刘叶锋，周楚婷，朱海荣（通迅作者）

（1.广西科技师范学院，广西来宾，546199；2.贺州学院，广西贺州，542899）

0 引言

通信原理是电子、通信类专业的骨干核心课程[1]，在本科阶段的专业学习中有着十分重要的作用，通过本门课的学习，让学生对信息通信的基本原理有深刻的认识，为后续的课程打下坚实的基础。但通信原理这门课本身理论比较枯燥，不容易理解，需要实验的辅助，让学生更加直观的理解这门课，目前的通信原理实验主要是通过硬件实验平台和matlab 仿真，硬件实验平台有这成本高，实验效果不直观，容易受外界干扰，升级困难等缺陷，matlab 仿真可以很好的解决硬件实验平台的缺陷，但matlab 的仿真需要先学习matlab 编程，需要一定编程基础，增加了学习困难度，而labview 图形化的编程语言和直观的人机交互界面，可以很容易上手，学生学习起来也比较容易，可以极大的提高学生的学习积极性，以及学生的学习效果。

1 系统简介

根据通信原理课程的学习要求，本系统一共设计了10个实验，AM 系统、DSB 系统、SSB 系统、FM 系统、PM系统、码型变换、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK。帮助学生更好的理解书本上基本原理，达到理论联系实际的作用，从而达到更加好的教学效果，本系统所有实验支持参数任意调节，界面设计简洁友好，能直观的展示实验结果，并设计有系统登录，实验数据保存，输出实验报告等功能，系统功能完善，能很好的辅助通信原理这门课的学习，同时也适用于工程应用分析。

2 LABVIEW 介绍

Labview 与我们常用的编程语言如C 或者VB 一样，也是一种高级编程语言，只是它是一种图形化的编程语言，也就是G 语言。与C 或其他常见的高级语言不一样的是，labview 提供了非常强大的工具包，包括数据采集、数据分析、数据显示、仿真调试工具等等，且labview 能够非常简单高效的构建友好的显示界面。基于以上的特点，labview 可以方便的构建类似实际的仪器操作显示界面，以及功能，因此labview 也被称为虚拟仪器，特别适用于需要经常改变仪器参数和功能的实验室以及小批量的生产线等场合，本系统正是利用了labveiw 的这些特点，构建了类似于实际通信原理实验设备的虚拟仪器系统[2]，拥有实际实验设备的全部功能，且拥有实际实验设备所不具有的灵活更新的特点。

3 系统设计

■3.1 系统结构

本系统由登录实验系统、选择实验、输出实验报告、退出系统几个部分组成，在登录实验系统部分，要求输入学生的班级姓名学号，选择实验部分通过选项卡来选择所需要做的实验，在实验完成后，可以根据实验结果来自主选择是否输出实验报告，最后退出实验。系统整体框架如图1 所示。

图1 系统整体框架

在选择进入每个实验后，单个实验可以先阅读实验说明，然后开始根据实验课本要求，进行具体参数的更改，单个实验结束后，可以选择是否在指定路径输出实验报告，最后退出实验，单个实验的框架如图2 所示。

图2 单个实验的框架

■3.2 系统实现

本系统的核心是10 个实验模块的设计，采用先分再总的设计方式[3]，先设计每一个实验模块（总共10 个），最后把10 个实验模块通过选项卡的方式整合到一个VI 中。由于篇幅有限下面用FM 系统、码型变换中的AMI 码、AM 系统以及最后平台的整合来说明系统的实现过程。

3.2.1 FM 系统

频率调制解调系统的前面板后面板如图3 和4 所示。前面板中可设置各类参数，采样点数、采样率、载波频率等。设置相应参数后即可得信号抽样值、频率已调信号及频率解调信号。以及可以通过波形图观察到基带信号波形、频率已调信号波形、频率解调信号波形、基带信号频谱、频率已调信号波形。单击停止按钮则可以停止While 循环。

图3 FM 系统前面板

图4 FM 系统后面板

在频率调制解调系统的构成中共调用三个子VI 分别为抽样前后面板如图5 和图6 所示，FM 调制前后面板如图7和8 所示，FM 解调前后面板如图9 和10 所示。

图5 抽样前面板

图6 抽样后面板

图7 FM 调制前面板

图8 FM 调制后面板

图9 FM 解调前面板

图10 FM 解调后面板

抽样前面板含有相应参数输入控件以及抽样值数组还可观察抽样信号波形及其频谱图，通过改变信号类型也可改变抽样信号结果。

FM 调制前面板输入载波频率和采样点数即可得到调制信号波形图及频谱图。

将抽样信号经微分后与采样点数和KF 整除的结果相乘，在将各类参数经；变化后得到FM 已调信号，将已调信号经FFT 运算后得到FM 信号频谱图。

前面板为各类参数以及FM 解调后波形。

后面板中将已调信号微分得出微分后波形将载波过；变换得出信号与微分后波形相乘，后通过低通滤波器将滤出波形与采样点数相乘求导后再通过低通滤波器，将所得出波形与采样点数的附属相乘即可得FM 解调信号。

