本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种 基于误差子带的自适应 滤波方法及系统。

背景技术

自适应滤波广泛应用于系统辨识、 回波干扰抵消以及信道均衡等领 域， 最常用的是由 LMS ( Lea s t Mean Squa r e , 最小均方算法） 调节的横 向滤波方法，具体为根据估计误差信号，利用 自适应算法自动修正权向量， 使得误差信号达到均方最小，但该方法的收敛 性随着滤波器权值数的增加 而减小。

为改善 LMS调节的横向滤波方法算法的收敛性，在输入 信号的路径上 加入了分析滤波器组， 减小了输入信号的自相关性，从而改善了算法 的收 敛性。 但是， 由于对输入信号经过了一组分析滤波器组， 所以该滤波器在 工作的时候还需要一组综合滤波器组对信号进 行恢复，这样做大大提高了 自适应滤波设备结构的复杂度， 从而增加了整个自适应滤波算法的运算 量， 使其很难运用于高速处理的数字系统中。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于误差子带的自适 应滤波方法及系统，减 少自适应滤波算法的运算量。

为达到上述目的， 本发明的实施例采用如下技术方案：

一种基于误差子带的自适应滤波方法， 其特征在于， 包括：

自适应滤波器接收输入信号，根据当前存储在 所述自适应滤波器内的 自适应滤波权值， 对所述输入信号进行自适应滤波处理， 得到自适应滤波 信号， 并将所述自适应滤波信号传输至减法器；

减法器接收参考信号和所述自适应滤波信号， 并根据所述参考信号和 所述自适应滤波信号进行计算， 得到误差信号， 并将所述误差信号传输至 误差子带滤波器； 其中， 所述参考信号为所述输入信号通过真实信道后 生 成的信号；

误差子带滤波器接收所述误差信号，并对所述 误差信号进行子带分析 滤波处理， 得到误差子带信号， 并将所述误差子带信号传输至自适应权值 更新器；

输入信号分析滤波器接收所述输入信号，并对 所述输入信号进行子带 分析滤波处理， 得到输入子带信号， 并将所述输入子带信号传输至自适应 权值更新器；

自适应权值更新器接收所述误差子带信号和所 述输入子带信号，并根 据所述误差子带信号和所述输入子带信号进行 计算，得到新的自适应滤波 新的自适应滤波权值。

一种基于误差子带的自适应滤波系统， 其特征在于， 包括： 自适应滤波器， 用于接收输入信号， 根据当前存储在所述自适应滤波 器内的自适应滤波权值， 对所述输入信号进行自适应滤波处理， 得到自适 应滤波信号， 并将所述自适应滤波信号传输至减法器；

减法器， 用于接收参考信号和所述自适应滤波信号， 并根据所述参考 信号和所述自适应滤波信号进行计算， 得到误差信号， 并将所述误差信号 传输至误差子带滤波器； 其中， 所述参考信号为所述输入信号通过真实信 道后生成的信号；

误差子带滤波器， 用于接收所述误差信号， 并对所述误差信号进行子 带分析滤波处理， 得到误差子带信号， 并将所述误差子带信号传输至自适 应权值更新器；

输入信号分析滤波器， 用于接收所述输入信号， 并对所述输入信号进 行子带分析滤波处理， 得到输入子带信号， 并将所述输入子带信号传输至 自适应权值更新器；

自适应权值更新器， 用于接收所述误差子带信号和所述输入子带信 号， 并根据所述误差子带信号和所述输入子带信号 进行计算， 得到新的自 换为所述新的自适应滤波权值。

本发明实施例提供的一种基于误差子带的自适 应滤波方法及系统，对 所述误差信号和输入信号分别进行分析滤波处 理，得到误差子带信号和输 入子带信号； 并根据所述输入子带信号和所述误差子带信号 进行计算， 得 到新的自适应滤波权值， 并对自适应滤波器中的权值进行更新， 从而使得 自适应滤波器在进行工作时可以直接使用更新 后的权值对所述输入信号 进行自适应滤波器处理， 得到自适应滤波信号。 相比于现有技术中， 需要 将输入信号先进行分析滤波处理，并将处理结 果输入至自适应滤波器中进 行自适应处理， 得到自适应滤波子带信号， 再将自适应滤波子带信号进行 综合滤波处理， 才能得到自适应滤波信号这一技术方案， 本发明不需要对 自适应滤波器的处理结果进行恢复， 相比于现有技术提供的技术方案， 省 去了用于信号重构的综合滤波器， 从而减少自适应滤波算法的运算量。 附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中 的技术方案，下面将对 实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作 筒单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例 ，对于本领域普通技术人员 来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附 图。

图 1为本发明中的一种基于误差子带的自适应滤� �系统的组成框图； 图 2为本发明实施例 1中的一种基于误差子带的自适应滤波方法的� � 程图；

图 3为本发明实施例 1中的另一种基于误差子带的自适应滤波方法� � 流程图；

图 4为本发明中的一种自适应滤波器的组成框图� �

图 5为本发明中的一种误差子带滤波器的组成框� �； 图 6为本发明实施例 2中的一种基于误差子带的自适应滤波方法的� � 程图；

图 7为本发明实施例 2中的一种基于误差子带的自适应滤波系统的� � 成框图；

图 8为本发明实施例 3中的一种基于误差子带的自适应滤波系统的� � 成框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明 实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例 仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没 有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的 范围。

