[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

说明书

本发明请求保护一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器。主要包括3个部分：(1)基于DA的控制模块设计(2)基于DA的辅助模块设计(3)基于DA的滤波器模块设计。本发明目的在于针对LMS自适应滤波器，构建高吞吐量和低功耗的自适应滤波器结构。创新点在于相比较传统的LMS自适应滤波器结构，本发明提出了基于DA的辅助模块，该模块使用具有特殊寻址的辅助查找表，该查找表存储输入样本的所有可能的组合，克服了每次自适应滤波器运行时，都需要更新LUT的问题，同时相比较传统的MAC单元有着更高的吞吐量，且该设计可以很容易被重新配置，可以匹配广泛的性能要求。

技术领域

本发明属于数字信号处理领域，尤其涉及到一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，对其中基于分布式算法的自适应滤波器结构进行研究，并将其实现，最后通过吞吐量、逻辑单元数、占用内存大小以及功耗计算四个指标对结构性能进行衡量。

背景技术

自适应滤波器在一些DSP或FPGA中广泛应用，例如声学回波抵消、信号去噪、声纳信号处理、雷达中的杂波抑制以及通信的信道均衡。在许多情况下进行数字信号处理的采样率时钟要接近系统时钟频率。因此，对于实现高吞吐量的自适应滤波器是非常重要的。针对低功耗的系统，高的吞吐量可以降低对系统时钟速率的要求，进而降低功率，传统的自适应滤波器的硬件实现通常涉及到DSP或者一些用于并行处理的自定义逻辑单元设计，虽然这些可以提高吞吐量，但以增加逻辑复杂度、芯片区域功耗为代价。在对数字滤波器进行实现时，分布式算法是一种首选的方法，但当使用分布式算法进行自适应滤波器设计时，每次都需要对样本进行更新，这会导致硬件资源的消耗呈指数增长。本发明设计了一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，该结构证明了相比较传统的LMS自适应滤波器实现结构有着巨大吞吐量的提高，同时在功耗、硬件资源消耗方面有着不小的优势。

一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，包括：本发明提出了基于分布式算法的辅助模块，该模块使用FPGA设计具有特殊寻址的辅助查找表，该查找表存储输入样本的所有可能的组合，克服了每次自适应滤波器运行时，都需要更新LUT的问题；该方案解决了传统的并行乘累加方法吞吐量低的问题，简化了计算过程，节约了硬件资源，可以匹配广泛的性能要求，提高效率。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器。本发明的技术方案如下：

一种基于分布式算法的高吞吐量LMS自适应滤波器，其包括：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。

进一步的，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LUT(查找表)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(通过使用FPGA的查找表资源进行滤波处理)；

带符号控制的累加模块用于控制输出信号y(n)的符号位。

进一步的，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。