 |
Введение. Математическое обоснование. Программирование
|
|
|
|
Практические занятия
«Моделирование ВЧ процессов»
2. 1 Амплитудная модуляция: шаг за шагом
Введение
Модуляция – это процесс, при котором характеристики высокочастотного несущего сигнала изменяются для передачи информации, содержащейся в низкочастотном исходном сигнале. Несмотря на то, что теоретически возможна передача сигнала с ограниченной полосой (или информации) без модуляции, гораздо эффективней передавать данные, модулируя ими высокочастотный несущий сигнал. Высокочастотные сигналы требуют антенн меньших размеров, эффективнее используют доступную полосу пропускания и достаточно гибки для передачи различных видов данных. Имеется множество схем, как аналоговой, так и цифровой модуляции.
Математическое обоснование
Амплитудная модуляция (АМ) – один из способов аналоговой модуляции, при котором амплитуда (А) несущего сигнала c фиксированной частотой постоянно изменяется для отражения данных исходного сигнала. Несущий сигнал – это, как правило, высокочастотная синусоидальная волна, используемая для передачи информации в своей огибающей. Результатом является двуполосный сигнал, центрированный относительно несущей частоты с удвоенной полосой исходного сигнала.
Рис. 1 AM сигнал во временной области
|
|
Рис. 2 Частотная область АМ сигнала
Для представления амплитудной модуляции обычно используется следующий алгоритм:
После упрощения получаем:
y(f) = (C + Msin(ω mt + φ ))sin(ω ct)
|
|
|
Основное преимущество использования АМ модуляции в том, что она обладает очень простой схемой реализации (особенно для приёма), обеспечивая хорошую избирательность. Однако при АМ модуляции расходуется значительная мощность и ширина полосы. Несущая требует большую часть мощности сигнала, при этом, однако, не содержит какой-либо информации. АМ использует вдвое большую полосу частот, передавая избыточную информацию в обеих, верхней и нижней, боковых полосах.
Программирование
Следующие шаги объясняют, как создать ВП (виртуальный прибор), который использует одно из двух уравнений, приведённых выше для Амплитудной Модуляции (более длинное). Откройте ВП “AM Modulation – Medium Exercise”. Обратите внимание, что лицевая панель уже создана. Когда данный ВП будет закончен, вы сможете выбрать амплитуду и частоту несущего и информационных сигналов, а также увидеть представление сигналов во временной и частотной области. Графики показывают поведение несущего сигнала и сигналов боковых полос в виде изменения параметров модуляции (амплитуды и частоты). Показанная ниже лицевая панель представляет работу законченного ВП.
Рис. 3 Реализация АМ модуляции.
Блок-диаграмма содержит цикл по условию, который содержит терминалы различных элементов управления и индикаторов для отображения и управления информационными компонентами АМ сигнала.
Рис. 4 Блок-диаграмма
1) Поместите функции “Add” (Сложить) и “Subtract” (Вычесть) на блок-диаграмму. Соедините терминалы элементов управления “Carrier Frequency” (Частота Несущего Сигнала) и “Modulation Frequency” (Частота Модуляции) с функцией сложения. Присоедините “Carrier Frequency” к верхнему вводу функции вычитания, а “Modulation Frequency” к нижнему вводу для вычитания двух величин.
2) Поместите Экспресс-ВП “Simulate Signal” на блок-диаграмму. Откроется диалоговое окно для конфигурации ВП. Выберите тип сигнала «синусоидальная волна», установите частоту 10 Hz и амплитуду 1 В. Частоту выборки установите равной 100000 Гц. Отмените опцию автоматического подбора числа выборок и установите такую же величину 100000. Когда вы закончите, диалоговое окно должно соответствовать приведённому ниже изображению:
|
|
|
Рис. 5 Опции диалогового окна ВП Simulate Signal
Нажмите кнопку “OK”. LabVIEW сгенериурет все необходимые коды, необходимые для этой функции. Сделайте три копии функции, выделив ВП на блок-диаграмме и удерживая CTRL во время перетаскивания курсора в свободную область. Для первого Simulate Signal VI присоедините Carrier Amplitude (Амплитуду Несущего Сигнала) к входу амплитуды и Carrier Frequency (Частоту Несущего Сигнала) к входу частоты. Для второго Simulate Signal VI присоедините выход функции сложения к входу частоты. Задайте значение константы 1 на входе амплитуды путём нажатия на нем правой кнопки мыши и выбора опции “Create> > Constant”.
3) Поместите функцию Multiply на блок-диаграмму. Присоедините выходы синусоидальной волны второго и третьего ВП Simulate Signal к функции умножения. Присоедините выход функции умножения к графику Modulated Signal (Модулированного Сигнала). Также соедините выход первого Simulate Signal VI с графиком Carrier Signal (Несущего сигнала).
4) Поместите функцию “Divide” (Разделить) на блок-диаграмму. На нижнем входе нажмите правую кнопку мыши и создайте константу, равную 2. Выделите константу и функцию деления на блок-диаграмме и сделайте копию, удерживая CTRL во время перетаскивания курсора в свободную область. Присоедините вход одной из функций деления к выходу второго ВП Simulate Signal. Соедините вход других функций деления с выходом третьего ВП Simulate Signal.
5) Поместите два ВП “Multiply” (Умножить) на блок-диаграмму. Соедините элемент управления Modulation Amplitude (Амплитуда Модуляции) и выход одной из функций деления с первой функцией умножения. Соедините выход второй функции деления и элемент управления Modulation Amplitude (Амплитуда Модуляции) со второй функцией умножения.
6) Поместите функцию “Subtract” (Вычесть) на блок-диаграмму и соедините выходы обеих функций умножения (от последнего действия) с входами. Соедините входы, чтобы данные второго ВП Simulate Signal вычитались из третьего ВП Simulate Signal.
|
|
|
7) Поместите функцию “Add” (Сложить) на блок-диаграмму и соедините выход функции вычитания (от последнего действия) с данной функцией. Также присоедините выход от первого Simulate Signal VI к функции сложения.
8) Поместите Экспресс ВП “Spectral Measurements” (Измерения спектра) на блок-диаграмму. Откроется диалоговое окно для настройки функции. Выберите в измерении спектра значение peak в dB. Установите в для Window значение «7 Term B-Harris» (без усреднения). После окончания настройки диалоговое окно должно соответствовать изображению, приведённому ниже:
Рис. 6 Опции диалогового окна ВП Spectral Measurements
Нажмите кнопку “OK”. LabVIEW сгенериурет код для функции. Соедините выход функции сложения от предыдущего действия с входом анализатора спектра. Также соедините выход функции сложения с графиком AM Modulated Signal (АМ Модулированного Сигнала) (Time Domain - Временная Область). Наконец, соедините выход ВП Spectral Measurements (Измерения Спектра) с терминалом графика AM Modulated Signal (Frequency Domain -Частотная Область).
Создание ВП закончено. Блок-диаграмма программы должна соответствовать изображению, приведённому ниже. Нажмите кнопку run для запуска ВП.
Рис. 6 Завершенная блок-диаграмма ВП АМ модуляции.
|
|
|
