基于LabVIEW的信号与系统虚拟实验的开发与设计.docx

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时间：2021年x月x日
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基于LabVIEW的信号与系统虚拟实验的开发与设计
实验目的

熟悉信号的幅值调制与解调原理。
了解信号调制与解调中频谱的变换，加深对调制与解调的理解。
设计一个简单的多路通信系统。
熟悉LabVIEW软件的开发过程。

实验原理

在通信和控制系统中，为了能在一个信道中同时传输多路信号而不致相互干扰，在受信端又必须把各路信号分离出来，就必须采用调制与解调技术。如果不进行调制而是把被传送的信号直接辐射出去，那么有可能多路信号的频率相同，当它们混在一起的时候，最后就无法选择所需要的信号。调制作用的实质是把各种信号的频谱搬移，使它们互不重叠地占据不同的频率范围，也即信号分别托附于不同频率的载波上，最后就可以分离出所需频率的信号，不致相互干扰。此问题的解决为在一个信道中传输多对通话提供了依据，这就是利用调制与解调原理实现“多路复用”。
1.调制系统原理
调制系统的时域数学模型可用一个乘法器表示，如图1（a），其中f（t）为调制信号即传输信号。c（t）=cosωt为载波信号，ω为载波频率；
ω
F（ω）
1
-ω
ω
图1（b）
f（t）
y（t）
c（t）
图1(a)
调制器的输出信号y（t）=f（t）c（t）。
（）
-ω
ω
C(ω)
ω
图1（c）

若调制信号f（t）的频谱为F（ω），占据-ω至ω的有限频带，如图1（b），将f（t）与c（t）进行时域相乘，即得到已调信号y（t），根据卷积定理，可知输出信号y（t）的频谱为：
Y（ω）=F〔f（t）c（t）〕=F（ω）*C（ω）
其中：C（ω）=〔（ω－ω）＋（ω＋ω）〕为余弦信号频谱，其频谱图如图1（c）所示。
因此：Y（ω）=〔F（ω－ω）＋F（ω＋ω）〕，其频谱图2所示：
Y（ω）
-ω-ω

-ω
-ω+ω

ω-ω

ω
ω+ω
ω
图2调制系统

由图1和图2可见，经过调制后，使原信号的频谱发生移动但其形状不变，或者说将原来的信号搬移到高频率的载波信号上以便于通过线路进行有线传输或通过发射机进行无线传输。
2.多路信号调制系统
由于经过调制产生了频谱搬移才有可能进行频分制的多路通信（例如：有线载波通信和无线通信）。于是，对三路信号进行调制后要进行叠加。假若我们将三路电信号f（t）、f（t）、f（t）直接同时输送到一个线路上，由于这三个信号的频带相互重叠，致使各路信号之间相互干扰，到达受信端后也无法把它们分离出来，达不到通信的目的。这种现象叫做频谱混迭。当我们对三路信号用三个不同频率ω、ω、ω的载波信号调制后，各路信号的频谱都要根据频率的高低产生不同的搬移，使搬移后的频带相互错开不致重迭。这些信号同时在一个信道中传输时便不产生相互干扰，到受信端后我们才有可能吧各路信号分离出来，恢复原来信号的频谱，实现无失真（畸变）的多路通信。各路信号频率搬移的示意图如图3所示。
若调制信号f（t）的频谱为F（ω），占据-ω至ω的有限频带，如图3（a）；调制信号f（t）的频谱为F（ω），占据-ω至ω的有限频带，如图3（b）；调制信号f（t）的频谱为F（ω），占据-ω至ω的有限频带，如图3（c）；将三路信号分别与载波信号cosωt、cosωt、cosωt进行时域相乘，即得到已调信号y（t）、y（t）、y（t），根据卷积定理和前述调制原理，即可知输出信号的频谱为Y（ω）、Y（ω）、Y（ω），其频谱分别图4（a）、（b）、（c）所示：
F（ω）
-ω
ω

ω
图3（c）
ω
F（ω）
-ω
ω

图3（b）
ω
-ω
ω

F（ω）
图3（a）
-ω

YEQ(ω)
ω

-ω
图4（a）
ω

-ω
ω

ω
图4（b）
Y（ω）

ω
Y(ω)
-ω
ω

图4（c）

f(t)
f(t)
f(t)
cosωt

cosωt

y(t)
cosωt
图5三路信号的调制叠加
由于被调制后的三路信号同时在同一条信道上进行传输，就必须使用加法器将三路信号进行叠加，使得成为一条含有三路信号的和信号y（t），这样便于在一条信道上同时传输。其框图流程如图5所示；在各种信号叠加后，实现了频谱的搬移，各路信号的频谱搬移如图6所示：
ω

-ω
-ω
-ω
ω

ω

图6三路信号频谱搬移示意图

Y（ω）

3.解调系统原理
由已调信号f（t）恢复原始信号的过程称为解调。已经调制的信号，到受信端后，必须经相调（反调制）的过程，恢复原来的信号，图7表示解调过程的原理框图。设y（t）表示其中一路已调制的信号，由前面知y（t）=f(t)c（t）。