基于FPGA的4FSK调制解调系统,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

本课题是博主之前写的文章

《m基于FPGA的4FSK调制解调系统verilog实现,包含testbench测试文件》的升级

升级内容包含高斯信道模块,误码率统计模块,可以设置不同SNR。

vivado2019.2版本开发，仿真结果如下：

设置SNR=30

设置SNR=15

设置SNR=10

设置SNR=5

系统RTL结构如下：

2.算法涉及理论知识概要

       四频移键控（4FSK）是一种常用的数字调制方法，具有较高的频带利用率和抗干扰性能。它利用不同的频率来传输二进制数据，通常应用于无线通信和数据传输等领域。

2.1、原理与数学公式

       4FSK调制的基本原理是将输入的二进制数据转换为不同频率的信号，以实现数据的传输。解调则是将接收到的不同频率的信号还原为原始的二进制数据。

      在4FSK调制中，输入的二进制数据被分为两组，每组有两个比特。根据这两个比特的值，选择相应的频率输出。具体来说，有四个频率f1、f2、f3、f4与之对应，每个频率都代表一个二进制组合（00、01、10、11），即十进制的0，1，2，3。

频率选择：根据输入的比特组合选择相应的频率输出。例如，当输入为“00”时，选择频率f1；当输入为“01”时，选择频率f2；当输入为“10”时，选择频率f3；当输入为“11”时，选择频率f4。

调制信号：将选择的频率进行幅度调制，以便在传输过程中具有更好的抗干扰性能。通常采用开关键控（OOK）或脉冲幅度调制（PAM）等方法进行幅度调制。

解调信号：在接收端，根据不同频率的信号进行解调。首先通过带通滤波器将所需的频率信号提取出来，然后通过解调器将其还原为原始的二进制数据。解调方法通常采用相干解调或非相干解调。

2.2、FPGA实现过程

基于FPGA的4FSK调制解调系统实现过程如下：        输入数据流：首先，将输入的二进制数据流分为两组，每组两个比特。可以使用一个时钟信号来同步数据的输入。

       频率选择：根据每组两个比特的值，选择相应的频率输出。可以使用一个4输入的MUX来实现频率选择功能。根据输入的比特组合选择相应的频率输出信号。

       传输信号：将调制后的信号通过发射器发送出去。在这个过程中，可能需要添加一些滤波器和其他信号处理模块来优化传输性能。

      接收信号：在接收端，接收到信号后首先通过滤波器将所需的频率信号提取出来。这个过程可以通过FPGA上的数字滤波器实现。

解调信号：将滤波后的信号送入解调器进行解调。可以使用Verilog中的相关模块来实现解调功能。例如，通过检测脉冲信号的上升沿和下降沿来确定解调的比特值。

       通过将FPGA的高速度和并行性特点与4FSK调制解调技术相结合，可以实现高速、高效的数字通信系统。这种实现方法具有广泛的应用前景，可以应用于无线通信、数据传输、物联网等领域。

3.Verilog核心程序

module FSK(
input i_clk,
input i_rst,
input signed[7:0]i_SNR,
input[1:0]i_bits,
output signed[15:0]o_carrier1,
output signed[15:0]o_carrier2,
output signed[15:0]o_carrier3,
output signed[15:0]o_carrier4,
output signed[15:0]o_fsk,
output signed[15:0]o_fsk_Rn,
output  signed[31:0]o_de_fsk1,
output  signed[31:0]o_de_fsk2,
output  signed[31:0]o_de_fsk3,
output  signed[31:0]o_de_fsk4,
output [1:0]o_bits,
output signed[31:0]o_error_num,
output signed[31:0]o_total_num 
);
 
 
//调制
FSK_mod FSK_mod_u(
.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_fsk     (o_fsk)
);
    
awgns awgns_u(
    .i_clk(i_clk), 
    .i_rst(i_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(o_fsk), 
    .o_noise(),
    .o_dout(o_fsk_Rn)
    );
解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调//解调
FSK_demod FSK_demod_u(
.i_clk(i_clk),
.i_rst(i_rst),
.i_fsk(o_fsk_Rn),
.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_ffsk1(),
.o_de_ffsk2(),
.o_de_ffsk3(),
.o_de_ffsk4(),
.o_bits(o_bits)
);
    
    
//error calculate
Error_Chech Error_Chech_u(
    .i_clk(i_clk), 
    .i_rst(i_rst), 
    .i_trans(i_bits), 
    .i_rec(o_bits), 
    .o_error_num(o_error_num), 
    .o_total_num(o_total_num)
    );
     
 
endmodule