基于DA算法的高速FIR滤波器设计及其FPGA实现
发布时间：2021-02-26 12:42
FIR（有限脉冲响应,Finite Impulse Response）滤波器的相移具有线性特点,是数字信号处理领域的重要单元。随着信息技术的飞速进步,实时信号处理已成为现代电子系统的迫切需求。基于乘累加方式的FIR滤波器,运算速度无法满足实时信号处理需求。DA算法（分布式算法,Distribute Arithmetic）为高速FIR滤波器实现提供了新途径,通过查表操作实现复杂的乘法运算,再结合简单的加法操作就能完成实时信号处理。本文研究了基于DA算法的高速FIR滤波器设计与实现,利用FPGA作为高速FIR滤波器的实现平台。首先论述了高速FIR滤波器的研究背景、应用意义和最新研究方法;然后分析了结构和设计方法对滤波器性能的影响;接着重点研究分布式结构FIR滤波器的设计,在传统分布式结构基础上提出了三种改进型分布式结构,即分割查找表串行分布式结构、分割查找表并行分布式结构和分割查找表串并结合型分布式结构。查找表分割优化法和流水分级加法器设计,为高速FIR滤波器实现提供了理论依据;其次对高速FIR滤波器的系数设计和量化宽度进行了研究,通过直观对比逼近误差确定系数的最佳量化宽度为12位;之后以...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 数字滤波器的实现方式
1.2.2 高速FIR滤波器的研究动态
1.3 本文研究内容及章节安排
2 FIR滤波器的理论基础及设计方法
2.1 FIR滤波器的基本原理
2.2 FIR滤波器的实现结构
2.3 FIR滤波器系数设计方法
2.3.1 窗函数设计法
2.3.2 频率取样设计法
2.3.3 最优设计法
2.4 本章小结
3 基于DA算法的FIR滤波器设计与优化
3.1 DA算法原理
3.2 分布式结构的FIR滤波器
3.2.1 串行分布式结构
3.2.2 并行分布式结构
3.2.3 串并结合型分布式结构
3.3 DA算法的改进结构
3.3.1 分割查找表串行分布式结构
3.3.2 分割查找表并行分布式结构
3.3.3 分割查找表串并结合型分布式结构
3.4 加法器的设计
3.4.1 常用加法器
3.4.2 Wallace树加法器
3.4.3 流水分级加法器
3.5 本章小结
4 高速FIR滤波器的设计与实现
4.1 高速FIR滤波器的设计流程
4.2 高速FIR滤波器软件设计
4.2.1 系数提取
4.2.2 系数量化处理
4.3 高速FIR滤波器硬件实现
4.3.1 输入数据延时单元
4.3.2 对称数据预相加单元
4.3.3 串并转换单元
4.3.4 分割查找表单元
4.3.5 并行累加输出单元
4.3.6 时序控制单元
4.3.7 并行分布式结构顶层设计与综合
4.4 本章小结
5 高速FIR滤波器性能测试与结果验证
5.1 搭建滤波器测试平台
5.2 实验结果分析
5.2.1 滤波器性能比较
5.2.2 误差与频谱分析
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的数字滤波器设计与仿真[J]. 卢雍卿,李剑文,许雯雯,李建勋. 软件导刊. 2017(02)
[2]基于FPGA的高速FIR滤波器并行结构设计[J]. 骆希,陶伟,黄荣鑫. 微处理机. 2017(01)
[3]FIR滤波器的等波纹最佳逼近法优化设计[J]. 蔚瑞. 信息记录材料. 2016(06)
[4]基于位并行DA结构的高速FIR滤波器[J]. 周云,冯全源. 微电子学. 2016(03)
[5]基于FPGA的高速高阶FIR滤波器的频域改进方法[J]. 郭晓伟,陈钟荣,夏利娜. 现代电子技术. 2016(11)
[6]国外5G推进态势[J]. 陈骞. 上海信息化. 2015(12)
[7]一种新型高速FIR滤波器构造方法[J]. 谢伟. 中国测试. 2014(04)
[8]多通道抽取FIR滤波器的FPGA高效实现[J]. 高珊,李鹏,单聪. 火控雷达技术. 2014(02)
[9]最优型数字滤波器的设计与实现[J]. 谭等泰. 电测与仪表. 2014(04)
[10]并行分布式算法FIR滤波器的FPGA实现[J]. 王一海,俞筱楠,姜志鹏. 电子器件. 2012(05)
硕士论文
[1]并行FIR滤波器系数设计及结构优化[D]. 孙田雨.浙江大学 2017
[2]基于FPGA的数字滤波器的设计研究[D]. 解亚南.青岛大学 2016
[3]基于FPGA的高速FIR数字滤波器及多速率滤波器的设计与实现[D]. 曹洋.广西师范大学 2016
[4]基于FPGA的浮点型高阶FIR滤波器设计[D]. 智扬.哈尔滨工程大学 2015
[5]基于数字串行的滤波器优化设计[D]. 吕威.中国计量学院 2014
[6]可重构FIR滤波器的设计与实现[D]. 杨成.哈尔滨工业大学 2014
