基于FPGA的BPSK+costas环实现,包含testbench,高斯信道,误码统计,可设置SNR

1.算法仿真效果

加入频偏：

设置SNR=30db

（无误码，上图中误码个数8为costas锁定过程中带来的）

设置SNR=15db

（无误码，上图中误码个数8为costas锁定过程中带来的）

设置SNR=5db

 

（误码2400个测试符号，错误30个，其中8个误码为costas锁定过程中带来的）

2.算法涉及理论知识概要

Costas环是一种用于载波同步的常见方法，特别是在调制解调中，它被广泛用于解调相位调制信号，如二进制调相（BPSK）或四进制调相（QPSK）信号。它的目的是估计和追踪接收信号的相位偏移，以便正确解调数据。

       其基本结构如下图所示

Costas环结构：

如上图所示Costas环包括两个主要部分：一个偏移90度的本地振荡器（Local Oscillator，LO）和一个相移解调器。这两个部分协同工作来估计信号的相位偏移。

Costas环包括以下主要组件：

本地振荡器（Local Oscillator，LO）： LO产生一个本地参考信号，其频率与接收信号的载波频率相同。这个本地参考信号通常包括正弦和余弦两路信号，相位相差90度。这两路信号将与接收信号相位进行比较。

相位解调器（Phase Detector）： 相位解调器用于测量接收信号和本地振荡器之间的相位差。它的输出是一个带有相位信息的信号。

环路滤波器（Loop Filter）： 环路滤波器对相位差信息进行滤波和处理，以生成一个控制电压。这个电压将用于调整本地振荡器的频率和相位，以最小化相位差。

本地振荡器控制单元： 这个单元接收来自环路滤波器的控制电压，并相应地调整本地振荡器的频率和相位。

输出： Costas环的输出是本地振荡器的相位信息，该信息已经被调整，以与接收信号的相位保持同步。这个输出可以用于解调接收信号。

3.Verilog核心程序

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2024/12/22 20:48:51
// Design Name: 
// Module Name: TEST
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////module TEST();
reg            i_clk;
reg            i_rst;
wire signed[1:0]o_msg;
wire signed[7:0]o_msg_filter;
wire signed[15:0]o_msg_mod;
wire signed[15:0]o_msg_modn_SNR20;
wire signed[15:0]o_low_filter_SNR20;
wire signed[31:0]o_delta_fre_SNR20;signal signal_u(
.i_clk        (i_clk),
.i_rst        (i_rst),
.o_bits       (o_msg)
);tops_costas tops_costas1(
.i_clk        (i_clk),
.i_rst        (i_rst),
.i_SNR        (5),
.i_msg        (o_msg),
.o_msg_filter (o_msg_filter),
.o_msg_mod    (o_msg_mod),
.o_msg_modn   (o_msg_modn_SNR20),
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.o_delta_fre  (o_delta_fre_SNR20)
);wire [31:0]o_error_num;
wire [31:0]o_total_num;
Error_Chech Error_Chech_us(
.i_clk        (i_clk),
.i_rst        (i_rst),
.i_trans      (o_msg),
.i_rec        (o_low_filter_SNR20),
.o_error_num  (o_error_num),
.o_total_num  (o_total_num)
);initial begin// Initialize Inputsi_clk = 1;i_rst = 1;// Wait 100 ns for global reset to finish#10250 i_rst = 0;  // Add stimulus hereendalways #5 i_clk=~i_clk;endmodule0sj_074m