多路复用系统中。该文主要是基于LabVIEW平台对幅度调制(Amplitude Modulation，AM)、双边带调制(Double Side Band，DSB)、单边带(Single Side Band，SSB)凋制、残留边带调制(Vesttigial Side Band，VSB)进行了设计。LabVIEW自从1986年在美国国家仪器公司(NI)公司问世以来，以简单易用的图形化编程语言平台和强大的图形用户界面，已被越来越多的工程技术人员所青睐，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。

1 调制原理
1．1 幅度调制
通过调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号做线性变化。它是将基带信号的m(t)与一个直流分量A0相加后与载波相乘，即可形成调幅信号，其时域表达式如式(1)所示：

幅度调制的模型图如图1所示。

在幅度信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果抑制载波，只需将直流A0去掉，即可输出抑制载波的双边带信号。
1．2 双边带调制
双边带调制是在幅度调制基础上将直流A0分量去掉后得到的一种高效的调制方式——抑制载波双边带信号。双边带调制模型图如图2所示。

其时域表达式和频域表达式分别如式(3)，式(4)所示。

1．3 单边带调制
单边带调制实现的方法主要有两种：滤波法和相移法，本文采用滤波法产生单边带信号，即先产生一个双边带调制信号，通过一个滤波器滤除一部分边带就得到了单边带信号，单边带调制模型图如图3所示。

在本系统的设计中，通过一个高通滤波器滤除下边带的频率分量，保留上边带的频率分量，其传输函数表达式和单边带频域表达表如式(5)，式(6)所示。


2 LabVIEW实现
LabVIEW程序由前面板程序和程序框图两部分组成，LabVIEW的前面板就像是一台电子仪器的操作面板，用以控制和显示实验结果；在程序框图中编写图形化程序，实现仪器的功能。基于LabVIEW产生双边带信号、单边带信号及对应的波形和频谱显示。根据调制原理，将一个低频正弦波和一个载波相乘，得到双边带信号，经过滤波器滤波得到单边带信号，直流信号与低频正弦波相加之后，再与一个载波相乘，便可得到调幅信号，同时为了更方便地观看波形和频谱图，更加直观地得出结果。模拟调制解调前面板如图4所示，通过调制旋钮选择调制波形，调幅旋钮选择波形，通过时域波形、功率谱、解调信号显示结果波形。

模拟调制解调系统程序框图如图5所示，该程序框图由三部分组成：模拟调制、解调和调制显示。模拟调制部分通过信号生成函数产生模拟信号和载波信号，再通过调制旋钮选择何种调制；解调部分是已调信号与调制同频的载波信号相乘，经过滤波器滤波后得到解调信号；调制显示部分将通过时域波形显示，频谱测量信号通过功率谱显示结果，调制显示灯通过调制选择旋钮信号与相应数字相减，通过等0函数判断为真时，显示灯亮。

幅度调制程序框图中将调制信号与直流信号相加，再与载波信号相乘便得到了幅度调制信号，幅度调制程序框图如图6所示。幅度调制结果显示如图7所示，调制旋钮选择2，调幅旋钮选择在1～5之间，调制信号灯亮，时域波形显示时域幅度调制波形，频谱波形的中心频率为100 Hz，由于直流信号和上、下边带叠加在一起成为90～110 Hz信号，解调波形与调制波形相同。
在双边带调制的条件结构中，将调制信号与载波信号相乘后得到了双边带调制信号，双边带调制信号程序框图如图8所示。双边带调制结果如图9所示，调制旋钮选择3，双边带调制信号灯亮，时域波形图显示幅度调制波形，频谱波形的中心频率为100Hz，由上边带、下边带叠加在一起构成90～110 Hz信号。DSB的功率谱与AM相近，只显示上、下边带的中心频率中去除了载波分量，DSB信号的调制效率是100％，即全部功率都用于信息传输。