总结

21年全国大学生电子设计竞赛E题。

本题要求设计实现一套通信系统，在各题中门槛较高，但竞争也相对较少，勉强实现基础和进阶要求就可以取得不错的成绩。

本人负责系统方案设计、FPGA设计及电路调试。本项目主要分享FPGA代码。

作品功能参见题目要求。

选择FM调制，虽然实测-40dB带宽勉强满足题目要求，理论上应该是超出了带宽限制，也是测评时主要的失分点。此外，窄带调频的抗噪性较差，导致的信号失真也影响了系统最终表现。

DSB调制应有更好的抗噪性，载波同步可以借助已经实现的帧同步加上固定载波初相实现，但载频漂移问题需单独解决。

代码介绍

设备型号ego1。

接收机将中频FM信号经比较器转为二值信号从GPIO输入FPGA，处理后由数码管显示数字信号，DAC输出模拟信号。

系统采用时分复用，以空帧作为帧同步标志。

同步模块基于捕获-保持方式工作。

输出端使用FIR滤波，参数由Matlab生成。

系统介绍

摘要

本系统设计制作一套数模信号时分同传的FM收发系统。发射端实现数字输入，显示，调频发射；接收端实现发射数字数码管显示，语音信号输出。

发射机获取输入后，插入同步信号，合路，通过直接频率合成模块(DDS)调频输出。接收机经放大，混频，滤波，过零比较后经FPGA鉴频解调。

系统传输失真较小、算法效率高、发射机功率低，工作较稳定。

接收机程序设计

接收信号下变频后由高速比较器转为数字信号输入FPGA实现鉴频解调。

数值分析与计算

带宽

由卡森公式 $B=2(\Delta_f+f_m)$ 可知25kHz带宽要求下频率调制最大频偏为2.5kHz。实测3kHz频偏下-40dB带宽在25kHz内，选定最大频偏为3kHz。

但卡森公式约束为边频能量小于总能量的10%，与题目要求的-40dB带宽并不直接对应。

已调波的频谱形状会明显影响-40dB带宽的大小。此处题目似乎存在bug，扩频调制+单频正弦波可以实现低功率大带宽同时还能满足题目的带宽要求。

采样率

模拟信号最大频率为10kHz。由奈奎斯特采样定律知采样率应高于20kHz。考虑工程上5至10倍采样率要求，取采样率为50kHz。

数字信号传输间隔

传输时间要求2s内。4位10进制数总信息量为 $log_2(10^4)=13.2877$ ，数字信息最低比特率小于7bit/s。选择传输间隔为500ms，实测收发时延2s内。

解调精度

接收机鉴频选择等精度鉴频法。 $相对精度=\frac{1}{闸门时间\times参考时钟频率}$ 选择中频300kHz，闸门时间16微秒，参考时钟频率100MHz。 鉴频精度为 $\frac{300k}{16\mu\times100M}=187.5Hz$ 。可以解调最大频偏3kHz的调频波。