m基于双PN序列的数据帧检测,帧同步verilog实现,含testbench

1.算法仿真效果

本系统进行Vivado2019.2平台的开发，其中Vivado2019.2仿真结果如下：

2.算法涉及理论知识概要

       基于双PN序列的数据帧检测和帧同步是一种在通信系统中常用的技术，用于确保接收端正确地识别和解析传输的数据帧。在本文中，我将详细介绍基于双PN序列的数据帧检测的数学原理和实现过程，并探讨其在FPGA（现场可编程门阵列）中的应用领域。

1.1 双PN序列

      双PN序列是由两个伪随机序列组成的序列，通常记为PNA和PNB。这两个序列具有以下特性：

长度相同：PNA和PNB的长度相等，通常用N表示。

互相关性：PNA和PNB之间的互相关性非常低，几乎为零。

自相关性：PNA和PNB各自的自相关性非常高，接近于1。

在接收端，我们会使用这两个双PN序列来检测数据帧的起始位置和帧同步。

1.2 数据帧检测原理

       数据帧通常由头部（header）、数据（payload）和尾部（tail）组成。在发送端，数据帧首先与一个唯一的PN序列进行异或操作，然后再与另一个PN序列进行异或操作，形成双PN序列。接收端会通过以下过程来检测数据帧的起始位置和帧同步：

接收数据流并与PNA进行互相关运算，得到互相关结果R1。

接收数据流并与PNB进行互相关运算，得到互相关结果R2。

将R1和R2分别与阈值进行比较，如果超过阈值，则认为找到了帧同步。

第2部分：实现过程

2.1 发送端实现

       在发送端，首先确定数据帧的格式，包括头部、数据和尾部的长度。然后，选择两个合适的PN序列PNA和PNB，并将数据帧的头部、数据和尾部依次与这两个序列进行异或操作。将得到的双PN序列发送给接收端。

2.2 接收端实现

在接收端的FPGA中，实现帧检测和帧同步需要进行以下步骤：

选择PN序列：在接收端选择与发送端使用的PNA和PNB相同的PN序列。

互相关运算：将接收到的数据流与选定的PNA和PNB进行互相关运算，得到两个互相关结果R1和R2。

阈值判定：将R1和R2与预先设定的阈值进行比较。阈值的选取要基于信噪比和系统性能考虑，通常通过实验来确定。

帧同步：当R1和R2均超过阈值时，表示找到了帧同步，接下来可以开始解析数据帧。

       基于双PN序列的数据帧检测和帧同步在许多通信系统中都有广泛的应用，尤其是在接收端解析复杂的数据帧时。以下是一些应用领域的例子：

       无线通信系统：在无线通信中，数据帧检测和帧同步是接收端解析传输数据的关键步骤。通过使用双PN序列，可以实现高效可靠的帧同步，提高通信系统的性能。

       卫星通信：在卫星通信系统中，由于信号可能受到淡化、多径干扰等问题，帧同步对于正确接收数据非常重要。基于双PN序列的帧同步可以提高抗干扰能力。

       5G和物联网：随着5G和物联网的发展，数据帧通常具有复杂的格式和高速传输要求。基于双PN序列的帧同步在这些应用中可以有效地检测和同步数据帧。

       视频和音频传输：在视频和音频传输中，数据通常以帧的形式进行传输。帧同步是实现流畅播放和高质量传输的关键技术。

3.Verilog核心程序

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2023/07/24 21:40:51
// Design Name: 
// Module Name: TEST
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//
 
 
module TEST();
 
 
	// Inputs
	reg i_clk;
	reg i_rst;
 
	// Outputs
	wire [11:0] o_I_dw;
    wire[15:0] o_peak;
    
 
wire             o_syn;
wire      frame_data_en;
wire [11:0] frame_data;
	// Instantiate the Unit Under Test (UUT)
	PN_1_sycn uut (
		.i_clk       (i_clk), 
		.i_rst       (i_rst), 
		.o_I_dw      (o_I_dw), 
		.o_peak      (o_peak),
        .o_syn       (o_syn),
        .frame_data_en(frame_data_en),
        .frame_data   (frame_data)
	);
 
	initial begin
		// Initialize Inputs
		i_clk = 1;
		i_rst = 1;
 
		// Wait 100 ns for global reset to finish
		#100 
      i_rst = 0;  
		// Add stimulus here
 
	end
     
	  
   always #5 i_clk=~i_clk;
 
 
endmodule