比赛感想
全国大学生电子设计竞赛是教育部高教司、工业和信息化部人教司共同主办的全国性大学生科技竞赛活动,是电子类专业本科生的最高比赛盛会。能成为全国322个获得全国一等奖的竞赛队伍之一,我们感到非常容性。
由于新冠疫情和贸易战的影响,今年的比赛过程充满了艰难险阻。一方面,由于2020年的在校时间较短,我们的电路制作能力不足。另一方面,北邮在2020年末被列入实体清单,往年可以通过申请样片获得的各类高性能芯片和板卡,不再能够轻易获得。而比赛的推迟举办,则是对我们的又一记重击。由于其举办时间来到了保研之后,比赛的功用大大降低,许多18级的参赛队伍退出了竞赛。而作为少数几组在全国电设延期之后仍然继续参赛的18级队伍,我们组一直秉持着一个信念:既然选择了继续参赛,那就要在这一电子类的最高赛事中赛出水平,赛出风采,做到问心无愧,不负韶华。
在比赛题目选择上,由于A题的门槛不算很高,为了避免激烈的竞争、扬长避短,我们选择了通信类的E题。而在四天三夜的赛场拼搏后,我们力压来自北航、北理等学校的队伍,获得E题北京市唯二的全国一等奖(另一队也是北邮电子院同学)。由于E题是今年唯一一道通信类的题目,这进一步彰显了北邮作为通信方面的雄厚实力。
备赛建议
平时多探索,赛时别折腾,不要一味追求理论性能。
现成能用的就是最好的,赛时现做的指不定出什么问题。
工欲善其事必先利其器,平时要做好工具的归纳,不好用的烙铁要及早换掉。我们至少有四分之一的时间是浪费在找各种东西上了。另外,如果工作区不够大的话,无论怎么收拾,必然会找不到东西。
与实物制作有关的事情,会特别费力费时,一定要平时多动手。
赛时要先定方案和计划,然后一项一项打钩,不然总是会忘了自己要干嘛。
天线极化对齐不良时,信号会发生畸变,不要只查电路。
赛题解析:2021年E题
这道题对射频知识的考察是非常全面的,很多地方还暗藏杀机。如果要严格按照题目完成提高要求,需要注意的地方有
1.必须先合路再调制,直接用IQ调制是不行的(虽然最后有些省份评测的时候没管)
2.单电池供电且考察功耗,尽可能不使用双电源
3.传输的是语音信号,不是周期信号(其实评测时都用的正弦),不能采完样慢慢发,而且由于最低频率下探到50Hz,必须采用直流耦合来处理负电平(要么用电源转换,要么用上拉电阻)
4.必须能够单独传输模拟和数字,合路电路要注意
5.天线的长度不超过 1 米,而且异形天线按周长算。要么加感调谐(串入一个射频电感,相当于变相增加了天线长度),要么直接用1m的鞭状天线楞发(反正不是微波段,不用考虑驻波比,效率低点就低点吧)
6.最坑的是,带宽为25kHz,要求带外衰减为-40dB,最高模拟信号频率却有10kHz。这意味着,只能用模拟调制方式传输模拟信号(因为就算按奈奎斯特速率采样,8位量化位数,也要有20*8=160kbps的数据率,也就是要用256QAM才能在25kHz带宽内传输,太困难了),另外,由于25/10/2=1.25,所以使用FM的调制方法的信噪和AM拉不开差距,却反而有很大的带宽超限风险(VCO出现时漂温漂),所以如果没有在20-30MHz工作的VCO/PLL(不需要DDS等本振,功耗会低不少),还是最好使用AM吧。另外,这样的短距传输其实对信噪比要求很低,有个十几dB就行,接收端又不考察功耗,可以用高功耗的放大器,所以其实用AM+包络检波也挺好,几个dB的信噪比换接收端的简洁明了,对于比赛来说还是值得的。如果有相关芯片也可以DSB或者SSB。
7.需要支持多个载波频率,滤波器的信道选择性不会太好(不过也不可能做到太好,带宽太窄了)
8.数字恢复速度要在几秒内完成,如果采用低频PCM传输,为了能和50Hz语音信号区分开,可能只有10bps(不过频率只差5倍,真的能滤干净吗),传4个数字还是压力比较大的。
所以我们在竞赛中实现的方案是,先将数字用FSK思想转换为11-12kHz处的不同频率的信号(简单点就10个不同频率,高级点可以参考拨号音),然后和模拟加起来,然后用可调的本振(DDS、PLL)进行AM调制,用加感天线发射。接收端经LNA放大后用包络检波器恢复合路信号,直接进高速单片机AD采样。用FIR滤波器滤除FSK信号后,恢复的模拟信号用DA输出到示波器上,而FSK信号则用选频算法(具体参考电话拨号)恢复成数字,显示在数码管上。
如果有合适芯片(我是真找不到20-30MHz工作的PLL/VCO),可以用FM替代AM,功耗会少一大截(相当于本振产生和混频一块完成了)。接收端用PLL解调出基带信号之后,和上述方案一致。
最后再给一个离谱的方案吧,合路不一定要靠相加,先I/Q调制到一个中频上也是可以的,这样就不用什么FSK了,直接数字模拟各传各的就好,不过接收端怎么把I/Q调制在一起的中频信号分开就是个让人头疼的问题了