【硬件测试】基于FPGA的2ASK调制解调系统开发与硬件片内测试,包含信道模块,误码统计模块,可设置SNR

1.算法仿真效果

本文是之前写的文章

 

基于FPGA的2ASK调制解调系统,包含testbench,高斯信道模块,误码率统计模块,可以设置不同SNR

 

的硬件测试版本。

 

在系统在仿真版本基础上增加了ila在线数据采集模块，vio在线SNR设置模块，数据源模块。

 

硬件ila测试结果如下：（完整代码运行后无水印）：

 

vio设置SNR=2db

 

 

 

vio设置SNR=5db

 

 

 

vio设置SNR=10db

 

 

 

硬件测试操作步骤可参考程序配套的操作视频。

 

2.算法涉及理论知识概要

      2ASK调制解调是一种数字调制解调技术,它是基于ASK调制的一种数字调制方式。ASK调制是一种模拟调制方式,它是通过改变载波的振幅来传输数字信号。而2ASK调制解调则是将数字信号转换为二进制码,再通过改变载波的振幅来传输数字信号。 2ASK调制的原理是将数字信号转换为二进制码,然后将二进制码与载波信号相乘,得到调制信号。在解调时,将接收到的信号与载波信号相乘,再通过低通滤波器滤波,得到原始的数字信号。       

 

      2ASK是一种数字调制方式，其中“2”代表二进制，即调制信号只有两个幅度水平。在2ASK调制中，数字基带信号控制载波的幅度。当发送二进制“1”时，发送全幅度载波；当发送二进制“0”时，不发送信号，即无载波输出。因此，2ASK信号可以看作是基带脉冲序列与一个全幅度正弦波的乘积。2ASK的调制解调系统结构如下图所示：

 

 

 

假设我们的输入二进制序列为an，那么2ASK的调制过程可以用以下数学公式表示：

 

        e2ASK(t) = Σan g(t - nTs) cos(ωct)

 

        其中，g(t)是基带脉冲形状，Ts是基带脉冲间隔，ωc是载波的角频率。解调过程则是对接收到的信号进行包络检波，恢复出原始的二进制序列。

 

在FPGA上实现2ASK调制解调系统主要分为以下几个步骤：        系统设计：首先，我们需要根据2ASK调制解调的原理设计出系统的整体架构，包括调制器、信道模拟器和解调器等主要部分。

        Verilog编码：然后，我们使用Verilog硬件描述语言对系统各个部分进行编码。例如，我们可以创建一个调制器模块，它接收二进制输入，根据2ASK调制原理生成相应的调制信号。同样，我们也需要创建一个解调器模块，它接收调制信号，通过包络检波恢复出原始的二进制序列。

        仿真测试：编码完成后，我们需要通过仿真测试验证我们的设计是否正确。我们可以使用一些测试工具，如ModelSim，对我们的设计进行仿真。通过观察仿真结果，我们可以检查我们的设计是否满足预期。

       FPGA实现：最后，我们将通过仿真测试的设计下载到FPGA上进行实现。这通常需要使用特定的FPGA开发工具，如Xilinx Vivado。在这个步骤中，我们需要考虑FPGA的资源限制和性能优化等问题。

       在FPGA实现过程中，需要注意的是，由于FPGA是硬件实现，所以设计需要考虑实时性和并行性。此外，对于调制和解调过程中的一些非线性操作，可能需要利用FPGA的查找表（LUT）等资源进行优化。

 

3.verilog核心程序

 

module tops_hdw(
input i_clk,
input i_rst,
output reg [3:0] led
);
    
 
wire o_msg;
 
//产生模拟测试数据
signal signal_u(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (~i_rst),
.o_bits(o_msg)
);
 
 
 
 
//设置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
);
 
 
wire signed[15:0]o_2ask;
wire signed[15:0]o_2ask_Rn;
wire signed[31:0]o_de_2ask;
wire signed[31:0]o_de_2askf;
wire signed[1:0]o_bits;
wire signed[31:0]o_error_num;
wire signed[31:0]o_total_num; 
wire signed[1:0]o_rec2;
 
//ASK调制解调系统    
ASK2 uut(
.i_clk(i_clk),
.i_rst(~i_rst),
.i_bits({~o_msg,1'b1}),
.i_SNR(o_SNR),
.o_2ask(o_2ask),
.o_2ask_Rn(o_2ask_Rn),
.o_de_2ask(),
.o_de_2askf(o_de_2askf),
.o_bits(o_bits),
.o_error_num(o_error_num),
.o_total_num(o_total_num),
.o_rec2(o_rec2)
);
wire signed[15:0]w_de_2askf=o_de_2askf[25:10];
wire errflag = o_bits[1]^o_rec2[1];
//ila篇内测试分析模块
ila_0 ila_u (
	.clk(i_clk), // input wire clk
	.probe0({ 
	        o_msg,o_SNR,//9
	        o_2ask, o_2ask_Rn,w_de_2askf,o_bits,//50
	        o_error_num,o_total_num,errflag,//64
            o_rec2
	         })
	);	 
    
endmodule

　　

 

4.开发板使用说明和如何移植不同的开发板

注意：硬件片内测试是指发射接收均在一个板子内完成，因此不需要定时同步模块。

 

在本课题中，使用的开发板是：

 

 

 

如果你的开发板和我的不一样，可以参考代码包中的程序移植方法进行移植：