LabVIEW 在通信原理課程教學中的應用研究

（廣東第二師范學院物理與信息工程系，廣東 廣州 510303）

0 引言

《通信原理》的特點是理論性強、概念抽象、對數學基礎及其應用能力要求較高，學生不易理解與掌握，容易失去學習的興趣。因此，如何幫助學生有效地理解和掌握抽象概念和基本原理，提高學生的學習興趣，是本課程教學面臨的一個難題。隨著計算機仿真技術的發展，相關的仿真軟件為通信原理課程的教學提供強有力的指導[1]。LabVIEW 的實質是一種圖形化編程，具有豐富的庫函數庫、數據信息庫和各種控件，使得通信系統的設計與開發更加高效便捷。基于LabVIEW 的仿真平臺具備多種測試儀器和數據采集設備，非常適合通信系統的設計、分析與應用[2]。本文以DSB 信號為例介紹利用LabVIEW 建立模型及仿真的效果。

1 雙邊帶（DSB）調制原理

DSB 調制的原理是在AM 調制的基礎上，抑制直流分量，將基帶信號與載波直接相乘得到，其調制模型如圖1所示：表示調制信號，通常設其平均值為0。是載波，所形成的SDSB（t）就是抑制載波雙邊帶信號，簡稱為雙邊帶信號（DSB）[3]。由于雙邊帶信號調制中不存在載波分量，所以雙邊帶信號是百分百調制的，即全部的功率都用于信號的傳遞，DSB 信號一般采用相干解調完成信號的解調[4]。

圖1 DSB調制模型

其時域表達式為：

2 基于LabVIEW 軟件的DSB 應用

根據DSB 調制與解調原理，仿真設計的整體思路如下：從函數選版中選取相應的函數VI，生成基帶信號和載波信號，根據DSB 調制模型圖設計并連接線路，生成已調信號。解調部分采用相干解調法，將已調信號與同頻同相的載波信號相乘，經過濾波器得到解調信號。

2.1 程序框圖設計

在程序框圖中執行“函數”“信號處理”“波形生成”“正弦波形”操作，設置相關的仿真參數，得到基帶信號。在“函數”“信號處理”“波形生成”子選版中，選取基本函數發生器VI 產生仿真信號，將信號類型選為正弦波，設置相關的仿真參數即可得到載波信號。在程序框圖中執行“函數”“數值”“乘”，得到乘法器，然后將基帶信號與載波信號與乘法器相連接，即可生成DSB 信號。將DSB 信號與載波進行相乘，連接一個低通濾波器（LPF），得到解調信號。在“信號分析”子選版中，選取頻譜測量VI，將DSB 信號與其相連即可得到DSB 的頻譜圖。為便于對比觀察結果，利用創建數組VI，將基帶信號與已調信號的時域特性以及基帶信號與DSB 信號的頻域特性分別繪制在一個波形圖中。

圖2 DSB調制程序框圖

2.2 運行結果

在前面版中通過數字輸入控件調控基帶頻率、基帶幅值、載波頻率和載波幅值等參數，具體設置如下：基帶信號的頻率為10Hz，幅值為1V，初始相位為0；載波信號的頻率為100Hz，幅值為1V，初始相位為90。觀察基帶信號與已調信號的時域波形圖和頻譜分析圖，結果如圖3所示。通過觀察圖3（a），不難發現復原的解調信號相比于基帶信號的幅度減少了一半，但其頻率和相位并未發生改變。由圖3（b）可以看出，DSB 信號中不存在載波分量，頻譜中只有上、下兩個邊帶，經過載波信號的調制，DSB 信號帶寬是基帶信號帶寬的兩倍，且頻譜中心頻率偏移的大小正好是載波頻率的大小（100Hz）。對比AM 調制，DSB 調制不用消耗載波功率，即全部功率都用于信息傳輸，這說明DSB 是一種高調制效率的調制方式，調制效率可達百分之百。

圖3

3 結束語

本文利用LabVIEW 完成了模擬通信系統的構建，主要以DSB 為例詳細論述了在LabVIEW 軟件平臺上的仿真過程。通過調控調制系統的相關參數，得到相應的輸出波形，實現了系統輸入輸出波形的直觀顯示，動態展現了模擬調制的時域波形與頻域頻譜的關系，使得學生們更加容易理解和掌握相關的通信原理及概念，提高了課堂效率。將LabVIEW 仿真軟件應用于通信原理課程教學中，不僅可以獲得良好的課堂教學效果，更有利于學生們進行綜合性與拓展性的設計與開發，提升實踐創新能力。