可重构低复杂度fir滤波器新架构的实现毕业设计（论文）

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1、可重构低复杂度FIR滤波器新架构的实现摘要可重构性和低复杂性是有限脉冲响应（FIR）滤波器在多标准无线通讯系统中使用的两个关键要求。在本文中，提出了两个新的FIR滤波器的低复杂度的可配置架构，即常数转移方法和可编程转移方法。提出的FIR滤波器架构能够在无任何硬件电路的开销的情况下对不同字长滤波器系数进行操作。我们表明，动态重新配置的滤波器可以有效地利用公共子表达式消除算法来实现。所提出的架构在Virtex2v3000ff1152-4现场可编程门阵列上已得到执行和测试，并且与0.18微米互补金属氧化物半导体通过16位精

2、度的技术进行了合成。设计实例表明，所提出的架构与现有最佳重构FIR滤波器实现文献相比，提供了良好的面积，降低功耗和速度的改善。关键词频道转换器、公共子表达式消除、FIR滤波器、高层次合成、可重构。1.引言FIR数字滤波器因为其绝对稳定性和线性相位特性在移动通信系统中得到广泛应用，如信道，信道均衡，匹配滤波，脉冲整形。在移动通信系统采用的滤波器必须实现降低功耗和高速运行。近年来，随着软件无线电的技术（SDR）的出现，有限脉冲响应（FIR）滤波器的研究都集中在可重构的实现。SDR的根本想法是用数字信号处理收发器替换大多数

3、模拟信号处理，以通过重新配置提供灵活性。这将会使不同的空中接口在一个通用的硬件平台上实现，以支持多标准无线通讯[1]。SDR的宽带接收机必须满足低功耗和高速率的严格规范。窗体顶端在SDR中的另一个关键要求是可重构的接收器可以工作于不同的无线通信标准。SDR接收机计算最密集的部分是通道转换器，因为它运行在最高采样率[2]。它通过一个宽带信号的FIR滤波器组提取多个窄带通道，称为通道滤波器。采用多相滤波器结构，抽取能够在实现通道滤波之前完成，因此该通道滤波器需要工作在相对较低的采样率。这可以放宽滤波器的运行速度到一个良好

4、的程度[22]。然而，由于严格的相邻信道的无线通信标准衰减规格，需要高阶滤波器为信道，因此接收机的复杂度和功耗会很高。作为未来的多标准无线通讯接收机的最终目的是在手机中实现其功能，其充分利用是可能的，低功耗和低通道滤波器的FIR领域的执行情况是不可避免的。在文献[37]中,滤波器的乘法是通过状态机做了一个反复的转变和添加组件，并且这一结果节省了巨大的面积。对于较低阶滤波器，在文献[37]中提供了很好的权衡速度和面积的方法。但在一般情况下，通道滤波器在无线通信接收器中必须实现高阶大幅过渡带和相邻信道低衰减的要求。对于这

5、类应用，在文献[37]中低速运行结果的方法。FIR滤波器的复杂性主要是由系数乘法器的复杂性决定的。众所周知，常见的子表达式消除（CSE）的方法是基于收剑位（CSD）的系数生产的低复杂度系数的FIR滤波器乘法器[3]。子表达式消除的目标是识别目前收剑位表示系数多次相同的位模式，并消除这些多余的乘法。在文献[3]中修改2位CSE技术适当的消除冗余的计算，并且在文献[4]中提出了最大限度优化的影响。在文献[5]中，对文献[3]中的技术进行了改进，以尽量减少逻辑深度（LD）（LD定义为加法步骤在一个乘法分解最大路径），从而提

6、高运行速度。在文献[6]中，与文献[3]-[5]相比，我们提出了二元公共子表达式消除（BCSE）方法，提供了更好的加法器，低复杂度的FIR滤波器。在文献[7]中，对伪浮点法为基础的方法进行编码的滤波器系数，从而降低了滤波器的复杂性。但是，在文献[7]中的方法限制了滤波器的长度必须小于40。一般而言，在[3]-[7]的方法仅适用于应用程序，其中的系数是固定的，因此不适合具体的滤波器配置。文献[8]-[15]中提出了若干可重构FIR滤波器的实施办法。这些设计包括完全可编程的乘法累加（MAC）处理器或者滤波器系数可以存储在

7、寄存器中的专用架构。滤波器的处理器架构由一个MAC单元，数据和程序存储器，数据通路和一个控制单元组成[8]，[9]。数据通路包括一个16位加法器/减法器，一个乘法器和一个32位累加器。处理器的性能，主要受限于这个数据通路的延迟，更具体地说就是乘数。滤波器的主要缺点是处理器的面积和功率需求明显较大。在文献[10]中，对基于lgorithms的言论的专用体系结构和通用处理器的性能做了一个比较。结果表明，一个通用处理器的功耗可能是一个复杂算法的专用架构的四倍[10]。文献[11]-[15]和[20]，[21]提出了重构FI

8、R滤波器架构。在文献[11]中，提出了基于数字可重构的体系结构的CSD。这种架构与抽头数量无关，因为抽头数量和非零数字在每个抽头是任意分配的。作者的意图是减少滤波器性能系数的精度，从而不影响滤波器的复杂性。但在文献[11]中巨大硬件资源架构的要求，这使得该方法用于SDR接收机应用受限功率不可行的。在文献[12]中，提出了一个基于FIR滤波器的高