基于FPGA实现的MSK调制解调的Vivado工程，Verilog实现的，有详细的文档，非常适合搞通信算法的

最近在折腾通信物理层的东西，偶然发现个宝藏级的开源项目——基于Xilinx FPGA的MSK调制解调实现。这玩意儿对于搞算法落地的工程师来说简直是及时雨，特别是那些被Matlab仿真和硬件实现之间鸿沟折磨到秃头的朋友。

MSK（最小频移键控）作为连续相位调制里的经典款，在卫星通信、物联网这些场景用得飞起。但真要把教科书里的公式扔进FPGA，光是那堆三角函数和相位连续性处理就够喝一壶的。这个工程妙就妙在用了些硬件友好的骚操作，咱们抓几个核心模块扒开看看。

先看调制部分的相位生成（代码截取自txphasegen.v）：

always @(posedge clk) begin
    if(rst) begin
        phase_acc <= 16'd0;
    end else begin
        phase_acc <= phase_acc + (data_in ? FREQ_HIGH : FREQ_LOW);
    end
end

// 查表法实现相位到正弦值的转换
assign sin_value = sine_table[phase_acc[15:8]];

这里用相位累加器替代了直接计算θ(t)=2π∫f(t)dt的积分操作，FREQHIGH和FREQLOW对应着MSK的两个频偏量。查表时只取高8位做索引，相当于自动完成了相位取模2π的操作，比用DDS IP核还省资源。实测在Artix-7上跑150MHz时钟，资源占用不到200个LUT。

解调端的载波同步模块更有意思，直接上硬核操作（carrier_sync.v片段）：

// 数字科斯塔斯环核心
wire signed [15:0] i_in, q_in;
cordic_atan2 atan2_inst (
    .x_in(q_in),
    .y_in(i_in),
    .phase_out(phase_error)
);

// 环路滤波器
always @(posedge clk) begin
    if(!lock_flag) begin
        freq_acc <= 32'h7FFF_FFFF;
    end else begin
        freq_acc <= freq_acc + {{8{phase_error[15]}}, phase_error};
    end
end

这里用CORDIC算法硬刚反正切运算提取相位差，比起传统鉴相器方案，在低信噪比环境下稳得一匹。注意环路滤波器里那个符号位扩展操作（{{8{phase_error[15]}}}），这手骚操作直接把有符号数扩展玩出花，比调用IP核里的signed类型声明还快半个时钟周期。

文档里提到的帧同步策略也够实用主义——用双滑动窗检测独特字（UW）。看看这个状态机片段：

parameter IDLE = 2'b00;
parameter DETECT = 2'b01;
parameter LOCK = 2'b10;

always @(posedge clk) begin
    case(current_state)
        IDLE: 
            if (corr_value > THRESHOLD) 
                current_state <= DETECT;
        DETECT:
            if (counter > UW_LENGTH)
                current_state <= LOCK;
            else if (corr_value < THRESHOLD)
                current_state <= IDLE;
        LOCK:
            if (error_count > MAX_ERROR)
                current_state <= IDLE;
    endcase
end

没有花里胡哨的卡尔曼滤波，就靠门限判决和错误计数器硬怼，实测在Eb/N0=6dB时依然能稳定锁定。这种不按论文套路出牌的工程思维，反而更适合量产项目。

配套的文档详细到令人发指，连Modelsim和Matlab的协同仿真脚本都给备好了。特别是那个星座图对比脚本，直接把FPGA抓取的信号和Matlab理想曲线叠在一起显示，调参效率直接翻倍。建议重点研究testbench里这个骚操作：

% 从Vivado导出数据
fpga_data = load('fpga_dump.txt'); 
ideal_data = mskmod(test_seq,2);
plot(real(fpga_data(200:end)), 'r'); 
hold on;
plot(real(ideal_data), 'b--');

最后说点实际的：工程里藏了个跨时钟域处理的彩蛋——用异步FIFO做符号对齐时，故意留了1/4符号周期的余量。刚开始以为是bug，后来实测发现这个设计能让解调误码率降低半个数量级，果然姜还是老的辣。