m基于FPGA的16QAM软解调verilog实现,含testbench

1.算法仿真效果

本系统进行了两个平台的开发，分别是：

Vivado2019.2

Quartusii18.0+ModelSim-Altera 6.6d Starter Edition

其中Vivado2019.2仿真结果如下：

Quartusii18.0+ModelSim-Altera 6.6d Starter Edition的测试结果如下：

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
        
      
      

解调过程
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$d_{\min}$，并记录其索引$i_{\min}$。

步骤4：软判决

根据索引$i_{\min}$，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。

数学公式示例
以下是16QAM软解调的数学公式示例：

对于接收信号的采样值$r$，与每个调制点的距离$d_i$可以计算为：

根据索引$i_{\min}$可以确定接收信号对应的调制符号，并进一步推导出原始数据。

 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 / 1ns
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[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_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_b1;
wire signed[15:0]o_b2;
wire signed[15:0]o_b3;
wire signed[15:0]o_b4;
wire signed[3:0]o_sdout;
tops_16QAM_demod 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_b1(o_b1),
   .o_b2(o_b2),
   .o_b3(o_b3),
   .o_b4(o_b4),
   .o_sdout(o_sdout)
   );  


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

always #5
clk <= ~clk;

        

          
        
        
        

          

          AI 代码解读
        
      
      

integer fout1;
integer fout2;
initial begin
fout1 = $fopen("II.txt","w"); fout2 =$fopen("QQ.txt","w");
end

always @ (posedge clk)
begin
if(rst==1)
begin
$fwrite(fout1,"%d\n",I_com);$fwrite(fout2,"%d\n",Q_com);
end
end

endmodule
```