刘禹韬，包志强，李龙龙，苏子昊

(西安邮电大学，西安　710061)



基于Systolic阵的IQRD-SMI算法的研究与FPGA优化实现

刘禹韬，包志强，李龙龙，苏子昊

(西安邮电大学，西安710061)

摘要：针对自适应波束形成系统中权值求解计算量大的问题，研究了基于LCMV的逆QR分解算法(IQRD-SMI算法) 及其传统脉动流水的GR-TSA实现结构，在Matlab中对算法以脉动阵搭建并进行算法仿真；分析了CORDIC技术的原理以及如何利用它在FPGA上实现Systolic阵中的处理单元；在此基础上，给出一种基于Systolic阵列的复用IQRD-SMI算法实现结构GR-ITSA，比较了它与已有文献中结构的异同；基于ISE软件，在Xilinx的xc7k325t型FPGA上实现了基于脉动阵列的IQRD-SMI算法的底层设计和硬件仿真，并将FPGA定点仿真数据回传Matlab与计算机浮点仿真数据对比，进而进行系统的性能与误差分析。

关键词:自适应波束形成算法；FPGA；Matlab；脉动阵；CORDIC技术；GR-ITSA

0引言

自适应数字波束形成(ADBF)系统中，为了改善波束性能、增强期望信号的信噪比，应使用高效的自适应算法对即时采样数据进行处理[1-3]。但自适应算法运算量庞大、并行与实时性能差、硬件实现资源消耗大的问题在实际应用中比较突出[4-6]。

为应对以上问题，Teitelbaum[7]提出了对采样协方差矩阵直接进行QR分解的 (QRD-SMI)算法，该算法具有高度并行性结构，易于使用Systolic脉动阵列搭建，在实际应用中能够与高性能的FPGA结合实现[8-9]。但是传统的QRD-SMI算法存在需要通过求解两个三角矩阵才能得到加权矢量w的缺点，并且后向带入需用到资源消耗很高的硬件除法器，这对于系统的实现和权矢量w的实时并行获取增加了复杂度。……