طراحی وپیاده سازی کارآمد فیلتر دیجیتال وفقی LMS بر روی تراشه FPGA

نویسندگان

1 کارشناس ارشد الکترونیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد اسلامشهر

2 دانشگاه آزاد اسلامی واحد اسلامشهر

چکیده

فیلترهای وفقی بخش مهمی در بسیاری از سامانه‌های پردازش سیگنال دیجیتال هستند و در کاربردهای متنوعی از جمله حذف اکو، حذف نویز، سیستم‌های رادار، سونار و ... مورد استفاده قرار می‌گیرند. تحقق سخت‌افزاری سیستم‌های پردازش سیگنال دارای مزایایی از قبیل سرعت و بازدهی بالاتر، امکان مجتمع‌سازی و قابلیت پردازش موازی در مقایسه با تحقق نرم‌افزاری آن می‌باشد. امروزه تراشه‌های FPGA به‌دلیل دارا بودن ویژگی‌هایی از قبیل پردازش موازی اطلاعات، انعطاف معماری ... به طور عمده برای تحقق سخت-افزاری سیستم‌های دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرند. پیاده‌سازی کارآمد فیلترهای وفقی بر روی تراشه‌های FPGA امری مهم و در عین حال چالش برانگیز است زیرا این فیلترها بر خلاف فیلترهای غیرتطبیقی نیازمند تکرار محاسبات برای رسیدن به وزن‌های بهینه هستند. در این مقاله یک تحقق سخت‌افزاری کارآمد الگوریتم حداقل میانگین مربعات موسوم به LMS ارائه شده که در مقایسه با پیاده‌سازی گزارش‌شده در ادبیات مربوطه، دارای فرکانس کاری بالاتر و سطح اشغالی کمتر بر روی تراشه می‌باشد. صحت نتایج به-دست‌آمده از طریق مقایسه نتایج پیاده‌سازی با نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی یک فیلتر تطبیقی LMS حذف نویز تصدیق شده است. از آنجا که جمع‌آوری و پردازش دائمی اطلاعات و علائم محیطی و معنی دار از جمله ارکان مهم در چرخه مدیریت و جلوگیری از بحران از قبیل سامانه‌های هشدار دهنده و نیز پدافند غیرعامل می‌باشد لذا طراحی ارائه‌شده، می‌تواند به‌خوبی در ابزار و ادوات سخت-افزاری مرتبط با این مقوله به‌کار گرفته شود.

کلیدواژه‌ها


E. Ifeachor and B. Jervis, “Digital Signal Processing,” A Practical Approach, Prentice Hall, 2002.
A. Rosado-Muñoz and M. Bataller-Mompean, “FPGA Implementation of an Adaptive Filter Robust to Impulsive Noise: Two Approaches,” IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 58, no. 3, pp. 860-870, March 2011.
J. Benesty, T. Gänsleraand, and D. Morgan, “Advances in Network and Acoustic Echo Cancellation,” Berlin, Springer-Verlag, 2001.
E. Nejevenko and A. Sotnikov, “Adaptive Modeling for Hydroacoustic Signal Processing,” Pattern Recognit. Image Anal., vol. 16, no. 1, pp. 5–8, Jan. 2006.
S. Haykin, “Adaptive Filter Theory,” Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, First Edition, 2004.
M. Salah, A. Zekry, and M. kamal, “FPGA Implementation of LMS Adaptive Filter,” 28th National Raduo Scienec Conf., April 2011.
A. Diggikar and S. Ardhapurkar, “Design and Implementation of Adaptive Filtering Algorithm for Noise Cancellation in Speech Signal on FPGA,” Int. Conf. on Computing, Electronics and Electrical Technologies, 2012.
U. Meyer-Baese, “Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays,” Springer, Berlin, Heidelberg New York, Third Ed., 2007.
A. Elhossini, S. Areibi, and R. Dony, “An FPGA Implementation of the LMS Adaptive Filter for Audio Processing,” IEEE Int. Conf. on Reconfigurable Computing and FPGA's, pp. 1-8, Sep. 2006.
H. Simon, “Introduction to Adaptive Filters,” Macmillan Publishing Company New York, First Ed., 1985.