通信系統(tǒng)中串行數(shù)據(jù)交織器的設(shè)計(jì)

1、 設(shè)計(jì)原理1、交織器原理交織器是通信編碼中抗突發(fā)干擾的一種重要手段，將突發(fā)干擾產(chǎn)生的分布集中的誤碼分散到信息數(shù)據(jù)中，以便采用糾錯(cuò)編碼的方法進(jìn)行糾錯(cuò)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一個(gè)行列交織器，其框架圖圖如圖1所示，PN碼發(fā)生器模擬數(shù)據(jù)源產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)，按行寫入一m行n列的RAM中，寫滿后按列讀出。為避免數(shù)據(jù)丟失，需使用兩個(gè)這樣的RAM交替讀寫。這里統(tǒng)一m和n都選4，即兩個(gè)44 RAM。圖1 串行數(shù)據(jù)交織器整體框架圖2、 程序設(shè)計(jì)原理本實(shí)驗(yàn)制作一個(gè)通信系統(tǒng)中的串行數(shù)據(jù)交織器，其設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。程序整體由三個(gè)子模塊構(gòu)成：100KHz分頻模塊，利用FPGA上50MHz的晶振分頻得到，作為產(chǎn)生偽隨機(jī)碼和讀寫RAM的時(shí)鐘；偽隨機(jī)碼發(fā)生器模塊，以16個(gè)數(shù)為一周期，模擬數(shù)據(jù)源產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)；讀寫RAM模塊，按行寫入一4行4列的RAM中，寫滿后按列讀出。為避免數(shù)據(jù)丟失，需使用兩個(gè)這樣的RAM交替讀寫，從而實(shí)現(xiàn)交織。電路圖如圖2所示：圖2 電路原理圖二、源程序代碼/頂層模塊module interleaver(endout,out,clk_50M);input clk_50M;output0:0 endout,out;wire clk;wire3:0 k;wire0:0 pn16;divider U1(clk,clk_50M);pn U2(clk,pn16);array U3(endout,out,clk,pn16,k);endmodule/分頻器 (50MHz-100KHz)module divider(clk,clk_50M);output clk;input clk_50M;reg clk;reg23:0 cnt;always (posedge clk_50M)beginif(cnt=249)begincnt=0;clk=clk;end elsecnt=cnt+1; /計(jì)數(shù)endendmodule /pn16（偽隨機(jī)碼發(fā)生器，以16個(gè)數(shù)為一周期）module pn(clk,pn16);inputclk;output0:0pn16;regq0;regq1;regq2;regq3;wireset1;wireSYNTHESIZED_WIRE_0;wireSYNTHESIZED_WIRE_1;assignSYNTHESIZED_WIRE_1 = 0;always(posedge clk )beginif (!set1)beginq0 = 1;endelsebeginq0 = SYNTHESIZED_WIRE_0;endendalways(posedge clk)beginbeginq1 = q0;endendalways(posedge clk)beginbeginq2 = q1;endendalways(posedge clk)beginbeginq3 = q2;endendassignSYNTHESIZED_WIRE_0 = q3 q2;assignset1 = q0 | q2 | q1 | q3 | SYNTHESIZED_WIRE_1;assignpn16 = q3;endmodule/array（使用兩個(gè)數(shù)組，作為兩個(gè)44RAM）module array(endout,out,clk,pn16,k);input clk;input0:0 pn16;output0:0 out,endout;output3:0 k;reg3:0 k,i;reg0:0 out,endout;reg array115:0;reg array215:0;reg1:0 j,flag;initialbegini=0;j=0;k=-1;flag=0;endalways(posedge clk)beginif(k=15)begink=0;endelsek=k+1;if(i=15) /用循環(huán)產(chǎn)生44數(shù)組，即44 RAMbegini=0;flag=flag;endelsei=i+1;if(j=3)j=0;elsej=j+1;if(!flag)beginarray1i=pn16; /偽隨機(jī)碼寫入array1out=array2i; /按行讀出array2中的數(shù)據(jù)給out（未交織）if(i4) /按列讀出array2中的數(shù)據(jù)給endout（交織后的） endout=array20+4*j; else if(i8)endout=array21+4*j;else if(i12)endout=array22+4*j;elseendout=array23+4*j;endelsebeginarray2i=pn16; /偽隨機(jī)碼寫入array2out=array1i; /按行讀出array1中的數(shù)據(jù)給out（未交織）if(i4) /按列讀出array1中的數(shù)據(jù)給endout（交織后的）endout=array10+4*j;else if(i8)endout=array11+4*j;else if(i12)endout=array12+4*j;elseendout=array13+4*j;endendendmodule三、仿真結(jié)果1、分屏器模塊仿真結(jié)果如圖3所示：圖3 分屏器模塊仿真結(jié)果2、偽隨機(jī)碼發(fā)生器模塊仿真結(jié)果如圖4所示：圖4 偽隨機(jī)碼發(fā)生器模塊仿真結(jié)果3、 最終仿真輸出結(jié)果如圖5、圖6所示：圖5 第一個(gè)周期圖6 最終輸出結(jié)果仿真結(jié)果分析：1、 如圖5所示，在第一個(gè)循環(huán)周期，偽隨機(jī)碼寫入array1，同時(shí)按行讀出array2到out，按列讀出array2到endout，但由于此時(shí)array2里面的單元都為0，所以在第一個(gè)周期里，輸出out（未交織）和endout（交織后）都為0。2、 如圖6所示，結(jié)果為實(shí)現(xiàn)了交織功能。未交織的out輸出為：0001 0011 0101 1110 0010 0110 1011 1100，即0 0 0 1 0 0 1 00 0 1 1 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 11 1 1 0 1 1 0 0交織后的endout輸出為：01 0011 0101 1110 0011 0101 1110 0010 ，即0 0 0 1 0 0 1 10 0 1 1 0 1 0 10 1 0 1 1 1 1 01 1 1 0 0 0 1 0如此可見，endout實(shí)現(xiàn)了按列讀出，即設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了交織功能。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用示波器觀察交織前后的波形，如圖7所示：圖7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為制作一個(gè)通信系統(tǒng)中串行數(shù)據(jù)交織器。由于對(duì)Verilog和Quartus II 軟件、ModuleSim仿真軟件的使用較熟悉，對(duì)用Verilog HDL語(yǔ)言來(lái)編寫程序較熟練，因此在明白實(shí)驗(yàn)原理后，設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)就感覺較上一個(gè)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單。但是，此次實(shí)驗(yàn)也并不是如魚得水的。實(shí)驗(yàn)過程中也遇到了一些小問題。起初，對(duì)此次交織器的原理不是很清楚，對(duì)其程序?qū)崿F(xiàn)方案也不清晰。后來(lái)認(rèn)真聽了老師的解說(shuō)，自己課后也在圖書館查閱了相關(guān)資料。經(jīng)過自己的思考，最終明白了整個(gè)電路的原理。第二，剛開始搭建好電路進(jìn)行觀察時(shí)，示波器沒有輸出正確的波形。后面把DE2板和示波器表筆換了，波形就出來(lái)了，并且同時(shí)輸出了交織前和交織后的波形，說(shuō)明本次設(shè)計(jì)取得了成功。通過自己課下的努力和鉆研，最終較快較好地成功完成了實(shí)驗(yàn)，這給了我極大