無(wú)線(xiàn)半雙工多路數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三《無(wú)線(xiàn)半雙工多路數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)》一.命題意圖及知識(shí)要點(diǎn)二.

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論三.競(jìng)賽作品綜述第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、命題意圖及知識(shí)要點(diǎn)題目解讀（①任務(wù)）：從站1主站收／發(fā)開(kāi)關(guān)仿真數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制收發(fā)單元數(shù)據(jù)解調(diào)與譯碼收／發(fā)開(kāi)關(guān)仿真數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制收發(fā)單元數(shù)據(jù)解調(diào)與譯碼數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制收發(fā)單元收／發(fā)開(kāi)關(guān)處理顯示數(shù)據(jù)解調(diào)與譯碼處理處理第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、命題意圖及知識(shí)要點(diǎn)系統(tǒng)規(guī)模：按1個(gè)主站帶31個(gè)從站進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)際制作2個(gè)從站工作模式： ①基本要求主站以輪詢(xún)方式收集從站的數(shù)據(jù)，輪詢(xún)次數(shù)不低于1次／秒 ②發(fā)揮要求增加從站主動(dòng)上報(bào)功能數(shù)據(jù)要求：從站每次傳送一組人為仿真數(shù)據(jù)題目解讀（②總體）：第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、命題意圖及知識(shí)要點(diǎn)工作頻率：30～40MHz自選相對(duì)準(zhǔn)確性：以主站工作頻率為基準(zhǔn)優(yōu)于10－4發(fā)射功率：在75歐姆假負(fù)載上測(cè)定不大于10mW天饋：采用長(zhǎng)度小于等于1米的垂直放置拉桿天線(xiàn)通信距離：誤碼率不大于10－5條件下不小于8米供電：從站用電池供電題目解讀（③收發(fā)單元電子制作技術(shù)指標(biāo)）：第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、命題意圖及知識(shí)要點(diǎn)主站實(shí)時(shí)顯示：發(fā)送數(shù)據(jù)的從站號(hào)及其數(shù)據(jù)從站實(shí)時(shí)顯示：本站發(fā)送給主站的數(shù)據(jù)主站存儲(chǔ)并按站號(hào)顯示此前30秒的歷史數(shù)據(jù)題目解讀（④人機(jī)界面要求）：第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、命題意圖及知識(shí)要點(diǎn)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)：通信相關(guān)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)尤其是通信電子線(xiàn)路：高頻放大、調(diào)制與解調(diào)、頻率合成、濾波數(shù)字電子技術(shù)尤其是可編程邏輯器件應(yīng)用微機(jī)原理或單片機(jī)原理或嵌入式系統(tǒng)通信原理：信道、基帶和頻帶、數(shù)字調(diào)制、同步、誤碼率微波與天線(xiàn)：收發(fā)信機(jī)、天線(xiàn)與饋線(xiàn)、阻抗匹配數(shù)字通信系統(tǒng)：多址通信協(xié)議第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、命題意圖及知識(shí)要點(diǎn)通信類(lèi)選題的特點(diǎn)專(zhuān)業(yè)性：通信工程的專(zhuān)業(yè)核心要求如通信原理綜合性：從電路基礎(chǔ)到通信技術(shù)、從模擬到數(shù)字到高頻到微波、從分立元件到專(zhuān)用集成電路、從單元到系統(tǒng)工程性：所有的設(shè)計(jì)要組裝成完整的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測(cè)試手段與方法：不少指標(biāo)要可以利用常規(guī)儀器進(jìn)行測(cè)量本題與05年賽題《單工無(wú)線(xiàn)呼叫系統(tǒng)》有所相近，特別在該題的發(fā)揮部分-數(shù)據(jù)傳輸方面可以借鑒第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三總體論證射頻部分方案論證接收部分方案論證收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)天線(xiàn)和饋線(xiàn)關(guān)于測(cè)試二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論總體論證從站1主站收／發(fā)開(kāi)關(guān)仿真數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制收發(fā)單元數(shù)據(jù)解調(diào)與譯碼收／發(fā)開(kāi)關(guān)仿真數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制收發(fā)單元數(shù)據(jù)解調(diào)與譯碼數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制收發(fā)單元收／發(fā)開(kāi)關(guān)處理顯示數(shù)據(jù)解調(diào)與譯碼處理處理競(jìng)賽題目給出的框圖，提供了系統(tǒng)的總架構(gòu)（要分析）第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論總體論證（①數(shù)據(jù)準(zhǔn)備）信號(hào)分別是 ①正弦波：s(t)=［2.5+2sin(2πt)］V ②直流：2.5V

