电子设计大赛.通信类题目解析演示幻灯片.ppt

西安电子科技大学XX全国大学生电子设计竞赛全国大学生电子设计竞赛通信类题目的考点通信类题目的考点1 1竞赛指导思想、目的、特点与特色竞赛指导思想、目的、特点与特色n n全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动。之一，是面向大学生的群众性科技活动。n n有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的创新能力、有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的创新能力、协作精神和理论联系实际的学风；协作精神和理论联系实际的学风；n n有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；题进行电子设计制作的能力；n n有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。为优秀人才的脱颖而出创造条件。n n竞赛竞赛努力与课程体系和课程内容改革密切结合努力与课程体系和课程内容改革密切结合，与培养，与培养学生全面素质紧密结合，与理论联系实际学风建设紧密学生全面素质紧密结合，与理论联系实际学风建设紧密结合。竞赛内容既有理论设计，又有实际制作，可以全结合。竞赛内容既有理论设计，又有实际制作，可以全面检验和促进参赛学生的理论素养和工作能力。面检验和促进参赛学生的理论素养和工作能力。2 2通信的定义及分类通信的定义及分类通信：按照达成的协议，信息在人、地点、进程和机器通信：按照达成的协议，信息在人、地点、进程和机器 之间进行的传送。之间进行的传送。n n按拓扑结构分类：点对点和网络通信（星状、蜂窝状、按拓扑结构分类：点对点和网络通信（星状、蜂窝状、格栅状等）。格栅状等）。n n按传输媒质分类按传输媒质分类 ：有线通信和无线通信。：有线通信和无线通信。n n按信道中传输的信号分类：模拟和数字。按信道中传输的信号分类：模拟和数字。n n按工作频段分类：长波、中波、短波、微波通信。按工作频段分类：长波、中波、短波、微波通信。n n按调制方式分类按调制方式分类 ：基带传输、频带传输。：基带传输、频带传输。n n按通信双方的分工及数据传输方向分类按通信双方的分工及数据传输方向分类 ：单工、半：单工、半双工，全双工通信。双工，全双工通信。3 3香农公式。香农香农公式。香农“信息论之父信息论之父”n n在被高斯白噪声干扰的信道在被高斯白噪声干扰的信道中，计算最大信息传送速率中，计算最大信息传送速率C C：C=Blog2(1+S/N)C=Blog2(1+S/N)。式中：式中：B B是信道带宽（赫兹），是信道带宽（赫兹），S S是信号功率（瓦），是信号功率（瓦），N N是噪声功率（瓦），是噪声功率（瓦），为信噪比为信噪比-重要概念。重要概念。4 4历届通信类题目的考点历届通信类题目的考点信息源发送设备信道噪声源接收设备受信者（发送端）（接收端）点对点通信系统的一种简化模型 5 5历届通信类题目历届通信类题目多路数据采集系统（1994年B题）简易无线电遥控系统（1995年C题）调幅广播收音机（1997年D题）短波调频接收机（1999年D题）数据采集与传输系统（2001年E题）调频收音机（2001年F题）电压控制LC振荡器（2003年A题）6 6历届通信类题目历届通信类题目简易频谱分析仪（2005年C题）单工无线呼叫系统（2005年D题）无线识别装置（2007年B题）无线环境监测模拟装置（2009年D题）简易数字信号传输性能分析仪（2011年E题）2013年。共12道题目7 71994年B题多路数据采集系统设计一个八路数据采集系统，主控器能对50米以外的各路数据，通过串行传输线（实验中用1米线代替）进行采集的显示和显示。这是一道有线通信题目，考点：数字通信，信道复用，通信协议8 81995年C题简易无线电遥控系统（1995年C题）设计并制作无线电遥控发射机和接收机。（1）工作频率：fo=610MHz中任选一种频率。（2）调制方式：AM、FM或FSK任选一种。（3）输出功率：不大于20mW（在标准75假负载上）。（4）遥控对象：8个。（5）接收机距离发射机不小于10m。（6）增加信道抗干扰措施。（7）尽量降低电源功耗。这是一道无线通信题目，考点：无线收发设备制作，调制解调，功率效率。9 91997年D题调幅广播收音机（1997年D题）利用所提供的元器件（sony CX1600P）制作一个中波广播收音机。