От теории к практике: тестирование цифровых модуляций на реальной радиолинии с Engee и ПЛИС
Краткое резюме
Команда завершила проект по разработке и тестированию модели цифровой радиолинии на реальной ПЛИС в среде Engee. Были изучены схемы модуляции, включая QPSK, и отработаны этапы проектирования от математической модели до практической реализации.
На прошлой неделе наша команда успешно завершила важный и интересный проект в сотрудничестве с корпорацией «Комета». Мы разработали, протестировали и внедрили модель цифровой радиолинии на реальной ПЛИС, используя среду проектирования Engee. Этот проект будет интересен специалистам в области цифровой обработки сигналов и модельно-ориентированного проектирования, а также всем, кто хочет увидеть, как теоретические разработки воплощаются в практические решения.
**Цель и задачи проекта**
Основной задачей было отработать полный цикл проектирования: от создания математической модели и симуляции до генерации кода для программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и проверки его на стенде. Мы начали с изучения перспективных схем модуляции, которые станут основой для будущих систем связи.
**Первый этап: создание виртуальной радиолинии**
В среде Engee мы разработали графические модели радиолиний с различными типами модуляции: BPSK, QPSK, 8PSK и 16QAM. Все модели были дополнены фильтрацией Найквиста для борьбы с межсимвольной интерференцией.
Для каждой схемы мы построили и проанализировали:
* модуляционные созвездия для визуальной оценки качества сигнала;
* графики BER (Bit Error Rate) для определения зависимости вероятности ошибки от отношения сигнал/шум;
* спектральные характеристики для понимания поведения сигнала в частотной области.
Результаты симуляций совпали с теоретическими данными, что подтвердило корректность наших моделей. После анализа данных мы выбрали QPSK как оптимальный баланс между помехоустойчивостью и спектральной эффективностью.
Итоговая модель для генерации кода включала:
1. Генератор данных.
2. QPSK-модулятор.
3. Фильтр Найквиста на передаче.
4. Модель канала связи (с шумом).
5. Фильтр Найквиста на приёме.
6. QPSK-демодулятор.
7. Счётчик ошибок (BER).
Особенностью системной модели стала техника синхронизации: мы реализовали алгоритм выбора оптимального момента дискретизации с помощью параметра Select_index (от 1 до 8), когда частота дискретизации в 8 раз выше тактовой.
**Генерация Verilog-кода из графической модели**
Следующий шаг — трансформация проверенной системной модели в модель, готовую к генерации аппаратного кода. Мы перешли к вычислениям с фиксированной точкой, что критично для реализации на ПЛИС. Затем финальная модель была дополнена блоком квадратурной модуляции для тестирования проекта на ПЛИС.
Возможности Engee по автоматизации значительно упростили процесс:
* генерация кода из базовых блоков позволила избежать ручного написания кода;
* пользовательские шаблоны помогли адаптировать выходной код под наши нужды.