m基于FPGA的带相位偏差16QAM调制信号相位估计和补偿算法verilog实现

1.算法仿真效果
本系统进行了Vivado2019.2平台的开发，Vivado2019.2仿真结果如下：

将FPGA的仿真结果导入到matlab显示星座图。

2.算法涉及理论知识概要
从以下几个方面进行介绍：16QAM调制信号的基本原理、相位偏差的处理方法、VV算法的原理和实现步骤等。

2.1. 16QAM调制信号的基本原理
16QAM调制是一种常见的数字调制方式，其将四个二进制比特映射到一个复平面上的16个点，如图1所示。16QAM调制信号可以表示为：

   其中，$A_c$是载波幅度，$a_n$是二进制比特，$p(t)$是脉冲成形滤波器，$T$是符号间隔，$f_c$是载波频率，$\phi_n$是相位。

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

2.2. 相位偏差的处理方法

  在实际应用中，16QAM调制信号的相位可能会受到多种因素的影响，如噪声、多径衰落等，从而导致信号存在相位偏差。为了保证信号的正确解调，需要对信号进行相位估计和补偿。

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

相位估计和补偿的一般流程包括以下几个步骤：

选择合适的相位参考信号，例如载波信号或训练序列等。

提取接收信号的相位信息，例如使用差分解调器提取相位差等。

    对相位信息进行滤波和处理，例如使用低通滤波器平滑相位信息，使用PLL等算法进行相位跟踪等。

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

根据估计得到的相位信息，对信号进行相位补偿，以消除相位偏差。

2.3. VV算法的原理和实现步骤

   VV算法是一种基于相位差的相位估计算法，它可以对16QAM调制信号的相位进行高精度的估计和补偿。VV算法的原理如下：

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

将16QAM调制信号分为实部和虚部两路，分别进行差分解调，得到相位差$\Delta\phi$。

对相位差进行累积，并进行非线性处理，得到相位估计值。

根据相位估计值，对信号进行相位补偿。

VV算法的实现步骤如下：

对接收信号进行采样和定时，并进行载波恢复，得到16QAM调制信号的实部和虚部。

对实部和虚部分别进行差分解调，得到相位差$\Delta\phi$。

    最后，将补偿后的信号进行解调和解码，得到原始的二进制比特流。需要注意的是，VV算法的实现需要使用高精度的浮点运算，因此需要使用FPGA等硬件加速器来实现。在实现过程中，需要根据具体的硬件平台和信号特性进行优化，以达到较高的运算速度和较低的资源消耗。

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

3.Verilog核心程序
```module TEST;

reg clk;
reg rst;
reg start;

wire  [3:0] parallel_data;
wire [15:0]sin;
wire [15:0]cos;
wire signed[19:0]  I_com;
wire signed[19:0]  Q_com;
wire signed[19:0]  I_com2;
wire signed[19:0]  Q_com2;
wire signed[15:0]I_comcos;
wire signed[15:0]Q_comsin;


// DUT
tops_16QAM_mod  top(
   .clk(clk),
   .rst(rst),
   .start(start),
   .parallel_data(parallel_data),
   .sin(sin),
   .cos(cos),
   .I_com(I_com),
   .Q_com(Q_com),
   .I_com2(I_com2),
   .Q_com2(Q_com2),
   .I_comcos(I_comcos),
   .Q_comsin(Q_comsin)
   );

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

wire signed[23:0]I_comcos2;
wire signed[23:0]Q_comsin2;
wire signed[7:0]o_Ifir;
wire signed[7:0]o_Qfir;
wire signed[15:0]o_Ifir_phase;
wire signed[15:0]o_Qfir_phase;
wire signed[31:0]o_phase;
tops_16QAM_phase_est top2(
.clk(clk),
.rst(rst),
.start(start),
.I_comcos(I_comcos),
.Q_comsin(Q_comsin),
.I_comcos2(I_comcos2),
.Q_comsin2(Q_comsin2),
.o_Ifir(o_Ifir),
.o_Qfir(o_Qfir),
.o_I_phase(o_Ifir_phase),
.o_Q_phase(o_Qfir_phase),
.o_phase(o_phase)
);

initial begin
    clk = 0;
    rst = 0;
    start = 1;
    #10;
    rst = 1;
end

always #5
clk <= ~clk;

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

reg writeen;
initial
begin
writeen = 1'b0;

#150000
writeen = 1'b1;

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

end
```