3.2.2 码型变换中的AMI 码

AMI（Alternative Mark Inversion）码的全程是传号交替反转码，编码规则是将信息码中的“1”交替性的变为“+1”和“-1”，消息码中的“0”则保持输出“0”。

例如：

信息码:0 1 0 1 1 1 0 0 0 1

AMI 码:0 +1 0 -1 +1 -1 0 0 0 +1

AMI 码:0 -1 0 +1 -1 +1 0 0 0 -1

AMI 码的码型变换前面板如图11，后面板见图12。前面板中通过输入原消息代码输入信息码，控件的数据类型为U32 二进制。实验时输入需要变换的码型，即可得到相应的AMI码和其波形，单击停止按钮可以退出While 循环。

图11 AMI码的码型变换前面板

图12 AMI码的码型变换后面板

先将原消息代码通过输转数组 子VI 转换为数组形式，再通过二进制有效位数 子VI 得到消息码的位数，输入至For 循环，决定循环的次数。再让转为数组后的消息代码进入For 循环，若消息码为“1”则为真进入下一条件结构，若为偶数次“1”则为真输出“-1”，若为奇数次“1”则为假输出“+1”，若消息码为“0”则直接输出“0”，即可得变换后的AMI 码。

3.2.3 AM 系统

标准的调幅也就是一般的双边带调制，简称为AM 调幅。假设现在有一个信号将这个信号与一直流偏离量叠加，再将叠加后的信号与载波相乘，我们就可以得到这个信号的调幅信号。当原信号的最大值小于直流偏离时，AM 波形的包络和原信号的形状是完全一样，所以应用包络检波法会更加容易解调出原始的传输信号。

AM 调制系统前面板如图13 所示。通过前面板对基带频率、信号类型、基带幅值、载波频率、载波幅值等参数的设置，得到所需要的AM 调制信号，然后通过波形图将信号的基带、调制、解调波形显示出来。改变一定的参数值就可以看到相应的波形图发生变化。

图13 AM系统前面板

通过图14 我们可以清楚的看到，发送端的各项参数经模块AM 后产生基带信号与AM 信号，其中AM 信号产生波形为时域波形，将基带信号和AM 信号相加后经过运算得到两信号的频谱图。另一端将一路AM 信号送入信道噪声发生子VI，其作用为噪声的添加，再将从信道出来的加噪信号输送至接收端，接收端会将接收到的AM信号与载波相乘，再将相乘后的信号送入一个低通滤波器，且该低通滤波器的截止频率一定要比基带信号的频率高，这样信号通过滤波器后就能得到解调后的AM 信号。

图14 AM系统后面板

3.2.4 平台的整合

类似上面展示的2 个实验，将10 个实验全部完成后，将所有实验项目整合后前面板就如图15 所示，操作者可直接点击选项卡对实验的项目进行切换，这样为操作者节省一个个将实验打开的加载时间，并且节约内存，所有同样的子VI 直接调用即可，不用多次保存，占用资源也拖慢程序的运行。

图15 整合后的实验前面板

将系统整合之后，新建一个项目，将整合后的文件添加至创建的项目下，添加登录界面和保存界面，最后生成应用程序，包括源文件位置、生成位置、源文件设置、程序图标设计、调试优化、版本信息、预览等和程序有关的信息。

4 结束语

随着信息技术的高速发展，由2G 时代到现在5G 时代，已经有了质的飞跃，我们的课本教材内容也在不断的更新，所需要实验仪器也在不断的更新换代，造成了很多不必要的浪费，减少这方面的浪费是所有实验室都要面对的问题，而labview 的特点[4]很好的解决了这个问题，快捷方便的构建和实体实验仪器类似的界面，实现一样的功能，而且由于是纯软件系统，只需要更改软件程序就可以完成新功能的添加，大大减少了昂贵的硬件更替所造成的资源浪费。相信随着节能减排，节约资源的措施不断的推进，虚拟仪器代替实体仪器的进程会进一步加快，虚拟仪器会在更多的领域得到更加广泛的应用。