基于LabVIEW的調幅仿真

劉剛 王立香 張連俊

摘 要：基于LabVIEW對調幅信號進行仿真，通過調整載波和消息信號的頻率、幅度等參數，觀察不同參數設計時，調幅信號的波形，設計有助于加深對調幅信號的理解。

關鍵詞：調幅；仿真；LabVIEW

中圖分類號：TP391.9 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0025-02

Abstract： The amplitude modulation signal is simulated based on LabVIEW. By adjusting the frequency and amplitude of carrier and message signal， the waveform of amplitude modulation signal is observed when different parameters are designed. The design is helpful to deepen the understanding of amplitude modulation signal.

Keywords： amplitude modulation； simulation； LabVIEW

引言

無線電通信的任務是將消息信號通過電磁波的形式，正確無誤的傳遞到遠端的接收端。由于消息信號通常是低頻信號，例如，人耳能聽到的聲音的頻率范圍大約在20Hz到20kHz。如果將這種低頻的電信號通過無線電輻射出去，根據天線理論，需要的天線長度要和電振蕩信號的波長相比擬時，才能有效的把信號輻射出去。因此，將低頻的電信號輻射到空中，需要的天線尺寸非常大。在無線電通信系統中，為了將低頻的電信號通過天線的形式輻射到空中，需要將低頻的消息信號裝載到高頻的電振蕩信號上，這就是信號的調制。信號調制的另一個主要目的是選擇不同的高頻載波進行調制，從而有效的區分不同的電臺，使各電臺互不干擾。

調幅（AM）是無線通信的一種重要調制方式，調幅的基本原理是利用低頻的消息信號控制高頻載波的幅度，將低頻消息信號裝載到高頻載波上經天線輻射出去，從而實現信號的遠距離無線通信。掌握調幅信號各參數的意義及調幅信號的波形，對理解調幅信號的原理具有重要的意義。LabVIEW是美國國家儀器（NI）研制的一種圖形化的開發環境，在工業、科技等領域有著重要的應用。本文利用LabVIEW 2017對AM信號進行了仿真，消息信號可以是簡單的余弦信號，也可以是由公式編輯器編輯的復雜信號，通過本系統，可以深入的理解AM調制參數的意義和波形特點。

1 AM原理和軟件設計

消息信號頻譜成分通常比較復雜，但復雜的信號都可用傅里葉級數分解為若干正弦信號的和[1]。因此，對單頻消息信號的調幅特性分析具有普遍意義。設消息信號的數學表達式為：νs=Uscos（Ωst），高頻載波信號為νc=Uccos（Ωct），則調幅信號可以表達為：

實際通信中，消息信號通常是復雜的多頻的電信號，令該信號為fs（t），則對該信號的振幅調制可描述為：

根據上述AM調制原理，本文用LabView 2017 設計了調幅波仿真軟件，原理框圖如圖1所示。

2 仿真分析

程序前面板設計如圖2所示。在應用程序前面板中，通過“消息信號選擇”上下轉換開關，可以分別選擇簡單的正弦消息信號和采用公式編輯器編輯的復雜消息信號，通過復雜信號和簡單信號的AM信號對比，可以加深理解AM信號的包絡和消息信號幅度之間的對應關系。不管是簡單的消息信號還是復雜的消息信號，參數ω和a均由上方的兩個旋鈕來分別調節。對于復雜的消息信號，通過公式編輯對消息信號進行設置，公式的編輯用到的函數和運算符等與C語言類似[2]，因此使用起來非常方便。程序前面板的下方有兩個旋鈕，分別用來設置載波的頻率和幅度。在前面板的右側，有上、下兩個波形顯示窗，分別用來顯示AM調制信號和消息信號的波形。

當消息信號為單頻信號時，調整AM調制的參數，改變AM信號的調幅度，觀察不同調幅度時，AM信號的波形特點。圖2分別給出了調幅度小于1 和大于1時，AM信號的波形。

從圖2（a）中可以看出，當調幅度小于1時，載波信號的幅度發生了改變，也就是載波信號的幅度受到了消息信號的調制，并且，AM信號的包絡和消息信號的幅度成正比，也就是說，載波幅度的改變反映了消息信號的變化規律。

圖2（b）是當調幅度大于1時，調幅信號的波形，從AM信號的包絡可以看出，載波幅度的改變不再反映消息信號的變化規律，即AM信號發生了失真。在這種情況下，不能通過包絡提取載波承載的消息信號。因此，在AM通信過程中，要避免調幅度大于1的情況。根據調幅的原理，通過調整消息信號電壓和載波信號電壓幅度以及參數ka，均可改變信號的調幅度。通過不同參數的調整，可以進一步觀測不同參數下的AM信號的波形特點。

圖3給出了一個多頻信號消息信號a*sin（ωt）+0.5a*sin（2ωt）+0.3a*sin（3ωt）的波形和該信號受到AM調制后的波形，從圖中可以看出，AM信號的平均調幅度設置為0.25，AM信號的包絡變化反映了原始消息信號的變化。當進一步增大平均調幅度，用戶會看到AM信號在一定時間段內出現失真。此時，AM信號的包絡不再反應消息信號的變化，也就是出現了信號過調的現象。在實際的調幅系統發射系統中，由于多頻消息信號的構成復雜，平均調幅度通常選擇在0.2～0.3左右[3]。通過公式編輯器編輯不同的消息信號，用戶可以進一步觀察復雜消息的波形以及振幅調制后的波形特點。

3 結束語

本文討論和分析了AM信號的基本原理，并利用虛擬儀器設計軟件LabVIEW 2017對AM信號進行了仿真。系統可以方便的對簡單的消息信號和復雜的多頻信號進行AM仿真，通過觀測消息信號和調幅信號包絡的特點，可以加深對AM信號原理的理解。

參考文獻：

[1]嚴國萍.通信電子線路（第二版）[M].科學出版社，2016，1.

[2]蒲永紅，等.基于LabVIEW的虛擬電工技術實驗平臺設計[J].上海工程技術大學學報，2017，31（3）.

[3]溫亞林，等.提高調幅廣播發射機的平均調幅度問題[J].廣播與電視技術，1978，6.