国家电工电子实验教学中心通信系统与原理实验报告实验题目：基于LabVIEW的频率调制学院：电子信息工程学院专业：通信1210班通信1212班学生姓名：学号：任课教师：李纯喜李磊实验老师：王琴一、实验目标本实验的目的是实现一个基于LabVIEW和NI-USRP平台的调频收音机，并正1确接收空中的调频广播电台信号。让学生可以直观深入的理解调频收音机的工作原理，感受真实信号。并通过实验内容熟悉图形化编程方式，了解软件LabVIEW和USRP硬件基本模块的使用和调试方法，为后续实验奠定基础。二、实验环境与准备软件LabVIEW2012（或以上版本）；硬件NIUSRP（1台）及配件。三、实验原理1.频率调制FM（FrequencyModulation）代表频率调制，常用于无线电和电视广播。世界各地的FM调频广播电台使用从87.5MHz到108MHz为中心频率的信号进行传输，其中每个电台的带宽通常为200kHz。本实验重新温习FM的理论知识，并介绍其基本的实现方法。通过一个基带信号m(t)调节载波的数学过程分为两步。首先，信源信号经过积分得到关于时间的函数θ(t)，再将该函数当作载波信号的相位，从而实现根据信源信号变化对载波频率进行控制的频率调制过程。FM发射机频率调制的框图如图1所示。图1频率调制示意图2在图1的框图中，将信源信号的积分得到一个相位和时间的方程，即：θ(t)=2πfct+2πkf∫0tm(τ)dτ（1.1）式中，fc代表载波频率，kf代表调制指数，m(τ)代表信源信号。调制结果是相位的调制，与在时域上载波相位的变化有关。此过程需要一个正交调制器如下图2所示：图2相位调制在此次实验中，NIUSRP-2920通过天线接收FM信号，经模拟下变频后，再使用两个高速模拟/数字转化器和数字下变频后将信号下变频至基带I/Q采样点，采样点通过千兆以太网接口发送至PC，并在LabVIEW中进行信号处理。假设已知调频信号的数学表达式：sFM(t)=Accos[ωct+kf∫−∞tm(τ)dτ]（1.2）式中，代表载波幅度，kf代表调制指数，代表信源信号。由于在软件无线电中，各种调制都是在数字域实现的，所以首先要对式1.2进行数字化。若将调频信号以t为采样间隔离散化，则式1.2中的积分运算应转化为适合用软件处理的数值积分，可采用复化求积法实现FM连续数学表达式的离散化。即把积分区间分成若干子区间，再在每个子区间上用低阶求积。即将积分区间［a，b］分为n等份，分点xk=kh，h=b−an，k＝0，1，…，n在每个子区间3[xk,xk+1]上引用梯形公式∫xkxk+1f(x)dx¿h2[f(xk)+f(xk+1)]，求和得复化求积公式为：I=∫abf(x)dx=∑k=0n−1∫xkxk+1f(x)dx≈h2∑k=0n−1[f(xk)+f(xk+1)]（1.3）采用复化求积公式后，按三角运算展开后可得到FM的离散数学表达式为：sFM(nTs)=cos{kfTs∑i=1nx(iTs)+x[(i−1)Ts]2}⋅cos(ωcnTs)−sin{kfTs∑i=1nx(iTs)+x[(i−1)Ts]2}⋅sin(ωcnTs)（1.4）从理论上来说，各种通信信号都可以用正交调制的方法加以实现，如图3所示。图3正交调制实现框图根据图3，可以写出它的时域数学表达式为：SFM(t)=I(t)cos(ωct)+Q(t)sin(ωct)（1.5）2.反正切解调原理在本实验中，推荐一个经典的解调方法——反正切方法。其基本思想和实现过程如下：对于连续波调制，调制信号的数字表达式可以写成：4S(n)=A0cos[ωcn+φ(n)]（1.6）换句话讲，S(n)=A(n)cos[ωcn+k∑m(n)+Φ0]（1.7）式中，ωc表示载频的角频率，k表示比例因子，φ0是一个常数。展开1.8的结果是：S(n)=A(n)cos[k∑m(n)+Φ0]cos(ωcn)−A(n)sin[k∑m(n)+Φ0]sin(ωcn)（1.8）根据正交展开，设置同向分量如下：XI(n)=A(n)cos[k∑m(n)+Φ0]（1.9）假设正交分量是：XQ(n)=A(n)sin[k∑m(n)+Φ0]（1.10）对正交分量与同向分量之比值进行反正切运算，得：Φ(n)=arctan(XQXI)=k∑m(n)+Φ0（1.11）然后，对相位差分，就可以得到调制信号为：Φ(n)−Φ(n−1)=m(n)（1.12）即对接收到的经过下变频的基带正交信号化为极坐标的形式，得到其相位后再进行求导处理，得到调制信号。四、程序设计FM收音机的原理框图如图4所示：5接收调频信号调谐(选择频率)中放FM解调低放图4FM收音机原理框图⑴改变载波频率[Hz]找到要收听的广播电台，例如，如果中心频率是94.7MHz并且电台出现在频谱图上-1M位置处，...
