Частотная модуляция labview – Источники сигналов в среде LabVIEW. Компоненты отображения данных и сигналов

Источники сигналов в среде LabVIEW. Компоненты отображения данных и сигналов

В среде LabVIEW различают цифровые и «аналоговые» сигналы. Цифровые могут принимать только два значения 0 или 1. Такие сигналы характеризуют состояние входой или выходной цифровой линии, или нескольких линий (регистра). К цифровым сигналам относятся также последовательности импульсов. Цифровым сигналам соответствуют логические (Boolean) источники/приемники данных. «Аналоговые» сигналы принимают множество значений, допускаемых их числовым представлением (Numeric), и могут являться функциями времени, частоты, пространственных координат и т.д. Ниже мы будем иметь дело только с «аналоговыми» сигналами. Кавычки в данном случае означают, что реальный аналоговый сигнал представлен в доступной компьютеру цифровой форме, т.е. – конечным числом отсчетов, проквантованных по уровню. Без привязки ко времени (или другой независимой переменнной) такой сигнал есть просто числовой массив. В литературе по LabVIEW для таких сигналов используется также термин «Pattern», что переводится как последовательность (отсчетов сигнала). Оцифрованный аналоговый сигнал может быть получен с АЦП во время измерений и также является массивом. Несколько сигналов, поступивших через АЦП с однотипных датчиков (каналов), образуют 2-мерный массив. Следовательно, можно говорить о 2-мерном сигнале. В LabVIEW существует специальный формат (кластер) данных – Waveform (неудачный «перевод» – осциллограмма), в котором сохраняется информация об абсолютной временной привязке сигнала: время первого отсчета и шаг между последующими. ВП из библиотеки DAQmx допускают чтение и запись как массивов, так и осциллограмм. В последнем случае заботиться об указании частоты подачи данных на ЦАП нет необходимости: если это допускается его техническими характеристиками, на выходе получится аналоговый сигнал с правильным временным масштабом. Таким образом, «сгенерировать сигнал» в LabVIEW означает «создать массив». Его временное масштабирование можно выполнить позднее, или вообще обойтись без этого.Следует учесть еще одну тонкость: по умолчанию, на выходе ВП DAQmx Read получаются действительные числа с плавающей точкой. Диапазон их изменения и значения определяются максимальным и минимальным значениями, выбранными в ВП DAQmx Create Channel.vi и разрядностью АЦП (типичное значение – 16, что дает диапазон целых чисел со знаком от –215 до +215). ВП DAQmx Read может передавать на выход и целые числа без всяких преобразований. Для генерации сигналов — массивов (или последовательностей) в LabVIEW имеется широкий выбор возможностей. Во-первых, можно применить встроенные функции из палитры Numeric, вызывая их циклически. Наличие генератора случайных чисел уже на этом этапе позволяет добавлять к ним шум. Используя узлы Expression Node и Formel Node, можно определить каждый отсчет сигнала в виде формулы как функцию его номера. Во-вторых, с помощью набора функций Signal Generation из палитры Signal Processing можно создавать ряд стандартных сигналов. Эти функции генерируют последовательности отсчетов. В- третьих, с помощью библиотеки ВП Waveform Generation из палитры Signal Processing сигналы можно сразу создавать масштабированными во времени. Отметим, что данные ВП написаны с использованием функций Signal Generation в качестве ВПП.

media.ls.urfu.ru

Лабораторная работа №8«Исследование квадратурной амплитудной и квадратурной фазовой модуляций с помощью LabView»

Цель работы: Изучение различных видов манипуляций, как способа согласования параметров сигналов источника с параметрами канала связи. Демонстрацию характеристик и принципа действия КАМ и ОФМ.

Описание лабораторной работы

Даная работа состоит из двух частей.

Первая часть выполняется с использованием виртуального моделирования в графической среде программирования LabView. Используя «рабочие» модели КАМ и ОФМ, построенные в LabView, проводится демонстрация восстановления несущей под влиянием белого гауссовского шума.

Вторая часть лабораторной работы выполняется на рабочей станции NI Elvis II, плате Еmona DATEx Telecoms-Trainer. Студент должен пошагово собрать схемы систем с использующие КАМ и ОФМ, изучить характеристики и принцип действия манипуляций.

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Краткая теория по манипуляции.

3. Скриншоты LabView-моделей КАМ и ОФМ.

4. Схемы исследования КАМ и ОФМ

5. Таблицы результатов исследований.

6. Выводы по работе.

7. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятию «манипуляция»

2. Что именуется «способ модуляции наложением»

3. Почему двоичная и четвертичная ОФМ имеют одинаковую вероятность битовой ошибки

4. Что такое треллис-модуляция

Список литературы

1. Лекция 10. Многопозиционная модуляция: пФМ, квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) и амплитудно — фазовая модуляция (АФМ).

2. Скляр Б. Цифровая связь.  М., Санкт-П, Киев: Изд. дом «Вильямс», 2003.

3. LabView для всех / Дж.Трэвис, Дж.Кринг – М.: LVR Пресс, 2008 – 880с.

4. Теория электрической связи: Учебник для ВУЗов./ Зюко А.Г., Кловский Д.Д. – М:Радио и связь, 1999

5. Шелухин О.И., Лукьянцев Н.Ф. Цифровая обработка и передача речи. М.: Радио и связь, 2000.

Лабораторная работа №9«Исследование факторов, влияющих на ширину канала, с помощью LabView»

Цель работы: Изучение взаимосвязи и компромиссов при выборе ширины канала и скорости передачи символов. Изучение влияние фильтрации на ширину канала. Возможности уменьшения межсимвольной интерференции.

Описание лабораторной работы

Данная работа выполняется с использованием виртуального моделирования в графической среде программирования LabView. Используя построенные студентом виртуальные приборы для выполнения модуляции случайного потока бит по схеме КАМ, спектрального анализа (БПФ) проводится анализ скорости передачи символов и ширины полосы.

Для исследования базовых принципов формирующей и полосовой фильтраций и интерференции от соседних каналов студент также должен создать виртуальные приборы LabView, используя пошаговую инструкцию.

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Тезисы по компромиссам при использовании модуляции и кодирования.

3. Скриншоты собранных виртуальных приборов LabView

4. Скриншоты полученных результатов исследования

5. Выводы по работе.

6. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятию «системный компромисс»

2. Дайте определение ширины полосы частот по Найквисту

3. Сформулируйте теорему Шеннона о пропускной способности канала

4. Назовите два основных источника шума и интерференции на входе приемника

Список литературы

1. Скляр Б. Цифровая связь.  М., Санкт-П, Киев: Изд. дом «Вильямс», 2003.

2. LabView для всех / Дж.Трэвис, Дж.Кринг – М.: LVR Пресс, 2008 – 880с.

3. Цифровая телефония: Беллами Дж., Пер. с англ./ Под ред. А.Н.Берлина, Ю.Н.Ченышева.- М.:Эко-Трендз, 2004. – 640с.: илл.

4. Прокис Дж. Цифровая связь. — М.: Радио и связь, 2000.

studfiles.net

Цифровой синтез сигналов в системе LabView

Синтез сигналов до относительно недавнего времени был основан на применениирешений из аналоговой схемотехники, однако с ростом требований к параметрамсигналов, к возможностям настройки характеристик сигналов в широком спектреамплитуд и частот и т. д. разработчики стали использовать методы цифровой техники.

Цифровые методы обработки и синтеза сигналов в настоящее время используются практически во всех отраслях электронной промышленности и бытовой техники (мобильные телефоны, цифровое телевидение, компьютеры и т. д.).

Генераторы и синтезаторы частот, модуляторы и преобразователи сигналовпроизвольной формы используются повсеместно в системах радио- и мобильнойсвязи, в беспроводных системах управления и контроля в науке и промышленности. Система LabVIEW включает широкий набор аппаратно-программныхсредств для цифрового синтеза сигналов.

Для синтеза сигналов в системе LabVIEW можно использовать обширный математический аппарат, с помощью которого можно создать (сгенерировать) практически любую форму сигнала, включая модули NI DAQ, имеющие цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). С помощью виртуальных инструментов можнополучить практически любую форму сигнала, а затем синтезировать такой сигнал физически в цифроаналоговом преобразователе. Средства цифрового синтезасигналов, доступные в LabVIEW, можно успешно использовать для линейного инелинейного преобразования сигналов [17].

Синтез сигналов с широтно-импульсной модуляцией

Этот тип сигналов очень широко используется в системах управления приводами, ПИД-регуляторах, импульсных источниках питания и как недорогой программно-управляемый источник напряжения.С помощью системы LabVIEW ШИМ-модулятор можно реализовать программным методом, используя функциональные элементы и цифроаналоговый преобразователь.

Для реализации ШИМ-модулятора используются два сигнала: сигнал несущей треугольной формы с пиковым значением амплитуды 3 В и частотой2000 Гц и сигнал управления синусоидальной формы с пиковым значением амплитуды 5 В и переменной частотой от 50 до 250 Гц. Панель интерфейса пользователя нашего ШИМ-модулятора показана на рис. 2.7.

Рисунок 2.7 — Панель интерфейса пользователя ШИМ-модулятора.

