題目:設計制作一個雙路 語音 同傳 的無線收發 系統 實現在一個信道上 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 無線收發系統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,解調輸出的語音信號波形無明顯失真。
通過FM 無線收發系統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系統,圖一是接收裝置,圖二是發送裝置,利用頻譜搬移的方法實現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生干擾,其中FM信號的載波頻率特定設置為48.5MHz。在本設計中,主要由發送和接收兩部分構成,發送部分主要由LPF電路、AM副載波調幅電路、主調頻電路以及功率放大電路構成;接收部分由混頻電路、選頻放大電路、解調電路、本振源電路、信號處理電路以及FPGA采集電路、STM32單片機處理以及顯示電路構成,可以實現通信距離大于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。
設計制作一個雙路語音同傳的無線收發系統,實現在一個信道上同時傳輸兩路話音信號,本系統分為發射和接收兩部分,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。
無線干擾的產生是多種多樣的,原有的專用無線電系統占用現有頻率資源、不同運營商網絡配置不當、發信機自身設置問題、小區重疊、環境、電磁兼容(emc)等,都是無線通信網絡射頻干擾產生的原因,工作于不同頻率的系統間的共存干擾,本質上都是由于發射機和接收機的非完美性造成的。通常,有源設備在發射有用信號的同時,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生雜散、諧波、互調等無用信號,這些信號落到其他無線系統的工作頻帶內,就會對其形成干擾。
方案一:時分復用:時分復用(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。可以用射頻開關將兩路語音信號進行快速切換,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頻率的補償等等。
方案二:頻譜搬移方法,頻譜搬移是指在發射端將調制信號從低頻端搬移到高頻端, 便于天線發送或實現不同信號源,不同系統的頻分復用。
經驗證得,采取方案二,只要將B信號做AM調制,利用頻分復用的方法就可以實現一個信道上多個語音信號傳輸,然后在接收部分做解調和濾波把原信號還原出來。
本系統的設計中采用了三塊單片機以及一塊FPGA作為控制電路
在發送部分,一個單片機主要用于產生60khz的副載波信號,另一個單片機用于控制MB1504產生調頻波并發送。
在接收部分主要用FPGA采集經過比較器的方波信號,從而減輕單片機的負擔,再與STM32進行通信,當發射部分手動調整VCO時,會在48.5M的載波頻率上產生頻率偏移,單片機可得到一個偏差量則可形成閉環,這個偏差量經過PID調節自動根據變化改變AD9959輸出的本振源頻率,從而實現頻率跟蹤。
在進行測試時之前,確保各部分電路連接無誤
(1)其中如果要想達到系統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,以免影響調幅電路;
(2)根據電路的實際情況,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)在調試過程中經常會出現模塊單獨使用可以使用,但是結合前后電路以后,效果往往不好,應該考慮阻抗匹配、隔直通交等問題
誤差分析:
(1)在調試過程中別的組別的信號會產生干擾,所以在調試過程中可以避開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生的干擾
(3)電路連接方面沒有共地,測試方法不當,都會引入不同程度的干擾,使得系統不穩定
不足和改進:
(1)電路中應該避免出現太多杜邦線測試接口
(2)整個系統應該固定在木板上,減少各種偶然因素
(3)系統中采用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單片機做通信,從而控制AD9959產生相應的頻率偏移量做回饋,使得整個系統的速度不夠匹配,無法做到快速的頻率跟蹤
(4)在信號解調時,產生了干擾信號,A、B信號互相干擾,使得波形在一定的頻段失真嚴重
(5)接收部分由于解調出來的波形有略微的失真,在經過比較器以后由于其中混雜了一部分別的信號,使得FPGA無法采集當前頻率,解決方法是在單片機輸入采集口并聯一個電容到地,但是這個電容的取值非常關鍵,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。
由于以上的不穩定因素,使得本次系統只是完成了基礎部分,頻率跟蹤可以完成,但是達不到發揮部分的指
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芯片開關電源,電流輸出能力強,但是噪聲系數較大;
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,調節其選頻的帶寬,利用諧振選頻進行放大,在一定的頻率范圍內
線性度很高,但是電路是分立元器件,電路容易自激,在100M范圍內增益不足10dB
1.2.3濾波器設計以及比較
方案一:對于高頻信號則應該采用LC濾波器這樣衰減比較小,性能比較好,本系統中除了帶通濾波器參數設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,無法達到題目要求;