【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

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

VIO设置SNR=20db

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。

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

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。

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

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 ;

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

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
```