罗黔春 黄淑燕 张禹 吴双程 吴辉革

（1.福建江夏学院电子信息科学学院 福建省福州市 350108 2.福州福大海矽微电子有限公司 福建省福州市 350108）

1 前言

伴随着全球化经济的发展，高等教育加大了普及。高校学生增多，提高了人们的知识水平同时产生了一些问题，例如实验箱不足等[1-2]，以组为单位的实验箱实验难以保障人人参与，且实验箱的老旧使得学生的积极性不强，对于老师开展课程不利。

针对上述问题，本文针对高等院校电子电路实验的教学要求，使用Lab VIEW 软件，设计一种FM 调制解调系统。首先分析了FM 调制解调系统的基本原理，接着利用Lab VIEW 设计FM 调制系统。系统对设定的模拟信号进行频率调制，帮助学生理解模拟调制解调的原理。

图1：相干解调

图2：非相干解调

图3：调制VI 设计

图4：解调VI 设计

2 基本原理及应用

Lab VIEW 程序被称为“虚拟仪器程序”（简称VI），它包括三个部分：前面板、框图程序、图标/接线端口[3]。Lab VIEW 采用图形化编程方式，不仅界面简洁直观，而且支持多线程、界面设计与功能设计独立分开，在调试时无需对整个程序进行调试。

调制是改变高频载波信号特征来传递低频信息的过程，解调是调制的逆过程，与调制相辅相成[4]。

正交调制是调制方式的一种，常见的正交调制有：正交振幅调制、正交频分复用调制等。本设计采用的正交振幅调制，在两个正交载波上进行幅度调制，是一种频谱利用率很高的调制方式。与其他调制技术相比，其充分利用了带宽，抗噪声性能比较强。

常用的FM 的解调方法有相干解调与非相干解调。相干解调也被称作同步检波，原理框图如图1所示，由带通、低通和微分器构成。非相干解调，也称为包络检测技术，由限幅器、鉴频器和低通滤波器组成，其原理如图2所示。

3 系统设计

3.1 调制系统的设计

图5：系统主VI

为了连续地观察波形情况，先添加一个While 循环结构，从“信号与处理选项”中的波形生成面板添加所需要的信号，再添加两个相位差为90 度的载波，分别通过sin 和cos 函数与基带信号相乘后相减得出调制信号，后接频谱测量来显示频域，如图3所示。

图6：系统仿真结果

3.2 解调系统的设计

由于相干解调仅适用于窄带调频信号，结构简单也容易实现，所以本文采用非相干解调。非相关解调基于Hilbert 变换来实现，具有过程简洁、明了等有点，因而成为一种应用最广泛的数学方法[5]。设有窄带信号其中fs 是载波频率，a(t)是x(t)的包络，φ(t)是x(t)的相位调制信号。因为x(t)是窄带信号，所以a(t)也是窄带信号，可设为其中fm 为信号a(t)的频率分量，γm为fm 的各初相角。对x(t)进行Hilbert 变换，并求解解析信号，得到：

首先将调制VI 的输出信号进行快速希尔伯特变换，然后通过实部虚部函数和极坐标转换函数两个函数得到包络，再用交流和直流估计函数滤除其中的直流分量就能够得到解调信号，如图4所示。

3.3 主VI的设计及其仿真

Lab VIEW 能够同时设计多个程序，并且互不干扰，子VI 能够被其他VI 调用。将设计好的调制VI 和解调VI 结合为一个完整的系统，再接上各种参数设置端口和波形显示图表系统，如图5所示。

在进行系统仿真前，需要先对输入信号以及测量参数进行设置。设置系统中的各个参数如载波频率、基带频率、调频灵敏度，运行结果如图6所示，由图中的基带信号与调制信号的波形图可知，该系统FM 调制后产生的波形与原理相符合。