基于FPGA的8PSK+幀同步系統verilog開發,包含testbench,高斯信道,誤碼統計,可設(she)置SNR
1.算法仿真效果
vivado2019.2仿真結果如下(完(wan)整代碼(ma)運行后無水印(yin)):
設(she)置SNR=10db


設置SNR=30db


仿真操(cao)(cao)作(zuo)步驟可參(can)考程序(xu)配套的操(cao)(cao)作(zuo)視頻。
2.算法(fa)涉(she)及理論知(zhi)識概要
隨(sui)著(zhu)通信技術的不斷發展,相(xiang)位調制技術因其高頻譜(pu)效率和抗干擾能力而廣泛(fan)應(ying)用(yong)于無(wu)線通信系統中。其中,8PSK(8相位相移鍵控)作為一(yi)種(zhong)高(gao)階調(diao)制方式,具(ju)有更高(gao)的(de)(de)頻譜(pu)效率(lv)和更強的(de)(de)抗干擾能力,因此備受關注(zhu)。然而,8PSK調(diao)制解調(diao)的(de)(de)實(shi)現(xian)復雜(za)度較高(gao),需(xu)要高(gao)效的(de)(de)數字(zi)信號處理(li)技(ji)術。現(xian)場(chang)可編程門陣列(FPGA)作為一(yi)種(zhong)可編程邏輯器(qi)件,具(ju)有高(gao)度的(de)(de)靈(ling)活(huo)性和并行處理(li)能力,非常適合實(shi)現(xian)復雜(za)的(de)(de)數字(zi)信號處理(li)算(suan)法。
2.1 8PSK調制原理(li)
8PSK調(diao)(diao)制是(shi)(shi)一種相(xiang)位(wei)調(diao)(diao)制方式,其(qi)基本原理(li)是(shi)(shi)通過改變載波(bo)的(de)(de)相(xiang)位(wei)來傳遞(di)信(xin)息。在8PSK中,一個符號(hao)周期內的(de)(de)相(xiang)位(wei)變化有8種可(ke)能的(de)(de)狀態,分別對應3個比(bi)特的(de)(de)信(xin)息。因此,8PSK調(diao)(diao)制可(ke)以(yi)看作是(shi)(shi)一種將(jiang)3個比(bi)特映射到一個符號(hao)的(de)(de)映射方式。具體地,假設輸入的(de)(de)比(bi)特序列(lie)為b2b1b0,則(ze)對應的(de)(de)8PSK符號(hao)可(ke)以(yi)表示為:
S(t)=Acos(2πfct+θk) (1)
其中,A是載波(bo)的(de)振幅,fc是載波(bo)的(de)頻率(lv),θk是第k個(ge)符號的(de)相位,k=0,1,...,7。θk的(de)取值由(you)輸(shu)入的(de)比特(te)序列b2b1b0決(jue)定,具體的(de)映射關系如表1所(suo)示。

2.2 幀同步
在(zai)數字通信中,信息通常是以幀(zhen)為(wei)單(dan)位進行(xing)組織和傳輸的。幀(zhen)同(tong)步的目的是確(que)定每(mei)(mei)一幀(zhen)的起始位置,以便接收端能夠(gou)正確(que)地解調出(chu)每(mei)(mei)幀(zhen)中的數據。
設發送的幀結(jie)構為:幀同步碼 + 信息碼(ma)元序列 。幀(zhen)同步碼(ma)是具有(you)特定規律的碼(ma)序列,用于接收端識別幀(zhen)的起始。
幀同步的過(guo)程就(jiu)是在接(jie)收序列(lie)中尋(xun)找(zhao)與幀同步碼匹配(pei)的位(wei)置(zhi)(zhi),一(yi)旦找(zhao)到匹配(pei)位(wei)置(zhi)(zhi),就(jiu)確定(ding)了幀的起始(shi)位(wei)置(zhi)(zhi),后續的碼元就(jiu)可以按照(zhao)幀結構進行正(zheng)確的劃分和處理。
3.Verilog核(he)心程序
`timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2024/08/05 03:30:02
// Design Name:
// Module Name: TOPS_8PSK
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//
module TOPS_8PSK(
input i_clk,
input i_rst,
input signed[7:0]i_SNR,
input[1:0]i_en,
input i_dat,
output [2:0]o_ISET,
output signed[15:0]o_I8psk,
output signed[15:0]o_Q8psk,
output signed[15:0]o_Ifir_T,
output signed[15:0]o_Qfir_T,
output signed[31:0]o_mod_T,
output signed[15:0]o_Nmod_T,
output signed[31:0]o_modc_R,
output signed[31:0]o_mods_R,
output signed[31:0]o_Ifir_R,
output signed[31:0]o_Qfir_R,
output [2:0]o_wbits,
output o_bits,
output [1:0]o_bits_head,
output [7:0]o_peak,
output o_en_data,
output o_en_pn,
output o_frame_start,
output signed[31:0]o_error_num,
output signed[31:0]o_total_num
);
reg[9:0]cnt;
always @(posedge i_clk or posedge i_rst)
begin
if(i_rst)
begin
cnt <= 10'd0;
end
else begin
if(cnt == 79)
cnt <= 10'd0;
else
cnt <= cnt+10'd1;
end
end
reg dat_clk;
always @(posedge i_clk or posedge i_rst)
begin
if(i_rst)
begin
dat_clk <= 1'd0;
end
else begin
if(cnt == 39)
dat_clk <= 1'd1;
else
dat_clk <= 1'd0;
end
end
T8PSK T8PSKU(
.i_clk (dat_clk),
.i_clksample(i_clk),
.i_rst (i_rst),
.i_en (i_en),
.i_dat (i_dat),
.o_ISET (o_ISET),
.o_clk_3div(),
.o_I8psk(o_I8psk),
.o_Q8psk(o_Q8psk),
.o_Ifir (o_Ifir_T),
.o_Qfir (o_Qfir_T),
.o_cos (),
.o_sin (),
.o_modc (),
.o_mods (),
.o_mod (o_mod_T)
);
//加入信道
awgns awgns_u(
.i_clk(i_clk),
.i_rst(i_rst),
.i_SNR(i_SNR), //這個地方可以設置信噪比,數值大小從-10~50,
.i_din(o_mod_T[28:13]),
.o_noise(),
.o_dout(o_Nmod_T)
);
//8PSK解調
R8PSK R8SKU(
.i_clk (dat_clk),
.i_clksample(i_clk),
.i_rst (i_rst),
.o_clk_3div(),
.i_med (o_Nmod_T),
.o_cos (),
.o_sin (),
.o_modc (o_modc_R),
.o_mods (o_mods_R),
.o_Ifir (o_Ifir_R),
.o_Qfir (o_Qfir_R),
.o_wbits(o_wbits),
.o_bits (o_bits),
.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)
);
Error_Chech Error_Chech_u1(
.i_clk(dat_clk),
.i_rst(i_rst),
.i_trans({~i_dat,1'b1}),
.i_en_data(o_en_data),
.i_rec({~o_bits,1'b1}),
.o_error_num(o_error_num),
.o_total_num(o_total_num)
);
endmodule
