凌特杯(赛道三)模拟考试复盘

一、比赛概况

• 比赛名称：第四届全国大学生通信系统设计大赛（赛道三）
• 比赛形式：模拟考试，限时完成实验报告
• 核心链路：模拟信号源 → PCM编码 → 帧同步插入1 → 汉明编码 → 帧同步插入2 → QPSK调制映射 → RRC滤波 → 信道 → FIR滤波 → QPSK解映射 → 汉明译码 → PCM译码 → 恢复信号
• 题型结构：6道手算模块题 + 2道综合场景题

二、各模块题型与考核方式

模块1：手算PCM编码

考核内容：

• A律13折线PCM编码原理（8bit：1位极性 + 3位段落码 + 4位段内码）
• 量化单位转换、量化误差计算
• 速率计算

关键注意点：

• 抽样脉冲速率不是信号源采样率（32000Hz），而是PCM模块内部抽样率 8000 Hz（语音标准）
• 编码输出速率 = 8000 × 8 = 64000 bps
• 13折线编码定位框格式：极性 | 段号 | 段内码（段号从0开始，即段落码000→段号0）
• 极性符号：负值填"-"，正值填"+"
• 段号 = 段落码对应的十进制值（000→0, 001→1, ..., 111→7）
• 段内码填十进制（0~15）

易错点：

• 一开始误以为采样率是32000Hz，导致PCM速率算错
• 编码定位框的段号从0开始计数，不是从1开始

模块2：手算汉明编码

考核内容：

• (7,4)线性分组汉明码编码
• 监督位计算、编码输出
• 速率计算

关键注意点：

• 输入来自PCM编码输出，但帧同步插入1已经将速率翻倍（64000 → 128000 bps）
• 每8bit PCM码分成两个4bit组，分别进行(7,4)编码
• 监督位公式（系统码）：
• c₂ = d₃ ⊕ d₂ ⊕ d₁
• c₁ = d₃ ⊕ d₂ ⊕ d₀
• c₀ = d₃ ⊕ d₁ ⊕ d₀
• 编码输出 = d₃d₂d₁d₀c₂c₁c₀（7bit）
• 每个采样点的编码输出是两组合并的14bit
• 输入速率：128000 bps
• 输出速率：128000 × 7/4 = 224000 bps

易错点：

• 一开始没注意到帧同步1已经把速率翻倍，误以为输入是64000
• 编码输出格式不确定是7bit分开还是14bit合并

模块3：手算QPSK调制映射

考核内容：

• 格雷编码映射配置
• IQ映射、归一化
• 速率计算

关键注意点：

• 必须先配置格雷编码映射弹窗（点击"查看调制映射原理"）
• 弹窗中11行是系统固定的，只需配置10/01/00三行
• 格雷编码规则（自然二进制→格雷码）：
• 00 → 00
• 01 → 01
• 10 → 11
• 11 → 10
• IQ映射规则（格雷码→IQ）：
• 00 → (+1, +1)
• 01 → (-1, +1)
• 11 → (-1, -1)
• 10 → (+1, -1)
• 每2bit一组，共7组（14bit / 2 = 7符号）
• 归一化：各除以 √2 ≈ 0.7071
• 输入符号速率 = 256000 bps（含帧同步2后的总比特流）
• 输出符号速率 = 256000 bps（QPSK不改变符号数）

易错点：

• 一开始以为输入原码直接映射到IQ，忽略了格雷编码转换步骤
• 弹窗需要为每个采样点都配置（红绿蓝各配一次）
• 映射规则和之前习惯的QPSK格雷映射可能不同

模块4：手算QPSK解映射

考核内容：

• QPSK解映射弹窗配置
• IQ数据接收、并串变换分组
• IQ解映射、格雷译码
• 速率计算

关键注意点：

• 必须先配置解映射弹窗（点击"查看解映射原理"）
• 弹窗格式：输入电平 → IQ解映射（格雷码）→ 格雷译码（自然二进制）
• 配置规则（和调制映射对应）：
• (+1,+1) → 00 → 00
• (-1,+1) → 01 → 01
• (-1,-1) → 11 → 10
• (+1,-1) → 10 → 11
• 接收到的IQ数据和发送端不一致（信道噪声导致硬判决结果不同）
• 按接收到的IQ值直接解映射，不需要和发送端对比
• 并串变换分组框：填7组格雷码
• IQ解映射框：填7组格雷码（从IQ映射得到）
• 格雷译码框：填7组自然二进制或合并的14bit
• 输入符号速率 = 128000 bps
• 输出符号速率 = 128000 × 2 = 256000 bps

