一、任务
设计制作用于模拟产生无线传输信号的系统，包括模拟产生直达传输信号和 多径传输信号，并合路得到模拟的无线传输信号。其中，直达信号的初相、幅值可设置，多径信号相对直达信号的时延、初相和幅值衰减可设置。系统的组成框 图如图 1 所示。模拟产生的直达信号 SD、多径信号 SM，以及合路的输出信号 SOut 都需要留出测试端口，以便进行测试。
二、要求
- 模拟产生一个固定载波频率的无线传输信号，载波频率fc介于30MHz~40MHz之间,其中直达传输信号SD和多径传输信号SM满足以下要求：
- 可设置无线传输信号为连续波(CW)信号或调幅(AM)信号。对于AM信号，其调制信号为2MHz 频率的正弦信号。(10分)
- 模拟产生直达传输信号 SD，载波幅度有效值可设置，有效值范围为100mV~1V，以 100mV 的步进可调，要求幅度有效值误差不大于10mV；对于AM信号，其AM调制度可设置，调制度范围为30%~90%以 10%的步进可调，误差不大于 5%。(20 分)
- 模拟产生的多径传输信号 SM，其幅度衰减和时延可设置。相对直达3信号，多径信号的时延范围为 50~ 200ns，以 30ns 的步距步进可调，要求时延误差不大于 10ns； 幅度的衰减范围为 0~ 20dB以2 dB 的步进可调，要求衰减误差不大于 1dB。(20 分)
- 模拟产生载波频率覆盖30~40MHz波段的无线传输信号，载波频率fc以1MHz为步进可设置，其中直达传输信号SD和多径传输信号SM满足以下要求
- 模拟产生直达传输信号SD，在30~40MHz范围内设置载波频率，要求频率误差不大于 2%；其他可设置参数满足 (1)中 第一点和第二点的指标要求。(16 分)
- 模拟产生多径传输信号SM，相对直达信号SD的初始相位可设置，设置范围为0°~180°，以 30°的步进可调，要求初始相位误差不大于10°；其他可设置参数满足 (1) 中第三点的指标要求。(20 分)
- 在频段30MHz~40MHz 内合路输出无线传输信号Sout，要求合路输出信号正确，波形稳定。(8 分)
- 其他。 (6分)
- 设计报告。 (20 分)
三、说明
(1)在无线通信中发射天线发射的无线通信信号，经过空间传输达到接收机天线处，是直达信号、多径信号合路形成的无线传输信号。因为在无线传输过程中，传输信道存在多径信道，也就是说无线电信号从发射天线发射，可能经过多个路径抵达接收天线，比如从建筑物或其他物体反射的信号与直接传输的直达信号一起被接收机接收，如下图 2 所示。
图2
(2)假设发射信号直达接收机的接收信号定义为 x(t)，对于多径信号可以表示为: m(t)=α·x(t+τ)·ejφ。其中，α、τ、φ 三个参数反应多径信道特性，分别代表多径信号的幅度衰减时延、以及多径引入的初相变化。初相变化通常假定为 0~180°
(3)典型的直达和多径 AM信号波形如下图3 所示。其中红色为直达信号橙色为多径信号，它相对直达信号有时延、初相和幅度的变化。
题目中所提到的“模拟”，个人理解不是强制使用模拟电路来实现，而是“模拟”一个无线传输信号，因此可以使用数字化的方式来实现调制以及多径传输信号。
方案要点
- 使用DDS的到任意相位、任意幅度、任意频率的波形
- 在数字域进行波形合成得到多径传输信号，然后通过DAC得到模拟信号
- 数字调制 - AM
- 高速运算放大器的使用
- 滤波器的设计
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FPGA
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AM调制 - 在数字域进行AM调制，载波频率最高40MHz
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DDS
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输入控制
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输出显示
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高速DAC
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由于最高载波频率为40MHz，要求高速DAC的转换率》100Msps，可以通过7阶椭圆滤波器将DDS生成的镜像信号（60MHz以上）进行滤除
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7阶椭圆滤波器，在小脚丫电赛平台上没有这部分的电路，可以通过电感、电容自行搭建。
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参考资料
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可以使用LC滤波器设计工具 来进行设计，使用电感、电容来实现。
GPT-4o给出的方案建议：
1. 系统架构
总体结构
- FPGA: 用于信号生成和调制控制。
- 高速DAC: 将FPGA生成的数字信号转换为模拟信号。
- 无线路由模块: 处理信号的无线传输。
- 信号放大器: 增强信号以确保传输距离。
2. 主要组件
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FPGA: 选择合适的FPGA，其内部支持多种信号处理功能，能够处理DDS（直接数字合成）算法。
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DAC: 选择高速DAC，支持高采样率（如100MHz），确保能输出所需的30MHz至40MHz频率信号。
3. 设计流程
A. DDS信号生成
- 频率控制字（FCW）: FPGA内部计算FCW，控制输出频率。
- 相位累加器: 实现相位累加以生成所需波形。
- 波形表: 预存需要的波形（如正弦、方波、三角波），根据相位输出相应的数字值。
B. 调制方式
- AM调制: 在FPGA中实现调制算法，根据输入信号调整相应的幅度。
- 数字信号处理: 利用FPGA实现滤波器设计，去除不必要的高频噪声。
C. 数字到模拟转换
- 将FPGA生成的数字信号通过高速DAC转换为对应的模拟信号。
D. 信号合路和滤波
- 将双路DAC输出的无线传输信号和多径传输信号通过高速运算放大器进行合路
- 将合路后的模拟信号通过低通滤波器，得到在30MHz到40MHz的频率范围内的信号。
4. 性能要求
- 输出频率: 能够精确覆盖30MHz到40MHz范围。
- 信号质量: 确保信号失真（如THD）低于2%。
- 延迟与稳定性: 保证信号传输的实时性和稳定性。
5. 实现与验证
- 进行系统级仿真，验证信号生成和调制效果。
- 进行实地测试，确认无线信号传输质量及稳定性。
Summary
通过FPGA和高速DAC的组合，能够实现高质量的无线信号生成与传输，满足30MHz到40MHz的频率要求，并能够进行必要的调制处理。
