基于LabVIEW的“通信原理”課程實驗研究

□周子楠

基于LabVIEW的“通信原理”課程實驗研究

□周子楠

在LabVIEW仿真軟件的基礎上，以模擬信號的振幅調制（AM）為實驗案例，彌補了硬件實驗只能觀察波形、不能對系統性能進行分析的缺點，可以深入地對系統性能進行對比分析，加深對知識的消化理解，極大地提高了實驗的教學效果。

通信原理實驗；系統仿真；LabVIEW

“通信原理”是高等職業學校電子與信息技術類專業一門重要的專業基礎課，以通信系統基本原理為研究對象，包括模擬系統、數字系統、編碼等，都是通信系統設計和工作的基本方法和原理，掌握這門課程對于從事電子信息相關職業十分重要。

傳統的通信原理實驗主要是使用通信原理實驗箱，是書本上的驗證性實驗，這種類型的實驗學生動手操作少，實驗的設計性差，開發新實驗的空間受到很大的限制，實驗室投入資金大，而且后期想進一步引入新技術比較困難。而仿真軟件的引入很好地彌補傳統硬件實驗這方面的缺陷，極大地提高了實驗的設計性和創新性，大大激發了學生的學習興趣，實現了通信系統理論與計算機仿真技術相結合的實踐教學。

根據學校對中高等職業教育以培養社會大量需要的具有一定專業技能的熟練勞動者和各種實用人才為主的培養目標的要求，針對 “通信原理”課程的特點，開設基于LsbVIEW的通信原理實驗，改進傳統的實驗教學方法，是實現培養目標的重要手段。

一、LabVIEW介紹

LsbVIEW是一種圖形化的編程語言的開發環境，廣泛被工業界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。LsbVIEW功能強大，豐富的庫函數專門為信號處理、通信等功能而設計，非常適合通信系統的設計、分析與應用。LsbVIEW程序特點是程序框圖化，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果，通過后面板的框圖化程序可以看到前面板運行結果是如何具體實現的。采用模塊化程序設計語言，軟件形式靈活，易于理解，能充分反映通信系統的每一步實現過程，各點波形和參數生動形象，特別適合通信系統的設計、項目開發與應用。目前，LsbVIEW在南京市中高等職業學校電子與信息技術學科相關專業中使用的較少，為了提高學生的動手能力，為今后的就業提高競爭力，在通信原理實驗中開設此類軟件的應用。

二、實驗分析

模擬信號的調制就是把模擬信號轉換成適合在信道中傳輸的形式的一種過程，它在通信系統中的作用十分重要。現以模擬信號的振幅調制 （AM)為例說明LsbVIEW的實驗過程。

1.振幅調制 （AM）原理

LsbVIEW程序的特點是程序框圖化，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果，通過后面板的框圖化程序可以看到前面板運行結果是如何具體實現的。學生可以在后面板上設計程序，在前面板上觀察結果，并做仿真實驗。

模擬信號的振幅調制是指對信號進行幅度調制。幅度調制是正弦載波的幅度隨調制信號作線性變化的過程。AM的程序設計分為以下步驟：基帶信號的形成，載波信號的形成，調制信號的產生。如圖1（P73)所示，在AM調制模塊后面板可以看出：要產生調制信號，在流程圖中用乘法器將載波信號和處理過的基帶信號相乘，得到AM調制信號。在流程圖中執行Functions>>Signsl Processing>>Signsl Generstion>>Sine Wsve.vi操作，即可調入Sine Wsve.vi圖標；在流程圖中執行Functions選擇，得到乘法器或加法器。

2.設計過程

繪出AM調制程序：用多諧波發生器產生一個仿真基帶信號，將它和直流偏移相加，再和一個多諧波發生器產生的余弦載波相乘，便可以得到AM調制信號，這就完成了AM信號的調制。

圖1 AM調制模塊后面板

圖2 AM調制模塊前面板

根據上述分析，選擇基帶信號為正弦波，載波信號也為正弦波。設置基帶信號的頻率為8Hz，幅值為1V，初始相位為0；設置載波信號的頻率為80Hz，幅值為1V，初始相位為0；直流偏移為2V。基帶信號y=sin（20πt)。

3.運行結果分析

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

后面板程序設計完成以后，在圖2系統前面板中，學生可以做AM調制的仿真實驗，面板中顯示了基帶信號的波形圖和頻譜圖、AM調制信號的波形圖和頻譜圖。學生可以調整基帶信號的幅度、頻率和載波信號的相關參數來觀察AM調制信號的變化規律。學生通過觀察波形及數據測量，更加生動形象地理解了AM調制的相關知識點。

在AM實驗的基礎上，可以引導學生進行其他模擬信號系統的設計，如DSB、SSB、PCM等。在課程設計的時候，對于其他通信系統的教學仍然可以采用這種軟件實驗的方式。通過這些設計性實驗的訓練，鞏固了理論知識，加深了對通信系統仿真和技術日益更新的了解，有利于培養學生的實驗操作能力和創新思維的能力。

本文通過LsbVIEW軟件平臺，使 “通信原理”這一課程的知識投射到仿真軟件環境下，方便學生更好地理解和把握這門課程。LsbVIEW軟件在通信原理實驗中的應用，能夠使學生對該課程有更深入的理解，補充傳統電路實驗覆蓋面的不足，生動形象的解析通信系統，使枯燥的理論變得生動形象，通信系統軟件仿真和硬件實現真正統一，并且讓學生接觸到 “軟件無線電”的思想，為今后的職業發展打下基礎。

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

[3]孫愛晶,張明遠,劉毓.軟件仿真平臺在通信原理實驗教學改革中的實踐[J].中國現代教育裝備,2009,(7):95-96.

（編輯：秦俊嫄）

G642.0

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1671-0568（2016)23-0072-02

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