基于fpga的自适应滤波器设计

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1、基于FPGA的自适应滤波器设计摘要数字滤波器较模拟滤波器相比，具有信噪比高，过渡带性能好，高可靠性及可扩展性，设计灵活方便的优势，应用范围越来越广。随着专用数字信号处理芯片的发展，数字滤波器的可实现性能以及处理速度得到了极大的提升，FPGA（现场可编程门阵列）作为一种新型数字信号处理芯片，具有数字信号处理速度快、数据并行处理并且利用硬件编程语言直接进行硬件设计等特点，自适应滤波器的FPGA设计以及优化方法，是目前的一个研究热点。本文对自适应滤波器进行Matlab仿真，以对其结构特性以及运算特点进行了解，利用Matla

2、b生成测试信号与FPGA仿真软件Modelsim进行联合设计以及行为仿真，采用Altera公司的CycloneIV系列芯片EP4CE15F17C8为载体的开发板进行设计仿真，在设计过程中，充分利用FPGA可以并行处理以及快速的数字信号处理的特点进行针对性的结构设计。在此基础上做了以下工作。在充分了解滤波器，自适应横向滤波器，自适应陷波滤波器以及FFT变换原理的基础上，选择并搭建了设计平台，在目前自适应横向滤波器的FPGA设计的研究基础上，采用模块化的设计方法，单独设计可重复调用的串行FIR滤波模块以及串行LMS权值更

3、新模块，对两种模块的设计以及综合分别进行了设计以及仿真实验，通过并行调用两种不同模块，每种调用四个的方式设计一个16阶的滤波器为例来阐述模块化设计方法，并设计32阶64阶分别与全串行以及全并行设计方式的处理速率以及逻辑资源调用进行比较，结果说明运算速率与并行调用模块数量成正比，远快于全串行结构的设计方式，并且对于64阶全并行系统来说，极大的减少了硬件资源的消I耗，提高了设计灵活性。在此设计的基础上，针对传统自适应陷波滤波器的滤波频率固定不变的缺陷，提出了一种频域变换法检测噪声特征频率，并可以根据特征噪声频率实时改变陷

4、波频率的滤波器设计方法，为了减小设计复杂性，研究了符号LMS自适应陷波器算法，通过Matlab仿真实验选取符号的特征变量。并对噪声信号提取算法进行了介绍和设计仿真，最终设计出根据噪声频率自动调节陷波中心频率的自适应陷波滤波器，并对滤波器性能进行了Modelsim仿真研究，自适应陷波器具有能有效的滤除对应频率的单频噪声信号，并且根据噪声的频率特性自动调节滤波频率的特点。针对两种自适应滤波器的FPGA设计，体现了FPGA在自适应滤波器设计时灵活性以及针对性，两种不同类型的自适应滤波器，可以分别适用于普通数字滤波器无法有效

5、发挥作用的场合，同时本文的设计方法对其它类型数字信号处理系统的FPGA实现具有一定参考价值。关键词：现场可编程门阵列，自适应横向滤波器，模块化设计，自适应陷波器IIDESIGNOFADAPTIVEFILTERBASEDONFPGAABSTRACTComparedwithanalogfilter,digitalfilterhastheadvantagesofhighsignaltonoiseratio,goodperformanceoftransitionzone,highreliabilityandexpansibi

6、lity,flexibleandconvenientdesignandapplication.Withdevelopmentofspecialdigitalsignalprocessingchip,digitalfilterCANachieveperformanceandprocessingspeedhasbeengreatlyimproved,therealizationoftheuseofthebetterperformanceofdigitalchipdesignmorecomplexfilter,sothat

7、theadaptivefilterrealizationandapplicationbecomepossible,FPGA(fieldprogrammablegatearray)isanewtypeofdigitalsignalprocessingchip,withparallelprocessingofdataandCANusehardwareprogramminglanguagedirectlythecharacteristicsofthehardwaredesign,iscurrentlyahotresearc

8、htopicforstudyofadaptivefilterisimplementedonFPGA.TheMatlabsimulationoftheadaptivefilter,tounderstandthecharacteristicsofthestructureandoperationcharacteristics,andtheuseofM