【Matlab】BASK的除錯與解調模擬

是阿夢呀發表於2021-05-17

索引

一、BASK的調製
- 1.1 曼徹斯特碼
- 1.2 增益控制
- 1.3 常量求和
- 1.4 與載波相乘
- 1.5 波形預覽
- 1.6 引數設定（參考）
二、BASK的解調
- 2.1 濾波
- 2.2 訊號比較
- 2.3 波形預覽
- 2.4 引數設定（參考）
三、常見問題

一、BASK的調製

根據BASK調製的原理，訊號處理的步驟如下：

graph LR ManchesterCode["曼徹斯特碼"] gainControl["增益控制<br />（調製深度處理）"] Sum["與常量1求和"] Times["與載波相乘"] BASK["BASK訊號"] ManchesterCode --> gainControl --> Sum --> Times --> BASK

下面我們使用Matlab/Simulink進行模型的分步實現。

1.1 曼徹斯特碼

曼徹斯特碼可以通過NRZ碼和時鐘訊號進行異或獲取。假設\(Manchester(t)\)為曼徹斯特碼，NRZ(t)為NRZ碼，Clock(t)為時鐘訊號，則有：

\[Manchester(t)=NRZ(t)\otimes Clock(t) \]

在Simulink中，我們可以使用Bernoulli Binary Geneator來隨機生成二進位制流，即NRZ碼。類似地，我們可以使用Pulse Generator來生成時鐘脈衝訊號。
上述的兩個模組，以及接下來將要使用到的模組，都可以在Library Browser中找到。

因此，我們可以建立一個生成曼徹斯特碼的模型：

注：Scope為示波器。

1.2 增益控制

為了實現幅度變化，我們需要使用Gain對曼徹斯特碼進行增益控制。在進行增益控制前，我們需要將二進位制數字訊號轉換成浮點型（雙精度浮點型），以便更好的處理增益值。下面給出一種實現增益控制的解決方案：

1.3 常量求和

增益控制後，為了處理訊號發生器產生的訊號，避免後續過程持續出現0訊號，需要對受增益控制的訊號進行加1處理。我們可以使用Constant來生成常量。

1.4 與載波相乘

求和後，使用Product與載波進行乘法運算，即可得到BASK訊號。我們可以使用Signal Geneator來生成載波。

1.5 波形預覽

使用Scope模組，我們可以觀察到各個階段中訊號的波形。將曼徹斯特訊號和BASK調製訊號連線到示波器，我們可以觀察到下圖：

上圖中，圖例XOR表示的為曼徹斯特碼的波形圖，圖例Product表示的是BASK調製訊號的波形圖。需要注意的是，由於Bernoulli Binary Geneator產生的是隨機訊號，每次模擬所產生的波形圖也是隨機的。

1.6 引數設定（參考）

我們可以調節各模組的引數來控制BASK調製訊號的形狀，下面給出各模組的參考引數：

模組名	引數	設定值
Pulse Generator	Period (secs)	1
Pulse Generator	Pulse Width (% of period)	50
Gain	Gain	0.5
Signal Generator	Frequency	50*pi

注：未列出的模組引數按預設處理。

二、BASK的解調

根據BASK解調的原理，訊號處理的步驟如下：

graph LR BASK["BASK訊號"] Times["與載波相乘"] LowPassFilter["低通濾波器"] Comparator["比較器"] DemodulatedSignal["解調訊號"] BASK --> Times --> LowPassFilter --> Comparator --> DemodulatedSignal

下面我們使用Matlab/Simulink進行模型的分步實現。

2.1 濾波

為了將高頻訊號與低頻訊號分開，我們需要使用Analog Filter Design對BASK訊號進行濾波處理。在濾波前，為了保證訊號值恆為正數，需要與載波相乘。上一章的調製電路被封裝成BASK Generator模組，用於生成BASK訊號。

特別地，低通濾波器的截止頻率需低於兩倍的載波頻率。

2.2 訊號比較

BASK通過低通濾波器後，產生的波形可大致描述解調訊號的形狀。

上圖中，圖例XOR表示的為曼徹斯特碼的波形圖，圖例Analog Filter Design表示的是濾波後的訊號的波形圖。由於們需要更加穩定的數字訊號，所以可以使用比較器將波形抽離成數字訊號。【Matlab】BASK的除錯與解調模擬

以上就是BASK訊號解調的類比電路。

2.3 波形預覽

使用Scope模組，我們可以觀察到各個階段中訊號的波形。將曼徹斯特訊號和BASK解調訊號連線到示波器，我們可以觀察到下圖：

上圖中，圖例XOR表示的為曼徹斯特碼的波形圖，圖例GreaterThanOrEqual表示的是BASK解調訊號的波形圖。

2.4 引數設定（參考）