易错点：

• 一开始试图让接收IQ和发送IQ一致，实际上信道有噪声
• 解映射弹窗配置容易和调制映射搞混方向

模块5：手算汉明译码

考核内容：

• (7,4)汉明译码
• 校正子计算、错误定位与纠正
• 速率计算

关键注意点：

• 系统提示：译码输入中可能存在误码，需要自行判断并纠正
• 校验方程：
• S₂ = d₃ ⊕ d₂ ⊕ d₁ ⊕ c₂
• S₁ = d₃ ⊕ d₂ ⊕ d₀ ⊕ c₁
• S₀ = d₃ ⊕ d₁ ⊕ d₀ ⊕ c₀
• 校正子与错误位置对应：

  S₂S₁S₀	错误位置
  001	c₀
  010	c₁
  011	d₀
  100	c₂
  101	d₁
  110	d₂
  111	d₃

• 纠正后提取4位信息位
• 每个采样点两组信息位合并为8bit译码输出
• 输入速率：224000 bps
• 输出速率：224000 × 4/7 = 128000 bps

6组译码输入及纠正结果：

模块6：手算PCM译码

考核内容：

• A律13折线PCM译码
• 译码定位、量化单位转换、电平还原
• 速率计算

关键注意点：

• 译码输入来自汉明译码输出（8bit PCM码组）
• 译码规则：重建电平 = 段起始 + 段内码×段间隔 + 段间隔/2（取中点）
• 13折线译码定位格式：极性 | 段号 | 段内（十进制）
• 转换量化单位 = 段起始Δ + 段内码×段间隔Δ + 段间隔/2
• 还原电平（带符号）= 量化电平 × 极性
• 译码输入速率：64000 bps
• 译码输出速率：64000 / 8 = 8000 bps（重建采样率）

各段参数：

译码结果：

三、选择题答案汇总

一、手算部分选择题

二、综合场景题

四、综合场景题方案设计

场景二-2：IQ相位不平衡软件优化方案

方案名称：基于判决反馈的盲相位跟踪与补偿

核心思路：利用QPSK星座图的对称性，无需发送已知导频，在接收端直接通过已判决的符号反向估计相位偏差，实时补偿。

实现步骤：

1. 对每个接收符号 r = I + jQ 做常规硬判决，得到估计符号 ŝ
2. 计算相位误差：Δφ = arg(r) − arg(ŝ)
3. 对 Δφ 做滑动平均（窗口64~128符号），得到相位偏差估计 φ̂
4. 对接收信号做反向旋转：r' = r × e^(−jφ̂)
5. 用 r' 重新进行QPSK解映射

为什么比通用IQ校准更适合海上平台：

五、关键经验教训

1. 速率计算要注意帧同步的影响

• PCM输出64000 → 帧同步1（每8bit插8bit头）→ 128000
• 汉明编码输出224000 → 帧同步2（每56bit插8bit头）→ 256000
• 不能只看模块本身，要看链路中前置模块的影响

2. 弹窗配置不能跳过

• QPSK调制映射和QPSK解映射都有格雷编码配置弹窗
• 必须先配置弹窗，再填手算表格
• 弹窗配置是通用规则，所有采样点共用同一套规则

3. 段号从0开始

• PCM编码/译码的"段落"框填的是段号（0~7），不是段落码（000~111）
• 段号 = 段落码的十进制值

4. 信道噪声导致接收值和发送值不同

• QPSK解映射的接收IQ值和QPSK调制映射的发送IQ值不一致
• 这是正常的，因为有信道噪声
• 按接收值直接解映射，不要试图和发送端对齐

5. 汉明译码存在误码需要纠正

• 译码输入中存在单比特错误（校正子≠000）
• 需要根据校正子定位错误位并翻转
• 纠正后再提取信息位

6. 编码输出的格式

• 汉明编码：两组合并为14bit（不是7bit分开）
• 汉明译码：两组合并为8bit译码输出

7. DevTools自检方法

// 查看所有已采集的手算结果
document.querySelectorAll('.collect').forEach((el, i) => console.log(i, el.innerText))

六、比赛难度评价

• 知识深度：中等（通信原理标准课程内容）
• 知识广度：较广（涵盖信源编码、信道编码、数字调制、同步、滤波）
• 手算量：大（多个模块、多个采样点、大量数值计算）
• 时间压力：大（限时完成完整链路的手算）
• 易错点：链路各模块相互依赖，一步错可能导致后续连锁错误

总体评价：对通信专业学生属于"知识难度中等，但题量大、链路长、细节多"的比赛，细心和熟练度比纯粹的知识深度更重要。