21_基于FPGA的通信系统实验
伪随机信号发生器
1、伪随机信号发生器原理
伪随机信号发生器又叫PN序列发生器或者是m序列发生器。m序列是一种线性反馈寄存器序列，m序列的产生可以利用r级寄存器产生长度为2^r-1的m序列，该实验中采用3级寄存器产生7序列发生器。其原理框图如下：（实验中反馈的信号采用异或进行反馈）
仿真波形：
2、实验代码
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module m_ser( clk, reset_n, load, m_ser_out ); input clk; input reset_n; input load; output m_ser_out; wire clk; wire reset_n; wire load; reg m_ser_out; reg[2:0] m_code; always@(posedge clk ornegedge reset_n) begin if(!reset_n) begin m_code<=3'b000; m_ser_out<=1'b0; end else if(load) begin m_code<=3'b001;//置数初始化 m_ser_out<=m_code[2]; end else begin m_code[2:1]<=m_code[1:0]; m_code[0]<=m_code[2]^ m_code[0];//将2和0进行异或然后放到0 m_ser_out<=m_code[2]; end end endmodule |
2ASK调制
1、原理
在通信系统中，有时经常需要进行二进制数字调制。2ASK即是二进制幅值键控，2ASK的调制原理就是：基带信号为"0"时，输出保持为"0"，基带信号为"1"时，输出一个特定频率的信号，如下图所示：
原理图如下：
2、实验仿真
通过仿真结果可以看出，当data_in输入为高时，调制输出一定频率的信号，输入为低时，调制输出低电平。
3、实验代码
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module ask( clk, reset_n, data_in, ask_code_out ); input clk; input reset_n; input data_in; output ask_code_out; wire clk; wire reset_n; wire data_in; reg[2:0]clk_cnt; reg clk_div; always@(posedge clk ornegedge reset_n)//产生分频信号 begin if(!reset_n) begin clk_cnt<=3'd0; clk_div<=1'b0; end else if(clk_cnt==3'd1) begin clk_div<=~clk_div; clk_cnt<=3'd0; end else clk_cnt<=clk_cnt +1'b1; end assign ask_code_out=(data_in)? clk_div :1'b0; endmodule |
2FSK调制
1、原理
2FSK的调制原理是当基带信号为"0"时，输出一个固定频率为f1的信号，当基带信号为"1"时，输出一个固定频率为f2的信号。如下图所示：
原理图如下：
2、实验仿真
3、实验代码
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module fsk_code( clk, m_ser_code_in, fsk_code_sin_out ); input clk; input m_ser_code_in;
output fsk_code_sin_out; wire clk; wire m_ser_code_in; reg[2:0]cnt; wire f1; reg f2; always@(posedge clk ) begin if(cnt==3'd2) begin cnt<=3'd0; f2<=~f2; end else cnt<=cnt+1'b1; end assign f1=clk; assign fsk_code_sin_out=(m_ser_code_in)? f1:f2; endmodule |
2PSK调制
1、2PSK调制原理
在PSK调制时，载波的相位随调制信号状态不同而改变。如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，此时它们就处于"同相"状态；如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为"反相"。一般把信号振荡一次（一周）作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，"1"码控制发0度相位，"0"码控制发180度相位。调制原理如下：
2、实验原理图说明
当伪随机信号发生器输出"1"时，PSK调制输出0度相位的正弦波形；当伪随机信号发生器输出"0"时，PSK调制输出180度相位的正弦波形；在这里，不详细说明"伪随机信号发生器"和"DDS信号发生器的原理"，具体可以参考相应的章节。
3、仿真效果
采用ModelSim进行仿真：
4、实验代码
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//"1"码控制发0度相位，"0"码控制发180度相位 module psk_code( clk, m_ser_code_in, dds_sin_data_in2,//10k正弦波 dds_sin_data_in3,//10k正弦波,相位相差180 psk_code_sin_out// ); input clk; input m_ser_code_in; input[9:0]dds_sin_data_in2; input[9:0]dds_sin_data_in3; output[9:0]psk_code_sin_out; wire clk; wire m_ser_code_in; wire[9:0]dds_sin_data_in2; wire[9:0]dds_sin_data_in3; assign psk_code_sin_out=(m_ser_code_in)? dds_sin_data_in2:dds_sin_data_in3; endmodule |
2DPSK调制
1、2DPSK原理
在2PSK中，是利用载波相位的绝对数值来传送数字信息，因而称为绝对调相；2DPSK即是二进制差分相移键控，不利用载波相位传送数字信息，而是利用前后码元的相对相位变化传送数字信息。
实现相对调相的常用方法有：先对数字基带信号进行差分编码，将绝对编码转换成差分编码，然后再进行绝对调相。
将数字基带信号由绝对编码转成差分编码的方法为：将前一个输出码元和当前的输入码元进行异或，这样就可以产生相对码。
其原理图为：
2、实验设计
将伪随机信号发生器产生的m序列进行差分编码，再将相对码进行2DPSK调制，当出现"0"码则输出0度相位正弦波，"1"码控制发180度相位正弦波。
3、实验仿真
将绝对编码转为相对编码
2DPSK调制：
4、实验代码
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//"0"码控制发0度相位，"1"码控制发180度相位 module dpsk_code( clk, reset_n,// m_ser_code_in,//PN序列输入 dpsk_code_out,//dpsk调制输出 dds_sin_data_in2,//10k正弦波 dds_sin_data_in3,//10k正弦波,相位相差180 dpsk_code_sin_out ); input clk; input reset_n; input m_ser_code_in; input[9:0] dds_sin_data_in2; input[9:0] dds_sin_data_in3;
output dpsk_code_out; output[9:0]dpsk_code_sin_out;
wire clk; wire reset_n; wire m_ser_code_in; wire[9:0] dds_sin_data_in2; wire[9:0] dds_sin_data_in3; reg dpsk_code_reg; //差分编码 always@(posedge clk ornegedge reset_n) begin if(!reset_n) begin dpsk_code_reg<=1'b0; end else dpsk_code_reg<=dpsk_code_reg ^ m_ser_code_in;//前一个码元与输入的码元进行异或 end assign dpsk_code_out=dpsk_code_reg; assign dpsk_code_sin_out=(dpsk_code_reg)? dds_sin_data_in3 : dds_sin_data_in2; endmodule |
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