基于FPGA的256QAM基带通信系统,包含testbench,高斯信道模块,误码率统计模块,可以设置不同SNR

简介: 本文介绍了256QAM调制解调算法的仿真效果及理论基础。使用Vivado 2019.2进行仿真,分别在SNR为40dB、32dB和24dB下生成星座图,并导入Matlab进行分析。256QAM通过将8比特数据映射到复平面上的256个点,实现高效的数据传输。Verilog核心程序包括调制、信道噪声添加和解调模块,最终统计误码率。

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=40db:

0b874bc55bdd1d742ebe6c1da0bd4b08_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

将数据导入matlab,显示其星座图:

3aebea4835287adec88391922e571e21_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

设置SNR=32db:

7a46083bd1ec151941dc05ee4331e391_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

将数据导入matlab,显示其星座图:

f8a76900e29ba82e2deeb944b4c832b7_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

设置SNR=24db:

04bcb54b5e5eb95cf510c2e0931a2c9b_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

将数据导入matlab,显示其星座图:

a85cf96e2e336129b9f97fc2a6f24b4f_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

系统RTL结构如下:

f7bad36b5961ce1be0a5619fd82d53c9_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

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
256QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交幅度调制)是一种高级调制方案,能够在给定带宽内传输更多的信息比特。256QAM意味着每个符号可以携带8个比特的信息,因为 log⁡2(256)=8log2​(256)=8。

   在调制过程中,输入比特流首先被映射到复数值星座图上的特定点。对于256QAM,每个符号代表8个比特信息。调制器根据输入比特选择对应的星座点,并将这些星座点转换成相应的复数形式。例如,在理想情况下,256QAM星座图包含256个不同的点。

  256QAM的星座图是一个二维平面内的点阵,每个点代表一个独特的调制状态。在理想情况下,星座图中的每个点都对应于一个特定的复数值,该值由相位和幅度共同决定。由于256QAM有256个可能的状态,因此其星座图包含256个点。

256QAM映射过程如下:

数据编码:首先,输入的一组8比特数据需要被编码成一个复数形式的符号。这意味着每个256QAM符号实际上是由8比特信息组成的。

星座图映射:接下来,这8比特被映射到星座图上的一个特定位置。通常,这些比特会按照一定的规则分配给星座图的不同维度。例如,前4比特可以确定星座图上的一维坐标(实部),而后4比特确定另一维坐标(虚部)。

星座点分配:具体来说,星座图上的每个点都有一个特定的坐标(I,Q),其中I 表示同相分量,Q 表示正交分量。在256QAM中,这些坐标可以从一系列预定义的值中选取。在标准化的256QAM星座图中,I 和 Q 的取值范围通常是−7,−5,−3,−1,1,3,5,7−7,−5,−3,−1,1,3,5,7 或者类似的比例因子乘以这些值。

星座图结构:256QAM星座图通常呈格状排列,每个点在I-Q 平面上的位置决定了其代表的比特组合。例如,如果使用灰度编码(Gray coding)来减少相邻星座点之间的比特翻转数,那么每个点周围的8个邻居将与其仅有一个比特的不同。

   在接收端,接收到的复数信号经过解调处理,将其映射回最接近的星座点,然后恢复出原始比特序列。这个过程可能会受到信道引入的噪声和失真的影响,导致错误的发生。

3.Verilog核心程序``` // DUT
tops_256QAM_mod top(
.clk(clk),
.rst(rst),
.start(start),
.parallel_data(parallel_data),
.sin(sin),
.cos(cos),
.I_com(),
.Q_com(),
.I_comcos(I_com),//基带方式输出,即实际通信中的复数模式
.Q_comsin(Q_com)
);

//加入信道
//实部
awgns awgns_u1(
.i_clk(clk),
.i_rst(~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(I_com),
.o_noise(),
.o_dout(I_Ncom)
);
//虚部
awgns awgns_u2(
.i_clk(clk),
.i_rst(~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(Q_com),
.o_noise(),
.o_dout(Q_Ncom)
);

tops_256QAM_demod top2(
.clk(clk),
.rst(rst),
.start(start),
.I_Ncom(I_Ncom),
.Q_Ncom(Q_Ncom),
.I_comcos2(I_comcos2),
.Q_comsin2(Q_comsin2),
.o_Ifir(o_Ifir),
.o_Qfir(o_Qfir),
.o_sdout(o_sdout),
.flag_reg(flag_reg)
);

//6个bit同时统计误码率
wire signed[31:0]o_error_num1;
wire signed[31:0]o_total_num1;
Error_Chech Error_Chech_u1(
.i_clk(clk),
.i_rst(~rst),
.i_trans(parallel_data),
.i_rec(o_sdout),
.o_error_num(o_error_num1),
.o_total_num(o_total_num1)
);

assign o_total_num = o_total_num1;
assign o_error_num = o_error_num1;

