LabVIEW 在通信原理課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

（廣東第二師范學(xué)院物理與信息工程系，廣東 廣州 510303）

0 引言

《通信原理》的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、概念抽象、對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用能力要求較高，學(xué)生不易理解與掌握，容易失去學(xué)習(xí)的興趣。因此，如何幫助學(xué)生有效地理解和掌握抽象概念和基本原理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是本課程教學(xué)面臨的一個(gè)難題。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)的仿真軟件為通信原理課程的教學(xué)提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)[1]。LabVIEW 的實(shí)質(zhì)是一種圖形化編程，具有豐富的庫(kù)函數(shù)庫(kù)、數(shù)據(jù)信息庫(kù)和各種控件，使得通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)更加高效便捷?；贚abVIEW 的仿真平臺(tái)具備多種測(cè)試儀器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，非常適合通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析與應(yīng)用[2]。本文以DSB 信號(hào)為例介紹利用LabVIEW 建立模型及仿真的效果。

1 雙邊帶（DSB）調(diào)制原理

DSB 調(diào)制的原理是在AM 調(diào)制的基礎(chǔ)上，抑制直流分量，將基帶信號(hào)與載波直接相乘得到，其調(diào)制模型如圖1所示：表示調(diào)制信號(hào)，通常設(shè)其平均值為0。是載波，所形成的SDSB（t）就是抑制載波雙邊帶信號(hào)，簡(jiǎn)稱為雙邊帶信號(hào)（DSB）[3]。由于雙邊帶信號(hào)調(diào)制中不存在載波分量，所以雙邊帶信號(hào)是百分百調(diào)制的，即全部的功率都用于信號(hào)的傳遞，DSB 信號(hào)一般采用相干解調(diào)完成信號(hào)的解調(diào)[4]。

圖1 DSB調(diào)制模型

其時(shí)域表達(dá)式為：

2 基于LabVIEW 軟件的DSB 應(yīng)用

根據(jù)DSB 調(diào)制與解調(diào)原理，仿真設(shè)計(jì)的整體思路如下：從函數(shù)選版中選取相應(yīng)的函數(shù)VI，生成基帶信號(hào)和載波信號(hào)，根據(jù)DSB 調(diào)制模型圖設(shè)計(jì)并連接線路，生成已調(diào)信號(hào)。解調(diào)部分采用相干解調(diào)法，將已調(diào)信號(hào)與同頻同相的載波信號(hào)相乘，經(jīng)過(guò)濾波器得到解調(diào)信號(hào)。

2.1 程序框圖設(shè)計(jì)

在程序框圖中執(zhí)行“函數(shù)”“信號(hào)處理”“波形生成”“正弦波形”操作，設(shè)置相關(guān)的仿真參數(shù)，得到基帶信號(hào)。在“函數(shù)”“信號(hào)處理”“波形生成”子選版中，選取基本函數(shù)發(fā)生器VI 產(chǎn)生仿真信號(hào)，將信號(hào)類型選為正弦波，設(shè)置相關(guān)的仿真參數(shù)即可得到載波信號(hào)。在程序框圖中執(zhí)行“函數(shù)”“數(shù)值”“乘”，得到乘法器，然后將基帶信號(hào)與載波信號(hào)與乘法器相連接，即可生成DSB 信號(hào)。將DSB 信號(hào)與載波進(jìn)行相乘，連接一個(gè)低通濾波器（LPF），得到解調(diào)信號(hào)。在“信號(hào)分析”子選版中，選取頻譜測(cè)量VI，將DSB 信號(hào)與其相連即可得到DSB 的頻譜圖。為便于對(duì)比觀察結(jié)果，利用創(chuàng)建數(shù)組VI，將基帶信號(hào)與已調(diào)信號(hào)的時(shí)域特性以及基帶信號(hào)與DSB 信號(hào)的頻域特性分別繪制在一個(gè)波形圖中。

圖2 DSB調(diào)制程序框圖

2.2 運(yùn)行結(jié)果

在前面版中通過(guò)數(shù)字輸入控件調(diào)控基帶頻率、基帶幅值、載波頻率和載波幅值等參數(shù)，具體設(shè)置如下：基帶信號(hào)的頻率為10Hz，幅值為1V，初始相位為0；載波信號(hào)的頻率為100Hz，幅值為1V，初始相位為90。觀察基帶信號(hào)與已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形圖和頻譜分析圖，結(jié)果如圖3所示。通過(guò)觀察圖3（a），不難發(fā)現(xiàn)復(fù)原的解調(diào)信號(hào)相比于基帶信號(hào)的幅度減少了一半，但其頻率和相位并未發(fā)生改變。由圖3（b）可以看出，DSB 信號(hào)中不存在載波分量，頻譜中只有上、下兩個(gè)邊帶，經(jīng)過(guò)載波信號(hào)的調(diào)制，DSB 信號(hào)帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，且頻譜中心頻率偏移的大小正好是載波頻率的大小（100Hz）。對(duì)比AM 調(diào)制，DSB 調(diào)制不用消耗載波功率，即全部功率都用于信息傳輸，這說(shuō)明DSB 是一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式，調(diào)制效率可達(dá)百分之百。

圖3

3 結(jié)束語(yǔ)

本文利用LabVIEW 完成了模擬通信系統(tǒng)的構(gòu)建，主要以DSB 為例詳細(xì)論述了在LabVIEW 軟件平臺(tái)上的仿真過(guò)程。通過(guò)調(diào)控調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，得到相應(yīng)的輸出波形，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)輸入輸出波形的直觀顯示，動(dòng)態(tài)展現(xiàn)了模擬調(diào)制的時(shí)域波形與頻域頻譜的關(guān)系，使得學(xué)生們更加容易理解和掌握相關(guān)的通信原理及概念，提高了課堂效率。將LabVIEW 仿真軟件應(yīng)用于通信原理課程教學(xué)中，不僅可以獲得良好的課堂教學(xué)效果，更有利于學(xué)生們進(jìn)行綜合性與拓展性的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，提升實(shí)踐創(chuàng)新能力。