基于FPGA的16QAM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
1.算法仿真效果
本程序工程在我以前写的《m基于FPGA的16QAM调制解调通信系统verilog实现,包含testbench,不包含载波同步》基础上增加了信道模块，误码率统计模块，可以设置不同的SNR，仿真测试该FPGA系统的误码性能。
vivado仿真结果如下（完整代码运行后无水印）：
设置SNR=8db
设置SNR=12db
设置SNR=16db
RTL结构图：
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
16QAM全称正交幅度调制是英文Quadrature Amplitude Modulation的缩略语简称，意思是正交幅度调制，是一种数字调制方式。产生的方法有正交调幅法和复合相移法。16QAM是指包含16种符号的QAM调制方式。
16QAM 调制原理
16QAM 是用两路独立的正交 4ASK 信号叠加而成，4ASK 是用多电平信号去键控载波而得到的信号。它是 2ASK 调制的推广，和 2ASK 相比，这种调制的优点在于信息传输速率高。
正交幅度调制是利用多进制振幅键控（MASK）和正交载波调制相结合产生的。
16 进制的正交振幅调制是一种振幅相位联合键控信号。16QAM 的产生有 2 种方法：
（1）正交调幅法，它是有 2 路正交的四电平振幅键控信号叠加而成；
（2）复合相移法：它是用 2 路独立的四相位移相键控信号叠加而成。
这里采用正交调幅法。
数字信号是通过FPGA的输出端口生成的。在16QAM调制中，每个符号包含4个比特，因此需要一个4位二进制计数器来生成数字信号。计数器的输出被映射到星座图上的一个点，然后通过数字到模拟转换器（DAC）转换为模拟信号。串/并变换器将速率为Rb的二进制码元序列分为两路,速率为Rb/2.2-4电平变换为Rb/2 的二进制码元序列变成速率为RS=Rb/log216 的 4 个电平信号,4 电平信号与正交载波相乘,完成正交调制,两路信号叠加后产生 16QAM信号.在两路速率为Rb/2 的二进制码元序列中,经 2-4 电平变换器输出为 4 电平信号,即M=16.经 4 电平正交幅度调制和叠加后,输出 16 个信号状态,即 16QAM.
16QAM 解调原理
16QAM 信号采取正交相干解调的方法解调，解调器首先对收到的 16QAM 信号进行正交相干解调，一路与 cos ω c t 相乘，一路与 sin ω c t 相乘。然后经过低通滤波器，低通滤波器 LPF 滤除乘法器产生的高频分量，获得有用信号，低通滤波器LPF 输出经抽样判决可恢复出电平信号。
3.verilog核心程序
module TOPS_16QAM(
input clk,
input rst,
input start,
input signed[7:0]i_SNR,
output [3:0] parallel_data,
output signed[15:0]sin,
output signed[15:0]cos,
output signed[15:0] I_com,
output signed[15:0] Q_com,
output signed[15:0]I_Ncom,
output signed[15:0]Q_Ncom,
output signed[23:0]I_comcos2,
output signed[23:0]Q_comsin2,
output signed[7:0]o_Ifir,
output signed[7:0]o_Qfir,
output [3:0] o_sdout,
output signed[31:0]o_error_num,
output signed[31:0]o_total_num
);
// DUT
tops_16QAM_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_16QAM_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)
);
//4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
0sj_012m
