【硬件測試】基于FPGA的4FSK+幀同步系統開發與硬件片內測試,包含高斯信道,誤碼統計,可設置SNR
1.算法硬件測試效果
本文是之前寫的文章
《基于FPGA的4FSK+幀同步系統verilog開發,包含testbench,高斯信道,誤碼統計,可設置SNR》
的硬件測試版本。
在系統在仿真版本基礎上增加了ila在線數據采集模塊，vio在線SNR設置模塊，數據源模塊。
硬件ila測試結果如下：（完整代碼運行后無水印）：
vio設置SNR=25db
vio設置SNR=10db
局部放大：
硬件測試操作步驟可參考程序配套的操作視頻。
2.算法涉及理論知識概要
四頻移鍵控（4FSK）是一種常用的數字調制方法，具有較高的頻帶利用率和抗干擾性能。它利用不同的頻率來傳輸二進制數據，通常應用于無線通信和數據傳輸等領域。
2.1 原理與數學公式
4FSK調制的基本原理是將輸入的二進制數據轉換為不同頻率的信號，以實現數據的傳輸。解調則是將接收到的不同頻率的信號還原為原始的二進制數據。
在4FSK調制中，輸入的二進制數據被分為兩組，每組有兩個比特。根據這兩個比特的值，選擇相應的頻率輸出。具體來說，有四個頻率f1、f2、f3、f4與之對應，每個頻率都代表一個二進制組合（00、01、10、11），即十進制的0，1，2，3。
頻率選擇：根據輸入的比特組合選擇相應的頻率輸出。例如，當輸入為“00”時，選擇頻率f1；當輸入為“01”時，選擇頻率f2；當輸入為“10”時，選擇頻率f3；當輸入為“11”時，選擇頻率f4。
調制信號：將選擇的頻率進行幅度調制，以便在傳輸過程中具有更好的抗干擾性能。通常采用開關鍵控（OOK）或脈沖幅度調制（PAM）等方法進行幅度調制。
解調信號：在接收端，根據不同頻率的信號進行解調。首先通過帶通濾波器將所需的頻率信號提取出來，然后通過解調器將其還原為原始的二進制數據。解調方法通常采用相干解調或非相干解調。
2.2 幀同步
在數字通信中，信息通常是以幀為單位進行組織和傳輸的。幀同步的目的是確定每一幀的起始位置，以便接收端能夠正確地解調出每幀中的數據。
設發送的幀結構為：幀同步碼 + 信息碼元序列 。幀同步碼是具有特定規律的碼序列，用于接收端識別幀的起始。
幀同步的過程就是在接收序列中尋找與幀同步碼匹配的位置，一旦找到匹配位置，就確定了幀的起始位置，后續的碼元就可以按照幀結構進行正確的劃分和處理。
3.Verilog核心程序
//產生模擬測試數據
wire signed[1:0]o_msg;
wire o_en;
signal signal_u(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (~i_rst),
.o_bits(o_msg),
.o_en (o_en)
);
//設置SNR
wire signed[7:0]o_SNR;
vio_0 your_instance_name (
.clk(i_clk), // input wire clk
.probe_out0(o_SNR) // output wire [7 : 0] probe_out0
);
reg signed[7:0]i_SNR;
wire signed[15:0]o_carrier1;
wire signed[15:0]o_carrier2;
wire signed[15:0]o_carrier3;
wire signed[15:0]o_carrier4;
wire signed[15:0]o_fsk;
wire signed[15:0]o_fsk_Rn;
wire [1:0]o_bits_data;//數據
wire [1:0]o_bits_head;//幀頭
wire [7:0]o_peak;//幀頭檢測峰值
wire o_en_data;//數據使能
wire o_en_pn;//幀頭使能
wire o_frame_start;//幀檢測標記
wire signed[31:0]o_error_num;
wire signed[31:0]o_total_num;
FSK uut(
.i_clk(i_clk),
.i_rst(~i_rst),
.i_en(o_en),
.i_SNR(o_SNR),
.i_bits(o_msg),
.o_carrier1(o_carrier1),
.o_carrier2(o_carrier2),
.o_carrier3(o_carrier3),
.o_carrier4(o_carrier4),
.o_fsk(o_fsk),
.o_fsk_Rn(o_fsk_Rn),
.o_de_fsk1(),
.o_de_fsk2(),
.o_de_fsk3(),
.o_de_fsk4(),
.o_bits(),
.o_bits_data (o_bits_data),
.o_bits_head (o_bits_head),
.o_peak (o_peak),
.o_en_data (o_en_data),
.o_en_pn (o_en_pn),
.o_frame_start (o_frame_start),
.o_error_num (o_error_num),
.o_total_num (o_total_num)
);
//ila篇內測試分析模塊140
ila_0 ila_u (
.clk(i_clk), // input wire clk
.probe0({
o_msg,o_SNR,o_fsk[15:6],o_fsk_Rn[15:6],//30
o_error_num[15:0],o_total_num[23:0],//40
//14
o_en_pn,o_frame_start,
o_en_data,
o_peak,
o_bits_head,
o_bits_data
})
);
endmodule
