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

简介: 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。

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

b4b42809201ae63602647927dffe981c_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显示星座图:

bf220a0c3ca15a96df4e6154d6b921ac_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

设置SNR=35db

4f2763ffdf7917a21551f88dd2f85641_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显示星座图:

12581b5bbdfe1adaf6ef4901aced0f39_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
1024QAM是一种高级调制方式,可以携带更多的信息位(10比特/符号),从而实现更高的数据传输速率。然而,这也带来了更高的误码率(BER)要求和更复杂的信号处理需求。FPGA由于其可编程性和高性能,成为实现这种复杂调制的理想平台。1024QAM调制将输入的10比特映射到一个复数平面上的1024个不同的星座点之一。每个星座点的位置由输入比特决定,且分布在二维平面上。

5b345d126fcc0202fdc6be548b86d283_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

基于FPGA的1024QAM基带通信系统通常包含以下几个模块:

数据接口:负责数据的输入输出。
串并转换:将串行数据转换为并行数据。
星座映射:将输入数据映射到星座点。
调制器:生成IQ信号。
解调器:从接收到的信号中恢复IQ信号。
星座检测:检测最接近的星座点。
并串转换:将并行数据转换为串行数据。
3.verilog核心程序
``` // DUT
tops_1024QAM_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_1024QAM_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
```

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