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数字信号处理算法的FPGA高速实现研究

作　者: 吴高奎
导　师: 丁庆生
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: FPGA 最小均方自适应算法递归最小二乘法割集重定时脉动阵列
分类号: TN911.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 135次
引　用: 1次
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内容摘要

随着近年来微电子技术的飞速发展,FPGA已经越来越多的被应用到算法实现中去;但以软件无线电为代表的算法发展远快于硬件平台,如何在资源、速度受限的系统上完成复杂算法的硬件实现依然是一个难题;而如何优化算法的串行结构,使其可以较好的映射到FPGA上是解决复杂算法实现的关键一步,这也正是本文的着眼点。依托项目的具体实现基础,本文结合VLSI设计方法学,从结构方面对数字信号处理算法的硬件实现做了一个分类研究,以期寻找到限制算法运行速度的瓶颈或消耗资源的热点所在,并结合具体的方法对其进行优化。总的来说,本文所做的工作可分为三步:首先,针对不同结构(无反馈、有反馈和特殊结构),引入合适的分析、优化方法(迭代边界、关键路径、割集重定时、多项式并行和脉动阵列等),这些方法大都来自VLSI设计方法学;其次,利用这些方法对一些常用算法结构(FIR、信道均衡、分数时延、IIR、CRC、LMS和RLS等)进行优化,并对比不同实现结构在资源、速度甚至性能上的差别,以此来验证前面引入方法的有效性;最后,反思这些方法的本质,并总结针对某种结构的常规优化步骤和需要注意的问题等。可以从两个方面来看待本文的工作:其一为算法高速实现的方法学研究,这个方面主要是分类引入VLSI设计方法学中的一些概念和分析方法;其二为一些常用算法的高速实现研究,包括信道均衡、分数时延、CRC、LMS以及RLS等。总的来说,本文仔细研究和分类了一些设计方法,并针对几个常用算法得到了一些优化实现的结构,希望对今后的数字信号处理算法的FPGA实现具有一定的启发意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 研究背景与意义  8-9
  1.2 研究内容及现状  9-11
  1.3 本文结构  11-13
第二章无反馈结构的高速实现  13-36
  2.1 无反馈结构的常用优化方法  13-22
    2.1.1 SOPOT 算法  13-14
    2.1.2 DA 算法  14-16
    2.1.3 关键路径  16-18
    2.1.4 加法树  18-19
    2.1.5 前馈割集重定时  19-21
    2.1.6 多项式并行结构  21-22
  2.2 均衡滤波器的实现及优化  22-29
    2.2.1 均衡器理论推导  22-25
    2.2.2 均衡器结构分析及优化  25-28
    2.2.3 结果对比分析  28-29
  2.3 分数时延滤波器的实现及优化  29-35
    2.3.1 Farrow 结构理论推导  29-31
    2.3.2 Farrow 结构分析及优化  31-33
    2.3.3 结果对比分析  33-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章有反馈结构的高速实现  36-65
  3.1 有反馈结构的常用优化方法  36-42
    3.1.1 迭代边界  37-38
    3.1.2 前向预测的放松方法  38-39
    3.1.3 割集重定时  39-41
    3.1.4 并行展开  41-42
  3.2 循环冗余校验的实现及优化  42-52
    3.2.1 CRC 理论介绍  43-44
    3.2.2 CRC 结构分析及优化  44-50
    3.2.3 结果对比分析  50-52
  3.3 LMS 的实现及优化  52-64
    3.3.1 LMS 理论推导及仿真分析  52-55
    3.3.2 LMS 结构分析及优化  55-61
    3.3.3 结果对比分析  61-64
  3.4 本章小结  64-65
第四章特殊结构的高速实现  65-92
  4.1 脉动阵列结构原理  65-68
  4.2 DLMS 的脉动阵实现  68-78
    4.2.1 基本的脉动阵结构DLMS  68-70
    4.2.2 改进的脉动阵结构DLMS  70-72
    4.2.3 新的脉动阵结构DLMS  72-75
    4.2.4 结果对比分析  75-78
  4.3 RLS 的脉动阵实现  78-91
    4.3.1 RLS 理论推导及仿真分析  78-80
    4.3.2 QRD-RLS 理论推导  80-84
    4.3.3 基于脉动阵的QRD-RLS 实现及优化  84-89
    4.3.4 结果对比分析  89-91
  4.4 本章小结  91-92
第五章总结与展望  92-94
  5.1 工作总结  92-93
  5.2 下一步研究展望  93-94
参考文献  94-97
致谢  97-98
个人简历、研究工作及发表论文情况  98-99

数字信号处理算法的FPGA高速实现研究

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