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子带自适应滤波器的FPGA实现

张银行  
【摘要】: 自适应滤波理论是自适应信号处理中最为热门的研究课题之一。自适应滤波广泛应用于系统识别、信号分离、信道均衡以及回声抵消等领域。寻求收敛速度快,计算复杂度低,数值稳定性好的自适应滤波算法是我们不断努力追求的目标。随着现场可编程门阵列(Field programmable gate array, FPGA)和EDA技术的出现,自适应滤波器的发展更加迅速。 本文介绍了自适应滤波器的原理、结构和常用算法,并通过四个具体实例介绍自适应滤波器的应用,对最陡下降算法、LMS算法,NLMS算法的原理比较详尽的论述,并结合典型应用对影响算法性能的参数进行了仿真分析,并通过仿真实验对这三种算法进行了对比。 讨论了开环和闭环两种子带分解的自适应滤波器,从计算复杂度和收敛性能两个方面对开环情况下的三种典型子带结构的自适应滤波器和传统LMS算法的自适应滤波器进行分析,得到本文所采用的子带自适应滤波器。 本文利用Altera公司专用的DSP开发工具MATLAB/Simulink、DSP Builder和QuartuⅡ完成两个子带自适应滤波器整体建模,整体模块的实现,为了降低计算复杂度,在对抽取滤波器建模时,采取了抽取滤波器多相结构的高效结构;在对插值滤波器建模时,采取了插值滤波器多相结构的高效结构;在对权值更新子系统模块时,采取了流水线的设计方法,以进一步提高设计的效率。对模型,模块的位宽问题进行了重点讨论。通过模型仿真和功能仿真验证了设计的正确性。在芯片资源满足要求的情况下,本文用QuartusⅡ软件从逻辑综合速度、布局布线、网表优化和物理综合、逻辑锁定技术等方面对CycloneⅢ系列器件EP3C80F484C6芯片的最高时钟频率进行了优化,使芯片最高时钟频率达到17 MHz。


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