題目:設(shè)計制作一個雙路 語音 同傳 的無線收發(fā) 系統(tǒng) 實現(xiàn)在一個信道上 同時 傳輸 兩路 話音 信號 。
其中 FM 信號 的載波頻率設(shè)定為48.5MHz,相對誤差的絕對值不大于1‰;峰值頻偏不大于25kHz;天線長度不大于0.5m
通過FM 無線收發(fā)系統(tǒng)任意傳輸一路語音信號A 或者B,語音信號的帶寬不大于3400Hz。要求無線通信距離不小于2m,解調(diào)輸出的語音信號波形無明顯失真。
通過FM 無線收發(fā)系統(tǒng)同時傳輸雙路語音信號A 和B。要求無線通信距離不小于2m,解調(diào)輸出的雙路語音信號波形無明顯失真
此裝置為雙路語音同傳的無線收發(fā)系統(tǒng),圖一是接收裝置,圖二是發(fā)送裝置,利用頻譜搬移的方法實現(xiàn)在一個信道上同時傳輸兩路話音信號,兩路信號可以同時傳送并不產(chǎn)生干擾,其中FM信號的載波頻率特定設(shè)置為48.5MHz。在本設(shè)計中,主要由發(fā)送和接收兩部分構(gòu)成,發(fā)送部分主要由LPF電路、AM副載波調(diào)幅電路、主調(diào)頻電路以及功率放大電路構(gòu)成;接收部分由混頻電路、選頻放大電路、解調(diào)電路、本振源電路、信號處理電路以及FPGA采集電路、STM32單片機(jī)處理以及顯示電路構(gòu)成,可以實現(xiàn)通信距離大于2m,雙路語音同傳并且不失真,在手動改變外部VCO值時,頻率能快速跟蹤。
設(shè)計制作一個雙路語音同傳的無線收發(fā)系統(tǒng),實現(xiàn)在一個信道上同時傳輸兩路話音信號,本系統(tǒng)分為發(fā)射和接收兩部分,主要難點在于兩路信號同時傳輸并且不失真和快速跟蹤兩個部分。
無線干擾的產(chǎn)生是多種多樣的,原有的專用無線電系統(tǒng)占用現(xiàn)有頻率資源、不同運營商網(wǎng)絡(luò)配置不當(dāng)、發(fā)信機(jī)自身設(shè)置問題、小區(qū)重疊、環(huán)境、電磁兼容(emc)等,都是無線通信網(wǎng)絡(luò)射頻干擾產(chǎn)生的原因,工作于不同頻率的系統(tǒng)間的共存干擾,本質(zhì)上都是由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的非完美性造成的。通常,有源設(shè)備在發(fā)射有用信號的同時,由于器件本身的原因和濾波器帶外抑制的限制,在它的工作頻帶外還會產(chǎn)生雜散、諧波、互調(diào)等無用信號,這些信號落到其他無線系統(tǒng)的工作頻帶內(nèi),就會對其形成干擾。
方案一:時分復(fù)用:時分復(fù)用(TDM,Time-division
multiplexing)就是將提供給整個信道傳輸信息的時間劃分成若干時間片(簡稱時隙),并將這些時隙分配給每一個信號源使用。可以用射頻開關(guān)將兩路語音信號進(jìn)行快速切換,但是也要考慮電路中的電容,需要做一部分移相電路等作為開關(guān)頻率的補(bǔ)償?shù)鹊取?span>
方案二:頻譜搬移方法,頻譜搬移是指在發(fā)射端將調(diào)制信號從低頻端搬移到高頻端, 便于天線發(fā)送或?qū)崿F(xiàn)不同信號源,不同系統(tǒng)的頻分復(fù)用。
經(jīng)驗證得,采取方案二,只要將B信號做AM調(diào)制,利用頻分復(fù)用的方法就可以實現(xiàn)一個信道上多個語音信號傳輸,然后在接收部分做解調(diào)和濾波把原信號還原出來。
本系統(tǒng)的設(shè)計中采用了三塊單片機(jī)以及一塊FPGA作為控制電路
在發(fā)送部分,一個單片機(jī)主要用于產(chǎn)生60khz的副載波信號,另一個單片機(jī)用于控制MB1504產(chǎn)生調(diào)頻波并發(fā)送。
