【硬件测试】基于FPGA的2FSK调制解调系统开发与硬件片内测试,包含信道模块,误码统计模块,可设置SNR

1.算法仿真效果

本文是之前写的文章

基于FPGA的2FSK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_fpga 2fsk-CSDN博客

的硬件测试版本。

在系统在仿真版本基础上增加了ila在线数据采集模块，vio在线SNR设置模块，数据源模块。

硬件ila测试结果如下：（完整代码运行后无水印）：

vio设置SNR=30db

vio设置SNR=20db

vio设置SNR=10db

硬件测试操作步骤可参考程序配套的操作视频。

2.算法涉及理论知识概要

       频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。数字频率调制是数据通信中使用较 早的一种通信方式，由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在 中低速数字通信系统中得到了较为广泛的应用。

        在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为高音和低音，代表二进制的1 和0）。产生FSK 信号最简单的方法是根据输入的数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的，因此这种FSK 信号称为不连续FSK 信号。由于相位的不连续会造频谱扩展，这种FSK 的调制方式在传统的通信设备中采用较多。随着数字处理技术的不断发展，越来越多地采用连继相位FSK调制技术。目前较常用产生FSK 信号的方法是，首先产生FSK 基带信号，利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。相位连续的FSK信号的功率谱密度函数最终按照频率偏移的负四次幂衰落。如果相位不连续，功率谱密度函数按照频率偏移的负二次幂衰落。

2-FSK功率谱密度的特点如下：

(1) 2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,离散谱出现在f1和f2位置；

(2) 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差|f1 -f2|≤fs，则出现单峰。

PSK:在相移键控中，载波相位受数字基带信号的控制，如在二进制基带信号中为0时，载波相位为0或π，为1时载波相位为π或0。载波相位和基带信号有一一对应的关系，从而达到调制的目的。

      在二进制频移键控（2FSK）中，当传送“1”码时对应于载波频率，传送“0”码时对应于载波频率。 2FSK信号波形可看作两个2ASK信号波形的合成，下图是相位连续的2FSK信号波形。

      FSK信号的解调也有非相干和相干两种，FSK信号可以看作是用两个频率源交替传输得到的，所以FSK的接收机由两个并联的ASK接收机组成。

       FSK:频移键控是利用两个不同频率f1和f2的振荡源来代表信号1和0，用数字信号的1和0去控制两个独立的振荡源交替输出。对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为B=2xF+2Fb,xF是二进制基带信号的带宽也是FSK信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即Fb值大，所以二进制频移键控的信号带宽B较大，频带利用率小。

       FSK功率谱密度的特点如下：

(1) 2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,离散谱出现在f1和f2位置；

(2) 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差|f1 -f2|≤fs，则出现单峰。

3.Verilog核心程序

wire o_msg;
 
//产生模拟测试数据
signal signal_u(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (~i_rst),
.o_bits(o_msg)
);
 
 
 
 
//设置SNR
wire signed[7:0]o_SNR;
vio_0 your_instance_name (
  .clk(i_clk),                // input wire clk
  .probe_out0(o_SNR)  // output wire [7 : 0] probe_out0
);
 
wire signed[15:0]o_carrier1;
wire signed[15:0]o_carrier2;
wire signed[15:0]o_fsk;
wire signed[15:0]o_fskn;
wire signed[31:0]o_de_ffsk1;
wire signed o_bits;
wire signed[31:0]o_error_num;
wire signed[31:0]o_total_num; 
wire  [1:0]o_rec2; 
 
//FSK调制解调系统    
FSK uut(
.i_clk(i_clk),
.i_rst(~i_rst),
.i_bits(o_msg),
.i_SNR(o_SNR),
.o_carrier1(o_carrier1),
.o_carrier2(o_carrier2),
.o_fsk(o_fsk),
.o_fskn(o_fskn),
.o_de_ffsk1(o_de_ffsk1),
.o_bits(o_bits),
.o_error_num(o_error_num),
.o_total_num(o_total_num),
.o_rec2     (o_rec2)
);
 
 
 
 
wire signed[15:0]w_de_ffsk1=o_de_ffsk1[25:10];
wire errflag = o_bits^{~o_rec2[1]};
 
 
//ila篇内测试分析模块
ila_0 ila_u (
	.clk(i_clk), // input wire clk
	.probe0({ 
	        o_msg,o_SNR,//9
	        o_fsk, o_fskn,w_de_ffsk1,o_bits,//50
	        o_error_num,o_total_num,errflag,//64
            o_rec2
	         })
	);	 
endmodule
0sj_025m

4.开发板使用说明和如何移植不同的开发板

注意：硬件片内测试是指发射接收均在一个板子内完成，因此不需要定时同步模块。

在本课题中，使用的开发板是：

如果你的开发板和我的不一样，可以参考代码包中的程序移植方法进行移植：