verilog实现qpsk最大似然检测

QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控）是一种数字调制技术，它将数据流分为两个正交的子流，分别用正弦波和余弦波进行调制。在QPSK接收端，最大似然检测是一种常用的解调方法，可以用Verilog语言实现。

最大似然检测的基本思想是，在所有可能的发送符号序列中，找到与接收符号序列最相似的一个。在QPSK中，接收符号序列可以表示为：

r(n) = I(n)cos(theta) + Q(n)sin(theta) + w(n)

其中，I(n)和Q(n)分别是正交子流的采样值，theta是接收到的信号相位，w(n)是噪声。

最大似然检测的实现过程如下：

1. 生成所有可能的发送符号序列，共4个。

2. 对于每个发送符号序列，计算其对应的接收符号序列。

3. 计算接收符号序列与实际接收符号序列的欧几里得距离，选择距离最小的符号序列作为最终解调结果。

Verilog实现代码如下：

module qpsk_ml_detection (
    input clk,
    input rst_n,
    input signed [15:0] I,
    input signed [15:0] Q,
    output reg [1:0] data_out
);

reg [15:0] s[0:3][0:1];
reg [1:0] data_sel;
reg [1:0] data_out_reg;

initial begin
    // 初始化发送符号序列
    s[0][0] = 32767; s[0][1] = 32767;
    s[1][0] = -32767; s[1][1] = 32767;
    s[2][0] = -32767; s[2][1] = -32767;
    s[3][0] = 32767; s[3][1] = -32767;
end

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (~rst_n) begin
        data_sel <= 2'b00;
        data_out_reg <= 2'b00;
    end else begin
        // 计算每个发送符号序列对应的接收符号序列
        reg [31:0] d[0:3];
        d[0] = (I - s[0][0])*(I - s[0][0]) + (Q - s[0][1])*(Q - s[0][1]);
        d[1] = (I - s[1][0])*(I - s[1][0]) + (Q - s[1][1])*(Q - s[1][1]);
        d[2] = (I - s[2][0])*(I - s[2][0]) + (Q - s[2][1])*(Q - s[2][1]);
        d[3] = (I - s[3][0])*(I - s[3][0]) + (Q - s[3][1])*(Q - s[3][1]);
        
        // 选择距离最小的符号序列作为最终解调结果
        if (d[0] <= d[1] && d[0] <= d[2] && d[0] <= d[3])
            data_sel <= 2'b00;
        else if (d[1] <= d[2] && d[1] <= d[3])
            data_sel <= 2'b01;
        else if (d[2] <= d[3])
            data_sel <= 2'b10;
        else
            data_sel <= 2'b11;
        
        // 保持解调结果1个时钟周期
        data_out_reg <= data_sel;
    end
end

assign data_out = data_out_reg;

endmodule

在上述代码中，s数组存储所有可能的发送符号序列，data_sel表示最终解调结果，data_out_reg和data_out是为了保持解调结果1个时钟周期。在每个时钟周期内，计算每个发送符号序列对应的接收符号序列的欧几里得距离，选择距离最小的符号序列作为最终解调结果。