[发明专利]一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器

权利要求书

1.一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，其特征在于，包括：基于分布式算法DA的滤波器模块、基于DA的辅助模块和控制器模块，所述基于DA的滤波器模块主要负责将接收过来的串行样本数据与权值系数进行乘法累加处理，并输出信号y(n)；所述基于DA的辅助模块通过特殊寻址的方式来对权值系数的更新进行处理，用于避免每次自适应滤波器运行时，都需要更新LUT；

所述基于DA的控制器模块用于对基于DA的辅助模块和基于DA的滤波模块提供控制信号和地址信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，其特征在于，所述基于DA的滤波模块包括输入数据接收模块、基于DA-F-LUT的滤波模块、带符号控制的累加模块，其中，

数据接收模块，用于通过串行的方式输入样本数据，然后将串行数据与存储在查找表(Look Up Table，LUT)的权值系数相乘，再经过带符号控制的累加模块进行累加输出信号y(n)；DA-F-LUT的滤波模块主要使用FPGA的LUT存储所有的权值系数，使得每个输入样本都可以直接进行乘累加计算；

带符号控制的累加模块用于控制输出信号y(n)的符号位。

3.根据权利要求1所述的一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，其特征在于，所述基于DA的辅助模块包括一个LUT，该LUT为基于DA的辅助LUT即DA-A-LUT，DA-A-LUT的大小与结构和DA-F-LUT相同，但是功能有所不同；其中DA-A-LUT[n-1]在更新为DA-A-LUT[n]时，下半部分将会被重新映射到DA-A-LUT[n-1]的偶寻址的位置，该映射通过旋转DA-A-LUT的地址来执行，用于对权值系数的更新迭代。

4.根据权利要求1所述的一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，其特征在于，所述基于DA的控制模块包括控制信号产生器和地址控制器，其中地址控制器采用二进制编码的方式产生DA-A-LUT和DA-F-LUT的外部地址，控制信号产生器负责控制系统权值系数的更新，以及输入信号x[n]与权值系数的乘累加过程。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，其特征在于，所述分布式算法DA具体包括：

分布式算法DA采用一种位串行的运算规则，以固定步数实现一系列定点乘累加运算；此时滤波器的信号样本表示为B位的二进制补码，乘累加操作到位串行的转换如下所示；

其中，b_il表示二进制补码中的第l位，B表示数据的宽度，b_i0、x[n-i]分别表示符号位和输入的样本信号。同时，输出信号y(n)表示为：

其中，w_i表示权值系数，x(n)表示输入样本；根据以上两式，此时的y(n)可以表示为：

对于给定的一组权值系数w_i，方括号可以取2^K中可能值的一种，这些值全部存储在LUT中，表示为DA-F-LUT，DA-F-LUT中由r寻址的条目，如下式表示：

其中，表示地址r的第i位，K表示滤波器的抽头长度；换言之，r可以表示为：

针对每个l，l＝0,...,B-1，输出y(n)的方括号，本质上是DA-F-LUT的存储内容，其地址表示为

6.根据权利要求5所述的一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，其特征在于，还提出了四个量化指标进行量化，分别是吞吐量、逻辑单元数、占用内存大小以及功耗计算。

7.根据权利要求6所述的一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，其特征在于，所述吞吐量定义为每秒自适应滤波器所处理的信号样本数，根据权值系数更新和自适应算法的滤波处理所需要周期数，可以将吞吐量表示为：

吞吐量＝时钟频率/所需时间。

8.根据权利要求7所述的一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，其特征在于，当基于DA的自适应滤波器抽头长度为K时，此时DA-A-LUT完成更新所需要的时钟周期个数为2^k-1，这与需要B个时钟周期的滤波操作并行完成；因此，更新DA-A-LUT所需的时钟个数此时可以表示为max(B,2^k-1)，然后使用DA-A-LUT更新DA-F-LUT需要2K个时钟周期，故整个系统需要的时钟周期数为2^k+max(B,2^k-1)+[log₂(m)]；m表示分解后滤波器的个数，吞吐量计算如下所示