子帶分解自適應(yīng)濾波器優(yōu)點(diǎn)及FPGA實(shí)現(xiàn)

2013-11-07 17:18 來(lái)源:電子信息網(wǎng) 作者:洛小辰

自適應(yīng)濾波器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于信道均衡、回聲取消、系統(tǒng)識(shí)別、頻譜估計(jì)等各個(gè)方面?;谧訋Х纸獾淖赃m應(yīng)濾波在提高收斂性能的同時(shí)又節(jié)省了一定的計(jì)算量?;谧訋Х纸獾淖赃m應(yīng)濾波是先將輸入信號(hào)與參考信號(hào)經(jīng)過(guò)分解濾波器組進(jìn)行子帶分解、抽取、子帶自適應(yīng)濾波、內(nèi)插、通過(guò)合成濾波器組得到輸出信號(hào)?;谧訋Х纸獾淖赃m應(yīng)濾波器的優(yōu)點(diǎn):

(1)由于對(duì)信號(hào)的抽取,使完成自適應(yīng)濾波所需的計(jì)算量得以減少;

(2)在子帶進(jìn)行自適應(yīng)濾波使收斂性能有所提高。

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l 基于子帶分解的自適應(yīng)濾波結(jié)構(gòu)

基于子帶分解的自適應(yīng)濾波,其時(shí)域結(jié)構(gòu)如圖1所示。將輸入信號(hào)x(n)和參考信號(hào)d(n)分別進(jìn)行子帶分解,抽取,在子帶上進(jìn)行自適應(yīng)濾波,再將子帶上的估計(jì)信號(hào)y0(n)和y1(n)經(jīng)內(nèi)插和合成濾波器組得到最后的合成信號(hào)。其中濾波器W00(n)和W11(n)是兩個(gè)子帶上的自適應(yīng)濾波器,而W01(n)和W10(n)表示子帶間自適應(yīng)濾波器。這是由于濾波器組均是FIR濾波器,不可能有銳截止的理想特性,只能以長(zhǎng)度為代價(jià)來(lái)?yè)Q取近似的特性;這時(shí)在嚴(yán)格采樣下得到的子帶信號(hào)必然有混疊,需加入子帶間濾波以消除其影響。這里的子帶自適應(yīng)濾波器采用基于NLMS算法自適應(yīng)濾波器。NLMS算法和LMS算法相比。雖然計(jì)算量稍有增加,但可使得自適應(yīng)濾波器收斂速度大大提高。

2 雙通道濾波器組的設(shè)計(jì)

本文采用的分析和綜合濾波器之間的關(guān)系如下:

H1(z)=H0(-z),G1(z)=-2H0(-z),G0(z)=2H1(-z)。由上述表達(dá)式可知設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)H0(z),只要H0(z)確定,H1(z),G0(z),G1(z)也可確定。本文采用等波紋逼近設(shè)計(jì)法進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)。該方法設(shè)計(jì)的濾波器呈現(xiàn)等波紋頻響特性。等波紋逼近設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的濾波器具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)由于誤差均勻分布于整個(gè)頻帶,對(duì)固定的階數(shù)N,可以得到最優(yōu)良的濾波特性;

(2)通帶最平坦,阻帶最小衰減達(dá)到最大。

Matlab集成了一套強(qiáng)大的濾波器設(shè)計(jì)工具FDATOOL,可以完成多種濾波器的設(shè)計(jì)、分析和性能評(píng)估。本文中FPGA硬件實(shí)現(xiàn)部分用到的4個(gè)FIR濾波器的頻率特性曲線見(jiàn)圖2。

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3 系統(tǒng)建模與仿真

DSP Builder是Altera公司推出的一個(gè)面向DSP開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)級(jí)工具,它是作為Matlab的一個(gè)Simulink工具箱(ToolBox)出現(xiàn)的。DSP Bui-lder作為Simulink中的一個(gè)工具箱,使得在使用FPGA設(shè)計(jì)DSP系統(tǒng)時(shí)完全可以通過(guò)Simulink的圖形化界面進(jìn)行,只需簡(jiǎn)單地進(jìn)行DSP Builder工具箱中的模塊調(diào)用即可。

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圖3中的基于子帶分解的自適應(yīng)濾波器模塊框圖系統(tǒng)由分析濾波器子系統(tǒng)h00,h01,h10,h11,綜合濾波器子系統(tǒng)g00,g01、抽取,插值,加法,減法器,自適應(yīng)濾波器等模塊組成。h00和h10是完全一模一樣的低通濾波器,h01和h11是完全一模一樣的高通濾波器。h00,h01,g00,g01的幅頻特性曲線見(jiàn)圖2。h00對(duì)應(yīng)圖2中的h0,h01對(duì)應(yīng)圖中的h1,g00對(duì)應(yīng)圖中的g0,g01對(duì)應(yīng)圖中的g1。Subysteml,Subyst-em2,Subystem3,

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FPGA 濾波器

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