（1）接收频率范围：540kHz1600kHz；（2）自动和手动搜索电台并有存储功能（可利用所提供的锁相环器件，或其它方法实现）；（3）可预置显示电台数目：预置电台数目10个；（3）全机用单一+3V电源供电，节电，显示电台频率等）。这是一道无线通信题目，考点：接收设备制作，频率合成，效率，电磁兼容。10101999年D题短波调频接收机（1999年D题）设计并制作一个短波调频接收机，接收频率（f0）范围：8MHz10MHz；接收信号为20Hz1000Hz音频调频信号，频偏为3kHz；可实现多种自动程控频率搜索模式（如全频率范围搜索，特定频率范围内搜索等），全频率范围搜索时间2分钟；能显示接收频率范围内的调频电台载频值，显示载波频率的误差 5kHz；进一步提高灵敏度；可存储已搜索到的电台，存台数不少于20；这是一道无线通信题目，考点：无线接受设备制作，灵敏度，频率合成。11112001年E题数据采集与传输系统（2001年E题）设计制作一个用于8路模拟信号采集与单向传输系统。采用3dB带宽为30kHz50kHz的带通滤波器（带外衰减优于35dB/十倍频程）作为模拟信道。设计制作一个用伪随机码形成的噪声模拟发生器。在信噪比一定时，尽量提高传输速率。自制用来定量测量系统误码的简易误码率测试仪。这是一道有线通信题目，考点：香侬定理，调制解调，噪声源，误码测试。12122001年F题调频收音机（2001年F题）利用sony公司提供器件CXA1019，制作一部调频收音机。（1）接收FM信号频率范围88MHz108MHz。可实现多种自动程序频率搜索。（2）能显示接收频率范围内的调频电台载波频率值，显示载波频率的误差5kHz。（3）进一步提高灵敏度。（4）可存储已搜索到的电台，存储电台数不少于5个。（5）其它（如3V单电源整机供电、节能供电、时钟显示等）。这是一道无线通信题目，考点：无线接收机制作，灵敏度，DC_DC电磁兼容。13132003年A题电压控制LC振荡器（2003年A题）设计并制作一个电压控制LC振荡器。（1）振荡器输出为正弦波，波形无明显失真。（2）输出频率范围：15MHz35MHz。（3）采用锁相环进一步提高输出频率稳定度，输出频率步进间隔为100kHz。（4）制作一个功率放大器，尽可能提高功率放大器的效率。（5）功率放大器负载改为50电阻与20pF电容串联，在此条件下50电阻上的输出功率20mW，尽可能提高放大器效率。这是一道无线通信题目，考点：无线发射设备制作，频率合成，功放效率，天线调谐。14142005年C题简易频谱分析仪（2005年C题）采用外差原理设计并实现频谱分析仪。频率测量范围为10MHz30MHz。具有识别调幅、调频和等幅波信号及测定其中心频率的功能。这是一道通信仪器题目，考点：外差接收，频谱分析，信号识别。15152005年D题单工无线呼叫系统（2005年D题）设计并制作一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。构成一点对多点的单工无线呼叫系统。要求从站号码可任意改变，主站具有拨号选呼和群呼功能；增加英文短信的数据传输业务，实现主站英文短信的输入发送和从站英文短信的接收显示功能。这是一道无线通信题目，考点：无线收发设备制作，通信协议，无线综合网络，语音短信业务。16162007年B题无线识别装置（2007年B题）设计制作一套无线识别装置。该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能，频率和调制方式自由选定。应答器所需电源能量全部从耦合线圈获得。这是一道无线通信题目，考点：RFID，无线收发设备制作，调制解调，功率效率。17172009年D题无线环境监测模拟装置（2009年D题）设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。每个探测节点增加信息的转发功能。这是一道无线通信网络题目，考点：传感器网络，无线收发设备制作，调制解调，功率效率。18182009年D题n n无线传感器网络（无线传感器网络（Wireless Sensor NetworkWireless Sensor Network，WSNWSN）是一种由）是一种由大量低复杂度的传感器节点通过自组织方式形成的无线网络，大量低复杂度的传感器节点通过自组织方式形成的无线网络，每个网络节点由传感、处理、通信和电源模块组成，完成数据每个网络节点由传感、处理、通信和电源模块组成，完成数据采集、收发、转发三项基本功能。采集、收发、转发三项基本功能。