【摘 要】
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作为数字信号处理技术中的一个重要分支,自适应滤波器已经广泛地应用在通信、医疗设备、图像处理、多媒体系统、便携式电子设备中。自适应滤波器通常由两部分组成,一个是数字滤
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作为数字信号处理技术中的一个重要分支,自适应滤波器已经广泛地应用在通信、医疗设备、图像处理、多媒体系统、便携式电子设备中。自适应滤波器通常由两部分组成,一个是数字滤波器部分,另一个是自适应算法部分。自适应算法的优劣直接关系着滤波器的性能,所以自适应算法一直是设计研究的一个重点。在过去的一段时间内,DSP处理器是数字信号处理系统核心器件的主要选择,然而DSP技术不断发展,对其算法的性能要求远远超过了通用性DSP处理器的能力。现代大容量、高速度的FPGA给DSP实现提供了理想的平台,并且具有灵活的可重构特性,使搭建的DSP系统非常易于实现、易于测试及硬件升级,克服了DSP处理器的诸多不足。另外在新型FPGA芯片中,一般都内嵌有可配置的高速RAM、PLL、LDVS、LVTTL以及硬件乘法器等模块,使得设计在并行性和速度问题上突显出独特的优势。
本文首先分析了LMS算法的基本原理,并通过自适应算法的计算复杂度和收敛性这两个性能指标,对比LMS、NLMS、RLS算法的优缺点,相比于NLMS和RLS,LMS算法是硬件设计的较佳选择。然后在Matlab平台下,设置不同步长因子、滤波器的阶数和信噪比来仿真LMS算法,对比输出的均方误差曲线。通过改进常用的直接型FIR结果,设计一种级联型自适应滤波器,并在Matlab的Simulink下建立该自适应滤波器模型,应用在一个自适应噪声抵消系统中,完成了算法级的仿真。
其次在硬件设计上,把设计分成权系数更新模块,四阶直接型FIR滤波器模块,级联型FIR滤波器模块和级联型自适应滤波器4个模块来逐步完成,每个模块合并到顶层设计中时都不会影响到底层模块的性能,可以在顶层系统集成和验证中保持每个模块的性能不变。每个模块保持相对独立,方便优化和调试,缩短设计周期。
最后在Altera公司的QuartusⅡ平台下调用第三方仿真工具Modelsim,对设计进行功能仿真,通过功能波形文件和算法级的仿真波形比较,验证了设计的合理性。接着在Cyclone的EP2C8F256C6在我们对设计综合,采用采用QuartusⅡ的LogicLock对设计的重点模块进行逻辑锁定,使设计的最高时钟频率从17.60MHz提高达到23.13MHz,达到了预期的目的.
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