基于FPGA的256QAM基带通信系统,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

vivado2019.2仿真结果如下（完整代码运行后无水印）：

 

设置SNR=40db：

 

 

 

将数据导入matlab，显示其星座图：

 

 

 

设置SNR=32db：

 

 

 

将数据导入matlab，显示其星座图：

 

 

设置SNR=24db：

 

 

 

将数据导入matlab，显示其星座图：

 

 

 

系统RTL结构如下：

 

 

 

仿真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

       256QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）是一种高级调制方案，能够在给定带宽内传输更多的信息比特。256QAM意味着每个符号可以携带8个比特的信息，因为 log⁡2(256)=8log2​(256)=8。

 

       在调制过程中，输入比特流首先被映射到复数值星座图上的特定点。对于256QAM，每个符号代表8个比特信息。调制器根据输入比特选择对应的星座点，并将这些星座点转换成相应的复数形式。例如，在理想情况下，256QAM星座图包含256个不同的点。

 

      256QAM的星座图是一个二维平面内的点阵，每个点代表一个独特的调制状态。在理想情况下，星座图中的每个点都对应于一个特定的复数值，该值由相位和幅度共同决定。由于256QAM有256个可能的状态，因此其星座图包含256个点。

 

256QAM映射过程如下：

 

数据编码：首先，输入的一组8比特数据需要被编码成一个复数形式的符号。这意味着每个256QAM符号实际上是由8比特信息组成的。

 

星座图映射：接下来，这8比特被映射到星座图上的一个特定位置。通常，这些比特会按照一定的规则分配给星座图的不同维度。例如，前4比特可以确定星座图上的一维坐标（实部），而后4比特确定另一维坐标（虚部）。

 

星座点分配：具体来说，星座图上的每个点都有一个特定的坐标（I,Q），其中I 表示同相分量，Q 表示正交分量。在256QAM中，这些坐标可以从一系列预定义的值中选取。在标准化的256QAM星座图中，I 和 Q 的取值范围通常是−7,−5,−3,−1,1,3,5,7−7,−5,−3,−1,1,3,5,7 或者类似的比例因子乘以这些值。

 

星座图结构：256QAM星座图通常呈格状排列，每个点在I-Q 平面上的位置决定了其代表的比特组合。例如，如果使用灰度编码（Gray coding）来减少相邻星座点之间的比特翻转数，那么每个点周围的8个邻居将与其仅有一个比特的不同。

 

       在接收端，接收到的复数信号经过解调处理，将其映射回最接近的星座点，然后恢复出原始比特序列。这个过程可能会受到信道引入的噪声和失真的影响，导致错误的发生。

 

3.Verilog核心程序

	// DUT
tops_256QAM_mod  top(.clk(clk),.rst(rst),.start(start),.parallel_data(parallel_data),.sin(sin),.cos(cos),.I_com(),.Q_com(),.I_comcos(I_com),//基带方式输出，即实际通信中的复数模式.Q_comsin(Q_com));//加入信道
//实部
awgns awgns_u1(.i_clk(clk), .i_rst(~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(I_com), .o_noise(),.o_dout(I_Ncom));  
//虚部    
awgns awgns_u2(.i_clk(clk), .i_rst(~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(Q_com), .o_noise(),.o_dout(Q_Ncom)); tops_256QAM_demod  top2(.clk(clk),.rst(rst),.start(start),.I_Ncom(I_Ncom),.Q_Ncom(Q_Ncom),.I_comcos2(I_comcos2),.Q_comsin2(Q_comsin2),.o_Ifir(o_Ifir),.o_Qfir(o_Qfir),.o_sdout(o_sdout),.flag_reg(flag_reg));  //6个bit同时统计误码率	   
wire signed[31:0]o_error_num1;
wire signed[31:0]o_total_num1;
Error_Chech Error_Chech_u1(.i_clk(clk), .i_rst(~rst), .i_trans(parallel_data), .i_rec(o_sdout), .o_error_num(o_error_num1), .o_total_num(o_total_num1));  assign o_total_num = o_total_num1;
assign o_error_num = o_error_num1;  endmodule
0sj_014m