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

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

     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 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.

RS=Rb/log216=RB/4.

2. 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

`timescale 1ns / 1ns
 
module TEST;
 
	reg clk;
	reg rst;
	reg start;
 
    wire  [3:0] parallel_data;
    wire [15:0]sin;
    wire [15:0]cos;
	wire signed[19:0]  I_com;
	wire signed[19:0]  Q_com;
    wire signed[15:0]I_comcos;
    wire signed[15:0]Q_comsin;
	 
 
	// DUT
	tops_16QAM_mod  top(
	   .clk(clk),
	   .rst(rst),
	   .start(start),
	   .parallel_data(parallel_data),
	   .sin(sin),
	   .cos(cos),
	   .I_com(I_com),
	   .Q_com(Q_com),
	   .I_comcos(I_comcos),
	   .Q_comsin(Q_comsin)
	   );
	   
	   
wire signed[23:0]I_comcos2;
wire signed[23:0]Q_comsin2;
wire signed[7:0]o_Ifir;
wire signed[7:0]o_Qfir;
wire signed[3:0]o_sdout;
tops_16QAM_demod  top2(
	   .clk(clk),
	   .rst(rst),
	   .start(start),
	   .I_comcos(I_comcos),
	   .Q_comsin(Q_comsin),
	   .I_comcos2(I_comcos2),
	   .Q_comsin2(Q_comsin2),
	   .o_Ifir(o_Ifir),
	   .o_Qfir(o_Qfir),
	   .o_sdout(o_sdout)
	   );  
	   
 
	initial begin
		clk = 0;
		rst = 0;
		start = 1;
		#10;
		rst = 1;
	end
	
	always #5
	clk <= ~clk;
 
 
endmodule