【硬件测试】基于FPGA的4FSK+帧同步系统开发与硬件片内测试,包含高斯信道,误码统计,可设置SNR

1.算法硬件测试效果

本文是之前写的文章

 

《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》

 

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=25db

 

 

 

vio设置SNR=10db

 

 

 

局部放大：

 

 

 

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

       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

 

//产生模拟测试数据
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)
);
    
//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
); 
     
    
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;//数据
wire [1:0]o_bits_head;//帧头
wire [7:0]o_peak;//帧头检测峰值
wire  o_en_data;//数据使能
wire  o_en_pn;//帧头使能
wire  o_frame_start;//帧检测标记
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篇内测试分析模块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