原标题：竞赛题目分析：2021年E题《数字－模拟信号混合传输收发机》

一、题目概述

本题目要求设计并制作在同一信道进行数字-模拟信号混合传输的无线收发机。具体内容包括：

• 数字信号：由4个0~9的数字构成。

• 模拟信号：为语音信号，频率范围为100Hz~5kHz。

• 传输方式：采用无线传输，载波频率范围为20~30MHz，信道带宽不大于25kHz，收发设备间最短的传输距离不小于100cm。

二、实现要求

1. 模拟信号传输

• 模拟信号为100Hz~5kHz的语音信号，要求接收端解调后的模拟信号波形无明显失真。

• 在只有模拟信号传输时，接收端的数码显示应处于熄灭状态。

2. 数字信号传输

• 键入4个0~9的数字，在发送端进行存储并显示，然后按下发送键对数字信号进行连续循环传输。

• 接收端解调出数字信号，并通过4个数码管显示，要求从开始发送到数码管显示的响应时间不大于2秒。

• 发送端按下停止键后，结束数字信号传输，并清除已传数字的显示，等待键入新的数字。

3. 数字-模拟信号混合传输

• 任意键入一组数字，与模拟信号混合调制后进行传输。

• 接收端能正确解调数字信号和模拟信号，数字显示正确，模拟信号波形无明显失真。

1. 其他要求

• 收发机的信道带宽不大于25kHz，载波频率范围在20~30MHz内，且可在不少于3个载波频率中选择设置。

• 发送端停止数字信号传输后，接收端数码显示延迟5秒自动熄灭。

• 在满足基本要求的前提下，收发机发送端的功耗越低越好。

• 收发机所传输的模拟信号频率范围可扩展到50Hz~10kHz（可选）。

三、实现方案

1. 发送端

• 数字信号生成：使用单片机或FPGA生成数字信号，可以通过频率组合或编码方式表示每个数字。

• 模拟信号采集：通过麦克风或音频输入接口采集语音信号。

• 合路处理：将数字信号和模拟信号通过合路电路（如加法器）合并。

• 调制发送：选择合适的调制方式（如AM调制）对合并后的信号进行调制，并通过天线发送。

2. 接收端

• 解调接收：通过天线接收信号，并使用相应的解调方式（如包络检波）进行解调。

• 信号分离：使用滤波器（如低通滤波器和带通滤波器）分离出数字信号和模拟信号。

• 数字信号处理：对数字信号进行解码和显示，可以使用FFT运算等数字信号处理技术。

• 模拟信号处理：对模拟信号进行放大和滤波，以还原原始语音信号，并通过示波器观测。

四、关键技术与挑战

1. 调制方式选择：根据信号特性和传输要求选择合适的调制方式，如AM调制、OOK调制等。

2. 滤波器设计：设计合适的滤波器以分离数字信号和模拟信号，确保信号质量。

3. 同步与定时：确保发送端和接收端的同步与定时，以避免信号失真或解码错误。

4. 功耗优化：在满足传输要求的前提下，尽量降低发送端的功耗。

五、总结

本题目是一个综合性的电子竞赛题目，要求设计并制作一个能够在同一信道进行数字-模拟信号混合传输的无线收发机。通过该题目的实现，可以锻炼学生的电子系统设计能力、信号处理能力和无线通信技术能力。在实现过程中，需要关注信号质量、调制方式选择、滤波器设计以及功耗优化等关键技术问题。