무곱셈 구현을 위한 FIR 필터 계수의 압축 센싱

• Published in: 한국정보통신학회논문지 Vol. 18; no. 10; pp. 2375 - 2381
• Main Authors: 김시현, Kim, Seehyun
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국정보통신학회 01.10.2014
• Subjects: 전자/정보통신공학; FIR
• ISSN: 2234-4772; 2288-4165
• DOI: 10.6109/jkiice.2014.18.10.2375

In case the coefficient set of an FIR filter is represented in the canonic signed digit (CSD) format with a few nonzero digits, it is possible to implement high data rate digital filters with low hardware cost. Designing an FIR filter with CSD format coefficients, whose number of nonzero signed digits is minimal, is equivalent to finding sparse nonzero signed digits in the coefficient set of the filter which satisfies the target frequency response with minimal maximum error. In this paper, a compressive sensing based CSD coefficient FIR filter design algorithm is proposed for multiplierless and high speed implementation. Design examples show that multiplierless FIR filters can be designed using less than two additions per tap on average with approximate frequency response to the target, which are suitable for high speed filtering applications. FIR 필터의 계수가 CSD(canonic signed digit) 형식으로 표현되고 계수 당 0이 아닌 자릿수가 매우 적다면 적은 하드웨어 비용으로 고속 필터링을 수행할 수 있다. 주어진 주파수 응답 특성을 따르며 최소의 0이 아닌 부호자릿수(signed digit)를 갖는 CSD 형식의 FIR 필터 계수를 설계하는 문제는 목표 주파수 응답과의 최대 오차를 최소화하는 희소한 0이 아닌 부호자릿수 계수를 찾는 문제와 같다. 본 논문에서는 FIR 필터의 무곱셈 초고속 구현을 위해 압축센싱 기법에 기반을 둔 CSD 형식의 계수 설계 알고리듬을 제안한다. 탐욕(greedy) 방법을 채용한 본 알고리듬에서는 매 반복단계에서 잔차 신호를 구성하는 가장 큰 크기의 atom을 선택하고, 그 atom의 계수를 나타내는 가장 큰 부호자리를 찾아 FIR 필터의 계수를 갱신한다. 설계 예를 통해 평균적으로 탭 당 두 번 이하의 덧셈만으로 목표 주파수 응답에 근접한 FIR 필터링을 수행할 수 있음을 확인하였고, 이는 적은 하드웨어 비용으로 고속 필터링 구현에 적합하다.