【硬件测试】基于FPGA的256QAM基带通信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》

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=40db

vio设置SNR=30db

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
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
````timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2024/12/04 15:36:34
// Design Name:
// Module Name: tops_hdw
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//

module tops_hdw(

input i_clk,
input i_rst,
output reg [3:0] led
);

//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 [7:0] parallel_data;
wire signed[15:0]sin;
wire signed[15:0]cos;
wire signed[15:0] I_com;
wire signed[15:0] Q_com;
wire signed[15:0]I_Ncom;
wire signed[15:0]Q_Ncom;
wire signed[23:0]I_comcos2;
wire signed[23:0]Q_comsin2;
wire signed[15:0]o_Ifir;
wire signed[15:0]o_Qfir;
wire [7:0] o_sdout;
wire signed[31:0]o_error_num;
wire signed[31:0]o_total_num;

TOPS_256QAM TOPS_256QAM_u(
.clk (i_clk),
.rst (i_rst),
.start (1'b1),
.i_SNR (o_SNR),
.parallel_data (parallel_data),
.sin (sin),
.cos (cos),
.I_com (I_com),
.Q_com (Q_com),
.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 (),
.o_error_num (o_error_num),
.o_total_num (o_total_num)
);

//ila篇内测试分析模块
ila_0 ila_u (
.clk(i_clk), // input wire clk
.probe0({
o_SNR,//8
I_com[15:6], Q_com[15:6],I_Ncom[15:6],Q_Ncom[15:6],//40
I_comcos2[23:8],Q_comsin2[23:8],o_Ifir[15:4],o_Qfir[15:4],//48
parallel_data,o_sdout,
o_error_num,o_total_num//64

         })
);

endmodule
0sj_036m

```