一种基于LabVIEW的信号调制解调教学实验平台

一种基于labview的信号调制解调教学实验平台
技术领域
1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于labview的信号调制解调教学实验平台。


背景技术：

2.当今世界已进入了信息时代，通信技术与传感技术、计算机技术紧密结合，成为世界经济发展的强大推动力。培养满足社会需要的通信专业人才成为高等院校通信工程专业教学改革的重点问题。通信原理是通信工程专业的一门重要专业基础课程，也是一门专业标志性课程，占有重要的教学地位。课程所包含的内容是通信工程专业本科生的知识结构中必须具备的重要部分，为学生形成通信专业的理论体系与技术思想发挥着重要作用，对于专业建设等教学研究工作有着重要的支持作用。
3.课程中信号调制部分尤为重要，它的特点是基本概念和基本原理都很抽象，数学公式和理论推导相对较多，数学基础要求高，理论性比较强，是信号理论和系统理论的延伸和推广。内容较多，涉及的知识面宽。教师在讲课中不仅要使同学扎实掌握各个基本知识点，而且要将通信系统的各部分内容有机串联起来，使学生掌握各个知识点和整个通信系统的关系。
4.目前信号调制实验平台存在许多问题，如：依赖于实验室昂贵的示波器、实验板等器材，以及matlab/simulink、 systemview等软件仿真只能进行系统级仿真。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于labview的信号调制解调教学实验平台。
6.实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于labview的信号调制解调教学实验平台，包括逻辑上依次相连的信源模块、调制模块、信道模块、解调模块、控制模块、架构模块、显示模块。前四个模块均位于后面板，后两个模块位于前面板，通过控制模块逻辑上控制前后面板；其中信源模块用于产生可调节的调制信号，所述调制信号包括模拟信号和数字信号两种形式，其中数字信号主要为10位可调节0-1码组。
7.调制模块用于对调制信号进行调制，所述调制包括am调制模块、fm调制模块、2ask调制模块、2fsk调制模块、2psk调制模块、2dpsk调制模块。
8.其中，不同调制模块输入侧接信源，输出侧接信道；信道模块用于模拟真实信道存在的噪声干扰，为调制信号加噪，所述噪声干扰主要形式为高斯白噪声，所述模拟真实信道包括单噪声信道、多径信道。
9.解调模块用于信号的解调与波形计算，所述波形包括接收波形、频谱波形、解调波形、判决结果波形。
10.控制模块用于调节信源参数、信道参数，实现前面板交互功能和后面板输入控制功能。所述参数包括采样点、采样率、码速率、载波频率、信号幅度、信噪比、载波频率、相位
输入等。
11.架构模块用于前面板的图形化显示，包括以选项卡控件为架构、以启动按钮为控制点的整体结构。
12.显示模块用于前面板波形显示和控制模块的交互式图形化显示。显示模块包括背景板、选项面板、波形面板、控制面板。
13.本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）本发明的基于labview信号调制教学实验平台实现了信号调制解调过程的集中管理，并通过提供交互控制面板，方便管理、调度；2）本发明的基于labview信号调制教学实验平台有着高可拓展性，基于选项卡的逻辑架构决定了平台可以后续加入更多信号处理方法而不仅局限于现有传统通信技术；3）本发明的实验平台实现了模块化的封装，模块间相互调用，使逻辑电路图简单明了，系统界面更加简洁形象，便于操作。
14.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
15.图1是本发明的模块化的框架示意图；图2是本发明的调制模块结构示意图；图3是本发明的控制模块原理示意图；图4是本发明的显示模块设计示意图。
具体实施方式
16.如图1所示，为本发明的框架结构，本发明的一种基于labview信号调制解调教学实验平台，包括逻辑上依次相连的信源模块、调制模块、信道模块、解调模块、控制模块、架构模块、显示模块。前四个模块均位于后面板，后两个模块位于前面板，通过控制模块逻辑上控制前后面板；信源模块用于产生可调节的调制信号，调制信号包括模拟信号和数字信号两种形式，模拟信号生成正弦波、三角波、方波等波形，在波形参数上，有着波形类型、波形频率等控制，在确定采样频率和采样点数后，二者相除作为信号持续时间，将信号类型、采样点数、信号幅度、信号频率、持续时间输入基于持续时间的信号发生器，最终产生模拟信号。数字信号主要为10位可调节0-1码组，在前面板手动输入赋值，在后面板，该过程通过输入的0-1序列条件判断，输出相应的一维数组作为输入序列。
