m基于FPGA的BPSK调制解调通信系统verilog实现,包含testbench,不包含载波同步

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

B2PSK信号与2ASK信号的时域表达式在形式上是完全相同的,所不同的只是两者基带信号s(t)的构成,一个由双极性NRZ码组成,另一个由单极性NRZ码组成。因此,求BPSK信号的功率谱密度时,也可采用与求2ASK信号功率谱密度相同的方法。

(1)当双极性基带信号以相等的概率(p=1/2)出现时,BPSK信号的功率谱仅由连续谱组成。BPSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中,连续谱取决于数字基带信号s(t)经线性调制后的双边带谱,而离散谱则由载波分量确定。

(2)BPSK的连续谱部分与2ASK信号的连续谱基本相同(仅差一个常数因子)。因此,BPSK信号的带宽、频带利用率也与2ASK信号的相同。

在数字调制中,BPSK(后面将会看到2DPSK也同样)的频谱特性与2ASK十分相似。相位调制和频率调制一样,本质上是一种非线性调制,但在数字调相中,由于表征信息的相位变化只有有限的离散取值,因此,可以把相位变化归结为幅度变化。这样一来,数字调相同线性调制的数字调幅就联系起来了,为此可以把数字调相信号当作线性调制信号来处理了。但是不能把上述概念推广到所有调相信号中去。

BPSK (Binary Phase Shift Keying)-------二进制相移键控。是把模拟信号转换成数据值的转换方式之一,利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪,使一方为0,另一方为1,从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。


由于最单纯的键控移相方式虽抗噪音较强但传送效率差,所以常常使用利用4个相位的QPSK和利用8个相位的BPSK。


二进制相移键控(BPSK)信号进行相干解调的系统,其包括:用于从所述BPSK信号中恢复出频率为2F的载波信号(C)的装置;用于将频率为2F的所述信号注入到注入锁定振荡器(ILO)中的装置,该注入锁定振荡器的固有谐振频率为f↓[r],该f↓[r]大致等于f,该注入锁定振荡器提供用于恢复具有(θ↓[e]-k)/2相移的原始载波的差分输出(o↓[p]、o↓[n])信号,其中θ=arcsin[(f↓[r]-r)/αA↓[i]f],其中α和k是取决于所述注入锁定振荡器(ILO)中的主要非线性的类型的参数,而A↓[i]是所恢复的频率为2f的载波信号的幅值,以及用于将所述差分输出(o↓[p]、o↓[n])信号与所述输入BPSK信号的副本进行组合,以产生解调信号(DEMOD)的装置。


3.Verilog核心程序

//调制端    

assign o_nz=(i_bits == 1'b1)?2'b01:2'b11;


wire[23:0]m_fir;

fir_compiler_0 uut (

.aresetn(~i_rst),                        

.aclk(i_clk),                               

.s_axis_data_tvalid(1'b1),   

.s_axis_data_tready(),  

.s_axis_data_tdata({o_nz[1],o_nz[1],o_nz[1],o_nz[1],o_nz[1],o_nz[1],o_nz}),   

.m_axis_data_tvalid(),   

.m_axis_data_tdata(m_fir)    

);   


assign o_fir=m_fir[23:8];


wire[31:0]m_carrier;

dds_compiler_0 uut2(

.aclk    (i_clk),                            

.aresetn (~i_rst),                          

.s_axis_config_tvalid(1'b1),   

.s_axis_config_tdata(32'd100000000),    

.m_axis_data_tvalid(),      

.m_axis_data_tdata(m_carrier),        

.m_axis_phase_tvalid(),   

.m_axis_phase_tdata()      

);

assign o_carrier=m_carrier[15:0];    



always @(posedge i_clk or posedge i_rst)

begin

if(i_rst)

begin

o_mod <= 32'd0;

end

else begin

o_mod <= $signed(o_carrier)*$signed(o_fir);

end

end    




//解调端 ,不考虑载波同步

wire[31:0]m_carrier_local;

dds_compiler_0 uut3(

.aclk    (i_clk),                            

.aresetn (~i_rst),                          

.s_axis_config_tvalid(1'b1),   

.s_axis_config_tdata(32'd100000000),    

.m_axis_data_tvalid(),      

.m_axis_data_tdata(m_carrier_local),        

.m_axis_phase_tvalid(),   

.m_axis_phase_tdata()      

);

assign o_carrier_local=m_carrier_local[15:0];   


reg signed[31:0]tmps;

always @(posedge i_clk or posedge i_rst)

begin

if(i_rst)

begin

tmps <= 32'd0;

end

else begin

tmps <= $signed(o_carrier_local)*$signed(o_mod[31:16]);

end

end       

assign o_dw=tmps;


wire signed[31:0]tmps2;

fiter_rrc uut4(

.i_clk  (i_clk),

.i_rst  (i_rst),

.i_dat  (tmps[20:5]),

.o_demod(o_demod)

);


endmodule

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