n n无线传感器网络的特点有：（无线传感器网络的特点有：（1 1）资源受限（）资源受限（2 2）快速部署（）快速部署（3 3）动态拓扑（动态拓扑（4 4）多跳路由（）多跳路由（5 5）以数据为中心。）以数据为中心。n n本题目以无线传感器网络为设计背景。要求设计并制作一个无本题目以无线传感器网络为设计背景。要求设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由装置由1 1个监测终端和不多于个监测终端和不多于255255个探测节点组成（实际制作个探测节点组成（实际制作2 2个）。题目叙述上，针对个）。题目叙述上，针对3 3年级的知识结构，没有直接引入传感年级的知识结构，没有直接引入传感器网络的专业术语，而是采用学生通识的基本知识来描述任务器网络的专业术语，而是采用学生通识的基本知识来描述任务和要求。同时题目简化了传感器网络的模型，突出了无线传感和要求。同时题目简化了传感器网络的模型，突出了无线传感器网络的器网络的5 5个特点。最终题目利用了个特点。最终题目利用了2 2各节点完成了网络基本拓各节点完成了网络基本拓扑结构三种中的星型和树型中两种。降低了题目重复制作的工扑结构三种中的星型和树型中两种。降低了题目重复制作的工作量。作量。19192009年D题n n由于目前无线传感器产品非常丰富，题目必须排除现有产品对题目的由于目前无线传感器产品非常丰富，题目必须排除现有产品对题目的影响。所以，我们设计了一个必须使用的一个空芯线圈天线。使学生影响。所以，我们设计了一个必须使用的一个空芯线圈天线。使学生无法将现有的产品直接应用于题目。由于环形天线近场比较稳定，且无法将现有的产品直接应用于题目。由于环形天线近场比较稳定，且可以用弱耦合变压器的理论分析计算，加上上届可以用弱耦合变压器的理论分析计算，加上上届“无线识别系统无线识别系统”题题目的铺垫，适合未学过微波与天线类课程的同学选题，扩大了选题学目的铺垫，适合未学过微波与天线类课程的同学选题，扩大了选题学生的专业面。生的专业面。n n题目发挥部分还涉及到低功耗节能的技术，考察学生的电源管理技巧。题目发挥部分还涉及到低功耗节能的技术，考察学生的电源管理技巧。学生必须使用目前先进的低电压，低功耗的器件。这些技术是目前电学生必须使用目前先进的低电压，低功耗的器件。这些技术是目前电子设备广泛采用的技术。也是目前本科电子线路和系统设计教学中的子设备广泛采用的技术。也是目前本科电子线路和系统设计教学中的一个薄弱环节，亟需要加强。一个薄弱环节，亟需要加强。n n通信距离通信距离D D与功耗是考核本题目最重要的指标。它体现了电源、功放的与功耗是考核本题目最重要的指标。它体现了电源、功放的效率和接收机灵敏度这几个重要的指标。在距离指定，监测模拟装置效率和接收机灵敏度这几个重要的指标。在距离指定，监测模拟装置的探测时延限定的情况下，通过频率选择适当、提高功放的效率和接的探测时延限定的情况下，通过频率选择适当、提高功放的效率和接收机灵敏度，尽可能降低节点功耗，具有极其重要的实用价值。由于收机灵敏度，尽可能降低节点功耗，具有极其重要的实用价值。由于该指标极易测量，降低了题目的测量的难度。该指标极易测量，降低了题目的测量的难度。n n由于本题目涉及的电路工作频率不超过由于本题目涉及的电路工作频率不超过30MHz30MHz，基本题目对高频电路，基本题目对高频电路的能力要求与往届通信题目相当。的能力要求与往届通信题目相当。20202009年D题从全国复测结果来看，在保证通信距离从全国复测结果来看，在保证通信距离5050厘米的前提下，最小节厘米的前提下，最小节点工作电流为点工作电流为4.5mA4.5mA，应该是非常好的结果。调制解调方案采，应该是非常好的结果。调制解调方案采用用ASKASK和和FSKFSK，效果，效果ASKASK略好。接收采用外差接收芯片的效果好略好。接收采用外差接收芯片的效果好于其他方式。接收灵敏度普遍高于去年。个别一等奖的队还采于其他方式。接收灵敏度普遍高于去年。个别一等奖的队还采用信源编码提高可靠性，使得最远通信距离达到用信源编码提高可靠性，使得最远通信距离达到2 2米以上，整体米以上，整体通信水平高于上届。通信水平高于上届。n n该题违规和不合题意的队较多。部分队为了绕开题目高频制作该题违规和不合题意的队较多。部分队为了绕开题目高频制作的难点，采用成品（主要是遥控车用模块），由于该模块不能的难点，采用成品（主要是遥控车用模块），由于该模块不能使用环天线，故存在作品将天线线圈虚接或使用鞭天线的现象。使用环天线，故存在作品将天线线圈虚接或使用鞭天线的现象。n n高度简化浓缩学科前沿的科学技术问题，测试简单，是本题的高度简化浓缩学科前沿的科学技术问题，测试简单，是本题的优点。