endmodule
0sj_014m

```

相关文章
|
17天前
|
算法 数据安全/隐私保护 异构计算
基于FPGA的16QAM调制+软解调系统,包含testbench,高斯信道模块,误码率统计模块,可以设置不同SNR
本项目基于FPGA实现了16QAM基带通信系统,包括调制、信道仿真、解调及误码率统计模块。通过Vivado2019.2仿真,设置不同SNR(如8dB、12dB),验证了软解调相较于传统16QAM系统的优越性,误码率显著降低。系统采用Verilog语言编写,详细介绍了16QAM软解调的原理及实现步骤,适用于高性能数据传输场景。
117 69
|
22天前
|
移动开发 算法 数据安全/隐私保护
基于FPGA的QPSK调制+软解调系统,包含testbench,高斯信道模块,误码率统计模块,可以设置不同SNR
本文介绍了基于FPGA的QPSK调制解调系统,通过Vivado 2019.2进行仿真,展示了在不同信噪比(SNR=1dB, 5dB, 10dB)下的仿真效果。与普通QPSK系统相比,该系统的软解调技术显著降低了误码率。文章还详细阐述了QPSK调制的基本原理、信号采样、判决、解调及软解调的实现过程,并提供了Verilog核心程序代码。
53 26
|
8天前
|
数据采集 算法 数据安全/隐私保护
【硬件测试】基于FPGA的2FSK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
本文介绍了基于FPGA的2FSK调制解调系统,包含高斯信道、误码率统计模块及testbench。系统增加了ILA在线数据采集和VIO在线SNR设置模块,支持不同SNR下的硬件测试,并提供操作视频指导。理论部分涵盖频移键控(FSK)原理,包括相位连续与不连续FSK信号的特点及功率谱密度特性。Verilog代码实现了FSK调制解调的核心功能,支持在不同开发板上移植。硬件测试结果展示了不同SNR下的性能表现。
36 6
|
28天前
|
算法 异构计算
基于FPGA的4ASK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
本文介绍了基于FPGA的4-ASK调制解调系统的算法仿真效果、理论基础及Verilog核心程序。仿真在Vivado2019.2环境下进行,分别测试了SNR为20dB、15dB、10dB时的性能。理论部分概述了4-ASK的工作原理,包括调制、解调过程及其数学模型。Verilog代码实现了4-ASK调制器、加性高斯白噪声(AWGN)信道模拟、解调器及误码率计算模块。
56 8
|
1月前
|
算法 物联网 异构计算
基于FPGA的4FSK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
本文介绍了基于FPGA的4FSK调制解调系统的Verilog实现,包括高斯信道模块和误码率统计模块,支持不同SNR设置。系统在Vivado 2019.2上开发,展示了在不同SNR条件下的仿真结果。4FSK调制通过将输入数据转换为四个不同频率的信号来提高频带利用率和抗干扰能力,适用于无线通信和数据传输领域。文中还提供了核心Verilog代码,详细描述了调制、加噪声、解调及误码率计算的过程。
58 11
|
1月前
|
算法 数据安全/隐私保护 异构计算
基于FPGA的1024QAM基带通信系统,包含testbench,高斯信道模块,误码率统计模块,可以设置不同SNR
本文介绍了基于FPGA的1024QAM调制解调系统的仿真与实现。通过Vivado 2019.2进行仿真,分别在SNR=40dB和35dB下验证了算法效果,并将数据导入Matlab生成星座图。1024QAM调制将10比特映射到复数平面上的1024个星座点之一,适用于高数据传输速率的应用。系统包含数据接口、串并转换、星座映射、调制器、解调器等模块。Verilog核心程序实现了调制、加噪声信道和解调过程,并统计误码率。
45 1
|
2月前
|
算法 数据安全/隐私保护 异构计算
基于FPGA的64QAM基带通信系统,包含testbench,高斯信道模块,误码率统计模块,可以设置不同SNR
本文介绍了基于FPGA的64QAM调制解调通信系统的设计与实现,包括信号生成、调制、解调和误码率测试。系统在Vivado 2019.2中进行了仿真,通过设置不同SNR值(15、20、25)验证了系统的性能,并展示了相应的星座图。核心程序使用Verilog语言编写,加入了信道噪声模块和误码率统计功能,提升了仿真效率。
56 4
|
7月前
|
编解码 算法 异构计算
基于FPGA的NC图像质量评估verilog实现,包含testbench和MATLAB辅助验证程序
在Vivado 2019.2和Matlab 2022a中测试的图像质量评估算法展示了效果。该算法基于NC指标,衡量图像与原始图像的相似度,关注分辨率、色彩深度和失真。提供的Verilog代码段用于读取并比较两个BMP文件,计算NC值。
|
2月前
|
监控 算法 数据安全/隐私保护
基于三帧差算法的运动目标检测系统FPGA实现,包含testbench和MATLAB辅助验证程序
本项目展示了基于FPGA与MATLAB实现的三帧差算法运动目标检测。使用Vivado 2019.2和MATLAB 2022a开发环境,通过对比连续三帧图像的像素值变化,有效识别运动区域。项目包括完整无水印的运行效果预览、详细中文注释的代码及操作步骤视频,适合学习和研究。
|
2月前
|
存储 算法 数据处理
基于FPGA的8PSK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
本系统在原有的8PSK调制解调基础上,新增了高斯信道与误码率统计模块,验证了不同SNR条件下的8PSK性能。VIVADO2019.2仿真结果显示,在SNR分别为30dB、15dB和10dB时,系统表现出不同的误码率和星座图分布。8PSK作为一种高效的相位调制技术,广泛应用于无线通信中。FPGA凭借其高度灵活性和并行处理能力,成为实现此类复杂算法的理想平台。系统RTL结构展示了各模块间的连接与协同工作。
63 16

热门文章

最新文章