基于FPGA的BPSK数字平方环载波同步verilog实现,包含testbench

1.算法仿真效果

vivado2019.2仿真结果如下：

 

平方环锁定收敛曲线：

 

 

 

工作初始时间，发射端载波cos0和接收端载波cos不同步：

 

 

 

收敛之后，发射端载波cos0和接收端载波cos基本同步：

 

 

 

系统的RTL结构图如下：

 

 

 

平方环内部结构如下：

 

 

 

2.算法涉及理论知识概要

       BPSK（Binary Phase Shift Keying）数字平方环是一种用于载波恢复的非数据辅助同步方法，特别适用于二进制相移键控调制信号的解调。它利用信号的相位信息，通过平方处理和低通滤波等步骤，从接收到的信号中提取出载波的相位，从而实现相干解调。

 

      平方环是一种常用的相干解调方法。调制信号经过一个平方装置，进行平方操作，再经过一个中心频率为2fc的带通滤波器，滤除直流成分和携带的部分信息成分，得到二倍频信号cos(4πfct+2φ)。使用倍频信号驱动锁相环，得到对应的正弦信号sin(4πfct+2φ)，经过二分频和90°相移，获得载波信号，从而用于相干解调获得基带信号s(t)。

 

 

 

       数字平方环主要包括三个主要部分：平方器、低通滤波器（LPF）、相位误差检测与调整。其工作流程如下：

 

 

 

3.Verilog核心程序

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2024/06/13 06:03:25
// Design Name: 
// Module Name: tops_squarePLL
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//
 
 
module tops_squarePLL(
    input		     i_clk,   //时钟
	input		     i_rst,   //复位信号
	input signed[1:0]i_X,   //输入数据：32MHz
	output signed[7:0]o_BPSK,
	output signed[7:0]o_cos0,
	output signed[7:0]o_sin0,
 
	output signed[7:0]o_cos,
	output signed[7:0]o_sin,
	output signed[14:0]o_bpsk2,  
	output signed[14:0]o_bpsk2_BF,
	output signed[28:0]o_low_filter,
	output signed[28:0]o_loop
    );
    
    
bpsk_MOD bpsk_MOD_u(
.i_clk      (i_clk),   //时钟
.i_rst      (i_rst),   //复位信号
.i_X        (i_X),   //输入数据：32MHz
.o_BPSK     (o_BPSK),
.o_cos      (o_cos0),
.o_sin      (o_sin0)
);
 
 
tops tops_u(
.i_clk      (i_clk),   //时钟
.i_rst      (i_rst),   //复位信号
.i_bpsk     (o_BPSK),   //输入数据：32MHz
.o_cos      (o_cos),
.o_sin      (o_sin),
.o_bpsk2    (o_bpsk2),
.o_bpsk2_BF (o_bpsk2_BF),
.o_sinXcos     (),
.o_BFsinXcos   (),
.o_low_filter  (o_low_filter),
.o_loop        (o_loop)
);
    
endmodule
00_066m