用一個(gè)參考電壓為5V、采樣頻率為10Hz的單極性8位A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)上述兩個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行1秒鐘采樣，

可以直接做出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，也便于測(cè)試誤碼率采樣點(diǎn)(s)00.10.20.30.40.50.60.70.80.9樣本值(V)2.503.684.404.403.682.501.320.600.61.32轉(zhuǎn)換值(H)1281882242241881286731316780BCE0E0BC80431F1F43第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論總體論證（②通信速率）各站點(diǎn)每秒10次采樣，每個(gè)樣本8bit，即每秒數(shù)據(jù)80bit主站對(duì)從站每秒輪詢(xún)1次，則輪詢(xún)時(shí)每站點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)80bit系統(tǒng)按照31個(gè)站點(diǎn)設(shè)計(jì)，每秒總上傳數(shù)據(jù)80*31=2480bit

考慮數(shù)據(jù)打包、半雙工通信協(xié)議、必要的轉(zhuǎn)換時(shí)間開(kāi)銷(xiāo) 系統(tǒng)總數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)率可定為>3Kbit/秒對(duì)于短波段數(shù)字通信，該指標(biāo)可達(dá)到但有一定技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度 第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論總體論證（③子系統(tǒng)劃分）系統(tǒng)劃分為發(fā)射、接收、天饋（收發(fā)）、控制等若干子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)需完成協(xié)議實(shí)現(xiàn)、收發(fā)控制方案、接收數(shù)據(jù)處理、人機(jī)界面編碼控制系統(tǒng)人機(jī)界面調(diào)制載波發(fā)生功率放大接收／解調(diào)電路解碼天饋和收發(fā)控制第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論總體論證（④數(shù)字調(diào)制／解調(diào)方案）綜合技術(shù)指標(biāo)①ASK抗干擾能力較弱，誤碼率較高 ②PSK、MSK、QAM等方案實(shí)現(xiàn)電路較復(fù)雜 ③按照DTMF規(guī)范，其數(shù)據(jù)率不高數(shù)字調(diào)制方式①基本數(shù)字調(diào)制：ASK、FSK、PSK及其多進(jìn)制 ②高效數(shù)字調(diào)制：QPSK、MSK、GMSK、QAM等 ③雙音多頻編碼DTMF較好的采用方案為FSK第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論射頻部分方案論證射頻調(diào)制方案①數(shù)字已調(diào)信號(hào)作二次調(diào)制：AM、FM ②FM實(shí)現(xiàn)：VCO、PLL、專(zhuān)用器件芯片

③DDS直接作數(shù)字信號(hào)調(diào)頻綜合技術(shù)分析①AM非恒定包絡(luò)對(duì)提高發(fā)射機(jī)效率不利 ②VCO方案的頻率穩(wěn)定度不易把握

③PLL或?qū)Ｓ闷骷捎镁w振蕩器較好的方案①采用FM射頻調(diào)制 ②首選專(zhuān)用集成發(fā)射芯片

③振蕩源可采用D

DS或晶振 ④DDS直接作射頻調(diào)頻的電路設(shè)計(jì)第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論接收方案論證綜合技術(shù)分析 ①上面兩個(gè)方案都可以采用 ②PLL方案可以選用集成鎖相環(huán) ③測(cè)頻方案可以采用FPGA實(shí)時(shí)接收解調(diào)方案：外差接收+鑒頻，解調(diào)出已調(diào)基帶信號(hào)濾波一級(jí)混頻一級(jí)中放二級(jí)混頻二級(jí)中放二次變頻調(diào)頻接收機(jī)高放鑒頻已調(diào)FSK基帶信號(hào)的解調(diào) ①用PLL進(jìn)行頻率跟蹤

