基于FPGA的直接擴頻通信系統(tǒng)設計（附主要代碼）

大俠好，歡迎來到FPGA技術江湖，江湖偌大，相見即是緣分。大俠可以關注FPGA技術江湖，在“闖蕩江湖”、"行俠仗義"欄里獲取其他感興趣的資源，或者一起煮酒言歡。

今天給大俠帶來直接擴頻通信，由于篇幅較長，分三篇。今天帶來下篇，也是最后一篇，仿真，話不多說，上貨。

這里也給出前兩篇的超鏈接：

直接擴頻通信（上）理論基礎

直接擴頻通信（中）Verilog 實現(xiàn)

本篇適用于有一定通信基礎的大俠，本篇使用的理論不僅僅是擴頻通信。為了便于學習，本章將會以實戰(zhàn)的方式，對整個工程的仿真。并對一些關鍵的仿真結果進行說明。各位大俠可依據(jù)自己的需要進行閱讀，參考學習。

第三篇內(nèi)容摘要：本篇會介紹系統(tǒng)的仿真設計。

仿真 

一、模塊的建立及其仿真環(huán)境的生成

1.1、在計算機上，找一個沒有中文字符的目錄，新建以下幾個文件，如圖 6：

圖6

上圖為可以建立的文件，sim_wave.do 是仿真波形保存文件.tt.do。其代碼如下：

#建立 library 名為”work”vlib workvmap work work#編譯當前目錄(./)中的 top.v、mcu.v …. vlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./top.vvlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./mcu.vvlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./slaver.vvlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./coder.vvlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./add_noise.vvlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./decoder.vvlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./correct.vvlog -work work -L mtiAvm -L mtiOvm -L mtiUPF ./Correct_Decoder.v#仿真 work 中的 top 模型vsim -novopt work.top

以上是輸入方式進行仿真，也可以直接使用圖形化的方式進行仿真。但沒有開始仿真，因為我們以下還要添加一條語句。但沒有響應的文件。tt.bat 的代碼如下：

echopausevsim -do .tt.dopause

tt.bat 文件為批處理文件，僅為打開 modelsim、運行 tt.do 文件使用。也可以不使用該文件(以下不會詳細介紹)。

1.2、將對應的代碼寫到相應的文件中(sim_wave.do、tt.bat 文件可以不管)。

1.3、用 modelsim 的打開方式打開 top.v 文件(或者你先打開 modelsim，然后把目錄修改成以上所述的目錄也可)。運行的界面如圖 7(modelsim6.5d)：

圖7

圖中的亂碼均為modelsim不兼容我所使用的notepad軟件編寫的中文字符，大俠均可不以理睬。

1.4、在 Transcript 中輸入”do tt.do”,運行當前目錄下的 tt.do 文件。運行過程中，最后跳出如圖 8 的窗口。如果有錯誤，會在 Transcript 中用紅色字體說明(當然,這里都是英文)。

圖8

在框圖 1 中為整個仿真平臺上的模型，可以點擊模型+展開?？驁D 2 顯示當前模型所含的項目。

1.5、添加波形，如圖 9、10、11，對模塊 coder 添加波形，并對波形進行分組。

圖9

圖10

圖11

對所有仿真模型添加波形，并且分組，如圖 12。

圖12

圖13

1.6、仿真開始 在 Transcript 中輸入”run -all” 等待結果。以上將生成仿真環(huán)境的全過程。下面會將對各個模塊進行說明。

二、模塊仿真

2.1、模塊 mcu 仿真

mcu 扮演一個信源產(chǎn)生模塊，其波形如圖 14。

圖14

在 send_ena 使能的情況下，當 insourse_ena 為高時，數(shù)據(jù)從 indatabyte 第 7 位端口輸出到 coder 模塊，圖中發(fā)送十六進制 24 的過程，僅在 insourse_ena 為高時發(fā)送。該模塊還產(chǎn)生兩個時鐘，兩個時鐘分別是 31 倍的頻率。clk1 和 clk31。

2.2、模塊 coder 仿真

模塊 coder 將對 mcu 傳送的數(shù)據(jù)進行編碼、擴頻。仿真波形如圖 15。

圖15

圖中的 in_data_buf 為發(fā)送碼，當接收到 send_ena 后，先發(fā)送頭和數(shù)據(jù)幀，然后才發(fā)送數(shù)據(jù)如圖中從 133600us 開始發(fā)送數(shù)據(jù)”0010”(十六進制 2)后發(fā)送監(jiān)督碼的”101”，在 177000us 開始發(fā)送數(shù)據(jù)”0100”(十六進制 4)后發(fā)送監(jiān)督碼”110”。所有數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼后，out_data 發(fā)送出去。

