基于FPGA的QPSK+帧同步系统verilog开发,包含testbench,高斯信道,误码统计,可设置SNR

1.算法仿真效果

vivado2019.2仿真结果如下（完整代码运行后无水印）：

 

系统包括QPSK调制模块，QPSK解调模块，AWGN信道模块，误码统计模块，帧同步模块，数据源模块等。

 

设置SNR=20db

 

 

 

缩小波形，看完整一帧数据波形：

 

 

 

设置SNR=7db

 

 

 

仿真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

2.1QPSK

       QPSK是一种数字调制方式，它将两个二进制比特映射到一个符号上，使得每个符号代表四种可能的相位状态。因此，QPSK调制解调系统可以实现更高的传输速率和更高的频谱效率。基于FPGA的QPSK调制解调系统通常由以下几个模块组成：

 

数据生成模块：生成要传输的二进制数据流。

 

QPSK调制模块：将二进制数据流转换为符号序列，并将每个符号映射到特定的相位状态。

 

QPSK解调模块：将接收到的符号序列解调为二进制数据流。

 

QPSK调制模块

 

      QPSK调制模块将二进制数据流转换为符号序列，并将每个符号映射到特定的相位状态。QPSK调制使用四个相位状态，分别为0度、90度、180度和270度。在QPSK调制中，每个符号代表两个比特，因此，输入二进制数据流的速率必须是符号速率的两倍。

 

       QPSK调制模块通常使用带有正弦和余弦输出的正交调制器（I/Q调制器）来实现。在I/Q调制器中，输入信号被分成两路，一路被称为“正交（I）路”，另一路被称为“正交（Q）路”。每个输入符号被映射到一个特定的正交信号，然后通过合成器将两个信号相加，形成QPSK调制信号。

 

 

 

QPSK解调模块

       QPSK解调模块将接收到的符号序列解调为二进制数据流。解调模块使用相干解调器来实现，相干解调器可以将接收到的信号分解成两个正交分量，然后将它们与本地正交信号相乘，得到原始的QPSK符号。解调器的输出是一个复数，需要进行幅值解调和相位解调才能得到原始的二进制数据流。

 

 

 

2.2 帧同步

       在数字通信中，信息通常是以帧为单位进行组织和传输的。帧同步的目的是确定每一帧的起始位置，以便接收端能够正确地解调出每帧中的数据。

 

       设发送的帧结构为：帧同步码 + 信息码元序列 。帧同步码是具有特定规律的码序列，用于接收端识别帧的起始。

 

       帧同步的过程就是在接收序列中寻找与帧同步码匹配的位置，一旦找到匹配位置，就确定了帧的起始位置，后续的码元就可以按照帧结构进行正确的划分和处理。

 

 

 

3.Verilog核心程序

//QPSK调制
TQPSK TQPSKU(
.i_clk  (i_clk),
.i_rst  (i_rst),
.i_Ibits(i_Ibits),
.i_Qbits(i_Qbits),
 
.o_Ifir (o_Ifir),
.o_Qfir (o_Qfir),
.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), //这个地方可以设置信噪比，数值大小从-10~50，
    .i_din(o_mod_T[24:9] + o_mod_T[25:10]), 
    .o_noise(),
    .o_dout(o_Nmod_T)
    );  
 
 
//QPSK解调
RQPSK RQPSKU(
.i_clk  (i_clk),
.i_rst  (i_rst),
.i_med  (o_Nmod_T),
.o_cos  (),
.o_sin  (),
.o_modc (o_rmodc),
.o_mods (o_rmods),
.o_Ifir (o_rIfir),
.o_Qfir (o_rQfir),
.o_Ibits(),
.o_Qbits(),
.o_Ibits_data(o_Ibits_data),
.o_Ibits_head(o_Ibits_head),
.o_Ipeak(o_Ipeak),
.o_Ien_data(o_Ien_data),
.o_Ien_pn(o_Ien_pn),
.o_Iframe_start(o_Iframe_start),
.o_Qbits_data(o_Qbits_data),
.o_Qbits_head(o_Qbits_head),
.o_Qpeak(o_Qpeak),
.o_Qen_data(o_Qen_data),
.o_Qen_pn(o_Qen_pn),
.o_Qframe_start(o_Qframe_start)
);
    
 
 
 
 //计算误码率   
 //I,Q两路分别计算，最后统计平均值作为误码率
//error calculate
wire [31:0]w_error_num1;
wire [31:0]w_error_num2;
Error_Chech Error_Chech_u1(
    .i_clk(i_clk), 
    .i_rst(i_rst), 
    .i_trans({i_Ibits}), 
    .i_en_data(o_Ien_data),
    .i_rec(o_Ibits_data), 
    .o_error_num(w_error_num1), 
    .o_total_num(),
    .o_rec2     ()
    );
    
//error calculate
Error_Chech Error_Chech_u2(
    .i_clk(i_clk), 
    .i_rst(i_rst), 
    .i_trans({i_Qbits}), 
    .i_en_data(o_Qen_data),
    .i_rec(o_Qbits_data), 
    .o_error_num(w_error_num2), 
    .o_total_num(o_total_num),
    .o_rec2     ()
    ); 
assign o_error_num={w_error_num1[31],w_error_num1[31:1]} + {w_error_num2[31],w_error_num2[31:1]} ;
    
endmodule