На этой панели компонент WaveformGraph («Controlsignal») используетсядля отображения сигнала несущей треугольной формы и управляющего сигнала синусоидальной формы. Графический индикатор WaveformGraph(«PWMsignal») будет отображать результирующий ШИМ-сигнал.Круговой регулятор «ControlAmplitude, V» используется для задания амплитуды управляющего синусоидального напряжения, а цифровой регулятор «ControlFrequency, Hz» позволяет задавать частоту управляющего сигнала в требуемомдиапазоне.

На рисунке 2.8показана блок-схема нашего виртуального инструмента.

Здесь управляющий синусоидальный сигнал генерируется с помощью элемента SimulateSignal, а его параметры (амплитуда и частота) задаются с помощьюдвух регуляторов. Сигнал несущей треугольной формы формируется в элементеSimulateSignal 2, параметры которого задаются на странице свойств (рисунок 2.9).

Рисунок 2.8 — Блок-схема виртуального прибора.

Рисунок 2.9 — Страница свойств SimulateSignal 2.

Здесь для параметра Signaltype нужно выбрать значение Triangle, параметрFrequency(Hz) установить равным 2000 и параметр Amplitude взять равным 3.Кроме того, и это очень существенно, для неискаженного воспроизведения сигнала выберем частоту дискретизации равной 100 000 выборок/с. Точно такая жечастота дискретизации должна быть выбрана и для синусоидального управляющего сигнала.

Теперь рассмотрим ключевой вопрос нашего примера: как реализовать ШИМ,используя функциональные элементы LabVIEW. Для этого вначале представимпроцесс генерации широтно-импульсного сигнала в более простой форме, используя известное схемотехническое решение, показанное на рис. 2.10.

Рисунок 2.10 — Схематичное представление генерации ШИМ.

Подобную схему в LabVIEW можно реализовать, используя компонент Subtract (категория Functions⇒Express⇒Arithmetic&Comparison⇒ExpressNumeric),компонентGreater?(категория Functions ⇒ Express ⇒ Arithmetic & Comparison ⇒ Express Comparison) икомпонент And (категория Functions ⇒ Express ⇒ Arithmetic & Comparison ⇒ Express Boolean).

Сформированный ШИМ-сигнал выводится в канал 0 цифроаналогового преобразователя (Dev1/ao0), для чего используется компонент DAQ Assistant. Страница свойств этого компонента показана на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 — Страница свойств компонента DAQAssistant.

Здесь аналоговый выход Dev1/ao0 включается по однопроводной схеме (параметруTerminalConfigurationприсваивается значениеRSE). Цифроаналоговый преобразователь работает с частотой дискретизации 100 000 выборок/с, что обеспечивает высокую точность преобразования.

Окно работающего виртуального инструмента показано на рис. 2.12.

Рисунок 2.12 — Окно работающего виртуального прибора.

Из этого рисунка видно, что при превышении амплитуды синусоиды над амплитудой несущей формируется положительный перепад напряжения, а при спаде напряжения управляющего сигнала ниже амплитуды несущей выходное напряжение ШИМ становится равным 0. В данном случае частота управляющего напряжения равна 100 Гц, а пиковое значение амплитуды равно 4,5 В [17].

studfiles.net

Теория радиоволн: аналоговая модуляция / Habr

Продолжаем серию общеобразовательных статей, под общим названием «Теория радиоволн».
В предыдущих статьях мы познакомились с радиоволнами и антеннами:

Давайте ближе познакомимся с модуляцией радиосигнала.

В рамках этой статьи, будет рассмотрена аналоговая модуляция следующих видов:

• Амплитудная модуляция
• Амплитудная модуляция c одной боковой полосой
• Частотная модуляция
• Линейно-частотная модуляция
• Фазовая модуляция
• Дифференциально-фазовая модуляция

Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции, огибающая амплитуд несущего колебания изменяется по закону, совпадающему с законом передаваемого сообщения. Частота и фаза несущего колебания при этом не меняется.

Одним из основных параметров АМ, является коэфициент модуляции(M).
Коэффициент модуляции — это отношение разности между максимальным и минимальным значениями амплитуд модулированного сигнала к сумме этих значений(%).
Проще говоря, этот коэффициент показывает, насколько сильно значение амплитуда несущего колебания в данный момент отклоняется от среднего значения.
При коэффициенте модуляции больше 1, возникает эффект перемодуляции, в результате чего происходит искажение сигнала.

Спектр АМ

Данный спектр свойственен для модулирующего колебания постоянной частоты.