2.3、模塊 noise 仿真

添加干擾，經(jīng) coder 發(fā)送的 2bit 數(shù)據(jù)擴展到 3bit 數(shù)據(jù)，并與噪聲進行加性。

仿真波形如圖 16。

圖16

圖中是對 1bit 數(shù)據(jù)進行擴頻后，其中 un_noised_data 為輸入數(shù)據(jù)(無噪聲)、經(jīng)過與 noise 數(shù)據(jù)相加,得到數(shù)據(jù) noised_data。這模塊就是充當信道中的加性干擾源。

2.4、模塊 decoder 仿真

解擴是本系統(tǒng)的設計重點。它包含同步頭的同步和數(shù)據(jù)的接收等。

本設計采用一個循環(huán)偽隨機作為解擴碼。采用一個 31bit 的寄存器，初始化為級數(shù)為 5 的 m 序列，首尾循環(huán)。那么，在寄存器每一位上采數(shù)，都可以得到一個偽隨機序列。分別得出 31 個 m 序列。而且靠近的寄存器位，采集的 m 序列只有一位的移位。因此，可以采用該方法，在發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)，不管為何時發(fā)送，在 31bit個寄存器中的 1 個寄存器中與之對應。更通俗的說法，不管發(fā)送設備何時開始發(fā)送。都可以在 31bit 的寄存器中找到一個寄存器采到的 m 序列與之對應。

由于在 31 比特的寄存器同時采數(shù)是比較耗費 FPGA 內(nèi)部資源，所以本設計采用寄存器的每 10 個 bit 位進行一一處理。如果前 10 個沒能找到對應的 m 序列，則累加到后 10 個，以此類推，在 3 次的累加中，總能完全掃描完 31bit 位的寄存器。此時可以找到對應的比特位。

由于發(fā)送設備的數(shù)據(jù)頭為 10 個”1”和 1 個”0”，而在 10 個”1”中的 1 是延伸的，沒法直接得到相鄰”1”的交界，而在得到合適的 m 序列位后，必須進行同步，同步的方法為采集最后一個”0”作為同步。

在接收完成數(shù)據(jù)頭后，進行數(shù)據(jù)幀同步。數(shù)據(jù)幀是 4bit 數(shù)據(jù)”0000”和 3bit 監(jiān)督位”000”。

接收完成數(shù)據(jù)幀之后才是數(shù)據(jù)的開始。由于數(shù)據(jù)比較大，累加基數(shù)這里是 100，閥值為 30，那么，當接收到 130，說明接收到一個”1”。

仿真結果如下：

圖17

圖17 為接收的整體工作狀態(tài)，sum1~sum10 分別采集 10 個寄存器比特位，當有1 個接收超過 130，說明寄存器該為上的 m 序列可以接收到 1 個”1”，sum 是對數(shù)據(jù)幀和數(shù)據(jù)的解擴統(tǒng)計。

圖18

圖18 是一個完整數(shù)據(jù)解擴的過程，clk31 是采集時鐘，數(shù)據(jù)為 in_data_buf，從輸入到輸出，延遲一段時間后傳送到解擴模塊。psumi 為解擴的值，通過累加得到sum(in_data[2]判斷。為 1，則加;為 0，則減)。如果 sum 超過 130，說明發(fā)送數(shù)據(jù)為”1”，否則為”0”。(以上為數(shù)據(jù)”1”的例子)

通過解擴的數(shù)據(jù)，送到 correct 模塊進行糾錯。

2.5、模塊 correct 仿真

模塊 correct 為糾錯模塊。它將解擴后的數(shù)據(jù)進行分析，即對漢明碼的反運算。該模塊的仿真過程省略。

2.6、模塊 Slaver 仿真

Slaver 是接收模塊端，它將解擴、糾錯后的數(shù)據(jù)進行存儲。仿真過程省略。

2.7、模塊 Top  仿真

Top 模塊應該放第一塊講解，因為它是一個仿真平臺，它的子模塊包括 mcu 和slaver。它將兩個模塊的發(fā)送接收進行統(tǒng)計、并且進行計算、輸出，并對模塊參數(shù)設置。以下設置發(fā)送數(shù)據(jù)比特位為 500 的輸出結果(圖 19、圖 20)：

圖19

圖20

以上是整個設計的仿真過程。

本篇到此結束，直接擴頻通信也到此結束，各位大俠，有緣再見！