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《基于fpga的自適應濾波器設計》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、基于FPGA的自適應濾波器設計摘要數(shù)字濾波器較模擬濾波器相比,具有信噪比高,過渡帶性能好,高可靠性及可擴展性,設計靈活方便的優(yōu)勢,應用范圍越來越廣。隨著專用數(shù)字信號處理芯片的發(fā)展,數(shù)字濾波器的可實現(xiàn)性能以及處理速度得到了極大的提升,F(xiàn)PGA(現(xiàn)場可編程門陣列)作為一種新型數(shù)字信號處理芯片,具有數(shù)字信號處理速度快、數(shù)據(jù)并行處理并且利用硬件編程語言直接進行硬件設計等特點,自適應濾波器的FPGA設計以及優(yōu)化方法,是目前的一個研究熱點。本文對自適應濾波器進行Matlab仿真,以對其結(jié)構(gòu)特性以及運算特點進行了解,利用Matla
2、b生成測試信號與FPGA仿真軟件Modelsim進行聯(lián)合設計以及行為仿真,采用Altera公司的CycloneIV系列芯片EP4CE15F17C8為載體的開發(fā)板進行設計仿真,在設計過程中,充分利用FPGA可以并行處理以及快速的數(shù)字信號處理的特點進行針對性的結(jié)構(gòu)設計。在此基礎上做了以下工作。在充分了解濾波器,自適應橫向濾波器,自適應陷波濾波器以及FFT變換原理的基礎上,選擇并搭建了設計平臺,在目前自適應橫向濾波器的FPGA設計的研究基礎上,采用模塊化的設計方法,單獨設計可重復調(diào)用的串行FIR濾波模塊以及串行LMS權值更
3、新模塊,對兩種模塊的設計以及綜合分別進行了設計以及仿真實驗,通過并行調(diào)用兩種不同模塊,每種調(diào)用四個的方式設計一個16階的濾波器為例來闡述模塊化設計方法,并設計32階64階分別與全串行以及全并行設計方式的處理速率以及邏輯資源調(diào)用進行比較,結(jié)果說明運算速率與并行調(diào)用模塊數(shù)量成正比,遠快于全串行結(jié)構(gòu)的設計方式,并且對于64階全并行系統(tǒng)來說,極大的減少了硬件資源的消I耗,提高了設計靈活性。在此設計的基礎上,針對傳統(tǒng)自適應陷波濾波器的濾波頻率固定不變的缺陷,提出了一種頻域變換法檢測噪聲特征頻率,并可以根據(jù)特征噪聲頻率實時改變陷
4、波頻率的濾波器設計方法,為了減小設計復雜性,研究了符號LMS自適應陷波器算法,通過Matlab仿真實驗選取符號的特征變量。并對噪聲信號提取算法進行了介紹和設計仿真,最終設計出根據(jù)噪聲頻率自動調(diào)節(jié)陷波中心頻率的自適應陷波濾波器,并對濾波器性能進行了Modelsim仿真研究,自適應陷波器具有能有效的濾除對應頻率的單頻噪聲信號,并且根據(jù)噪聲的頻率特性自動調(diào)節(jié)濾波頻率的特點。針對兩種自適應濾波器的FPGA設計,體現(xiàn)了FPGA在自適應濾波器設計時靈活性以及針對性,兩種不同類型的自適應濾波器,可以分別適用于普通數(shù)字濾波器無法有效
5、發(fā)揮作用的場合,同時本文的設計方法對其它類型數(shù)字信號處理系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)具有一定參考價值。關鍵詞:現(xiàn)場可編程門陣列,自適應橫向濾波器,模塊化設計,自適應陷波器IIDESIGNOFADAPTIVEFILTERBASEDONFPGAABSTRACTComparedwithanalogfilter,digitalfilterhastheadvantagesofhighsignaltonoiseratio,goodperformanceoftransitionzone,highreliabilityandexpansibi
6、lity,flexibleandconvenientdesignandapplication.Withdevelopmentofspecialdigitalsignalprocessingchip,digitalfilterCANachieveperformanceandprocessingspeedhasbeengreatlyimproved,therealizationoftheuseofthebetterperformanceofdigitalchipdesignmorecomplexfilter,sothat
7、theadaptivefilterrealizationandapplicationbecomepossible,FPGA(fieldprogrammablegatearray)isanewtypeofdigitalsignalprocessingchip,withparallelprocessingofdataandCANusehardwareprogramminglanguagedirectlythecharacteristicsofthehardwaredesign,iscurrentlyahotresearc
8、htopicforstudyofadaptivefilterisimplementedonFPGA.TheMatlabsimulationoftheadaptivefilter,tounderstandthecharacteristicsofthestructureandoperationcharacteristics,andtheuseofM