基于分布式算法的多项抽取滤波器设计

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1、基于分布式算法的多项抽取滤波器设计　　摘要：实现高阶FIR滤波器时，在降低FPGA硬件资源占用方面，分布式算法和多相分解技术应用广泛。详细介绍了分布式算法和多相分解技术的原理，并结合FPGA的特点提出了适用于高阶FIR滤波器的新算法，解决了分布式算法实现高阶FIR滤波器查找表过大的问题，提高了硬件资源的利用率。推导了基于分布式算法和多相分解技术的实现原理，通过ISE实现并验证了该算法的高效性。最后，给出了滤波器性能随滤波器系数量化位宽变化的关系。　　关键词：FIR滤波器；FPGA；分布式算法；多相分解　　中图分类号：TN713+.7?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2

2、016）23?0068?04　　Designofpolyphasedecimationfilterbasedondistributedalgorithm　　SHILiguo1，2，HOUHongjie1，2，WANGZhugang1，XIONGWeiming1　　（1.NationalSpaceScienceCenter，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China；2.UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China）　　Abstract：Thedistributedalgo

3、rithmandpolyphasedecompositiontechnologyarewidelyusedtoimplementthe5high?orderFIRfilterandreducetheoccupancyofFPGAhardwareresource.Theprinciplesofthedistributedalgorithmandpolyphasedecompositiontechnologyareintroducedindetail.IncombinationwiththecharacteristicsofFPGA，anewalgorithmsuitableforhig

4、h?orderFIRfilterisproposed，whichcansolvetheproblemthatthedistributedalgorithmisadoptedtorealizetheoversizehigh?orderFIRfilterlookuptable，andimprovetheutilizationofhardwareresource.Theimplementationprinciplesbasedonthedistributedalgorithmandpolyphasedecompositiontechnologyarededuced.Thehigheffic

5、iencyofthisalgorithmwasrealizedandverifiedbyISE.Therelationshipofvariationofthefilterperformancewiththewidthofthefiltercoefficientquantizationbitisgiven.　　0引言　　从20世纪末期开始，小卫星以编队飞行的方式完成复杂的空间探测任务成为了热点。小卫星具有重量轻、体积小、功耗低、成本低、研制周期短等优点[1]，但也有相应的不足之处，例如受重量、体积、功耗的限制，其性能也大大降低。星载的数字信号处理IC也只能应用低功耗的系列，例如Xili

6、nx公司的Spartan6，其片上资源尤其是DSP资源非常有限。因此，在片上数字信号处理的算法中，要尽量减少硬件电路规模，节省FPGA硬件资源，以达到低功耗的要求。5　　FIR数字匹配滤波器在信号解调、信号检测和时延估计中有着优异的性能，并得到了广泛的应用[2]。但随着阶数的提高，FIR数字滤波器占用的资源越来越多[3]。由于大量的乘法存在，在低功耗FPGA中实现高阶FIR数字滤波器十分困难，为解决这一问题，通常的实现方式有两种：一是采用多相分解的方式“降低”滤波器的阶数[4?5]；二是采用分布式算法实现乘法操作[6?7]。本文提出了数字滤波器的多相实现结构与分布式算法相结合的方法，

7、在实现具有相同阶数的FIR数字滤波器时，尽可能地减少硬件资源的占用。　　1分布式算法　　分布式算法[7]（DistributedArithmetic，DA）于1973年由Croisier提出，是一种专门针对乘加运算的重要的FPGA技术，而FIR滤波器是一个标准的乘加运算。采用分布式算法实现FIR滤波器可以显著地减小硬件电路规模，十分方便的实现流水线处理，提高电路的运算速度。分布式算法在完成乘加运算功能时，将所有输入数据的每一对应位进行滤波器系数的预先累加形