使本科生紧密接触国际上备受关注的前沿热点研究领域，优点。使本科生紧密接触国际上备受关注的前沿热点研究领域，应该是我们今后的一个出题方向。题目叙述繁简适当，适当引应该是我们今后的一个出题方向。题目叙述繁简适当，适当引导学生，减少歧义应该是我们以后出题应该十分注意的一个问导学生，减少歧义应该是我们以后出题应该十分注意的一个问题。题。21212011年E题简易数字信号传输性能分析仪（2011年E题）设计一个简易数字信号传输性能分析仪，实现数字信号传输性能测试；同时，设计三个低通滤波器和一个伪随机信号发生器用来模拟传输信道。要求的“尽量低的信噪比”，即在保证能正确提取同步信号。这是一道基带通信题目，考点：数字通信，眼图，信噪比。2222通信类题目考点的总结通信类题目考点的总结2323通信类题目涵盖的课程通信类题目涵盖的课程必修：必修：高频（射频、通信）高频（射频、通信）电子线路电子线路通信原理通信原理数字信号处理数字信号处理。选修：选修：通信网络原理通信网络原理微波与天线微波与天线电磁兼容电磁兼容软件无线电软件无线电各种通信技术（如短各种通信技术（如短波、移动、扩频）波、移动、扩频）。2424通信类题目涵盖的知识点通信类题目涵盖的知识点基本技能基本技能基本技能基本技能：高频：高频：高频：高频元器件、接插件选用、测量，自制电感、变压器；元器件、接插件选用、测量，自制电感、变压器；高频特殊仪器（网仪、谱仪、电桥等）的使用方法；高频特殊仪器（网仪、谱仪、电桥等）的使用方法；常用仪器在高频场合测量的基本方法；常用仪器在高频场合测量的基本方法；安装，调试，故障分析和排除的初步能力；安装，调试，故障分析和排除的初步能力；电路仿真的能力；电路仿真的能力；基本知识基本知识基本知识基本知识：涵盖高频电路分析与高速数字电路的主要知识点。涵盖高频电路分析与高速数字电路的主要知识点。高频单元电路分析、验证设计方法；高频单元电路分析、验证设计方法；集中与分布，线性与非线性，瞬态与稳态，动态范围、集中与分布，线性与非线性，瞬态与稳态，动态范围、阻抗匹配，调谐与谐振以及电磁兼容等基本概念。阻抗匹配，调谐与谐振以及电磁兼容等基本概念。性能指标测量方法性能指标测量方法：如时域与频域，频率与相位，功率与效率。如时域与频域，频率与相位，功率与效率。2525通信类题目技术要点通信类题目技术要点n n通信技术发展日新月异，应紧跟新技术发展，通信技术发展日新月异，应紧跟新技术发展，如软件无线电等。如软件无线电等。n n通信硬件：高频（射频）电路，高速数字信通信硬件：高频（射频）电路，高速数字信号处理号处理n n通信软件：协议，界面控制，软件无线电通信软件：协议，界面控制，软件无线电n n通信测试仪器：网仪、谱仪、眼图、特殊信通信测试仪器：网仪、谱仪、眼图、特殊信号源等号源等n n通信系统的应用（如通信系统的应用（如2.4GHz ISM2.4GHz ISM频段蓝牙、频段蓝牙、wi-fiwi-fi等）等）n n电磁兼容电磁兼容:收发隔离、收发隔离、DC-DCDC-DC变换变换2626通信类题目的忌讳通信类题目的忌讳n n专用芯片功能强大，但购买渠道各地差异较大，专用芯片功能强大，但购买渠道各地差异较大，一般尽量避免使用一般尽量避免使用n n现有通信设备品种繁杂。应尽量避免直接使用。现有通信设备品种繁杂。应尽量避免直接使用。n n4 4天三夜时间太短，大规模通信网络难以实现。天三夜时间太短，大规模通信网络难以实现。n n300MHz300MHz以上频段，受高校仪器限制，很难在器以上频段，受高校仪器限制，很难在器件级电路上实现和测试。件级电路上实现和测试。n n各地无线通信环境差异很大，远距离通信差异明各地无线通信环境差异很大，远距离通信差异明显。显。2727学生应具备的知识、能力学生应具备的知识、能力n n掌握收发信机的设计制作能力；掌握收发信机的设计制作能力；n n掌握先进射频仪器使用方法；掌握先进射频仪器使用方法；n n掌握掌握FPGAFPGA、DSPDSP基本知识；基本知识；n n掌握一些射频掌握一些射频CADCAD软件软件(ADS(ADS、HFSSHFSS、ANSOFT)ANSOFT)，能，能完成部件设计；完成部件设计；n n具有高速数字信号处理的能力；具有高速数字信号处理的能力；n n具有绘制射频印刷板能力并有初步的电磁兼容知识；具有绘制射频印刷板能力并有初步的电磁兼容知识；n n了解射频接插件、电缆、磁芯材料、屏蔽等知识；了解射频接插件、电缆、磁芯材料、屏蔽等知识；n n通信电源的设计能力及电磁兼容通信电源的设计能力及电磁兼容2828End谢谢谢谢2929