基于LabVIEW的“通信原理”課程實(shí)驗(yàn)研究

□周子楠

基于LabVIEW的“通信原理”課程實(shí)驗(yàn)研究

□周子楠

在LabVIEW仿真軟件的基礎(chǔ)上，以模擬信號(hào)的振幅調(diào)制（AM）為實(shí)驗(yàn)案例，彌補(bǔ)了硬件實(shí)驗(yàn)只能觀察波形、不能對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析的缺點(diǎn)，可以深入地對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行對(duì)比分析，加深對(duì)知識(shí)的消化理解，極大地提高了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

通信原理實(shí)驗(yàn)；系統(tǒng)仿真；LabVIEW

“通信原理”是高等職業(yè)學(xué)校電子與信息技術(shù)類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，以通信系統(tǒng)基本原理為研究對(duì)象，包括模擬系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)、編碼等，都是通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工作的基本方法和原理，掌握這門課程對(duì)于從事電子信息相關(guān)職業(yè)十分重要。

傳統(tǒng)的通信原理實(shí)驗(yàn)主要是使用通信原理實(shí)驗(yàn)箱，是書本上的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這種類型的實(shí)驗(yàn)學(xué)生動(dòng)手操作少，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性差，開發(fā)新實(shí)驗(yàn)的空間受到很大的限制，實(shí)驗(yàn)室投入資金大，而且后期想進(jìn)一步引入新技術(shù)比較困難。而仿真軟件的引入很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)這方面的缺陷，極大地提高了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)了通信系統(tǒng)理論與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)。

根據(jù)學(xué)校對(duì)中高等職業(yè)教育以培養(yǎng)社會(huì)大量需要的具有一定專業(yè)技能的熟練勞動(dòng)者和各種實(shí)用人才為主的培養(yǎng)目標(biāo)的要求，針對(duì) “通信原理”課程的特點(diǎn)，開設(shè)基于LsbVIEW的通信原理實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的重要手段。

一、LabVIEW介紹

LsbVIEW是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，廣泛被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LsbVIEW功能強(qiáng)大，豐富的庫函數(shù)專門為信號(hào)處理、通信等功能而設(shè)計(jì)，非常適合通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析與應(yīng)用。LsbVIEW程序特點(diǎn)是程序框圖化，通過前面板的輸入控件和顯示控件可觀察輸入條件及輸出結(jié)果，通過后面板的框圖化程序可以看到前面板運(yùn)行結(jié)果是如何具體實(shí)現(xiàn)的。采用模塊化程序設(shè)計(jì)語言，軟件形式靈活，易于理解，能充分反映通信系統(tǒng)的每一步實(shí)現(xiàn)過程，各點(diǎn)波形和參數(shù)生動(dòng)形象，特別適合通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目開發(fā)與應(yīng)用。目前，LsbVIEW在南京市中高等職業(yè)學(xué)校電子與信息技術(shù)學(xué)科相關(guān)專業(yè)中使用的較少，為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力，為今后的就業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力，在通信原理實(shí)驗(yàn)中開設(shè)此類軟件的應(yīng)用。

二、實(shí)驗(yàn)分析

模擬信號(hào)的調(diào)制就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程，它在通信系統(tǒng)中的作用十分重要?，F(xiàn)以模擬信號(hào)的振幅調(diào)制 （AM)為例說明LsbVIEW的實(shí)驗(yàn)過程。

1.振幅調(diào)制 （AM）原理

LsbVIEW程序的特點(diǎn)是程序框圖化，通過前面板的輸入控件和顯示控件可觀察輸入條件及輸出結(jié)果，通過后面板的框圖化程序可以看到前面板運(yùn)行結(jié)果是如何具體實(shí)現(xiàn)的。學(xué)生可以在后面板上設(shè)計(jì)程序，在前面板上觀察結(jié)果，并做仿真實(shí)驗(yàn)。

