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自适应滤波器算法设计及其FPGA实现的研究与应用

齐海兵  
【摘要】: 自适应滤波器是智能天线技术中核心部分—自适应波束成形器的关键技术,算法的高效稳定性及硬件时钟速率的快慢是判断波束成形器性能优劣的主要标准。 首先选取工程领域最常用的自适应横向LMS滤波算法作为研究对象,提出了利用最小均方误差意义下自适应滤波器的输出信号与主通道噪声信号的等效关系,得到滤波器最佳自适应参数的方法。并分析了在平稳和非平稳环境噪声下,滤波器的收敛速度、权系数稳定性、跟踪输入信号的能力和信噪比的改善等特性。 在分析梯度自适应格型算法的基础上,提出利用最佳反射系数的收敛性和稳定性,得到了梯度自适应格型滤波器的定步长改进方法;并以改进的梯度自适应格型和线性组合器组成梯度自适应格型联合处理算法,在同样环境噪声下,相比自适应横向LMS算法,其各项性能指标都得到了极大地改善,而且有利于节省硬件资源。 设计了自适应横向LMS滤波器和梯度自适应格型联合处理滤波器的电路模型,并用驰豫超前技术对两类滤波器进行了流水线优化。利用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C5T144C6芯片和多种EDA工具,完成了滤波器的FPGA硬件设计与仿真实现。并以FPGA实现的3节梯度自适应格型联合处理器为核心,设计了一种TD-SCDMA系统的自适应波束成形器,分析表明可以很好地利用系统提供的参考信号对下行波束进行自适应成形。


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