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基于FPGA的2FSK+帧同步系统verilog开发,包含testbench,高斯信道,误码统计,可设置SNR

article 2025/1/7 4:28:37

1.算法仿真效果

2.算法涉及理论知识概要

2.1 FSK调制解调

2.2 帧同步

3.Verilog核心程序

4.完整算法代码文件获得

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）：

系统包括FSK调制模块，FSK解调模块，AWGN信道模块，误码统计模块，帧同步模块，数据源模块等。

设置SNR=10db

设置SNR=20db

局部放大后看FSK调制解调过程：

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

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。

2.1 FSK调制解调

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。

2.2 帧同步

在数字通信中，信息通常是以帧为单位进行组织和传输的。帧同步的目的是确定每一帧的起始位置，以便接收端能够正确地解调出每帧中的数据。

设发送的帧结构为：帧同步码 + 信息码元序列。帧同步码是具有特定规律的码序列，用于接收端识别帧的起始。

帧同步的过程就是在接收序列中寻找与帧同步码匹配的位置，一旦找到匹配位置，就确定了帧的起始位置，后续的码元就可以按照帧结构进行正确的划分和处理。

本地同步码的生成

相关运算

判决与同步确定

3.Verilog核心程序

....................................................................
//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_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_fskn)
    );

//解调
FSK_demod FSK_demod_u(
.i_clk         (i_clk),
.i_rst         (i_rst),
.i_fsk         (o_fskn),
.o_de_fsk1     (),
.o_de_ffsk1    (o_de_ffsk1),
.o_bits        (o_bits),
.o_bits_data   (o_bits_data),
.o_bits_head   (o_bits_head),
.o_peak        (o_peak),
.o_en_data     (o_en_data),
.o_en_pn       (o_en_pn),
.o_frame_start (o_frame_start)
);


 

//error calculate
Error_Chech Error_Chech_u(
    .i_clk(i_clk), 
    .i_rst(i_rst), 
    .i_trans(i_bits), 
    .i_en_data(o_en_data),
    .i_rec(o_bits_data), 
    .o_error_num(o_error_num), 
    .o_total_num(o_total_num),
    .o_rec2(o_rec2)
    );


0sj_049m
endmodule