【摘要】：隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展,作為數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing,DSP)基本組成單元的有限脈沖響應(yīng)(Finite Impulse Response,FIR)濾波器,因其易于實現(xiàn)、穩(wěn)定和線性相位等特性,從而被廣泛應(yīng)用于語音及圖像處理、降噪、脈沖形成等多個DSP領(lǐng)域中。然而,在當(dāng)今超高速信息流的背景下,傳統(tǒng)二進(jìn)制補碼系統(tǒng)(Traditional two's Complement System,TCS)下的FIR濾波器已經(jīng)難以實現(xiàn)對實時性和高精度的雙重要求。延時是影響濾波器速度的一個非常重要的參數(shù)。作為一個乘加密集型的器件,二進(jìn)制加法器和乘法器的性能受進(jìn)位鏈傳播延時的影響。因此,努力降低進(jìn)位鏈傳播延時,提高算術(shù)單元的運算效率一直以來是人們研究的重點。余數(shù)系統(tǒng)(Residue Number System,RNS)作為一種無權(quán)系統(tǒng),具有天然的并行性及容錯性強(qiáng)等特點,成為高性能FIR濾波器設(shè)計的一種新選擇。本文針對位寬較大的輸入,以{2~n-1,2~n,2~n(10)1,2~(n-1)-1,2~(n(10)1)-1}為余數(shù)基,在RNS的基礎(chǔ)上設(shè)計了一個高階FIR低通濾波器及雙正交小波濾波器組。為了提升濾波器的運算速度,本文對并行前綴結(jié)構(gòu)的模加法器進(jìn)行了研究,并給出了一個基于三位前綴運算單元的模2~n-1加法器結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可同時計算三個前綴運算對,相較于普通并行前綴模2~n-1加法器減少了一個前綴運算級。此外,這種模2~n-1加法器不僅獲得了更好的速度,其計算結(jié)果還具有0的唯一表示。本文利用進(jìn)位保留加法器(Carry Save Adder,CSA)樹結(jié)構(gòu)的純組合邏輯電路,實現(xiàn)了二進(jìn)制數(shù)到余數(shù)的轉(zhuǎn)換。相較于一般抽頭中乘法器級聯(lián)加法器的結(jié)構(gòu),本文所設(shè)計的濾波器在抽頭中將累加運算合并到乘法器的部分積求和中,從而用一個全加器替代了模加法器的使用,使得電路運算時間進(jìn)一步減少。此外,通過對CSA計算的中間結(jié)果取模,避免了加法運算引起的位寬增加,從而降低了整個運算的復(fù)雜度。本文在FPGA上實現(xiàn)了一個基于RNS的高階FIR低通濾波器。該濾波器的輸入經(jīng)過前向轉(zhuǎn)換器由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為余數(shù)表示形式,并在多個并行的通道中獨立完成運算,最后經(jīng)過后向轉(zhuǎn)換器將余數(shù)形式的輸出轉(zhuǎn)換為一般二進(jìn)制形式。軟件仿真與硬件測試結(jié)果表明,該RNS FIR低通濾波器能夠較好地實現(xiàn)對高頻信號的濾波功能。利用軟件進(jìn)行綜合,可得到該濾波器的最大工作頻率為341.30 MHz,功耗為2469 mw。通過對表征電路性能的優(yōu)值進(jìn)行比較,本文所實現(xiàn)的基于RNS的FIR低通濾波器具有更好的性能。此外,為進(jìn)一步探討RNS對數(shù)字濾波器運算速度、功耗方面的影響,本文在FIR濾波器的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了一個基于RNS的雙正交小波濾波器組。該小波濾波器組的濾波子通道由兩個高通FIR濾波器和兩個低通FIR濾波器構(gòu)成。通過軟件仿真與硬件測試,該濾波器組能夠正確實現(xiàn)對噪聲信號的過濾。通過綜合、編譯后,可得到RNS雙正交小波濾波器組的最大工作頻率為391.42 MHz,功耗為805mw。通過對優(yōu)值的比較,本文所實現(xiàn)的基于RNS的濾波器組獲得了較其他設(shè)計更優(yōu)的性能。
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN713.7
【圖文】：

文 第3章 Ri:0G ，即第 i 位的進(jìn)位i1C 。據(jù)上一階段所得到的進(jìn)位信號i1C 與多種結(jié)構(gòu)，例如 Sklansky，Brent-K前綴樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。運算圖。一個四位的前綴運算圖如圖

學(xué)碩士學(xué)位論文 第3章 RNS的定義及余sky 加法器的構(gòu)造簡單，在延時和布線面積方面具有明顯優(yōu)勢位寬的增加，其最大扇出也越來越大，導(dǎo)致運算速度的降低。ent-Kung 加法器ent-Kung 加法器結(jié)構(gòu)中，其前綴運算的最大扇出為 2，具有較中。一個 16 位 Brent-Kung 加法器前綴結(jié)構(gòu)如圖 3.3 所示。

圖 3.3 16 位 Brent-Kung 加法器前綴結(jié)構(gòu)ge-Stone 加法器-Stone 加法器引入了較多的前綴運算，從而緩解了計算步驟，其前綴運算結(jié)構(gòu)如圖 3.4 所示。

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1 楊列亮，李承恕;基于剩余數(shù)系統(tǒng)的直接序列擴(kuò)頻多址通信方式及其性能[J];電子學(xué)報;1996年07期

2 肖翰s

本文編號：2747719