多少人不敢选通信G题，虽败犹荣

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电赛都结束1个月了，分享还在持续？（下拉文末查看达尔闻电赛系列分享）是的，各题目虽然都解析的差不多了，还有很多同学在问G题和E题。G题千呼万呼，因为做的人太少了，所以达尔闻也是大海捞针，寻得一组——来自武汉理工大学的参赛队队伍（常文杰 龚秋虎 陈越峰）。——达尔闻写在深夜
虽然很遗憾错失国奖，但是也希望通过自己的方案解析，总结方案细节，分享失败的经验。相信很多与国奖失之交臂的同学都懂，只差那么一点点，甚至方案一样，失误在细节。

没拿国奖，我有话说

做G题的可是真心少啊，我们选择G题主要是因为之前做过软件无线电方面的类似的东西，而且之前FM做的比较多。前期的话，算法有做过类似的，有用软件无线电的解调算法去解调广播信号，所以这部分的射频前端和算法都有准备。

在测试的使用发现AD9959容易掉电，AD有的时候会采不到信号。实际比赛测试的时候，因为频点的频率比较低，就发现了之前没有发现的问题，经过DSB调制的那一路信号失真有点严重，还有就是信号有一点带调幅。如果我们的方案在这两点有提高的话，一定也是可以获得国一的，第一点DSB解调的时候需要严格的频率相位同步，这个部分需要加一个数字锁相环做载波频率跟踪。第二点是降低FM的频偏，这个受基带信号的总带宽限制（目前的分析是这样子的），所以应当考虑方法降低基带信号的带宽，如降低DSB的载波频率。

以下正式分享方案：

题目要求

方案分析与比较

我们设计的系统主要模块包括载波信号发生模块、下变频模块和选频放大模块来实现信号的调制、解调和载波信号的提取，下面是各个部分方案的对比与选择过程。

1）调频信号产生方案选择

方案一：利用VCO压控振荡器，其电路简单但是稳定度较差，中心频率设置参数依赖于外围电路的电容电阻，且会出现明显的频率漂移现象。

方案二：采用DDS直接生成信号，利用ADC采集调制信号的幅值，通过信号的幅值大小来直接控制DDS输出信号的频率的偏移量。

采用压控振荡器方案调制的频率漂移不好控制且频偏较大，而用DDS方案可以产生精确的频漂和很小的频偏。考虑到实现难度与性能，选择方案二。

2）下变频设计方案选择

方案一：采用模拟乘法器集成芯片，其外围电路简单，但输入信号频率越高，输出信号幅值越小，会对后级的解调产生较大的影响，以致无法还原基带信号。

方案二：利用I/Q解调器ADL5387对信号进行下变频，ADL5387内部自带上限频率较高的乘法器，可轻易对48.5的FM信号，进行下变频。同时ADL5387的本征信号由二倍频信号分频得出，因此对本振输入信号的质量要求不高。

为了获得幅度较大的下变频信号便于进一步的解调处理，选用I/Q解调器实现下变频，即选择方案二。

3） 选频放大电路设计方案选择

方案一：采用LC谐振放大器，利用谐振网络提取出48.5的信号。谐振回路的谐振频率可在一定范围内微调，配合三极管放大电路具有选频放大的作用，由于现用电容电感精度较低，所以LC谐振回路调试较难。

方案二：采用带通滤波器与射频信号放大器，48.5属于常用调幅与调频波段的中间频段，因此若采用带通滤波器与射频放大器，极易引入其他公共波段的信号，影响选频放大的效果。

通过实验验证，方案一较方案二具有功耗低，放大倍数高、选频效果更好的特点。因此，经综合考虑，选择方案一。

系统总体方案与设计

在确定了各个模块的方案之后，我们开始设计系统的设计。

双路语音信号预处理部分使用AD同时采集两路语音信号之后，将其中一路信号进行DSB调制后与另一路信号叠加传输。发射端的系统结构框图如下图所示：

发射端系统结构图

调试发射部分采集频漂控制电压，并根据这个电压来控制中心频率，并在此基础上通过预处理后的语音信号来控制载波信号的频率偏移来完成信号的调频处理，最后利用DDS模块生成调频信号并发射出去。接收端的系统结构框图如下图所示：

接收端系统结构图

接收解调部分通过选频放大电路将中心频率为48.5的调频信号提取出来，并通过射频放大电路将其放大至合适的幅度后下变频至10.7。使用10的采样频率对下变频至10.7的信号进行带通采样，可以得到0.7的FM调频信号，将此信号进行I/Q解调后，可以还原出预处理叠加的双路语音信号。

