[發明專利]一種低功耗并行FIR數字濾波器的設計方法

無效

• 申請號: 201310027859.7
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103093052A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 李寧;劉珍奇;葉凡;代國憲;任俊彥
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于數字集成電路領域，具體涉及一種低功耗并行FIR數字濾波器的設計方法。

背景技術

FIR(Finite?Impulse?Response)數字濾波器是數字信號處理系統中最常用的基本部件之一，廣泛應用于無線通信、視頻與圖像處理等場合。一些應用如視頻與圖像處理需要FIR濾波器工作在高頻時鐘下，然而其他應用如無線移動通信里的MIMO系統則需要FIR濾波器擁有高吞吐率和低功耗。并行處理技術可以有效的提高吞吐率和降低功耗。然而傳統的并行FIR數字濾波器由于占用較多的硬件資源而并不實用，因此降低并行FIR數字濾波器的硬件實現復雜度成為過去十幾年來的研究熱點。

一個2路并行FIR濾波器如圖1所示。傳統的2路并行濾波器需要4個長度為N/2的子濾波器，2個后處理加法器，1個延遲單元，總共需要2N個乘法器和(2N-2)個加法器。

一個3路并行FIR濾波器如圖2所示。傳統的3路并行濾波器需要9個長度為N/3的子濾波器，6個后處理加法器，3個延遲單元，總共需要3N個乘法器和（3N-3）個加法器。

目前，針對傳統并行FIR數字濾波器設計結構的優化方法主要是快速FIR算法（Fast?FIR?Algorithm，簡稱FFA算法），快速FIR算法在傳統算法的基礎上通過采用特定的多項式方法降低實現所需的子濾波器數目，從而降低實現復雜度。在快速FIR算法的基礎上，也產生了很多進一步優化的方法。比如利用快速線性卷積，首先一個長卷積被分解為若干短卷積，短卷積則用快速線性卷積實現。即規模較大的并行濾波結構可以通過規模較小的并行濾波結構級聯或者迭代構造。

然而以往的設計方法都采用了相同的FFA濾波結構，都沒有考慮線性相位FIR濾波器系數的對稱性。在實現串行FIR濾波器時，利用濾波器系數的對稱性，可以降低一半的乘法器數量。這一思想同樣可以應用到并行?FIR?濾波器的設計中。因此傳統和現有算法仍然有優化和提升的空間。

發明內容

本發明的目的在于提出一種低功耗面積優化的并行FIR數字濾波器的設計方法。

本發明提供的一種低功耗并行FIR數字濾波器的設計方法，具體步驟如下：

（1）確定并行濾波器整體結構；

（2）確定子濾波器實現結構；

（3）確定乘法器和加法器實現方案，得到低功耗并行FIR數字濾波器；

其中，步驟（1）所述確定并行濾波器整體結構時，利用線性相位FIR數字濾波器的系數對稱性，采用多項式分解方法使全部子濾波器具有對稱系數，降低實現所需的乘法器數目；?

考慮一個N抽頭的FIR濾波器，可以表示為：

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(1)

{x(n)}是無限長輸入序列，{h(n)}是長度為N的FIR濾波器系數，具有對稱性（線性相位）。傳統的L路并行的FIR濾波器可以表示為：?????

???????????????????????????????(2)??????????????????????????????????

????其中，,,,

其中，p,q,r=0,1,2,…,L-1。由公式(2)可看出，一個傳統的L路并行FIR濾波器需要L2個子濾波器，每個子濾波器的長度為N/L。

由公式（2）得，一個傳統2路并行FIR濾波器可以表示為：

???????????????????????????????????（3）

也即：??????????????????????????????

??????????????????????????????????????????????????????（4）

其中，為第1路輸入信號序列的Z變換,為第2路輸入信號序列的Z變換,?為第1路輸出信號序列的Z變換,為第2路輸出信號序列的Z變換,為子濾波器1的系數（為濾波器的沖激響應）的Z變換，也稱子濾波器1的傳遞函數。為子濾波器2的系數的Z變換，也稱子濾波器2的傳遞函數。

同樣由公式（2），一個傳統3路并行FIR濾波器可以表示為：

????????????????????????????????????????????????（5）