自适应信号处理算法研究及其FPGA实现

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1、lTIIllIIIIillIlrlllIII摘要＼1778496摘要在实时信号处理中，特别是研究的信号为非平稳的随机信号时，自适应信号处理一技术具有重要的作用，因此对实时的自适应信号处理算法的研究具有重要的现实意I、j“义。本文在详细分析自适应算法的基础上，对采用FPGA实现LMS算法过程中存在土的各种问题进行了研究，并提出了相应的解决方案。因为LMS算法计算量小、鲁棒性能好，在实际中有着广泛的应用，但其缺点是收敛速度慢。本课题采用流水线技术来改善其收敛速度，首先对自适应LMS算法作了适合采用流水线技术的划分，

2、把整个算法划分为若干独立的子操作，然后在此基础上提出一种新的流水线流程，最后通过仿真验证了算法收敛的可靠性。在使用FPGA实现LMS算法的过程中，采用了现代电路设计最流行的模块化设计的方法，减少了不必要的工作量，同时各种模块可以很容易得被移植和复用。所实现的各模块最后都进行了综合和仿真以保证其逻辑实现的正确性。为了考察LMS算法的FPGA实现的有效性，本课题设计了一块信号转换电路板作为输入输出信号接口与FPGA：i奎接，构成了一个完整的基于LMS算法的自适应信号处理实验系统。在此基础上对LMS算法进行了实验，并

3、对实验结果和理论分析结论进行了比较，证明了LMS算法的实现的正确。关键词：LMS算法；VHDL；FPGA；pipeline：firstly，thecomputationoftheLMSalgorithmisdividedintoseveralindependentoperations；then，anewpipelineprocessisprovided；finally，theconstringencyspeedistestifiedbysimulation．Themodularizationdesignmeth

4、odisadoptedintheimplementationofLMSalgorithmSOastoreducetheworkload，andallmodulesareeasytoreuse，whicharesynthesizedandsimulatedtoensuretheireffectiveness．InordertoprovethecorrectimplementofLMSalgorithm谢tllFPGA，aelectroniccircuitboardisdesignedassignalinterfa

5、cetoconnectwithFPGAandcomposeacompleteexperimentaladaptivesignalproceedingsystem．Attheendofthisarticle，experimentshadonthatsystemareintroduced，fromwhichtheresultsarecompared、ⅣitlltheconclusionthatderivefromtheoreticalanalysisandsimulationwithMatlab．Sothecorr

6、ectnessofimplementationofLMSalgorithmistestifiedfurther．Keywords：LMSalgorithm；VHDL；FPGA；II—k￡多目录第一章引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．1数字信号处理技术硬件实现的发展和FPGA的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2自适应信号处理及其应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．3本课题意义及其主要的研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5第二章自适应信号处理算法研究及选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7

7、2．1自适应信号处理简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．72．2自适应系统的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．3常用的自适应信号处理算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．3．1算法准则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．102．3．2基本自适应信号处理算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．4自适应算法的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13第三章适于FPGA实现的LMS算法研究及其修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．153．1LMS算法介绍睁力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1

8、53．1．1LNS算法的简单推导⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．153．1．2LMS算法的性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．163．2基于FPGA的LMS算法数据问题研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．183．2．1二进制表示方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．183．2．2溢出问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．193．3LMS算法的修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