基于TMS320C6701的自適應濾波器設計與調試

對于系數固定的FIR、IIR濾波器所具有的特性是確定的，對于輸入信號可根據這個(gè)濾波器產(chǎn)生相應的輸出，即先有了濾波器系數，然后決定相應的輸出值。但有些實(shí)際應用往往是反過(guò)來(lái)要求的，即對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。如在通信系統中，信號通過(guò)信道傳輸，由于信道頻率特性的影響，接收信號失真畸變而引發(fā)碼間干擾，這將嚴重影響通信質(zhì)量，為此，需要在系統中插入一種可調的濾波器以減小碼間干擾，這種系數可調的濾波器即為自適應濾波器。其參數可以自動(dòng)地按照某種準則調整到最佳濾波。自適應濾波器已廣泛應用于系統模式識別，通信信道的自適應均衡，雷達與聲納的波束形成，減少或消除心電圖中的周期干擾，噪聲中信號的檢測、跟蹤、增強和信號預測等。

1 自適應濾波器的原理

自適應濾波器的原理如圖1所示。

圖中x(n)稱(chēng)為輸入信號，y(n)是輸出信號，d(n)稱(chēng)為期望信號，或稱(chēng)參考信號、訓練信號，e(π)是誤差信號，e(n)=d(n)-y(n)。

自適應濾波器H(z)的系數根據誤差信號，通過(guò)一定的自適應算法，不斷地進(jìn)行改變，使輸出信號y(n)最接近期望信號d(n)。

本文以自適應處理器為例說(shuō)明自適應濾波器的設計。

2 自適應濾波器的設計

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(cháng)指令字，分置運算能力為1 GFLOPS或1 336 MIPS，結構上與C6201類(lèi)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，產(chǎn)生64 b結果；

(4)支持32／64 b的IEEE浮點(diǎn)格式；

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

2.2 自適應處理器的實(shí)現

在自適應信號處理中，DSP要根據一定的算法，從實(shí)測數據中估算出權值，然后DSP把這種自適應權與數據合成，得到期望的輸出。圖2是一個(gè)自適應對消原理圖，在3路數據中都含有期望的信號和要抑制的干擾，其中各路的干擾是相關(guān)的，而信號的相關(guān)性很弱，信號與干擾不相關(guān)。自適應算法就是從3路數據中取來(lái)一批數據作為樣本，按最小二乘法則，將3路數據合成，使得合成輸出中干擾基本上被消除，而信號仍較強。為了使信號不隨干擾一起被對消掉，希望在求全樣本中無(wú)信號。

可采用DSP對3路輸入支路進(jìn)行自適應合成，每路數據為復數據，I，Q串行，即先實(shí)部后虛部的次序，數據速率為1.5 MHz，根據復數的合成公式為：

y=x0-w1xl-w2x2

wn，xn，y均為復數。每輸出一個(gè)復數數據，需要8次實(shí)數乘法和8次實(shí)數加法，要求DSP始終保持24 MFLOPS的運算速度。主頻60 MHz的TMS320C6701峰值運算速度為60 MFLOPS，數據輸入／輸出速度也能滿(mǎn)足要求。

自適應權值的運算和系統的一些控制功能由另一片TMS320C6701完成，此C6701定期從3路信號中取得一批數據作為樣本，樣本中僅含干擾而沒(méi)有信號成分，然后按照如下公式計算出自適應權w=[w1，w2]T：

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

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