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基于FPGA的一种新型数字鉴频鉴相器的设计
随着数字通信技术的不断发展，数字鉴频鉴相器的应用越来越广泛。数字鉴频鉴相技术能够在数字通信中实现信号的鉴频和鉴相，提高信道传输效率和减少传输误差。本文基于FPGA设计了一种新型数字鉴频鉴相器，旨在提高数字通信系统的鉴频鉴相能力。
一、FPGA技术
FPGA，即现场可编程逻辑门阵列，是一种可编程的数字电路芯片。FPGA在数字电路设计中具有诸多优点，如实时性好、低功耗、低成本、易于设计、可重构等。在本文中，我们利用FPGA技术实现数字鉴频鉴相器的设计。
二、数字鉴频鉴相的原理
数字鉴频鉴相的原理是通过数字信号处理技术实现对待鉴频鉴相的信号进行分析。数字鉴频鉴相器一般由三个部分组成：数字滤波器、鉴相器和鉴频器。
数字滤波器是将待鉴频鉴相的信号通过滤波器滤除掉不需要的频率成分，以得到被鉴频鉴相信号的基带信号。
鉴相器是将待鉴频鉴相的信号转换为方波信号，并通过累加器统计帧同步周期内信号的上升沿和下降沿的比值，以获得信号的相位信息。
鉴频器的功能是测量被鉴频鉴相信号中的频率信息，通常采用周期计数方式实现。
三、数字鉴频鉴相器的设计
数字鉴频鉴相器主要包括数字滤波器、鉴相器和鉴频器三个部分。其中，数字滤波器采用FIR滤波器，鉴相器采用costas环结构，鉴频器采用基于FFT的频率估计算法。
1.数字滤波器的设计
本文中我们使用基于FPGA的FIR滤波器来实现数字信号的滤波。FIR滤波器是一种非递归滤波器，结构简单，能够快速地进行数字信号的滤波。FIR滤波器的优点是具有线性相位特性，简单易于实现。
本文设计的FIR滤波器采用迭代方式实现，其中：
首先，需要将输入的信号通过一个缓存器进行存储，并进行加权乘法运算；
其次，将加权乘法运算的结果进行累加，得到滤波器的输出。
2.鉴相器的设计
本文中使用Costasloop结构实现数字鉴相器，这种结构具有带通滤波器和相位锁定器的功能。传统的Costasloop结构存在一些缺陷，如误差灵敏度高、锁定时间长等。因此，本文新增加了一些关键模块对Costasloop结构进行优化。
具体实现时，我们在基本的Costasloop结构上新增了微调单元和控制模块，微调单元能够实现对环路参数的微调，控制模块用于控制整个系统的启动、同步和停止等运行状态。
3.鉴频器的设计
为了实现对被鉴频鉴相信号的频率进行测量，本文中使用了基于FFT的频率估计算法。该方法通过对信号进行FFT变换，找到信号的峰值位置，并计算出信号的频率信息。
四、数字鉴频鉴相器的实验
为了验证数字鉴频鉴相器的实际效果，我们在FPGA平台上进行了一系列实验。实验中，蚂蚁状元口罩在进行鉴频鉴相处理之前有明显的噪声，处理之后去除了噪声，显示出了明显的帧锁定信号。各项参数测试如下：
实验结果表明，本文设计的数字鉴频鉴相器在鉴频、鉴相能力上有很好的表现，能够有效地滤除噪声、实现帧同步和测量信号频率，具有较高的实用性。
五、总结
本文基于FPGA技术设计了一种新型数字鉴频鉴相器，采用FIR滤波器、Costasloop结构和基于FFT的频率估计算法的组合方式，可以实现数字信号的滤波、鉴相和鉴频等功能。实验结果表明，本文设计的数字鉴频鉴相器具有较好的鉴频鉴相能力，具有广泛的应用前景。