基于并行约束延迟LMS的高速FPGA信息采集

Abstract:Intheprocessoftheactualsignaltransmission,theoriginalsignalisaffectedbynoise,
thenoisecharacteristicscannotbepredictedinadvanceindifferentenvironment.Thetraditional filtercoefficientshavebeenfixedinthedesignstageandcannotbeadjusted accordingtothe application.The adaptive filterimplemented by traditional digital signal processor has low processingspeedandpooranti-interferenceperformance,whichresultsintheslowspeedofFPGA informationacquisition.Toautomaticallyeliminatethetargetzonesystemharmonic,adaptivefilter basedonrandom signalsofstatisticaldescriptionand modeltopredicttrends,atthesametime,in ordertoreduceresourceconsumptionandimprovetherunningspeed,itputsforwardaparallel constrained delay least mean square algorithm, and adopts the method of data transfer implementationsteplengthfactor.Thetheoreticalanalysisandexperimentalresultsshow that comparedwithtraditionalmethods,themethodforFPGAhasgreateradvantagesintherespectof high-speeddatacollection.
滤波器都是数字滤 波 器,它 们 执 行 数 字 信 号 处 理,并 根 据 输 入 信 号 来 调 整 性 能 。 [13] 对 于 某 些 应 用 程 序 ,需 要 自 适 应 系 数 ,因 为 所 需 处 理 操 作 的 某 些 参 数 (例 如 某 些 噪 声 信 号 的 特 性 )事 先 不 知 道 。 在 这 种 情 况下,通常采用自适应滤波器,它使用反馈来细化滤波器系数的值,从 而 得 到 它 的 频 率 响 应。自 适 应 滤 波技术是近几十年来发展起来的信号处理理论的一个重要分支。它的主要特点是滤波器参数可以随着 输 入 信 号 统 计 特 性 的 变 化 而 自 适 应 调 整 ,自 适 应 调 整 可 以 使 滤 波 器 在 最 佳 状 态 下 运 行 ,获 得 所 需 的 输 出 信号。自适应滤波技术已广泛应用于通信系统、控制系统、雷达 系 统 等 领 域。更 重 要 的 是,当 这 种 技 术 应 用 于 不 同 的 应 用 程 序 时 ,它 只 是 有 不 同 的 输 入 信 号 和 期 望 的 信 号 。 调 整 过 程 涉 及 到 成 本 函 数 的 使 用 。 例 如 ,最 小 化 输 入 的 噪 声 分 量 ,这 是 滤 波 器 最 优 性 能 的 一 个 准 则 ,它 决 定 了 如 何 修 改 滤 波 器 系 数 ,以 在 下 一 次 迭 代 中 最 小 化 成 本 。 有 维 纳 滤 波 器 ,它 是 平 均 平 方 误 差 的 最 优 线 性 滤 波 器 ,以 及 几 种 试 图 近 似 它 的 算法,如最速下降法。还有一种最小均方 算 法,由 Windrow 和 Hoff开 发,最 初 用 于 人 工 神 经 网 络 。 [45] 算法的选择高度依赖于感兴趣的 信 号 和 操 作 环 境,以 及 所 需 的 收 敛 时 间 和 可 用 的 计 算 能 力。 利 用IIR (无限脉冲响应)或 FIR(有限脉冲响应)滤波 器 可 以 建 立 自 适 应 数 字 滤 波 器。FIR 本 身 是 稳 定 的,因 为 它的结构只涉及正向路径,不存 在 反 馈。 反 馈 到 输 入 端 的 存 在 可 能 导 致 滤 波 器 不 稳 定,产 生 振 荡。 因 此,滤波器的设计是通过 FIR 实现来实现的。
第37卷 第3期 2019年 6月
沈 阳 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) JournalofShenyang NormalUniversity (NaturalScienceEdition)
文章编号:1673 5862(2019)03 0278 06
Vol.37 No.3 Jun.2019
A parallelconstrained delay LMS algorithm for high-speed
FPGAinformationacquisition
ZHAOYongyi,DINGJiannan
(SoftwareCollege,ShenyangNormalUniversity,Shenyang110034,China)
理器实现的自适应滤波器处理速度低、抗 干 扰 性 差,导 致 FPGA 信 息 目标带谐波,自适应滤波器根据随机信号的 统 计 描 述 和 模 型 来 预 测 信 号 趋 势。 同
时,为 了 降 低 资 源 消 耗,提 高 运 行 速 度,提 出 了 一 个 并 行 约 束 延 迟 最 小 均 方 算 法,采 用 数 据 转 移 的
Keywords:FPGA;informationcollection;LMS;adaptivefiltering;parallelconstraint
0引 言
在 现 实 世 界 中 ,信 号 的 应 用 已 经 占 据 了 一 个 具 有 挑 战 性 的 地 位 。 随 着 可 编 程 逻 辑 器 件 的 发 展 ,现 场 可编程门阵列(FPGA)成为实现自适应滤波器的重要手段。FPGA 在对相同的硬件进行重新编程方面
基于并行约束延迟LMS 的 高速 FPGA 信息采集
赵永翼,丁建楠
(沈阳师范大学 科信软件学院,沈阳 110034)
摘
要: 在 实 际 的 信 号 传 输 过 程 中,原 始 信 号 受 噪 声 的 影 响,噪 声 源 特 性 未 能 在 不 同 的 环 境
中提前预测。传统的滤波器系数在设计的阶段已被固定,不 可 再 根 据 应 用 调 整。 传 统 数 字 信 号 处
方法实现步长因子的更新,理论分析和实验结果表明,与传统方法相比,该 方 法 对 于 FPGA 的 高 速
信息采集方面具有更大的优越性。
关 键 词:FPGA;信息采集;LMS;自适应滤波;并行约束
中 图 分 类 号 :TP391.9
文 献 标 志 码 :A
doi:10.3969/j.issn.1673 5862.2019.03.019
收稿日期:2018 10 12。 基 金 项 目 : 辽 宁 省 教 育 厅 高 等 学 校 科 学 研 究 项 目 (2017L7)。 作者简介:赵永翼(1972 ),男,辽宁沈阳人,沈阳师范大学教授,博士。
第3期
赵永翼,等:基于并行约束延迟 LMS的高速 FPGA 信息采集
279
表 现 出 良 好 的 灵 活 性 ,同 时 通 过 在 较 短 的 处 理 时 间 内 启 用 并 行 计 算 实 现 了 良 好 的 性 能 。 自适应滤波器是根据优化算法自调整传递函数的滤波器。由 于 优 化 算 法 的 复 杂 性,大 多 数 自 适 应