实施例 1

本发明实施例提供了一种基于误差子带的自适 应滤波方法，可以应用 于如图 1所示的自适应滤波系统中，该系统包括： 自适应滤波器、减法器、 误差子带滤波器、 输入信号分析滤波器和自适应权值更新器。

其中， 自适应滤波器的入端口用于接收输入信号， 出端口与减法器的 一个入端口相连； 减法器的另一个入端口用于接收参考信号， 出端口与误 差子带滤波器相连； 输入信号分析滤波器的入端口用于接收所述输 入信 号， 出端口与自适应权值更新器的一个入端口相连 ； 误差子带滤波器的出 端口与所述自适应权值更新器的另一个入端口 相连。

其中， 输入信号为数字信号， 是自适应滤波器待处理的信号； 所述参 考信号为所述输入信号通过真实信道后生成的 信号； 其中， 所述真实信道 可以为一种实体的信号处理设备， 也可以是自由空间中的信号传播路径， 本发明实施例对此不进行限制。

基于上述自适应滤波器系统， 如图 2所示， 该方法包括：

1 0 1、 自适应滤波器接收输入信号， 根据当前存储在所述自适应滤波 器内的自适应滤波权值， 对所述输入信号进行自适应滤波处理， 得到自适 应滤波信号， 并将所述自适应滤波信号传输至减法器。 应权值更新器未对其进行更新时， 为预先存储的默认值， 默认值的取值可 以遵从本技术领域的经验值； 在自适应权值更新器对其进行更新之后， 所 述当前存储在所述自适应滤波器内的自适应滤 波权值为更新后的自适应 滤波权值。

需要说明的是， 所述自适应滤波器信号不仅仅是一路信号， 自适应滤 波信号的路数取决于自适应滤波器的抽头个数 ， 在自适应滤波器中， 自适 应滤波器的一个支路产生一路自适应滤波器信 号。

1 02、 减法器接收参考信号和所述自适应滤波信号， 并根据所述参考 信号和所述自适应滤波信号进行计算， 得到误差信号， 并将所述误差信号 传输至误差子带滤波器。

1 0 3、 误差子带滤波器接收所述误差信号， 并对所述误差信号进行子 带分析滤波处理， 得到误差子带信号， 并将所述误差子带信号传输至自适 应权值更新器。

需要说明的是， 所述误差子带信号不仅仅是一路信号， 误差子带信号 的路数取决于误差子带滤波器的频带划分数量 ， 在误差子带滤波器中， 误 差子带滤波器的一个支路产生一路误差子带信 号。

1 04、 输入信号分析滤波器接收所述输入信号， 并对所述输入信号进 行子带分析滤波处理， 得到输入子带信号， 并将所述输入子带信号传输至 自适应权值更新器。

需要说明的是， 所述输入子带信号不仅仅是一路信号， 输入子带信号 的路数取决于输入信号分析滤波器的频带划分 数量，在输入信号分析滤波 器中， 输入滤波器的一个支路产生 M路输入子带信号。 M为输入信号分析 滤波器的频带划分数量。

1 05、 自适应权值更新器接收所述误差子带信号和所 述输入子带信号， 并根据所述误差子带信号和所述输入子带信号 进行计算，得到新的自适应

所述新的自适应滤波权值。

其中， 所述新的自适应滤波权值的计算方法可以参照 下述公式 a, 该 公式具体为：

i = 0X...,(M-V) (公式 a )

^ = 0,1,...,(— -1)

M

其中， + 1)为更新后的自适应滤波权值， _ik («)为当前自适应滤波权 值， /和 均为预设常数， L 为自适应滤波器的抽头个数， M 为分析滤波 处理得到的子带个数， _e »为第 1支路的误差信号值， 4)为第 1支路 第 i分量的输入信号值。 值得说明的是，当使用当前自适应滤波权值对 输入信号进行自适应滤 波得到的自适应滤波输出信号与真实输出信号 之间差值稳定波动在一个 较小的区间内时， 也就是说， 在误差信号达到收敛时， 则可以认为自适应 滤波器已经可以仿真真实信道了， 此时需要输出自适应滤波器的信号， 故 在所述步骤 102之后， 还设置有以下步骤， 如图 3所示， 该方法还包括：

106、 收敛检测器判断所述误差信号是否收敛。

107、 若所述收敛检测器确定所述误差信号收敛， 则控制所述减法器 根据所述自适应滤波信号， 生成仿真信号， 并将所述仿真信号输出。

具体来说， 所述收敛检测器控制所述减法器根据所述自适 应滤波信 号， 生成仿真信号的实现方法可以为： 当只有单路自适应滤波信号时， 则 控制所述减法器将所述单路自适应信号作为仿 真信号直接输出； 当有多路 自适应滤波信号时， 将所述多路自适应滤波信号进行加法计算， 得到仿真 信号。

