طراحي وپياده سازي كارآمد فيلتر ديجيتال وفقي LMS بر روي تراشه FPGA

Efficient Hardware Implementation of LMS Adaptive Filter on FPGA

فيلترهاي وفقي بخش مهمي در بسياري از سامانه هاي پردازش سيگنال ديجيتال هستند و در كاربردهاي متنوعي از جمله حذف اكو، حذف نويز، سيستم هاي رادار، سونار و ... مورد استفاده قرار مي گيرند. تحقق سخت افزاري سيستم هاي پردازش سيگنال داراي مزايايي از قبيل سرعت و بازدهي بالاتر، امكان مجتمع سازي و قابليت پردازش موازي در مقايسه با تحقق نرم افزاري آن مي باشد. امروزه تراشه هاي FPGA به دليل دارا بودن ويژگي هايي از قبيل پردازش موازي اطلاعات، انعطاف معماري ... به طور عمده براي تحقق سخت-افزاري سيستم هاي ديجيتال مورد استفاده قرار مي گيرند. پياده سازي كارآمد فيلترهاي وفقي بر روي تراشه هاي FPGA امري مهم و در عين حال چالش برانگيز است زيرا اين فيلترها بر خلاف فيلترهاي غيرتطبيقي نيازمند تكرار محاسبات براي رسيدن به وزن هاي بهينه هستند. در اين مقاله يك تحقق سخت افزاري كارآمد الگوريتم حداقل ميانگين مربعات موسوم به LMS ارايه شده كه در مقايسه با پياده سازي گزارش شده در ادبيات مربوطه، داراي فركانس كاري بالاتر و سطح اشغالي كمتر بر روي تراشه مي باشد. صحت نتايج به دست آمده از طريق مقايسه نتايج پياده سازي با نتايج به دست آمده از شبيه سازي يك فيلتر تطبيقي LMS حذف نويز تصديق شده است. از آنجا كه جمع آوري و پردازش دايمي اطلاعات و علايم محيطي و معني دار از جمله اركان مهم در چرخه مديريت و جلوگيري از بحران از قبيل سامانه هاي هشدار دهنده و نيز پدافند غيرعامل مي باشد لذا طراحي ارايه شده، مي تواند به خوبي در ابزار و ادوات سخت افزاري مرتبط با اين مقوله به كار گرفته شود.

Adaptive filters are one of the most important building blocks of digital signal processing (DSP) systems which are used in a wide variety of applications such as echo and noise cancellation, channel equalizers, radar and sonar systems. Compared to software implementation, hardware implementation of DSP systems has some inherent advantages including higher speed and throughput, integratability and parallel processing. In recent years, Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) have received a lot of attention due to their architecture flexibility, low cost and providing the possibility of parallel processing of DSP algorithms. Efficient realization of adaptive filters on FPGAs has always been a motivational and challenging research topic. In this article, we have presented an efficient hardware implementation of a 9-tap LMS adaptive filter that is much faster and consumes fewer resources compared to similar published works. The results have been verified by comparing those obtained from hardware implementation of an LMS adaptive noise canceller filter with the results obtained from simulation of a similar filter. Since the permanent collection and processing of meaningful signals are of the fundamentals of management cycle and crisis prevention, the presented design can be well used in hardware equipment related to this area.