在接收部分主要用FPGA采集經(jīng)過比較器的方波信號,從而減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān),再與STM32進(jìn)行通信,當(dāng)發(fā)射部分手動調(diào)整VCO時,會在48.5M的載波頻率上產(chǎn)生頻率偏移,單片機(jī)可得到一個偏差量則可形成閉環(huán),這個偏差量經(jīng)過PID調(diào)節(jié)自動根據(jù)變化改變AD9959輸出的本振源頻率,從而實現(xiàn)頻率跟蹤。
在進(jìn)行測試時之前,確保各部分電路連接無誤
(1)其中如果要想達(dá)到系統(tǒng)要求頻率跟蹤范圍越大越好,則在帶通濾波器的選頻段的衰減就不能太大,以免影響調(diào)幅電路;
(2)根據(jù)電路的實際情況,可以得到只有A信號在8mv,B信號在200mv時波形輸出沒有明顯失真;
(3)在調(diào)試過程中經(jīng)常會出現(xiàn)模塊單獨使用可以使用,但是結(jié)合前后電路以后,效果往往不好,應(yīng)該考慮阻抗匹配、隔直通交等問題
誤差分析:
(1)在調(diào)試過程中別的組別的信號會產(chǎn)生干擾,所以在調(diào)試過程中可以避開48.5MHz的中心頻段,采用別的頻段做測試
(2)空氣中有很多別的電磁信號產(chǎn)生的干擾
(3)電路連接方面沒有共地,測試方法不當(dāng),都會引入不同程度的干擾,使得系統(tǒng)不穩(wěn)定
不足和改進(jìn):
(1)電路中應(yīng)該避免出現(xiàn)太多杜邦線測試接口
(2)整個系統(tǒng)應(yīng)該固定在木板上,減少各種偶然因素
(3)系統(tǒng)中采用FPGA作為方波的采集點,FPGA采集速度很快,但卻未能做到用FPGA控制AD9959頻率修正,必須和STM32單片機(jī)做通信,從而控制AD9959產(chǎn)生相應(yīng)的頻率偏移量做回饋,使得整個系統(tǒng)的速度不夠匹配,無法做到快速的頻率跟蹤
(4)在信號解調(diào)時,產(chǎn)生了干擾信號,A、B信號互相干擾,使得波形在一定的頻段失真嚴(yán)重
(5)接收部分由于解調(diào)出來的波形有略微的失真,在經(jīng)過比較器以后由于其中混雜了一部分別的信號,使得FPGA無法采集當(dāng)前頻率,解決方法是在單片機(jī)輸入采集口并聯(lián)一個電容到地,但是這個電容的取值非常關(guān)鍵,混雜了大頻率信號則用小電容,小頻率的信號用小電容
(6)阻抗匹配的問題,有些運放輸出波形很好,但是在接入下一級電路后,幅度嚴(yán)重衰減或者波形失真,很大一部分問題來源于沒有隔直或者匹配問題。
由于以上的不穩(wěn)定因素,使得本次系統(tǒng)只是完成了基礎(chǔ)部分,頻率跟蹤可以完成,但是達(dá)不到發(fā)揮部分的指
1.2.1電源模塊
方案一:高壓差線性電源,例如:78XX系列電源,輸出電源紋波小,但是輸入電源必須達(dá)到一定壓差才能正常工作;
方案二:低壓差線性電源,例如:TPS7A4700,輸出電源紋波小,但是電流輸出能力不大,不能大電流輸出;
方案三:采用TPS5430芯片開關(guān)電源,電流輸出能力強(qiáng),但是噪聲系數(shù)較大;
1.2.2選頻放大電路
方案一:采用分立元件3SK228三極管選頻放大電路,通過外圍元器件,調(diào)節(jié)其選頻的帶寬,利用諧振選頻進(jìn)行放大,在一定的頻率范圍內(nèi)
線性度很高,但是電路是分立元器件,電路容易自激,在100M范圍內(nèi)增益不足10dB
1.2.3濾波器設(shè)計以及比較
方案一:對于高頻信號則應(yīng)該采用LC濾波器這樣衰減比較小,性能比較好,本系統(tǒng)中除了帶通濾波器參數(shù)設(shè)計以外還用到一部分低頻信號的濾波器,如果采用RC濾波器,效果不佳,通頻帶很寬,無法達(dá)到題目要求;