基于FPGA的4FSK+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）：

 

设置SNR=25db

 

 

 

 设置SNR=12db

 

 

 

将波形局部放大：

 

 

 

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

       四频移键控（4FSK）是一种常用的数字调制方法，具有较高的频带利用率和抗干扰性能。它利用不同的频率来传输二进制数据，通常应用于无线通信和数据传输等领域。

 

2.1 原理与数学公式

       4FSK调制的基本原理是将输入的二进制数据转换为不同频率的信号，以实现数据的传输。解调则是将接收到的不同频率的信号还原为原始的二进制数据。

 

      在4FSK调制中，输入的二进制数据被分为两组，每组有两个比特。根据这两个比特的值，选择相应的频率输出。具体来说，有四个频率f1、f2、f3、f4与之对应，每个频率都代表一个二进制组合（00、01、10、11），即十进制的0，1，2，3。

 

        频率选择：根据输入的比特组合选择相应的频率输出。例如，当输入为“00”时，选择频率f1；当输入为“01”时，选择频率f2；当输入为“10”时，选择频率f3；当输入为“11”时，选择频率f4。

调制信号：将选择的频率进行幅度调制，以便在传输过程中具有更好的抗干扰性能。通常采用开关键控（OOK）或脉冲幅度调制（PAM）等方法进行幅度调制。

 

       解调信号：在接收端，根据不同频率的信号进行解调。首先通过带通滤波器将所需的频率信号提取出来，然后通过解调器将其还原为原始的二进制数据。解调方法通常采用相干解调或非相干解调。

 

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

 

//调制
FSK_mod FSK_mod_u(
.i_clk     (i_clk),
.i_rst     (i_rst),
.i_en      (i_en),
.i_bits    (i_bits),
.o_carrier1(o_carrier1),
.o_carrier2(o_carrier2),
.o_carrier3(o_carrier3),
.o_carrier4(o_carrier4),
.o_fsk     (o_fsk)
);
    
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_fsk), 
    .o_noise(),
    .o_dout(o_fsk_Rn)
    );
解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调
FSK_demod FSK_demod_u(
.i_clk(i_clk),
.i_rst(i_rst),
.i_fsk(o_fsk_Rn),
.o_de_fsk1(o_de_fsk1),
.o_de_fsk2(o_de_fsk2),
.o_de_fsk3(o_de_fsk3),
.o_de_fsk4(o_de_fsk4),
.o_de_ffsk1(),
.o_de_ffsk2(),
.o_de_ffsk3(),
.o_de_ffsk4(),
.o_bits(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)
);
    
    
//error calculate
Error_Chech Error_Chech_u(
    .i_clk(i_clk), 
    .i_rst(i_rst), 
    .i_trans(i_bits), 
    .i_en_data(o_en_data),
    .i_rec(o_bits_data), 
    .o_error_num(o_error_num), 
    .o_total_num(o_total_num),
    .o_rec2()
    );
     
 
endmodule