基于LabVIEW的调幅仿真

刘刚 王立香 张连俊

摘 要：基于LabVIEW对调幅信号进行仿真，通过调整载波和消息信号的频率、幅度等参数，观察不同参数设计时，调幅信号的波形，设计有助于加深对调幅信号的理解。

关键词：调幅；仿真；LabVIEW

中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：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

无线电通信的任务是将消息信号通过电磁波的形式，正确无误的传递到远端的接收端。由于消息信号通常是低频信号，例如，人耳能听到的声音的频率范围大约在20Hz到20kHz。如果将这种低频的电信号通过无线电辐射出去，根据天线理论，需要的天线长度要和电振荡信号的波长相比拟时，才能有效的把信号辐射出去。因此，将低频的电信号辐射到空中，需要的天线尺寸非常大。在无线电通信系统中，为了将低频的电信号通过天线的形式辐射到空中，需要将低频的消息信号装载到高频的电振荡信号上，这就是信号的调制。信号调制的另一个主要目的是选择不同的高频载波进行调制，从而有效的区分不同的电台，使各电台互不干扰。

调幅（AM）是无线通信的一种重要调制方式，调幅的基本原理是利用低频的消息信号控制高频载波的幅度，将低频消息信号装载到高频载波上经天线辐射出去，从而实现信号的远距离无线通信。掌握调幅信号各参数的意义及调幅信号的波形，对理解调幅信号的原理具有重要的意义。LabVIEW是美国国家仪器（NI）研制的一种图形化的开发环境，在工业、科技等领域有着重要的应用。本文利用LabVIEW 2017对AM信号进行了仿真，消息信号可以是简单的余弦信号，也可以是由公式编辑器编辑的复杂信号，通过本系统，可以深入的理解AM调制参数的意义和波形特点。

1 AM原理和软件设计

消息信号频谱成分通常比较复杂，但复杂的信号都可用傅里叶级数分解为若干正弦信号的和[1]。因此，对单频消息信号的调幅特性分析具有普遍意义。设消息信号的数学表达式为：νs=Uscos（Ωst），高频载波信号为νc=Uccos（Ωct），则调幅信号可以表达为：

实际通信中，消息信号通常是复杂的多频的电信号，令该信号为fs（t），则对该信号的振幅调制可描述为：

根据上述AM调制原理，本文用LabView 2017 设计了调幅波仿真软件，原理框图如图1所示。

2 仿真分析

程序前面板设计如图2所示。在应用程序前面板中，通过“消息信号选择”上下转换开关，可以分别选择简单的正弦消息信号和采用公式编辑器编辑的复杂消息信号，通过复杂信号和简单信号的AM信号对比，可以加深理解AM信号的包络和消息信号幅度之间的对应关系。不管是简单的消息信号还是复杂的消息信号，参数ω和a均由上方的两个旋钮来分别调节。对于复杂的消息信号，通过公式编辑对消息信号进行设置，公式的编辑用到的函数和运算符等与C语言类似[2]，因此使用起来非常方便。程序前面板的下方有两个旋钮，分别用来设置载波的频率和幅度。在前面板的右侧，有上、下两个波形显示窗，分别用来显示AM调制信号和消息信号的波形。

当消息信号为单频信号时，调整AM调制的参数，改变AM信号的调幅度，观察不同调幅度时，AM信号的波形特点。图2分别给出了调幅度小于1 和大于1时，AM信号的波形。

从图2（a）中可以看出，当调幅度小于1时，载波信号的幅度发生了改变，也就是载波信号的幅度受到了消息信号的调制，并且，AM信号的包络和消息信号的幅度成正比，也就是说，载波幅度的改变反映了消息信号的变化规律。

图2（b）是当调幅度大于1时，调幅信号的波形，从AM信号的包络可以看出，载波幅度的改变不再反映消息信号的变化规律，即AM信号发生了失真。在这种情况下，不能通过包络提取载波承载的消息信号。因此，在AM通信过程中，要避免调幅度大于1的情况。根据调幅的原理，通过调整消息信号电压和载波信号电压幅度以及参数ka，均可改变信号的调幅度。通过不同参数的调整，可以进一步观测不同参数下的AM信号的波形特点。

图3给出了一个多频信号消息信号a*sin（ωt）+0.5a*sin（2ωt）+0.3a*sin（3ωt）的波形和该信号受到AM调制后的波形，从图中可以看出，AM信号的平均调幅度设置为0.25，AM信号的包络变化反映了原始消息信号的变化。当进一步增大平均调幅度，用户会看到AM信号在一定时间段内出现失真。此时，AM信号的包络不再反应消息信号的变化，也就是出现了信号过调的现象。在实际的调幅系统发射系统中，由于多频消息信号的构成复杂，平均调幅度通常选择在0.2～0.3左右[3]。通过公式编辑器编辑不同的消息信号，用户可以进一步观察复杂消息的波形以及振幅调制后的波形特点。

3 结束语

本文讨论和分析了AM信号的基本原理，并利用虚拟仪器设计软件LabVIEW 2017对AM信号进行了仿真。系统可以方便的对简单的消息信号和复杂的多频信号进行AM仿真，通过观测消息信号和调幅信号包络的特点，可以加深对AM信号原理的理解。

参考文献：

[1]严国萍.通信电子线路（第二版）[M].科学出版社，2016，1.

[2]蒲永红，等.基于LabVIEW的虚拟电工技术实验平台设计[J].上海工程技术大學学报，2017，31（3）.

[3]温亚林，等.提高调幅广播发射机的平均调幅度问题[J].广播与电视技术，1978，6.