基于归一化LMS算法的自适应滤波器设计

作者:张银行;杨辉媛;宋志国 刊名:吉首大学学报(自然科学版) 上传者:黄罗家

【摘要】归一化LMS(NLMS)算法是一种变步长的LMS算法,比LMS算法具有更快的收敛速度.采用Altera公司的仿真软件DSP Builder和QUARTUSII7.2,进行归一化LMS算法的自适应滤波器的现场可编程门阵列(FPGA)设计.

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  第33卷 第2期  吉首大学学报(自然科学版) Vol.33 No.2    2012年3月 Journal of Jishou University(Natural Science Edition) Mar.2012   文章编号:1007-2985(2012)02-0080-04 基于归一化LMS算法的自适应滤波器设计* 张银行,杨辉媛,宋志国 (吉首大学物理与机电工程学院,湖南 吉首 416000) 摘 要:归一化LMS(NLMS)算法是一种变步长的LMS算法,比 LMS算法具有更快的收敛速度.采用 Altera公司的仿真软件 DSP Builder和 QUARTUSII7.2,进行归一化LMS算法的自适应滤波器的现场可编程门阵列(FPGA)设计. 关键词:NLMS算法;DSP Builder;自适应滤波器;FPGA 中图分类号:TN911.72       文献标志码: A  DOI:10.3969/ j.issn.1007-2985.2012.02.019 自适应滤波器是一种能够自动调整本身参数的特殊维纳滤波器,在设计时不需要预先知道关于输入信号和噪声的统计特性,它能够在工作的过程中逐步“了解”或估计[ 1]出所需的统计特性,并以此为依据自 动调整自身的参数,以达到最佳滤波效果. 图1 自适应滤波器原理框图 自适应滤波器由参数可调的数字滤波器(或称为自适应处理器)和自适应算法两部分组成.自适应滤波器的一般形式如图1所 示,图1中输入信号 x k ()加权到数字滤波器产生输出信号 y k (), 自适应算法调节滤波器权系数使输出 y k ()和滤波器期望的响应 d k ()之间的误差信号 e k ()为最小.自适应滤波器的系数受误差信 号 e k ()的控制,根据 e k ()的值和自适应算法自动调整.一旦输入 信号的统计规律发生了变化,滤波器能够自动跟踪输入信号的变化,自动调整滤波器的权系数,从而实现自适应过程,最终达到滤波效果[ 2-3]. 1 NLMS算法 NLMS的迭代公式为 y k ()=∑ N i =0 wik () xi k (), w k +1 ( )= w k ()+ μ γ + x T  x k () e k () x k () k (), e k ()= d k ()- y k (). 其中: x k ()为输入信号; y k ()为输出信号; d k ()为期望信号; w k ()为滤波器的系数; e k ()为输出误差; μ 为控制失调的固定收敛因子,取值范围0< μ <2; N 为滤波器的阶数; γ 参数是为避免 x T  x k () k ()过小导 * 收稿日期:2011-12-16 基金项目:吉首大学校级资助课题(11JD044) 作者简介:张银行(1982-),男,河南焦作人,吉首大学物理与机电工程学院讲师,硕士,主要从事射频集成电路设计研究. 致步长值太小而设置的,取值范围0< γ <1.规一化LMS算法比LMS算法的计算量稍有增加,规一化LMS 算法的收敛速度比LMS算法更快[ 4-5],因为它在使瞬时输出误差最小化时,采用了可变收敛因子[ 6]. 2 系统建模与仿真 DSP Builder是 Alltera公司推出的一个面向 DSP 开发的系统级工具,作为 MATALB 的一个Simulink工具箱(ToolBox)出现的.DSP Builder作为Simulink中的一个工具箱,使得用FPGA 设计 DSP系统完全可以通过Simulink的图形化界面进行,只要简单地进行DSP Builder

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