②對(duì)FSK測(cè)頻解調(diào)采用專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)：選擇一次變頻芯片(如MC3361，MC3357，TDA7021等)或二次變頻芯片(如MC3362、MC3363等)第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)作用： ①半雙工通信控制發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的通路 ②發(fā)射時(shí)阻斷接收電路以避免接收放大器飽和 ③接收時(shí)關(guān)斷發(fā)射通道以避免接收小信號(hào)短路實(shí)現(xiàn)：①晶體管作開(kāi)關(guān)，控制相關(guān)電路的電源 ②二極管作開(kāi)關(guān)切換相應(yīng)通路 ③集成收發(fā)開(kāi)關(guān)芯片第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)作用： ①半雙工通信控制發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的通路 ②發(fā)射時(shí)阻斷接收電路以避免接收放大器飽和 ③接收時(shí)關(guān)斷發(fā)射通道以避免接收小信號(hào)短路實(shí)現(xiàn)：①晶體管作開(kāi)關(guān)，控制相關(guān)電路的電源 ②二極管作開(kāi)關(guān)切換相應(yīng)通路 ③集成收發(fā)開(kāi)關(guān)芯片 如Hittite公司第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論天線(xiàn)和饋線(xiàn)①先回顧一些基本理論：天線(xiàn)可視為一個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)振子1/2波長(zhǎng)1/4波長(zhǎng)1/4波長(zhǎng)1/2波長(zhǎng)波長(zhǎng)兩臂長(zhǎng)度相等的振子叫做對(duì)稱(chēng)振子（半波振子）第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論天線(xiàn)和饋線(xiàn)：②平衡轉(zhuǎn)換 負(fù)載和傳輸線(xiàn)，根據(jù)其對(duì)地的關(guān)系，都可以分成平衡和不平衡兩類(lèi)。若負(fù)載兩端或傳輸線(xiàn)兩導(dǎo)體與地之間阻抗相同，則稱(chēng)為平衡負(fù)載或平衡（饋線(xiàn)）傳輸線(xiàn)，否則為不平衡負(fù)載或不平衡（饋線(xiàn)）傳輸線(xiàn)

1/4波長(zhǎng) 同軸電纜是不平衡傳輸線(xiàn)對(duì)于對(duì)稱(chēng)振子天線(xiàn)，就需要采用非平衡到平衡轉(zhuǎn)換第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論天線(xiàn)的輸入阻抗： Zin=Rin+jXin輸入阻抗與天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)、尺寸以及工作波長(zhǎng)有關(guān)輸入阻抗具有電阻分量和電抗分量，電抗分量的存在會(huì)減少天線(xiàn)從饋線(xiàn)對(duì)信號(hào)功率的提取半波對(duì)稱(chēng)振子的輸入阻抗為Zin=73.1＋ｊ42.5(歐) 當(dāng)饋線(xiàn)和天線(xiàn)匹配時(shí)，高頻能量全部被負(fù)載吸收，饋線(xiàn)上只有入射波，沒(méi)有反射波。而當(dāng)天線(xiàn)和饋線(xiàn)不匹配即天線(xiàn)阻抗不等于饋線(xiàn)特性阻抗時(shí)，負(fù)載就不能全部將饋線(xiàn)上傳輸?shù)母哳l能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回來(lái)形成反射波。天線(xiàn)和饋線(xiàn)：③阻抗匹配第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論9.5W80

ohms50ohms朝前:10W返回:0.5W天線(xiàn)和饋線(xiàn)：③阻抗匹配在不匹配的情況下,饋線(xiàn)上同時(shí)存在入射波和反射波，形成駐波因此可以通過(guò)檢查駐波比SWR阻抗判斷是否匹配SWR值越接近1，說(shuō)明匹配越好；如果VSWR的值過(guò)高，不僅會(huì)降低發(fā)信系統(tǒng)的工作效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)給發(fā)信設(shè)備和天線(xiàn)饋電系統(tǒng)帶來(lái)危害第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)當(dāng)負(fù)載阻抗含有電抗成份時(shí)，為使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載阻抗與內(nèi)阻必須滿(mǎn)足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗成份只數(shù)值相等而符號(hào)相反。這種匹配條件稱(chēng)為共扼匹配天線(xiàn)長(zhǎng)度相對(duì)于發(fā)射頻率短得多，短天線(xiàn)呈現(xiàn)容性可能的匹配方案：天線(xiàn)加感后再加阻抗變換

