原標題：競賽題目分析：2021年E題《數字－模擬信號混合傳輸收發機》

一、題目概述

本題目要求設計并制作在同一信道進行數字-模擬信號混合傳輸的無線收發機。具體內容包括：

• 數字信號：由4個0~9的數字構成。

• 模擬信號：為語音信號，頻率范圍為100Hz~5kHz。

• 傳輸方式：采用無線傳輸，載波頻率范圍為20~30MHz，信道帶寬不大于25kHz，收發設備間最短的傳輸距離不小于100cm。

二、實現要求

1. 模擬信號傳輸

• 模擬信號為100Hz~5kHz的語音信號，要求接收端解調后的模擬信號波形無明顯失真。

• 在只有模擬信號傳輸時，接收端的數碼顯示應處于熄滅狀態。

2. 數字信號傳輸

• 鍵入4個0~9的數字，在發送端進行存儲并顯示，然后按下發送鍵對數字信號進行連續循環傳輸。

• 接收端解調出數字信號，并通過4個數碼管顯示，要求從開始發送到數碼管顯示的響應時間不大于2秒。

• 發送端按下停止鍵后，結束數字信號傳輸，并清除已傳數字的顯示，等待鍵入新的數字。

3. 數字-模擬信號混合傳輸

• 任意鍵入一組數字，與模擬信號混合調制后進行傳輸。

• 接收端能正確解調數字信號和模擬信號，數字顯示正確，模擬信號波形無明顯失真。

1. 其他要求

• 收發機的信道帶寬不大于25kHz，載波頻率范圍在20~30MHz內，且可在不少于3個載波頻率中選擇設置。

• 發送端停止數字信號傳輸后，接收端數碼顯示延遲5秒自動熄滅。

• 在滿足基本要求的前提下，收發機發送端的功耗越低越好。

• 收發機所傳輸的模擬信號頻率范圍可擴展到50Hz~10kHz（可選）。

三、實現方案

1. 發送端

• 數字信號生成：使用單片機或FPGA生成數字信號，可以通過頻率組合或編碼方式表示每個數字。

• 模擬信號采集：通過麥克風或音頻輸入接口采集語音信號。

• 合路處理：將數字信號和模擬信號通過合路電路（如加法器）合并。

• 調制發送：選擇合適的調制方式（如AM調制）對合并后的信號進行調制，并通過天線發送。

2. 接收端

• 解調接收：通過天線接收信號，并使用相應的解調方式（如包絡檢波）進行解調。

• 信號分離：使用濾波器（如低通濾波器和帶通濾波器）分離出數字信號和模擬信號。

• 數字信號處理：對數字信號進行解碼和顯示，可以使用FFT運算等數字信號處理技術。

• 模擬信號處理：對模擬信號進行放大和濾波，以還原原始語音信號，并通過示波器觀測。

四、關鍵技術與挑戰

1. 調制方式選擇：根據信號特性和傳輸要求選擇合適的調制方式，如AM調制、OOK調制等。

2. 濾波器設計：設計合適的濾波器以分離數字信號和模擬信號，確保信號質量。

3. 同步與定時：確保發送端和接收端的同步與定時，以避免信號失真或解碼錯誤。

4. 功耗優化：在滿足傳輸要求的前提下，盡量降低發送端的功耗。

五、總結

本題目是一個綜合性的電子競賽題目，要求設計并制作一個能夠在同一信道進行數字-模擬信號混合傳輸的無線收發機。通過該題目的實現，可以鍛煉學生的電子系統設計能力、信號處理能力和無線通信技術能力。在實現過程中，需要關注信號質量、調制方式選擇、濾波器設計以及功耗優化等關鍵技術問題。