基于FPGA的滤波器的设计

摘要

自适应滤波器是统计信号处理的一个重要组成部分。在现代滤波处理技术中，自适应滤波器的处理效果尤为突出。在众多滤波器中，特别是在一些对信号处理的实时性要求比较高，体积功耗有严格限制的场合,使用FPGA硬件实现的数字滤波器更为广泛。

本论文从自适应滤波器研究的重要意义入手，介绍了线性自适应滤波器的算法，对几种基于最小均方误差准则或最小平方误差准则的自适应滤波器算法进行研究，就滤波器的基本原理及设计方法做了简单的介绍，最终设计基于FPGA的LMS算法设计复数自适应滤波器，对设计方法进行叙述,并以VHDL语言编写程序进行仿真测试。

关键词：自适应滤波器；FPGA；自适应算法LMS；有限冲激响应滤波器

FPGA-based design of adaptive filter

Student:TAN xx Teacher:CHEN xx

Abstract：Adaptive filter is a statistical signal processing as an important component. Processing technology in the modern filter, the adaptive filter, particularly in the treatment effect. Among the filters, especially in some of the real-time signal processing requirements of higher power, there are strict restrictions on the size of the occasion, the use of FPGA hardware to achieve a wider range of digital filters.

In this paper, adaptive filter from the importance of research to start to introduce the linear adaptive filter algorithm, based on several criteria MMSE or least square error criteria for the study of adaptive filter algorithm, it filters The basic principle and design method of a brief introduction, the final design of FPGA-based design of complex LMS adaptive filter algorithm, the design methods described, and VHDL languages in maxplus simulation test platform.

Keywords: adaptive filter；FPGA；LMS adaptive algorithm；finite impulse response filter

目录

摘要 ................................................................................................................................... I 1 绪论 . (1)

1.1 引言 (1)

2 自适应算法研究及分析 (1)

2.1 自适应滤波基本概念 (1)

2.2 变步长自适应滤波算法 (2)

2.3 仿射投影算法 (3)

2.4 RLS自适应滤波算法 (3)

2.5 LMS算法及其推广 (3)

2.6小结 (6)

3 滤波器原理介绍 (7)

3.1 自适应滤波器原理 (7)

3.2 本文滤波器的工作原理 (8)

4 基于FPGA的自适应滤波器的设计 (11)

4.1 基本设计方法 (11)

4.2 设计流程 (12)

4.2.1 设计准备 (13)

4.2.2 设计输入 (13)

4.2.3 功能仿真 (14)

4.2.4 设计处理 (14)

4.2.5 时序仿真 (14)

4.2.6 器件编程测试 (14)

4.3 自适应滤波器设计 (15)

4.3.1 自适应滤波器结构 (16)

4.3.2 复数滤波器设计与实现 (18)

4.3.3 基本设计准备 (19)

4.3.4 复数自适应滤波器设计防真 (22)

4.4小结 (24)

5 结论 (25)

致谢 (26)

参考文献 (27)

1 绪论

1.1 引言

随着信号处理技术的不断发展，对信号处理速度的要求也不断提高。由于受到目前技术水平的限制，特别是集成电路技术发展的限制，许多理论上已经很成熟的信号处理算法很难得以实用，这里面一个最重要的原因是硬件速度问题。要求处理的信号形式越来越复杂，使得现代信号处理的方法大都以大数据量、高复杂度为其主要特点。在这种情况下，寻找有效的实时信号处理方法是非常有必要和迫切的。

而随着数字信号处理技术的发展，可编程门阵列FPGA的应用迅速的普及起来，FPGA具有高逻辑密度，高可靠性，用户可编程以及可并行运算等特点，可缩短开发周期，降低成本，很好的同时满足通用性和实时性要求。自1985年Xilinx公司推出的第一块现场可编程逻辑器件至今，以FPGA为代表的数位系统现场集成获得了惊人的发展，从最初1200个可编程逻辑门电路发展到到90年代的25万个逻辑门电路。发展最早两大著名FPGA厂商即是以FPGA器件系列为代表的Xilinx公司和以CPLD器件系列为代表的Altera公司。随着集成电路技术和数字信号处理技术的日新月异，FPGA 技术以现场可编程、现场修改、现场验证、现场实现的应用优势，已经跃升为电子电路应用领域广受欢迎的实用技术。

2 自适应算法研究及分析

2.1 自适应滤波基本概念

自适应滤波器一般可分为两个部分，即滤波部分和自适应更新部分:(l)其中滤波部分根据某结构常用的可有FIR和IIR两种滤波形式，IIR结构的自适应滤波器在运算的阶数上要比FIR结构的滤波器的阶数要少，因而比相同性能的FIR池波器所需要本文最后讨论的自适应算法应用是基于FIR滤波自适应信号处理算法一般用来获得有的运算里要少，但由于IIR结构的滤波器在有限精度的条件下容易产生振荡，具有不稳定的特性，而且通过增加阶数，AR模型能够对ARMA棋型进行近似的模拟，所以，关可调参数。使这些参数为变盈的目标函数在一定的约束条件下达到最优。最常用的方法是基于估计误差的平方值。然而在不同情况下它具有不尽相通的定义，从其准则