引言

隨著信息時代的快速發展，信息科學技術已成為21世紀國際社會和世界經濟發展的強大動力，調制和解調系統在通信、廣播、電視等信息傳輸系統已得到了廣泛的應用。調制可以使信號適用于無線信道傳輸，幅度、雙邊帶、單邊帶調制是短波通信的三種主要方式。其中單邊帶調制已經成為短波通信的一種重要的調制方式；幅度調制的優點是接收設備簡單，缺點是功率利用率低，抗干擾能力差，目前主要用于中波和短波的調幅廣播中；雙邊帶調制設備較復雜，應用較少，一般只用于點對點的專用通信。單邊帶制式普遍用于頻帶比較擁擠的場合，如短波的無線電廣播和頻分多路復用系統中。該文主要是基于LabVIEW平臺對幅度調制（Amplitude Modulation，AM）、雙邊帶調制（Double Side Band，DSB）、單邊帶（Single Side Band，SSB）凋制、殘留邊帶調制（Vesttigial Side Band，VSB）進行了設計。LabVIEW自從1986年在美國國家儀器公司（NI）公司問世以來，以簡單易用的圖形化編程語言平臺和強大的圖形用戶界面，已被越來越多的工程技術人員所青睞，而且已經在各個領域得到了廣泛的應用。

1、調制原理

1．1 幅度調制

通過調制信號去控制高頻載波的幅度，使之隨調制信號做線性變化。它是將基帶信號的m（t）與一個直流分量A0相加后與載波相乘，即可形成調幅信號，其時域表達式如式（1）所示：

幅度調制的模型圖如圖1所示。

在幅度信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。如果抑制載波，只需將直流A0去掉，即可輸出抑制載波的雙邊帶信號。

1．2 雙邊帶調制

雙邊帶調制是在幅度調制基礎上將直流A0分量去掉后得到的一種高效的調制方式——抑制載波雙邊帶信號。雙邊帶調制模型圖如圖2所示。

1．3 單邊帶調制

單邊帶調制實現的方法主要有兩種：濾波法和相移法，本文采用濾波法產生單邊帶信號，即先產生一個雙邊帶調制信號，通過一個濾波器濾除一部分邊帶就得到了單邊帶信號，單邊帶調制模型圖如圖3所示。

在本系統的設計中，通過一個高通濾波器濾除下邊帶的頻率分量，保留上邊帶的頻率分量，其傳輸函數表達式和單邊帶頻域表達表如式（5），式（6）所示。

2、 LabVIEW實現

LabVIEW程序由前面板程序和程序框圖兩部分組成，LabVIEW的前面板就像是一臺電子儀器的操作面板，用以控制和顯示實驗結果；在程序框圖中編寫圖形化程序，實現儀器的功能。基于LabVIEW產生雙邊帶信號、單邊帶信號及對應的波形和頻譜顯示。根據調制原理，將一個低頻正弦波和一個載波相乘，得到雙邊帶信號，經過濾波器濾波得到單邊帶信號，直流信號與低頻正弦波相加之后，再與一個載波相乘，便可得到調幅信號，同時為了更方便地觀看波形和頻譜圖，更加直觀地得出結果。調制解調前面板如圖4所示，通過調制旋鈕選擇調制波形，調幅旋鈕選擇波形，通過時域波形、功率譜、解調信號顯示結果波形。

調制解調系統程序框圖如圖5所示，該程序框圖由三部分組成：調制、解調和調制顯示。調制部分通過信號生成函數產生信號和載波信號，再通過調制旋鈕選擇何種調制；解調部分是已調信號與調制同頻的載波信號相乘，經過濾波器濾波后得到解調信號；調制顯示部分將通過時域波形顯示，頻譜測量信號通過功率譜顯示結果，調制顯示燈通過調制選擇旋鈕信號與相應數字相減，通過等0函數判斷為真時，顯示燈亮。

幅度調制程序框圖中將調制信號與直流信號相加，再與載波信號相乘便得到了幅度調制信號，幅度調制程序框圖如圖6所示。幅度調制結果顯示如圖7所示，調制旋鈕選擇2，調幅旋鈕選擇在1～5之間，調制信號燈亮，時域波形顯示時域幅度調制波形，頻譜波形的中心頻率為100 Hz，由于直流信號和上、下邊帶疊加在一起成為90～110 Hz信號，解調波形與調制波形相同。

在雙邊帶調制的條件結構中，將調制信號與載波信號相乘后得到了雙邊帶調制信號，雙邊帶調制信號程序框圖如圖8所示。雙邊帶調制結果如圖9所示，調制旋鈕選擇3，雙邊帶調制信號燈亮，時域波形圖顯示幅度調制波形，頻譜波形的中心頻率為100Hz，由上邊帶、下邊帶疊加在一起構成90～110 Hz信號。DSB的功率譜與AM相近，只顯示上、下邊帶的中心頻率中去除了載波分量，DSB信號的調制效率是100％，即全部功率都用于信息傳輸。

單邊帶調制是將調制信號與載波信號相乘后通過濾波器進行二次濾波，濾除下邊帶信號，已調信號通過波形顯示，單邊帶調制信號程序框圖如圖10所示。單邊帶調制結果如圖11所示，調制旋鈕選擇4，單邊帶調制信號燈亮，頻譜波形只顯示100～110 Hz的上邊帶信號。單邊帶凋僅傳輸雙邊帶信號的一個邊帶（上邊帶或下邊帶），不僅可以節省載波功率，還可以節省一半傳輸頻帶。

殘留邊帶調制程序框圖如圖12所示，相乘后的信號經過濾波器后便得到了殘留邊帶信號，前面板顯示調制結果如圖13所示。

3、 結語

本文首先簡單介紹了調制和解調原理，接著基于LabVIEW軟件平臺設計了調制和解調系統，并分析AM，SSB，DSB，VSB這四種信號的仿真結果，比較各自在信道傳輸和功率利用率方面的優缺點。在單邊帶調制中只采用了一級濾波，有一部分邊帶未完全濾除，可以通過多級濾波技術進行改善，其余三種信號仿真過程均正常。在使用LabVIEW的過程中發現它可方便、快捷地實現通信系統的仿真設計。基于LabVIEW平臺設計的調制解調系統，可以在理工科的教學實驗中推廣運用，加深對信號和通信等課程的理解和掌握，從而提高學校在理工科的教學水平和質量。

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