【硬件测试】基于FPGA的16QAM调制+软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

简介: 本文基于之前开发的16QAM调制与软解调系统,增加了硬件测试功能。该系统包含FPGA实现的16QAM调制、软解调、高斯信道、误码率统计模块,并新增了ILA在线数据采集和VIO在线SNR设置模块。通过硬件测试,验证了不同SNR条件下的系统性能。16QAM软解调通过比较接收信号采样值与16个调制点的距离,选择最近的调制点来恢复原始数据。核心Verilog代码实现了整个系统的功能,包括SNR设置、信号处理及误码率统计。硬件测试结果表明系统在不同SNR下表现良好,详细操作步骤可参考配套视频。

1.算法仿真效果
本文是之前写的文章:

《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》

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=10db

1862491217ceb7892940f4a1d2773465_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

VIO设置SNR=20db
ef45d20cdea459dddd6727eee2988ede_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

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
16QAM软解调是一种常用的数字调制解调技术,用于将接收到的16QAM调制的信号转换为原始数据。该技术结合了16种相位和振幅的调制方式,通过软判决算法对接收信号进行解调,16QAM软解调的系统原理是将接收到的16QAM调制信号转换为软判决结果,从而恢复原始数据。软解调是一种非硬判决的解调方法,它利用接收信号的采样值和相位信息来判断信号所处的调制状态,并对其进行解调。在16QAM软解调中,接收信号经过采样后,通过比较采样值和16个调制点的距离,选择最近的调制点作为解调结果。

   16QAM调制将每四个比特映射到一个复数点上,共有16种相位和振幅的调制方式。每个复数点对应一个调制符号,通过软解调,我们可以确定接收到的信号所对应的调制符号,进而推导出原始数据。

   设接收信号的采样值为$r$,我们需要通过比较$r$与16个调制点的距离,选择最近的调制点。

以下是16QAM软解调的具体步骤:

步骤1:接收信号采样

接收信号经过抽样过程,得到采样值$r$。

步骤2:计算距离

计算采样值$r$与每个调制点的距离$d_i$,其中$i=1,2,...,16$。距离可以使用欧氏距离或其他度量方法进行计算。

步骤3:选择最近的调制点

选择与采样值r距离最近的调制点,记为d,并记录其索引i。

步骤4:软判决

根据索引i,确定接收信号对应的调制符号。根据调制符号,可以推导出原始数据。

   实现16QAM软解调的难点在于选择合适的距离度量方法和判决阈值,以及在存在噪声的情况下进行准确的判决。此外,还需要解决调制点的映射问题,确保软解调能够准确还原原始数据。   

   总结而言,16QAM软解调是一种通过比较采样值与调制点的距离,选择最近的调制点来解调接收信号的方法。通过软解调,可以恢复原始数据并实现高效的数据传输。

3.Verilog核心程序
````timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2024/12/09 20:40:47
// Design Name:
// Module Name: tops_hdw
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//

module tops_hdw(

input i_clk,
input i_rst,
output reg [3:0] led
);

//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
);

wire  [3:0] parallel_data;
wire [15:0]sin;
wire [15:0]cos;
wire signed[15:0]  I_com;
wire signed[15:0]  Q_com;
wire  signed[15:0]I_Ncom;
wire  signed[15:0]Q_Ncom;
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  [3:0] o_sdout;
wire signed[31:0]o_error_num;
wire signed[31:0]o_total_num; 
wire[3:0]o_rec2 ;

TOPS_16QAM TOPS_16QAM_u(
.clk(i_clk),
.rst(i_rst),
.start(1'b1),
.i_SNR(o_SNR),
.parallel_data(parallel_data),
.sin(sin),
.cos(cos),
.I_com(I_com),
.Q_com(Q_com),
.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),
.o_error_num(o_error_num),
.o_total_num(o_total_num),
.o_rec2(o_rec2)
);

//ila篇内测试分析模块
ila_0 ila_u (
.clk(i_clk), // input wire clk
.probe0({
o_SNR,//8
I_com[15:6], Q_com[15:6],I_Ncom[15:6],Q_Ncom[15:6],//40
I_comcos2[23:8],Q_comsin2[23:8],o_Ifir,o_Qfir,//48
parallel_data,o_sdout,o_rec2,
o_error_num,o_total_num//64
})
);

endmodule
```

82bfb83acc3f22635dfce98cde96710b_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

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