m基于FPGA的8FSK调制解调系统verilog实现,包含testbench测试文件

1.算法仿真效果

vivado2019.2仿真结果如下：

将波形放大，看到如下效果：

2.算法涉及理论知识概要

       8FSK（8-Frequency Shift Keying）是一种常用的数字调制方法，它通过在不同的频率上发送二进制数据来进行通信。8FSK在通信系统中被广泛应用，因为它具有较高的数据传输速率和较强的抗干扰能力。

       在8FSK中，每个二进制位被发送在一个特定的频率上。发送频率根据发送的数据位而变化，具体地说，发送的频率根据发送的二进制位的值确定。

      具体地，8FSK使用8个不同的频率来表示8个不同的二进制位。频率f0到f7对应于二进制位000到111。每个频率对应于一个特定的时间间隔，称为符号时间。在一个符号时间内，数据位被发送出去。在发送端，输入的二进制数据首先被分成两个比特一组，然后根据以下规则映射到相应的频率上：

000 - f0

001 - f1

010 - f2

011 - f3

100 - f4

101 - f5

110 - f6

111 - f7

以上是一种常见的映射方式，但也可以使用其他的映射方式。

       在接收端，8FSK信号被接收并解调，以恢复原始的二进制数据。解调器需要知道每个频率对应的二进制位，以便正确地恢复数据。解调器可以使用各种方法来实现，例如滤波器、频谱分析等。

       8FSK调制的基本原理可以用数学公式表示。假设输入的二进制数据为b(t)，发送的频率为f(t)，则调频信号s(t)可以表示为：

s(t) = Re[b(t)exp(j2πf(t))]

其中Re表示取实部，j表示虚数单位，π表示圆周率。

       在接收端，解调器需要对接收到的信号进行解调，以恢复出原始的二进制数据。解调可以使用各种方法来实现，例如包络检波、同步检测等。其中包络检波的基本原理是检测接收信号的包络线，以恢复出原始的数据。其数学公式可以表示为：

b(t) = Re[s(t)exp(-j2πf(t))]

8FSK调制具有以下优点：

较高的传输速率：由于使用了多个频率进行传输，因此可以实现较高的传输速率。

较强的抗干扰能力：由于使用了频率偏移键控，因此具有较强的抗干扰能力。

适用于多径传播环境：由于使用了不同的频率进行传输，因此可以适用于多径传播环境。

实现简单：相对于其他数字调制方法，8FSK的实现较为简单。

然而，8FSK调制也存在以下缺点：

频带利用率较低：由于使用了多个频率进行传输，因此频带利用率较低。

3.Verilog核心程序

`timescale 1ns / 1ps
//
 
//
 
module test_FSK;
 
reg i_clk;
reg i_rst;
reg[2:0]i_bits;
wire signed[15:0]o_carrier1;
wire signed[15:0]o_carrier2;
wire signed[15:0]o_carrier3;
wire signed[15:0]o_carrier4;
wire signed[15:0]o_carrier5;
wire signed[15:0]o_carrier6;
wire signed[15:0]o_carrier7;
wire signed[15:0]o_carrier8;
wire signed[31:0]o_de_fsk1;
wire signed[31:0]o_de_fsk2;
wire signed[31:0]o_de_fsk3;
wire signed[31:0]o_de_fsk4;
wire signed[31:0]o_de_fsk5;
wire signed[31:0]o_de_fsk6;
wire signed[31:0]o_de_fsk7;
wire signed[31:0]o_de_fsk8;
wire signed[15:0]o_fsk;
wire [2:0]o_bits;
 
FSK uut(
.i_clk(i_clk),
.i_rst(i_rst),
.i_bits(i_bits),
.o_carrier1(o_carrier1),
.o_carrier2(o_carrier2),
.o_carrier3(o_carrier3),
.o_carrier4(o_carrier4),
.o_carrier5(o_carrier5),
.o_carrier6(o_carrier6),
.o_carrier7(o_carrier7),
.o_carrier8(o_carrier8),
.o_fsk(o_fsk),
.o_de_fsk1(o_de_fsk1),
.o_de_fsk2(o_de_fsk2),
.o_de_fsk3(o_de_fsk3),
.o_de_fsk4(o_de_fsk4),
.o_de_fsk5(o_de_fsk5),
.o_de_fsk6(o_de_fsk6),
.o_de_fsk7(o_de_fsk7),
.o_de_fsk8(o_de_fsk8),
.o_bits(o_bits)
);
 
initial
begin
    i_clk = 1'b1;
    i_rst = 1'b1;
    #1000
    i_rst = 1'b0;
end
initial
begin
    i_bits= 3'b000;
    #3050
    repeat(100)
    begin
    #700
    i_bits= 3'b000;
    #900
    i_bits= 3'b011;
    #880
    i_bits= 3'b000;
    #900
    i_bits= 3'b001;
    #700
    i_bits= 3'b010;
    #800
    i_bits= 3'b100;
    #800
    i_bits= 3'b011;
    #1600
    i_bits= 3'b011;
    #1600
    i_bits= 3'b100;
    #600
    i_bits= 3'b110;
    #700
    i_bits= 3'b100;
    #600
    i_bits= 3'b101;
    #1600
    i_bits= 3'b111;
    #1800
    i_bits= 3'b010;
    #1400
    i_bits= 3'b01;
    #1400
    i_bits= 3'b101;
    #1400
    i_bits= 3'b100;
    
    #1900
    i_bits= 3'b101;
    #1700
    i_bits= 3'b101;
    #700
    i_bits= 3'b001;
    #1700
    i_bits= 3'b000;
    #1800
    i_bits= 3'b101;
    #1600
    i_bits= 3'b100;
    #1400
    i_bits= 3'b100;
    #1600
    i_bits= 3'b000;
    end
end
always #5 i_clk=~i_clk;
endmodule