2024年电赛C题《无线传输信号模拟系统》省一方案开源

一、团队介绍

三人团队，来自HUST-STI

二、题目要求

详细题目参见
https://res.nuedc-training.com.cn/topic/2024/topic_111.html

三、设计摘要

本设计制作的无线传输信号模拟装置，系统以 ZYNQ 7020 为控制核心，由FPGA、数模转换器(Digital-to-Analog Converter, DAC)、射频放大器、低通滤波器和串口屏显示模块5部分组成。系统开机后，通过串口屏调节载波频率、幅度有效值、调制度和多径信号的幅度衰减、时延、初始相位，按下“发送”按钮，即可在输出端得到根据设置参数模拟生成的直达传输信号、多径传输信号和信号合路得到的无线传输信号。经测量，生成的信号参数与设置值误差小，且波形正确稳定。

关键词：无线传输信号模拟；信号参数控制；FPGA；直接数字频率合成

四、题目分析

信号产生方案： 使用FPGA内置的直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesis, DDS)产生数字信号，再由高速DAC模块输出信号。
参数控制方案： 使用FPGA内部寄存器和逻辑单元对信号参数进行实时控制和调整。通过写内置DDS的幅度控制字、频率控制字、相位控制字等，调整信号对应的参数。
信号合成方案： FPGA数字加法器。通过FPGA中的内置数字加法器，将各个数字信号在FPGA内部进行叠加，然后通过DAC输出。

五、总体设计框图

本系统主控制器采用 ZYNQ 7020，系统初始化后通过串口屏输入所需模拟的直达信号与多径信号的信号参数到 FPGA 内的处理系统(Processing System, PS)。由 PS 对信号参数进行数据处理，控制DDS分别生成直达信号的载波信号和调制信号、多径信号的载波信号和调制信号。再根据设置信号类型判断是否通过内置乘法器进行幅度调制(Amplitude Modulation, AM)，得到直达传输信号与多径传输信号的数字信号。再由FPGA内置加法器对两信号进行合路，得到合路信号的数字信号。控制 DAC对生成的数字信号进行模数转换并输出。三路信号分别经射频放大器放大至载波幅度有效值的设置值，再由低通滤波器滤除信号的高次谐波。即可得到模拟的直达传输信号、多径传输信号和合路信号。