1、現(xiàn)代數(shù)字信號處理系統(tǒng)的算法大多采用浮點算術（Floating-point Arithmetic）進行開發(fā)，這是由于采用浮點算術可以在通用處理器開發(fā)平臺上進行快速的算法驗證和原型機建模。浮點算法驗證完成后，可以在浮點硬件平臺，如TI公司的浮點DSP器件上實現(xiàn)。如果想獲得更快的速度、更小的面積和更低的功耗，就需要設計者將浮點算術轉化為定點算術（Fixed-point Arithmetic），從而可以在定點硬件平臺，如Xilinx公司的FPG

2、A或全定制的ASIC上實現(xiàn)。將浮點算法轉化到定點算法的方法即被稱為定點化技術（Floating-point to Fixed-point Transformation），它包括信號范圍分析和精度分析兩個步驟：范圍分析用于確定系統(tǒng)中信號的整數(shù)位寬，以防止定點信號發(fā)生上溢；精度分析用于尋找最優(yōu)的小數(shù)位寬組合，除了防止信號出現(xiàn)下溢外，目標是在滿足系統(tǒng)輸出精度需求的情況下最小化系統(tǒng)的實現(xiàn)代價。因此，定點化也經(jīng)常被稱為位寬優(yōu)化（Wordlengt

3、h Optimization），位寬優(yōu)化是一個NP-hard問題。
　　本論文在詳細討論了國內(nèi)外關于定點化技術的研究現(xiàn)狀基礎上，針對信號范圍分析和精度分析分別提出了改進的以及新的位寬優(yōu)化算法，并在先進廣播系統(tǒng)-衛(wèi)星（Advanced Broadcast System-Satellite，ABS-S）信道解調芯片設計中完成了系統(tǒng)級的實驗驗證，具體工作包括如下：
　　首先，已有最好的信號范圍分析是基于仿射算術的方法，仿射算術在遇

4、到非線性乘法時需要將其得到的結果近似為仿射形式以參與接下來的運算，仿射算術主要提供了兩種近似方法：切比雪夫近似和簡單范圍估計，切比雪夫近似結果最精確但計算量很大，簡單范圍估計誤差大但非常利于計算。為了結合以上兩種仿射近似方法的優(yōu)點，本文提出了一種新的近似方法，可以在近似精度和計算復雜度之間進行折衷。
　　其次，由于采用仿射算術需要在每一步非線性乘法運算之后都進行近似，近似后的仿射形式將不再能夠完整地保留與前級信號之間的相關性，從而

5、導致在數(shù)據(jù)流圖上接下來的所有信號范圍都被放大。針對該問題，本文提出了一種改進的仿射形式和相應改進的仿射算術，利用該算術在處理非線性乘法時可以直接得到改進的仿射形式，該形式完整地保留了信號之間的相關性，并且可以直接參與接下來的運算。改進的仿射算術與簡單范圍估計作近似的仿射算術計算量相近，卻可以大大提高信號范圍分析的精確度。此外，它不受DSP算法變化的影響，從而可以提供更可靠的范圍分析結果。
　　接下來，受極值理論被應用于分析嵌入式系

6、統(tǒng)中整數(shù)變量變化范圍的啟發(fā)，本文提出了一種基于極值理論的精度分析方法。與傳統(tǒng)的基于純仿真的方法相比，該方法可以利用少量的仿真來分析信號小數(shù)位寬變化對系統(tǒng)輸出精度影響的極值特性，利用極值理論分析得到的小數(shù)位寬結果可以提供理論上概率來保證滿足系統(tǒng)的輸出誤差約束。
　　最重要的一個問題是：已有的精度分析方法都未能確切地描述系統(tǒng)輸出精度與實現(xiàn)代價之間的關系，因此也不能夠高效地對小數(shù)位寬進行優(yōu)化。本文提出了一個新的量化誤差傳播分析模型，利用

7、該模型可以在系統(tǒng)輸出精度與實現(xiàn)代價之間建立起直接的聯(lián)系?；谠撃Ｐ?，本文又提出了一個快速的貪婪搜索算法，用于尋找在滿足系統(tǒng)輸出誤差約束的情況下近似最優(yōu)的系統(tǒng)實現(xiàn)。此外，其搜索路徑構成了一條近似的Pareto最優(yōu)曲線，利用該曲線可以在系統(tǒng)輸出精度與實現(xiàn)代價（包括面積、功耗和電路速度等）之間進行快速的折衷評估。
　　另外，在保證輸出精度的小數(shù)位寬優(yōu)化研究基礎上，本文對進一步降低DSP系統(tǒng)功耗進行了研究，提出了一種動態(tài)調整乘法器輸入位寬

8、的方法，該方法可以在不影響輸出精度的前提下減小乘法器的動態(tài)功耗。
　　最后，基于以上對定點化技術的研究，本文對ABS-S信道解調芯片設計中影響系統(tǒng)性能和實現(xiàn)代價的關鍵模塊進行了位寬優(yōu)化，并與實際工程項目開發(fā)過程中采用基于純仿真的定點化結果進行了比較。實驗證明：高效的定點化技術提供的優(yōu)化結果與基于純仿真的定點化結果非常接近，同時可以大大縮短整個系統(tǒng)的開發(fā)周期。最重要的是，這些結果可以保證或者提供理論上的高置信概率來防止信號發(fā)生上溢及