摘 要

通信原理课程一般包括理论知识的传授以及实验实操教学两部分。课堂上传授的理论知识用于指导实验的进行，而通信原理实验反过来又促进学生对于枯燥抽象的通信原理理论知识的记忆及理解。但是在传统的通信原理实验教学中用到的仪器不仅价格昂贵而且需要大量的人力物力来维护。这些都提高了实验教学的成本。

本文基于LabVIEW软件，通过与MATLAB的混合编程，采用模块化设计搭建了通信原理实验仿真平台。在该平台上能够完成信号源以及基带码型变换通信原理基础类实验，包括AM、DSB、SSB、FM信号的调制与解调的通信原理综合类实验，以及包括2ASK、2PSK、2FSK、2DPSK数字信号的调制与解调的通信原理设计类实验。有着虚拟硬件称号的LabVIEW软件有着极其友好的前面板设计，能够让学生有和实际实验相仿的实验感受。

本文在分析了各个通信原理实验的实验原理后，设计了前面板，也就是用户操作面板。然后根据实验原理，采用模块化编程，设计了程序框图。并对实验仿真平台进行了调试，保证程序的正确运行。最后将各个模块组合在一起，并简化前面板设计，生成一个通信原理综合实验仿真平台。该平台能够满足基本的通信原理实验教学需求。

关键词：通信原理；实验仿真平台；LabVIEW；混合编程

Abstract

Communication Theory courses generally include two parts of teaching theoretical knowledge and practical operation of experiments. Theoretical knowledge taught in the classroom guides students to perform the experiment, and the communication principle experiment, in turn, promotes students to understand and memory those abstract principles. But equipment used in conventional communication principle experiment teaching is not only expensive but also requires a lot of manpower and resources to maintain. All these have increased the cost of the experimental teaching.

Based on LabVIEW software, with mixing the MATLAB programming, we build a simulation platform of communication principle experiment by applying modular design. Base on this platform we can conduct fundamental experiments including signal source and baseband pattern conversion experiment, comprehensive experiments including the modulation and demodulation of AM、DSB、SSB、FM and designed experiments including the modulation and demodulation of 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK. With the title of virtual hardware, LabVIEW software has an extremely user-friendly front panel design that gives students the similar experience with practical experiments.

After analyzing the experimental principles of various communication principle experiment, we design the front panel, which is the user control panel. Then according to the experimental principle, we design the block diagram with modular programming. And we have debugged the experimental simulation platform to assure it could run correctly.Finally, we combine the various modules, and simplify the design of the front panel to produce a comprehensive communication principle. The platform can meet the basic needs of experiment teaching.

Key words: communication principle；experiment platform；LabVIEW； Hybrid Programming

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 虚拟实验室及虚拟仪器 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 本文主要工作及文章结构 3

第2章 通信原理基础实验 4

2.1概述 4

2.2信号源实验 4

2.2.1 信号源实验前面板及程序框图设计 4

2.2.2 实验调试结果分析 6

2.3 基带码码型变换实验 7

2.3.1 基带传输系统中的常用码型 7

2.3.2 基带码型变换的前面板设计 8

2.3.3 基带码型变换实验程序框图设计 9

2.3.4 基带码型变换实验调试结果分析 12

第3章 模拟通信系统实验 15

3.1 模拟通信系统实验原理分析 15

3.1.1 AM调制原理 15

3.1.2 DSB调制原理 15

3.1.3 SSB调制原理 16

3.1.4 FM调制原理 17

3.1.5 相干解调原理 18

3.1.6 FM解调原理 18

3.2 模拟通信系统的前面板设计 19

3.3 通信原理实验程序框图设计 19

3.3.1 AM程序框图设计 19

3.3.2 DSB程序框图设计 20

3.3.3 SSB程序框图设计 20

3.3.4 FM程序框图设计 21

3.4 模拟通信系统实验仿真 22

3.3.1 AM调制解调现象 22

3.3.2 DSB调制解调现象 23

3.3.3 SSB调制解调结果 24

3.3.4 FM调制与解调实验结果 25

第4章 二进制数字调制系统 26

4.1 数字通信系统原理 26

4.1.1 2ASK调制与解调原理 26

4.1.2 2FSK调制与解调原理 26

4.1.3 2PSK调制与解调原理 27

4.1.4 2DPSK调制与解调原理 28

4.2 数字通信系统实验的前面板设计 28

4.3 数字通信系统实验的程序框图设计 29

4.4 实验调试结果分析 32

第5章 总结与展望 35

参考文献 36

附 录 37

致 谢 38

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

作为电信类专业重要的基础课程，通信原理的学习难度较大，通过理论知识与动手实践参与实验相结合的方法，既可以提高学生的积极性，也能够帮助学生更深刻地理解理论知识。 但是传统通信原理实验所需要的实验器材不仅价格昂贵，而且稳定性不高，容易出现误差及硬件问题，这就需要更多的人力物力来进行维护。另外，在传统通信原理实验课上，通常是利用信号发生器产生实验中所需要的信号，然后通过模块化的硬件电路对信号进行处理，最后利用示波器观察各点波形，进而对实验结果进行分析，最后得出结论。但是由于器材损耗，以及元件性能的误差，通常会出现得不到和理论值相符合的波形。这些都使得通信原理实验课的经济成本及时间成本较高，从而导致了通信原理实验课的效率底下，有些学校甚至放弃了通信原理课程中重要的实验环节。

自威廉沃尔夫教授首次提出了虚拟实验室（Virtual Laboratory）的概念以来^[1]，虚拟仪器技术得到了高速发展。国内外许多大学纷纷确立了“虚拟研究实验室”和“虚拟科学研究中心”相结合的教学模式。在LabVIEW平台上搭建通信原理虚拟实验室相较于传统实验室有如下优点：

1. 虚拟实验平台操作方便，易于更新和维护。LabVIEW友好而美观的前面板设计使得实验操作起来更加方便，结果观察起来更加直观清晰。由于后台程序易于维护与更改，使得该实验平台更加易于更新实验模块。
2. 虚拟实验平台可以很大程度上降低实验成本。由于虚拟实验室不需要昂贵的硬件器材，不需要大量的人力物力进行维护，这些使得虚拟实验平台能够大幅度降低通信原理实验的教学成本。
3. 虚拟实验平台能够提高教学效率。不同于传统通信原理实验教学，虚拟实验平台所用到的虚拟仪器不存在损耗，元件性能也不存在误差，也就不存在由于设备破旧及仪器损耗而给实验的顺利开展带来的不利因素^[2]。这些因素都使得虚拟实验平台能够大幅度提高通信原理实验教学的效率。

1.2 虚拟实验室及虚拟仪器

20世纪90年代，威廉沃尔夫教授提出了“虚拟实验室”的概念，也被称为“合作实验室”，这个概念被用来描述电子数字化的虚拟实验环境^[3]。虚拟仪器是在计算机的硬件平台上，利用软件编程实现和真实硬件一样的测量、数字信号处理能力。虚拟仪器在同一硬件平台上，可以利用强大的软件编程随时修改定制虚拟仪器的功能，从而形成不同的系统，充分体现出“软件即仪器”的理念。