[7]基于快速卷积算法的低复杂度并行FIR滤波器的研究与实现[D]. 田晶晶.电子科技大学 2014
[8]数字下变频器和脉冲压缩的研究与设计[D]. 阎炜.西安电子科技大学 2014
[9]基于稀疏特征的高分辨声呐成像[D]. 王雪磊.西安电子科技大学 2014
[10]基于FPGA的FIR滤波器实现技术研究[D]. 张树林.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3052603
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 数字滤波器的实现方式
1.2.2 高速FIR滤波器的研究动态
1.3 本文研究内容及章节安排
2 FIR滤波器的理论基础及设计方法
2.1 FIR滤波器的基本原理
2.2 FIR滤波器的实现结构
2.3 FIR滤波器系数设计方法
2.3.1 窗函数设计法
2.3.2 频率取样设计法
2.3.3 最优设计法
2.4 本章小结
3 基于DA算法的FIR滤波器设计与优化
3.1 DA算法原理
3.2 分布式结构的FIR滤波器
3.2.1 串行分布式结构
3.2.2 并行分布式结构
3.2.3 串并结合型分布式结构
3.3 DA算法的改进结构
3.3.1 分割查找表串行分布式结构
3.3.2 分割查找表并行分布式结构
3.3.3 分割查找表串并结合型分布式结构
3.4 加法器的设计
3.4.1 常用加法器
3.4.2 Wallace树加法器
3.4.3 流水分级加法器
3.5 本章小结
4 高速FIR滤波器的设计与实现
4.1 高速FIR滤波器的设计流程
4.2 高速FIR滤波器软件设计
4.2.1 系数提取
4.2.2 系数量化处理
4.3 高速FIR滤波器硬件实现
4.3.1 输入数据延时单元
4.3.2 对称数据预相加单元
4.3.3 串并转换单元
4.3.4 分割查找表单元
4.3.5 并行累加输出单元
4.3.6 时序控制单元
4.3.7 并行分布式结构顶层设计与综合
4.4 本章小结
5 高速FIR滤波器性能测试与结果验证
5.1 搭建滤波器测试平台
5.2 实验结果分析
5.2.1 滤波器性能比较
5.2.2 误差与频谱分析
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的数字滤波器设计与仿真[J]. 卢雍卿,李剑文,许雯雯,李建勋. 软件导刊. 2017(02)
[2]基于FPGA的高速FIR滤波器并行结构设计[J]. 骆希,陶伟,黄荣鑫. 微处理机. 2017(01)
[3]FIR滤波器的等波纹最佳逼近法优化设计[J]. 蔚瑞. 信息记录材料. 2016(06)
[4]基于位并行DA结构的高速FIR滤波器[J]. 周云,冯全源. 微电子学. 2016(03)
[5]基于FPGA的高速高阶FIR滤波器的频域改进方法[J]. 郭晓伟,陈钟荣,夏利娜. 现代电子技术. 2016(11)
[6]国外5G推进态势[J]. 陈骞. 上海信息化. 2015(12)
[7]一种新型高速FIR滤波器构造方法[J]. 谢伟. 中国测试. 2014(04)
[8]多通道抽取FIR滤波器的FPGA高效实现[J]. 高珊,李鹏,单聪. 火控雷达技术. 2014(02)
[9]最优型数字滤波器的设计与实现[J]. 谭等泰. 电测与仪表. 2014(04)
[10]并行分布式算法FIR滤波器的FPGA实现[J]. 王一海,俞筱楠,姜志鹏. 电子器件. 2012(05)
硕士论文
[1]并行FIR滤波器系数设计及结构优化[D]. 孙田雨.浙江大学 2017
[2]基于FPGA的数字滤波器的设计研究[D]. 解亚南.青岛大学 2016
[3]基于FPGA的高速FIR数字滤波器及多速率滤波器的设计与实现[D]. 曹洋.广西师范大学 2016
[4]基于FPGA的浮点型高阶FIR滤波器设计[D]. 智扬.哈尔滨工程大学 2015
[5]基于数字串行的滤波器优化设计[D]. 吕威.中国计量学院 2014
[6]可重构FIR滤波器的设计与实现[D]. 杨成.哈尔滨工业大学 2014
[7]基于快速卷积算法的低复杂度并行FIR滤波器的研究与实现[D]. 田晶晶.电子科技大学 2014
[8]数字下变频器和脉冲压缩的研究与设计[D]. 阎炜.西安电子科技大学 2014
[9]基于稀疏特征的高分辨声呐成像[D]. 王雪磊.西安电子科技大学 2014
[10]基于FPGA的FIR滤波器实现技术研究[D]. 张树林.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：3052603
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3052603.html
