基于FPGA的自适应滤波器的研究与开发(无全文)

作者:李彦迪;李文瑞;陈硕烁 刊名:微型机与应用 上传者:

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【摘要】使用Xilinx公司最新生产的Spartan-6系列FPGA芯片,采用自顶而下的方法成功设计出一种基于LMS算法的横向自适应滤波器,并且通过了仿真检验,到达了设计目标,能实现预期功能。

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《微型机与应用》 2013 年 第 32 卷 第 14 期 x(k) Z-1 Z-1 Z-1 w(0) w(1) w(L-1) y(k) 图 1 自适应横向滤波结构 有关自适应信号的研究是电子通信领域的重要课题之一, 相关的理论和技术一直受到业界的高度关注。而自适应滤波器可以根据环境的改变,使用自适应算法来改变自身的结构和相关参数,是实现自适应滤波的有效途径。 自适应滤波器的系数并不是预先设定好的,它是根据所采用的算法,利用从环境提取出来的参量和预设的目标值计算出来的。因而,它的参数并不是一成不变的,而是随着外界条件的改变而改变,并且能够跟踪输入信号的时变特征。 然而,目前市场上的滤波器很多还是基于传统的集成电路设计方法,设计周期长,调试困难,而FPGA 正是解决这一问题的有效途径。鉴于此,在深入研究自适应滤波器理论的基础上,通过 FPGA 来实现自适应滤波器具有很大的实际意义。 本文通过对自适应滤波器理论的深入研究,基于最小均方误差(LMS)算法 ,采用自顶向下 的 FPGA 设 计理念,使用 Xilinx 公司最新生产的 Spartan-6 系列 FPGA 芯片, 实现一种横向自适应滤波器, 并且通过 Matlab 和Quartus II 进行仿真和测试,验证了方案的正确性。 该设计具有很强的创新性和社会应用价值。 1 自适应滤波器设计原理 1.1 横向自适应滤波器 自适应滤波器的结构多种多样,本设计采用抽头延迟线模式的横向滤波器。 这种结构层次十分清晰,并且 在量化生产时降低了芯片的制作难度, 从而节约成本,所以得到了广泛的应用。 其结构如图 1 所示。 权系数的调节过程简单来说就是不断将输出信号与所要得到的信号进行对比,根据两者之间的差异调整滤波器的系数,不断缩小两者间的差距 ,最后实现理想的输出状况。 在横向滤波器中,系数体现在抽头的加权上,而加权系数就是系统根据自适应算法算出的 ,往复循环,直到达到理想输出。 1.2 LMS 算法 由 Professor Widrow 和 Dr. Hoff 引 入 的 最 小 均 方(LMS)算法,由于其简单性、运算高效性和各种运行条件下良好的性能而被广泛应用。 本文以此算法作为自适应滤波器的理论设计基础。 基于梯度的最小均方(LMS)算法是一种比较基础却很实用的算法。 根据参考文献[1],当选定均方误差为权 基于 FPGA 的自适应滤波器的研究与开发 李彦迪, 李文瑞, 陈硕烁(武汉大学 电子信息学院, 湖北 武汉 430076) 摘 要: 使用 Xilinx 公司最新生产的 Spartan-6 系列 FPGA 芯片,采用自顶而下的方法成功设计出 一种基于 LMS 算法的横向自适应滤波器,并且通过了仿真检验,到达了设计目标,能实现预期功能。关键词: 适应滤波器; LMS 算法; FPGA; 横向结构 中图分类号: TN919.81 文献标识码: B 文章编号: 1674-7720(2013)14-0032-03 Research and development of HD-SDI CODEC technology based on FPGA Li Yandi, Li Wenrui, Chen Shuoshuo (Electronic Information Institute, Wuhan University, Wuhan 430076, China) Abstract: This paper successfully designs a transversal adaptive filter b

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