m基于FPGA的高斯白噪声信道模拟系统verilog实现,包含testbench,可以配置不同的SNR和频偏

简介: m基于FPGA的高斯白噪声信道模拟系统verilog实现,包含testbench,可以配置不同的SNR和频偏

1.算法仿真效果
vivado2019.2仿真结果如下:

24d323819e87b51dbbad661f115aefb6_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

SNR=0db,无频偏
3ce371c748e043b84ad4869477895035_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

SNR=5db,无频偏

bdd737ea1dfe5cfc4dfc84a7e5b9f5f1_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

SNR=25db,无频偏
993dcc668dd708b3b0e6646c2f98dcf6_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

SNR=45db,带频偏

ac71160c323f070a9116e15b22f94494_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

2.算法涉及理论知识概要
高斯白噪声信道在通信系统中具有重要意义,模拟此类信道有助于评估系统性能。本文提出的FPGA实现系统可以灵活地模拟不同信道条件,为通信系统的设计和测试提供有力支持。

04f17672718533eecd987d6c42c89d5b_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

本系统的设计分为以下几个步骤:

生成高斯白噪声:使用随机数生成器产生服从高斯分布的随机数,作为噪声信号。
生成发送信号:根据应用场景生成发送信号,如调制后的信号。
添加信道效应:将发送信号与高斯白噪声相加,模拟信道效应。
频偏模拟:将发送信号经过频偏模块,引入频偏效应。
编写Testbench:编写Verilog测试台,配置不同的SNR和频偏参数,验证系统功能。
本系统在通信系统设计、性能评估和算法验证等方面具有广泛应用。通过模拟不同信道条件,可以评估系统在各种环境下的性能表现,指导系统设计优化。

3.verilog核心程序
````timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2023/08/17 14:13:20
// Design Name:
// Module Name: TEST
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//

module TEST();

reg i_clk;
reg i_rst;
reg signed[7:0]i_SNR;//根据质量得到当前帧类型:-10~50
reg signed[15:0]i_fre;
wire signed[15:0]i_real1;
wire signed[15:0]i_imag1;
wire signed[15:0]o_Rnoise1;
wire signed[15:0]o_Inoise1;
wire signed[15:0]o_real1;
wire signed[15:0]o_imag1;

reg signed[1:0]i_Idiff;
reg signed[1:0]i_Qdiff;
initial
begin
i_Idiff = 2'b00;

#1440
repeat(12500)
begin
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b01;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b11;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b11;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b11;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b01;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b01;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b11;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b01;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b11;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b01;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b01;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b01;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b01;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b11;
#10 i_Idiff = 2'b00;
#30 i_Idiff = 2'b11;
end
$stop();

end
initial
begin
i_Qdiff = 2'b00;

#1440
repeat(12500)
begin
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b11;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b11;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b01;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b01;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b01;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b01;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b11;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b11;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b11;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b01;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b11;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b01;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b11;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b01;
#10 i_Qdiff = 2'b00;
#30 i_Qdiff = 2'b11;
end
$stop();

end

//测试信号源
wire signed[1:0] w_Inz=i_Idiff;
wire signed[1:0] w_Qnz=i_Qdiff;

//成型滤波
fiter uut1(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.i_din (w_Inz),
.o_dout (i_real1)
);

fiter uut2(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.i_din (w_Qnz),
.o_dout (i_imag1)
);

initial
begin
i_clk = 1'b1;
i_rst = 1'b1;
i_fre= 0;
i_SNR = 8'd0;

#1600
i_rst = 1'b0;
i_SNR = 0;
i_fre= 0;
#10000
i_SNR = 5;
i_fre= 0;
#10000
i_SNR = 15;
i_fre= 0;
#10000
i_SNR = 25;
i_fre= 0;
#10000
i_SNR = 45;
i_fre= 10;//1/2^15*100e6=3k频偏

end

always #5 i_clk=~i_clk;

AWGN_tops AWGN_tops_u(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.i_SNR (i_SNR),//根据质量得到当前帧类型:-10~50
.i_fre (i_fre),
.i_real1 (i_real1),
.i_imag1 (i_imag1),
.o_Rnoise1 (o_Rnoise1),
.o_Inoise1 (o_Inoise1),
.o_real1 (o_real1),
.o_imag1 (o_imag1)
);

endmodule
```

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