一 、任务
设计并制作在同一信道进行数字-模拟信号混合传输的无线收发机。其中，数字信号由 4 个 0~9 的一组数字构成；模拟信号为语音信号，频率范围为100Hz~5kHz。采用无线传输，载波频率范围为 20~30MHz，信道带宽不大于 25kHz，收发设备间最短的传输距离不小于 100cm。收发机的发送端完成数字信号和模拟信号合路处理，在同一信道调制发送。 收发机的发送端完成数字信号和模拟信号合路处理，在同一信道调制发送。收发机的接收端完成接收解调，分离出数字信号和模拟信号，数字信号用数码管显示，模拟信号用示波器观测。
二 、要求
1. 基本要求
（1） 实现模拟信号传输。模拟信号为 100Hz~5kHz 的语音信号，要求接收端解调后的模拟信号波形无明显失真。在只有模拟信号传输时，接收端的数码显示处于熄灭状态。
（2） 实现数字信号传输。首先键入 4 个 0~9 的一组数字，在发送端进行存储并显示，然后按下发送键对数字信号连续循环传输。在接收端解调出数字信号，并通过 4 个数码管显示。要求开始发送到数码管显示的响应时间不大于 2 秒。当发送端按下停止键，结束数字信号传输，同时在发送端清除已传数字的显示，等待键入新的数字。
（3）实现数字-模拟信号的混合传输。任意键入一组数字，与模拟信号混合调制后进行传输。要求接收端能正确解调数字信号和模拟信号，数字显示正确，模拟信号波形无明显失真1。
（4） 收发机的信道带宽不大于 25kHz，载波频率范围为 20~30MHz。要求收发机可在不少于 3 个载波频率中选择设置，具体的载波频率自行确定。
2. 发挥部分
（1）在发送端停止数字信号传输后，接收端数码显示延迟 5 秒自动熄灭。
（2）在满足基本要求的前提下，收发机发送端的功耗越低越好。
（3）在满足基本要求的前提下，收发机所传输的模拟信号频率范围扩展到50Hz~10kHz。
（4）其他。
三、说明
（1）数字和模拟信号必须先经过合路电路处理，然后在同一信道上调制传输，其调制方式和调制度自行确定。在合路电路的输出端应留有观测端口，用于示波器观测合路信号的波形变化。
（2）收发机的发送端和接收端之间不得有任何连线。
（3）收发机的发送端与天线的连接采用 SMA 接插头，发送端为 F（母）头，天线端为 M（公）头。天线的长度不超过 1 米。
（4）收发机的发送端和接收端均采用电池单电源供电，发送端的供电电路应留有供电电压和电流的测试端口。
（5）收发机的载波频率选取应尽量避开环境电波干扰。
（6）本题目中信道带宽约定为已调信号的 -40dB 带宽，通过频谱仪进行测量。具体如图 2 所示。
GPT-4o给出的设计方案：
根据项目要求和需求，设计一个含传输模块的数字-模拟信号混合传输及显示系统。具体设计方案如下：
一、硬件设计
-
信号源与调制部分
- 函数发生器：生成频率为10Hz到5kHz的模拟信号。选择宽频、高精度数字函数发生器，支持生成所需频段信号。
- 数字信号生成与调制：利用微控制器（如STM32或Arduino）产生4至0-9编码的数字信号。
- 合路器：将模拟信号和数字信号混合输入，实现信号合成。
- 调制与发射：选择基于软件定义无线电（SDR）的调制器，将合成信号进行调制（选择20-30MHz频段），然后将调制后的信号通过发射器发射出去。
-
传输部分
- 发射天线：确保天线（λ/4的鞭状天线）符合发射频率要求，配置发射功率合规的天线系统，天线高度不超过1米。
- 信号传输：确保发射与接收模块之间的距离大于100cm，保证信号传输效果，不受到外界干扰。
-
接收和解调部分
- 接收天线：采用与发射端匹配的天线系统，确保接收到的调制信号稳定。
- 接收与解调：使用SDR接收器接收信号，并通过解调器（数字下变频和解调模块）将信号还原为原始的模拟信号和数字信号。
- 信号处理：将接收的信号进行解码，可通过嵌入式系统处理，并显示到相应显示终端。
-
显示终端
- 数字信号显示：使用数字显示屏展示解码后的数字信号数据。
- 模拟信号显示：利用示波器展示还原的模拟信号波形。
二、软件设计
-
信号生成与调制
- 数字信号编码程序：开发嵌入式软件来生成和调制4到0-9编码的数字信号。
- 合成与调制控制软件：生成调制信号，并控制调制器工作。
-
信号接收与解调
- 数据采集：编写应用程序接收SDR接收器采集到的调制信号，并进行解码。
- 数据解码：开发嵌入式软件进行数字信号解码，将数字信号还原。
- 结果显示：信号解码后，通过串口将数据传输到上位机，配合相应显示软件展示数据结果。
三、测试和验证
-
信号生成与调制测试
- 实际运行测试：各项信号生成、合成、调制和发射功能是否正常运作。
- 可靠性测试：进行长时间不间断运行，检测系统稳定性。
-
信号接收与解调测试
- 信号接收测试：在不同距离和不同环境测试接收效果。
- 信号解调准确率验证：测试解调后的信号是否与原始信号一致。
-
系统整体性能测试
- 抗干扰测试：测试系统在不同干扰条件下的表现，确定抗干扰能力。
- 信号传输延迟：确定系统的实时性，保证信号传输与解调的同步。
通过上述硬件和软件的设计，能够满足任务要求，构建一个可靠、稳定、准确的数字模拟混合信号传输和显示系统。
本题考察的知识点
本题目考察的知识点主要涵盖以下几个方面：
- 信号生成与调制： 需要掌握模拟信号和数字信号的生成办法，了解调制技术及其实现方式。
- 信号传输： 考察无线传输技术，要求熟悉不同频率的选择以及对应的天线设计和功率控制。
- 信号接收与解调： 需要了解接收信号的解调方法及其在硬件上的实现，以及模拟信号和数字信号的还原技术。
- 数据处理与展示： 考察信号解码和数据处理能力，并且要求能够将处理后的信号通过显示终端展示。
- 系统综合能力： 包括系统的综合设计、抗干扰能力、稳定性测试、误差分析及调试能力。
总体来说，该项目综合了模拟电子和数字电子的知识，要求具备实际电路设计和调试能力，以及信号处理和图像分析能力。