天線(xiàn)和饋線(xiàn)：③阻抗匹配第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論從站采用電池供電---排除通過(guò)供電系統(tǒng)的耦合主從站同時(shí)顯示發(fā)送的數(shù)據(jù)---檢查仿真數(shù)據(jù)測(cè)試30秒---考察誤碼率兩個(gè)從站的測(cè)試主動(dòng)上報(bào)數(shù)據(jù)的測(cè)試

關(guān)于測(cè)試比特誤碼率的測(cè)定可以使用專(zhuān)門(mén)儀器，也可以在主站接收一定時(shí)長(zhǎng)（如30秒鐘）的已知數(shù)據(jù)，通過(guò)比較出現(xiàn)錯(cuò)誤的次數(shù)作出大致判斷；在輪詢(xún)式收集的基礎(chǔ)上增加從站主動(dòng)申請(qǐng)報(bào)告數(shù)據(jù)的功能，為便于測(cè)試該功能，可在從站上設(shè)置按鍵開(kāi)關(guān)或其它啟動(dòng)方式；第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論多點(diǎn)通信協(xié)議設(shè)計(jì)主機(jī)與從機(jī)的協(xié)議設(shè)計(jì)是由報(bào)文、從機(jī)地址碼、數(shù)據(jù)碼組成 000：主機(jī)對(duì)從機(jī)進(jìn)行輪詢(xún)采集數(shù)據(jù) 001：從機(jī)對(duì)主機(jī)上傳數(shù)據(jù) 010：無(wú)應(yīng)答報(bào)文 011：主機(jī)向從機(jī)發(fā)送對(duì)2.5+2sin2∏t信號(hào)采集的數(shù)據(jù) 100：主機(jī)向從機(jī)發(fā)送對(duì)2.5V信號(hào)采集的數(shù)據(jù) 101：從機(jī)向主機(jī)申請(qǐng)報(bào)送數(shù)據(jù)協(xié)議設(shè)計(jì)中要充分考慮容錯(cuò)性，例如發(fā)送命令或申請(qǐng)后的超時(shí)機(jī)制等

協(xié)議設(shè)計(jì)完成后，可在主控單片機(jī)上編制程序?qū)崿F(xiàn)

第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、競(jìng)賽作品綜述方案設(shè)計(jì)與比較調(diào)制解調(diào)發(fā)信機(jī)收信機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)較完善的部分第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、競(jìng)賽作品綜述方案設(shè)計(jì)與比較整個(gè)系統(tǒng)的通信速率幾乎沒(méi)有參賽隊(duì)關(guān)注，由此引起的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度沒(méi)有真正體現(xiàn)（例如采用DTMF方案并用專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)）多址通信的報(bào)文設(shè)計(jì)除個(gè)別隊(duì)，也是幾乎空白；特別是沒(méi)有考慮容錯(cuò)性（如從站應(yīng)答超時(shí)的處理）射頻傳輸部分收發(fā)轉(zhuǎn)換、阻抗匹配幾乎沒(méi)有隊(duì)真的做設(shè)計(jì)誤碼的測(cè)試方案從機(jī)電池供電方案設(shè)計(jì)較弱的部分第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、競(jìng)賽作品綜述硬件電路實(shí)現(xiàn)硬件電路基本上都采用了集成功能芯片 發(fā)射部分MC2833或DDS直接產(chǎn)生發(fā)射信號(hào) 接收部分MC3362、MC3363、CXA1019、LA1800普遍使用DDS（作載頻信號(hào)產(chǎn)生，直接調(diào)頻等）單片機(jī)小系統(tǒng)（89C51、凌陽(yáng)單片機(jī)）第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、競(jìng)賽作品綜述設(shè)計(jì)實(shí)例（1）：采用MC2833實(shí)現(xiàn)發(fā)射電路第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、競(jìng)賽作品綜述設(shè)計(jì)實(shí)例（1）：采用MC2833實(shí)現(xiàn)發(fā)射電路第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、競(jìng)賽作品綜述設(shè)計(jì)實(shí)例（2）：采用DDS實(shí)現(xiàn)直接射頻調(diào)制電路第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、競(jìng)賽