17.如图2所示，调制模块用于对调制信号进行调制，所述调制包括am调制模块、fm调制模块、2ask调制模块、2fsk调制模块、2psk调制模块、2dpsk调制模块。不同调制模块输入侧接信源，输出侧接信道；各模块采用现有技术，其中am调制采用基带信号叠加直流偏量后与载波相乘的方法，直流偏量依据控制面板的输入数值；fm调制模块采用间接法，对调制信号积分后对载波进行相位调制，其中相位调制的实现通过插入公式节点，自主编写调制算法实现；2ask调制采用二进制振幅键控法，即产生nrz序列直接与载波相乘；2fsk调制采用数字键控产生二进制移频键控信号，在处理上将信号分为上下两路，分别与频率差距较大的两路载波相乘，最后叠加得到0-1对应不同频率的信号；2psk采用二进制绝对移相方式，数字键控实现，在电路图上采用极性转换的方法，生成有极性码，即0编码为-1，最终与载波
相乘得到相位变化为180度的调制信号；2dpsk采用先差分编码，后绝对调相的方式，即先用相对码生成模块，输入序列与前一位进行模2加法运算，此处模2加法为自主编写，采用同或作为控制条件使0输出，从而达到异或的特点。
18.信道模块用于模拟真实信道存在的噪声干扰，为调制信号加噪，主要形式为高斯白噪声，噪声参数用噪声标准差来调节；多径信道状态下使用九条随机参数的信道，信道有着随机生成的噪声标准差、时域延迟、频域延迟。该部分封装为一个vi文件，在每个调制框图中均可直接调用。
19.解调模块用于信号的解调与波形计算，所述波形包括接收波形、频谱波形、解调波形、判决结果波形。其中am解调采用包络检波方法；fm采用相干解调方法，即与载波信号相乘，滤波后恢复原信号；2ask解调采用相干解调，滤波后抽样判决；2fsk解调采用相干解调，按频率大小分上下路与载波相乘；2psk解调采用相干解调，与2ask相同；2dpsk采用差分相干解调方式，即相位比较法解调。
20.如图3所示，控制模块用于调节信源参数、信道参数，实现前面板交互功能和后面板输入控制功能。所述参数可归纳为输入控制、载波控制、信参控制。输入控制包括信号类型、信号长度、数字信号具体序列等；载波控制包括载波的频率、幅值等；信参控制一般为信道的噪声标准差。控制模块通过交互设计，将数据传输到后面板主程序输入中，再通过主程序输入接入调制模块、信道模块、解调模块等子模块的输入，再通过子模块的输入接入子模块调用的封装程序的输入，层层递进，最终达到调控实验参数的目的。由于此过程几乎无延迟，故调制模块的输入实时地、间接地参与程序运行，即实现了实时调控的功能。
21.架构模块用于前面板的图形化显示。选项卡控件构成了实验平台的总体架构，在前面板，用户通过交互选项卡的菜单选项，可以切换调制方式，在后面板以多条件判断的架构存在，即每一个选项对应着一个条件，每一个条件对应着一个调制电路图。在每个选项中加入了条件判断的架构，以解决各调制实验进程同时进行时，模块相互调用导致运行速度极慢甚至停止的情况，该架构在前面板中以启动/停止按钮的形式存在，即用户在开始一中调制实验时，点击启动按钮方可执行整个过程，在完成实验时，点击停止即可结束进程；在后面板中，该形式为一个覆盖单个选项的条件结构，控制内部电路的执行与否。
22.如图4所示，显示模块设计框图，用于前面板波形显示和控制模块的交互式图形化显示。显示模块包括背景板、选项面板、波形面板、控制面板。其中，背景板用于显示平台信息，包括开发商信息、学校信息等，通过容器控件设计背景和各面板的分隔，通过插入图片来加入信息和装饰美化；选项面板用于切换选项卡控件选项，切换调制方式，在前面板主要以单菜单栏多选项的形式存在，用户单击选项即可切换调制面板；控制面板用于交互式改变实验参数，其中，控制参数集中于平台右侧，容器框大小一致，保证了平台的整齐，实验参数设定了合理的初始值作为初始实验数据，保证了平台的可运行，用户只需后续修改变动参数，即可完成实验；波形面板用于显示各阶段波形，示波器控件设置了符合面板大小的长宽数值，在单位和显示范围上，为自动调整范围，保证了实验的可操作性和拓展性。