LabVIEW 在通信原理课程教学中的应用研究

（广东第二师范学院物理与信息工程系，广东 广州 510303）

0 引言

《通信原理》的特点是理论性强、概念抽象、对数学基础及其应用能力要求较高，学生不易理解与掌握，容易失去学习的兴趣。因此，如何帮助学生有效地理解和掌握抽象概念和基本原理，提高学生的学习兴趣，是本课程教学面临的一个难题。随着计算机仿真技术的发展，相关的仿真软件为通信原理课程的教学提供强有力的指导[1]。LabVIEW 的实质是一种图形化编程，具有丰富的库函数库、数据信息库和各种控件，使得通信系统的设计与开发更加高效便捷。基于LabVIEW 的仿真平台具备多种测试仪器和数据采集设备，非常适合通信系统的设计、分析与应用[2]。本文以DSB 信号为例介绍利用LabVIEW 建立模型及仿真的效果。

1 双边带（DSB）调制原理

DSB 调制的原理是在AM 调制的基础上，抑制直流分量，将基带信号与载波直接相乘得到，其调制模型如图1所示：表示调制信号，通常设其平均值为0。是载波，所形成的SDSB（t）就是抑制载波双边带信号，简称为双边带信号（DSB）[3]。由于双边带信号调制中不存在载波分量，所以双边带信号是百分百调制的，即全部的功率都用于信号的传递，DSB 信号一般采用相干解调完成信号的解调[4]。

图1 DSB调制模型

其时域表达式为：

2 基于LabVIEW 软件的DSB 应用

根据DSB 调制与解调原理，仿真设计的整体思路如下：从函数选版中选取相应的函数VI，生成基带信号和载波信号，根据DSB 调制模型图设计并连接线路，生成已调信号。解调部分采用相干解调法，将已调信号与同频同相的载波信号相乘，经过滤波器得到解调信号。

2.1 程序框图设计

在程序框图中执行“函数”“信号处理”“波形生成”“正弦波形”操作，设置相关的仿真参数，得到基带信号。在“函数”“信号处理”“波形生成”子选版中，选取基本函数发生器VI 产生仿真信号，将信号类型选为正弦波，设置相关的仿真参数即可得到载波信号。在程序框图中执行“函数”“数值”“乘”，得到乘法器，然后将基带信号与载波信号与乘法器相连接，即可生成DSB 信号。将DSB 信号与载波进行相乘，连接一个低通滤波器（LPF），得到解调信号。在“信号分析”子选版中，选取频谱测量VI，将DSB 信号与其相连即可得到DSB 的频谱图。为便于对比观察结果，利用创建数组VI，将基带信号与已调信号的时域特性以及基带信号与DSB 信号的频域特性分别绘制在一个波形图中。

图2 DSB调制程序框图

2.2 运行结果

在前面版中通过数字输入控件调控基带频率、基带幅值、载波频率和载波幅值等参数，具体设置如下：基带信号的频率为10Hz，幅值为1V，初始相位为0；载波信号的频率为100Hz，幅值为1V，初始相位为90。观察基带信号与已调信号的时域波形图和频谱分析图，结果如图3所示。通过观察图3（a），不难发现复原的解调信号相比于基带信号的幅度减少了一半，但其频率和相位并未发生改变。由图3（b）可以看出，DSB 信号中不存在载波分量，频谱中只有上、下两个边带，经过载波信号的调制，DSB 信号带宽是基带信号带宽的两倍，且频谱中心频率偏移的大小正好是载波频率的大小（100Hz）。对比AM 调制，DSB 调制不用消耗载波功率，即全部功率都用于信息传输，这说明DSB 是一种高调制效率的调制方式，调制效率可达百分之百。

图3

3 结束语

本文利用LabVIEW 完成了模拟通信系统的构建，主要以DSB 为例详细论述了在LabVIEW 软件平台上的仿真过程。通过调控调制系统的相关参数，得到相应的输出波形，实现了系统输入输出波形的直观显示，动态展现了模拟调制的时域波形与频域频谱的关系，使得学生们更加容易理解和掌握相关的通信原理及概念，提高了课堂效率。将LabVIEW 仿真软件应用于通信原理课程教学中，不仅可以获得良好的课堂教学效果，更有利于学生们进行综合性与拓展性的设计与开发，提升实践创新能力。