На графике, по оси Х представлена частота, по оси У — амплитуда.
Для АМ, кроме амплитуды основной частоты, находящейся в центре, представлены также значения амплитуд справа и слева от частоты несущей. Это так называемые левая и правая боковые полосы. Они отнесены от частоты несущей на расстояние равное частоте модуляции.
Расстояние от левой до правой боковой полосы называют ширина спектра.
В нормальном случае, при коэффициенте модуляции <=1, амплитуды боковых полос меньше или равны половине амплитуды несущей.
Полезная информация заключена только в верхней или нижней боковых полосах спектра. Основная спектральная составляющая — несущая, не несет полезной информации. Мощность передатчика при амплитудной модуляции в большей части расходуется на «обогрев воздуха», за счет не информативности самого основного элемента спектра.

Амплитудная модуляция с одной боковой полосой

В связи с неэффективностью классической амплитудной модуляции, была придумана амплитудная модуляция с одной боковой полосой.
Суть ее заключается в удалении из спектра несущей и одной из боковых полос, при этом вся необходимая информация передается по оставшейся боковой полосе.

Но в чистом виде в бытовом радиовещании этот вид не прижился, т.к. в приемнике нужно синтезировать несущую с очень высокой точностью. Используется в аппаратуре уплотнения и любительском радио.
В радиовещании чаще используют АМ с одной боковой полосой и частично подавленной несущей:

При такой модуляции соотношение качество/эффективность наилучшим образом достигается.

Частотная модуляция

Вид аналоговой модуляции, при которой, частота несущей изменяется по закону модулирующего низкочастотного сигнала. Амплитуда при этом остается постоянной.

а) — несущая частота, б) модулирующий сигнал, в) результат модуляции

Наибольшее отклонение частоты от среднего значения, называется девиацией.
В идеальном варианте, девиация должна быть прямо пропорционально амплитуде модулирующего колебания.

Спектр при частотной модуляции выглядит следующим образом:

Состоит из несущей и симметрично отстающей от нее вправо и влево гармоник боковых полос, на частоту кратную частоте модулирующего колебания.
Данный спектр представляет гармоническое колебание. В случае реальной модуляции, спектр имеет более сложные очертания.
Различают широкополосную и узкополосную ЧМ модуляцию.
В широкополосной — спектр частот, значительно превосходит частоту модулирующего сигнала. Применяется в ЧМ радиовещании.
В радиостанциях применяют в основном узкополосную ЧМ модуляцию, требующую более точной настройки приемника и соответственно более защищенную от помех.
Спектры широкополосной и узкополосной ЧМ представлены ниже

Спектр узкополосной ЧМ напоминает амплитудную модуляцию, но если учесть фазу боковых полос, то окажется, что эти волны имеют постоянную амплитуду и переменную частоту, а не постоянную частоту и переменную амплитуду (AM). При широкополосной ЧМ амплитуда несущей может быть очень малой, что обусловливает высокую эффективность ЧМ; это значит, что большая часть передаваемой энергии содержится в боковых частотах, несущих информацию.

Основные преимущества ЧМ, перед АМ — энергоэффективность и помехоустойчивость.

Как разновидность ЧМ, выделяют Линейно-частотную модуляцию.
Суть ее заключается в том, что частота несущего сигнала изменяется по линейному закону.

Практическая значимость линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов заключается в возможности существенного сжатия сигнала при приеме с увеличением его амплитуды над уровнем помех.
ЛЧМ находят применение в радиолокации.

Фазовая модуляция

В реальности, больше применяют термин фазовая манипуляция, т.к. в основном производят модуляцию дискретных сигналов.
Смысл ФМ таков, что фаза несущей, изменяется скачкообразно, при приходе очередного дискретного сигнала, отличного от предыдущего.

Из спектра можно видеть, почти полное отсутствие несущей, что указывают на высокую энергоэффективность.
Недостаток данной модуляции в том, что ошибка в одном символе, может привести к некорректному приему всех последующих.

Дифференциально-фазовая манипуляция

В случае этой модуляции, фаза меняется не при каждом изменении значения модулирующего импульса, а при изменении разности. В данном примере при приходе каждой «1».

Преимущество этого вида модуляции в том, что в случае возникновения случайной ошибки в одном символе, это не влечет дальнейшую цепочку ошибок.

Стоит отметить, что существуют также фазовые манипуляции такие как квадратурная, где используется изменение фазы в пределах 90 градусов и ФМ более высоких порядков, но их рассмотрение выходит за рамки данной статьи.

PS: хочу еще раз отметить, что цель статей не заменить учебник, а рассказать «на пальцах» об основах радио.
Рассмотрены лишь основные виды модуляций для создания у читателя представления о теме.

habr.com