双路信号分离部分将解调出来的信号通过低通滤波器还原出未经调制的一路语音信号，再将另一路信号通过高通滤波器之后进行相干解调恢复语音信号。

硬件电路设计

FM功率放大电路：AD9959产生的调频信号通过级联2级THS3201电流反馈运算放大器，使发射端的电压达至6Vpp，如图3所示。THS3201具有较高的压摆率（6700 V/µs），同时还拥有1.8GHz的增益带宽积。为防止功率放大电路的输出功率过大，因此在级联的THS3201的中插入π型衰减网络获取合适的输出值。

射频功率放大电路

选频放大电路：FM信号的接收电路如图4所示，由三极管、中周及LC谐振电路构成选频放大电路，其中中周为中频变压器，可在一定范围内微调，以使接入电路后能达到稳定的谐振频率，具有较高的Q值。三极管同时以串联谐振回路和并联谐振回路作为负载输出，以达到更大的输出信号。经测试，当输入为2mVpp的微弱信号时，负载有高达1.4Vpp的输出信号，满足设计要求。

选频放大电路

下变频器电路：下变频模块电路图，如图5所示。前端输入采用巴伦变压器，可有效提高共模抑制比、减少插入损耗及回波损耗。同时，48.5MHz的FM信号完全满足ADL5387的输入下限频率（30MHz）的要求，且由于ADL5387的偏置采用二分频信号控制，因此对于输入信号的质量要求不高，可轻易实现射频信号的下变频。

I/Q解调器电路

软件程序设计

发送端程序设计

发射端通过AD采集语音信号和频漂控制信号，通过改变DDS的中心频率，以实现频率的漂移。一路语音信号与nco振荡产生的25正弦波信号相乘得到DSB信号，并将该DSB信号与另一路语音信号叠加得到要传输的信号，利用该信号控制DDS的频率偏差实现FM。发送端程序设计框图如下图所示：

接收端程序设计

对严格带限在300KHZ的10.7MHz中频信号进行带通采样得到700KHZ的数字FM信号。FM信号与两路频率为700KHZ的正交正弦波相乘，得到IQ两路信号，利用FM的IQ算法恢复出基带信号。基带信号通过低通滤波器得到一路语音信号，同时通过高通滤波器后解DSB得到另一路语音信号。为了控制输入的数字FM信号的频率严格控制在700KHZ左右，在发生频漂的同时需要控制本振信号随时跟踪。对数字FM信号的频率进行测量，并根据该频率与700KHZ之间的偏差控制本征信号频率的改变实现实时跟踪，保证解调性能。接收端程序框图如下图所示：

MATLAB仿真

仿真图（点击放大）

信号1是260HZ正弦信号，信号2是340HZ正弦信号，信号3是15KH的DSB载波信号，信号2与信号3相乘将信号2做DSB调制并与信号1相加得到被调信号。并做FM调制到700KHZ。

此处调制到700KHZ是因为在实际的系统中，不管发射端调制到多少频率，在接收端都会下变频至10.7MHZ，然后通过带通采样后得到的信号是调制在700KHZ下的，这里是做算法仿真，所以直接调制到700KHZ即可。

得到FM调制信号后通过高斯白噪声信道，模拟实际情况下的信道噪声，之后通过带通滤波器限制带宽。然后与两路正交的700KHZ信号分别相乘并通过CIC滤波器降低采样速率之后通过FIR滤波器滤除高频分量得到IQ两路信号，并做解调得到基带信号，之后通过低通滤波器得到信号1，通过高通滤波器之后解DSB得到信号2。

发射端的信号图，最上面的图是DSB调制信号，中间是信号1，最下面是最后得到的被调信号。

测试方案与结果

1）载波频率相对误差，将输出调频波至频谱仪上观察其中心频率为48.4882。

2）收发系统距离测试，将接受端与发射端逐渐远离，至3m距离时仍有稳定的解调输出。

3) 峰值频偏测量，在A路信号端口通过信号源输入单音信号，B路信号端口和频漂控制端口接地。将发射天线端的测试点连至频谱仪，中心频率调至48.5，观察其3dB带宽即为。

4) 载波频漂范围测试将信号的输入端口A、B接地，分别将-1V~1V范围内不同的直流电压输至频漂控制端口，依次检测此时的载波频率，并记录下其响应时间的对应电压下漂移频率的大小。本系统的峰值频偏为18小于题目要求的25。最大频漂可以达到1大于300，平均调节时间为0.3s，小于题目要求5s。

由于不可抗拒的原因，没法录制演示视频，希望以上的方案解析，可以帮助到更多的人。

END

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