模擬信號(hào)的振幅調(diào)制是指對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制。幅度調(diào)制是正弦載波的幅度隨調(diào)制信號(hào)作線性變化的過程。AM的程序設(shè)計(jì)分為以下步驟：基帶信號(hào)的形成，載波信號(hào)的形成，調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生。如圖1（P73)所示，在AM調(diào)制模塊后面板可以看出：要產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，在流程圖中用乘法器將載波信號(hào)和處理過的基帶信號(hào)相乘，得到AM調(diào)制信號(hào)。在流程圖中執(zhí)行Functions>>Signsl Processing>>Signsl Generstion>>Sine Wsve.vi操作，即可調(diào)入Sine Wsve.vi圖標(biāo)；在流程圖中執(zhí)行Functions選擇，得到乘法器或加法器。

2.設(shè)計(jì)過程

繪出AM調(diào)制程序：用多諧波發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)仿真基帶信號(hào)，將它和直流偏移相加，再和一個(gè)多諧波發(fā)生器產(chǎn)生的余弦載波相乘，便可以得到AM調(diào)制信號(hào)，這就完成了AM信號(hào)的調(diào)制。

圖1 AM調(diào)制模塊后面板

圖2 AM調(diào)制模塊前面板

根據(jù)上述分析，選擇基帶信號(hào)為正弦波，載波信號(hào)也為正弦波。設(shè)置基帶信號(hào)的頻率為8Hz，幅值為1V，初始相位為0；設(shè)置載波信號(hào)的頻率為80Hz，幅值為1V，初始相位為0；直流偏移為2V?；鶐盘?hào)y=sin（20πt)。

3.運(yùn)行結(jié)果分析

本系統(tǒng)前面板 （如圖2所示)中，包含了基帶信號(hào)與調(diào)制信號(hào)的輸出顯示圖控件。輸入型數(shù)字控件供使用者輸入：基帶信號(hào)的類型、頻率、幅值；載波信號(hào)的頻率、幅值；直流偏移量。執(zhí)行操作Controls>>Numeric>>DigitslControl，得到輸入型數(shù)字控件。四個(gè)輸出顯示型圖形控件是用來顯示基帶信號(hào)的波形和頻譜，AM信號(hào)的波形和頻譜。執(zhí)行操作Controls>>Grsph>>Wsveform？Chsrt，得到輸出顯示型圖形控件。

后面板程序設(shè)計(jì)完成以后，在圖2系統(tǒng)前面板中，學(xué)生可以做AM調(diào)制的仿真實(shí)驗(yàn)，面板中顯示了基帶信號(hào)的波形圖和頻譜圖、AM調(diào)制信號(hào)的波形圖和頻譜圖。學(xué)生可以調(diào)整基帶信號(hào)的幅度、頻率和載波信號(hào)的相關(guān)參數(shù)來觀察AM調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。學(xué)生通過觀察波形及數(shù)據(jù)測(cè)量，更加生動(dòng)形象地理解了AM調(diào)制的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

在AM實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行其他模擬信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如DSB、SSB、PCM等。在課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)于其他通信系統(tǒng)的教學(xué)仍然可以采用這種軟件實(shí)驗(yàn)的方式。通過這些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，鞏固了理論知識(shí)，加深了對(duì)通信系統(tǒng)仿真和技術(shù)日益更新的了解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新思維的能力。

本文通過LsbVIEW軟件平臺(tái)，使 “通信原理”這一課程的知識(shí)投射到仿真軟件環(huán)境下，方便學(xué)生更好地理解和把握這門課程。LsbVIEW軟件在通信原理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，能夠使學(xué)生對(duì)該課程有更深入的理解，補(bǔ)充傳統(tǒng)電路實(shí)驗(yàn)覆蓋面的不足，生動(dòng)形象的解析通信系統(tǒng)，使枯燥的理論變得生動(dòng)形象，通信系統(tǒng)軟件仿真和硬件實(shí)現(xiàn)真正統(tǒng)一，并且讓學(xué)生接觸到 “軟件無線電”的思想，為今后的職業(yè)發(fā)展打下基礎(chǔ)。

[1]李輝.通信原理[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2012.

[2]張愛平.LsbVIEW入門與虛擬儀器[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2004.

[3]孫愛晶,張明遠(yuǎn),劉毓.軟件仿真平臺(tái)在通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2009,(7):95-96.

（編輯：秦俊嫄）

G642.0

A

1671-0568（2016)23-0072-02

周子楠，碩士，南京市廣播電視大學(xué)江寧分校講師。研究方向：電子信息與通信技術(shù)。