基于FPGA的自适应滤波器的设计与研究

论文摘要

本文的主要工作是针对白适应滤波器的结构和特性,对常用结构适用的范围进行分析,寻求合适的滤波结构并对其进行优化,对这种结构的滤波器算法进行基于FPGA的实现,通过仿真来验证理论分析的正确性和设计的可行性。在非平稳环境下,自适应格型滤波器结构简单,但不能有效的跟踪输入信号的变化,而自适应横向滤波则避免了这种缺陷,它通过输出信号与期望信号之间的误差对滤波器权系数进行调整,进而对输入信号进行实时跟踪,从而达到了较好的滤波效果。因此本文将格型滤波结构和横向滤波结构结合起来,不但可以解决自适应格型结构对信号不能实时跟踪的缺点,而且还可以提高横向滤波结构权系数的收敛速度,从而降低系统设计的复杂度。在本文采用的联合滤波结构中,针对自适应格型结构的节数增加到一定程度后,其反射系数趋近于零的特点,将滤波器后面七节的格型结构用延迟结构代替,不但可以达到相同的滤波器效果,而且节约了部分资源。在进行格型滤波结构实现时,后节的输入相对于前节的输入更加接近于理想的输出,如果采用和前节相同的迭代步长,则后节步长相对偏大,可能会导致发散,本文中采用不同的步长对反射系数进行更新,并将步长因子选择为2-1（L为整数）,通过移位实现,提高运算速度,同时也可节约资源。基于联合滤波结构的特点,采用Verilog语言和ISE9.2i开发平台对联合结构的自适应滤波器进行了基于FPGA的实现,主要包括总体设计和详细实现过程。在实现过程中通过ModelSim SE6.5仿真的结果表明本设计符合算法的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 自适应滤波研究现状
• 1.3 论文章节安排
• 第2章 相关理论及技术概述
• 2.1 自适应滤波器
• 2.1.1 自适应滤波器简介
• 2.1.2 自适应滤波器的结构
• 2.1.3 自适应横向滤波器
• 2.1.4 自适应格型滤波器
• 2.2 基于FPGA的开发方法
• 2.2.1 FPGA简介
• 2.2.2 基本设计方法
• 2.2.3 设计流程
• 2.2.4 开发平台简介
• 2.3 本章小结
• 第3章 总体设计介绍
• 3.1 滤波结构选取
• 3.2 自适应滤波器总体结构设计
• 3.3 格型滤波结构模块
• 3.4 横向滤波结构模块
• 3.5 本章小结
• 第4章 自适应滤波器的FPGA实现
• 4.1 自适应滤波顶层模块介绍
• 4.2 格型滤波结构模块
• 4.2.1 格型滤波子模块
• 4.2.2 反射系数存储模块
• 4.2.3 延迟模块
• 4.3 横向滤波结构模块
• 4.3.1 横向滤波模块
• 4.3.2 误差计算模块
• 4.3.3 权系数更新模块
• 4.3.4 权系数存储模块
• 4.4 设计处理与仿真结果
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 附录