基于TMS320C6701的自適應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)與調(diào)試

對(duì)于系數(shù)固定的FIR、IIR濾波器所具有的特性是確定的，對(duì)于輸入信號(hào)可根據(jù)這個(gè)濾波器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出，即先有了濾波器系數(shù)，然后決定相應(yīng)的輸出值。但有些實(shí)際應(yīng)用往往是反過來(lái)要求的，即對(duì)濾波器輸出的要求是明確的，而濾波器的特性卻無(wú)法事先知道。如在通信系統(tǒng)中，信號(hào)通過信道傳輸，由于信道頻率特性的影響，接收信號(hào)失真畸變而引發(fā)碼間干擾，這將嚴(yán)重影響通信質(zhì)量，為此，需要在系統(tǒng)中插入一種可調(diào)的濾波器以減小碼間干擾，這種系數(shù)可調(diào)的濾波器即為自適應(yīng)濾波器。其參數(shù)可以自動(dòng)地按照某種準(zhǔn)則調(diào)整到最佳濾波。自適應(yīng)濾波器已廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)模式識(shí)別，通信信道的自適應(yīng)均衡，雷達(dá)與聲納的波束形成，減少或消除心電圖中的周期干擾，噪聲中信號(hào)的檢測(cè)、跟蹤、增強(qiáng)和信號(hào)預(yù)測(cè)等。

1 自適應(yīng)濾波器的原理

自適應(yīng)濾波器的原理如圖1所示。

圖中x(n)稱為輸入信號(hào)，y(n)是輸出信號(hào)，d(n)稱為期望信號(hào)，或稱參考信號(hào)、訓(xùn)練信號(hào)，e(π)是誤差信號(hào)，e(n)=d(n)-y(n)。

自適應(yīng)濾波器H(z)的系數(shù)根據(jù)誤差信號(hào)，通過一定的自適應(yīng)算法，不斷地進(jìn)行改變，使輸出信號(hào)y(n)最接近期望信號(hào)d(n)。

本文以自適應(yīng)處理器為例說(shuō)明自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)。

2 自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)

2.1 TMS320C6701的主要特點(diǎn)

TMS320C6701是一種通用浮點(diǎn)超高速DSP，與TMS320C6201管腳兼容，主頻167 MHz，共8個(gè)運(yùn)算單元，其中6個(gè)為浮點(diǎn)單元，也采用8*32 b=256 b的超長(zhǎng)指令字，分置運(yùn)算能力為1 GFLOPS或1 336 MIPS，結(jié)構(gòu)上與C6201類似，不同之處在于：

(1)4個(gè)浮點(diǎn)／定點(diǎn)ALU；

(2)2個(gè)定點(diǎn)ALU；

(3)2個(gè)浮點(diǎn)／定點(diǎn)乘法器，乘法器接受32 b定點(diǎn)數(shù)，產(chǎn)生64 b結(jié)果；

(4)支持32／64 b的IEEE浮點(diǎn)格式；

(5)峰值運(yùn)算能力為：1 GFLOPS(32 b單精度)，256 MFLOPS(64 b雙精度)，乘法并行操作688 MFLOPS。

2.2 自適應(yīng)處理器的實(shí)現(xiàn)

在自適應(yīng)信號(hào)處理中，DSP要根據(jù)一定的算法，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中估算出權(quán)值，然后DSP把這種自適應(yīng)權(quán)與數(shù)據(jù)合成，得到期望的輸出。圖2是一個(gè)自適應(yīng)對(duì)消原理圖，在3路數(shù)據(jù)中都含有期望的信號(hào)和要抑制的干擾，其中各路的干擾是相關(guān)的，而信號(hào)的相關(guān)性很弱，信號(hào)與干擾不相關(guān)。自適應(yīng)算法就是從3路數(shù)據(jù)中取來(lái)一批數(shù)據(jù)作為樣本，按最小二乘法則，將3路數(shù)據(jù)合成，使得合成輸出中干擾基本上被消除，而信號(hào)仍較強(qiáng)。為了使信號(hào)不隨干擾一起被對(duì)消掉，希望在求全樣本中無(wú)信號(hào)。

可采用DSP對(duì)3路輸入支路進(jìn)行自適應(yīng)合成，每路數(shù)據(jù)為復(fù)數(shù)據(jù)，I，Q串行，即先實(shí)部后虛部的次序，數(shù)據(jù)速率為1.5 MHz，根據(jù)復(fù)數(shù)的合成公式為：

y=x0-w1xl-w2x2

wn，xn，y均為復(fù)數(shù)。每輸出一個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，需要8次實(shí)數(shù)乘法和8次實(shí)數(shù)加法，要求DSP始終保持24 MFLOPS的運(yùn)算速度。主頻60 MHz的TMS320C6701峰值運(yùn)算速度為60 MFLOPS，數(shù)據(jù)輸入／輸出速度也能滿足要求。

自適應(yīng)權(quán)值的運(yùn)算和系統(tǒng)的一些控制功能由另一片TMS320C6701完成，此C6701定期從3路信號(hào)中取得一批數(shù)據(jù)作為樣本，樣本中僅含干擾而沒有信號(hào)成分，然后按照如下公式計(jì)算出自適應(yīng)權(quán)w=[w1，w2]T：

其中E表示求數(shù)學(xué)期望，在此用N次平均值近似取代，N定為16，各元素均為復(fù)數(shù)。

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