另外， 值得说明的是。 本发明实施例提供了一种自适应滤波器， 其结 构如图 4所示。 该滤波器具有 L条支路， 包括第 1支路至第 L支路， 每条 支路有一个入端口和出端口； 其中， L为正整数。

当 L等于 1 时， 第 L支路中设置有 M个乘法器， M-1个加法器、 M-1 个 M拍延时器；其中，所述 M个乘法器为乘法器 0至乘法器 M-1,所述 M-1 个加法器为加法器 1到加法器 M-1, 所述 M-1个 M拍延时器为 M拍延时器 1到 M拍延时器 M-1; 每个延时器均具有一个入端口和一个出端口， 每个 乘法器均具有一个入端口和一个出端口、每个 加法器均具有两个入端口和 一个出端口； 其中， M为正整数； 所述第 L条支路的入端口与乘法器 0至 乘法器 M-1的入端口相连；乘法器 0的出端口与 M拍延时器 1的入端口相 连；乘法器 1至乘法器 M-1的出端口分别与加法器 1至加法器 M-1各自的 一个入端口相连； M拍延时器 1至 M拍延时器 M-1的出端口分别于加法器 1至加法器 M-1各自的另一个出端口相连。

则所述自适应滤波器接收输入信号，根据当前 存储在所述自适应滤波 器内的自适应滤波权值， 对所述输入信号进行自适应滤波处理， 得到自适 应滤波信号， 包括：

在第 L条支路中，乘法器 0至乘法器 M-1分别从入端口接收所述输入 信号， 并根据乘法器各自内部存储的自适应滤波权值 ， 分别对所述输入信 号进行乘法计算， 得到各自生成的乘法器输出信号； 乘法器 0 至乘法器 M-1分别将各自生成的乘法器输出信号从各自的 出端口输出； M拍延时器 1至 M拍延时器 M-1分别对各自的入端口接收的信号进行 M拍延时处理， 生成各自生成的 M拍延时信号； M拍延时器 1至 M拍延时器 M-1分别将各 自生成的 M拍延时信号从各自的出端口进行输出； 加法器 1至加法器 M-1 分别对从各自对应的两个入端口接收的信号进 行加法处理，得到各自生成 的加法器输出信号；加法器 1至加法器 M-1分别将各自生成的加法器输出 信号从各自对应的出端口输出。

当 L大于 1时， 第 L支路中设置有一个 L-1拍延时器、 M个乘法器， M-1个加法器、 M-1个 M拍延时器； 其中， 所述 M个乘法器为乘法器 0至 乘法器 M-1, 所述 M-1个加法器为加法器 1到加法器 M-1, 所述 M-1个 M 拍延时器为 M拍延时器 1到 M拍延时器 M-1; 每个延时器均具有一个入端 口和一个出端口， 每个乘法器均具有一个入端口和一个出端口、 每个加法 器均具有两个入端口和一个出端口； 在第 L条支路中， 所述第 L条支路 的入端口与 L-1拍延时器的入端口相连；所述 L-1拍延时器的出端口与所 有乘法器的入端口相连；乘法器 0的出端口与 M拍延时器 1的入端口相连； 乘法器 1至乘法器 M-1的出端口分别与加法器 1至加法器 M-1各自的一个 入端口相连； M拍延时器 1至 M拍延时器 M-1的出端口分别于加法器 1至 加法器 M-1各自的另一个出端口相连。

则所述自适应滤波器接收输入信号，根据当前 存储在所述自适应滤波 器内的自适应滤波权值， 对所述输入信号进行自适应滤波处理， 得到自适 应滤波信号， 包括：

在第 L条支路中， L-1拍延时器从自身的入端口接收所述输入信号 ， 并将所述输入信号进行 L-1拍延时处理， 生成 L-1拍延时信号； 所述 L-1 拍延时器将所述 L-1拍延时信号从自身的出端口输出；乘法器 0至乘法器 M-1分别从入端口接收所述 L-1拍延时信号， 并根据乘法器各自内部存储 的自适应滤波权值， 分别对所述 L-1拍延时信号进行乘法计算， 得到各自 生成的乘法器输出信号；乘法器 0至乘法器 M-1分别将各自生成的乘法器 输出信号从各自的出端口输出； M拍延时器 1至 M拍延时器 M-1分别对各 自的入端口接收的信号进行 M拍延时处理， 生成各自生成的延时信号； M 拍延时器 1至 M拍延时器 M-1分别将各自生成的延时信号从各自的出端口 进行输出；加法器 1至加法器 M-1分别对从各自对应的两个入端口接收的 信号进行加法处理， 得到各自生成的加法器输出信号； 加法器 1至加法器 M-1分别将各自生成的加法器输出信号从各自对 应的出端口输出。

当然，本发明实施例不局限于只能使用上述自 适应滤波器的结构来实 现基于误差子带的自适应滤波方法， 也可以使用本技术领域中常用的 FIR 滤波器来实现。 本发明实施例还提供了一种误差子带滤波器， 其结构如图 5所示， 该 滤波器具有 N条支路， 包括第 1支路至第 N支路， 每条支路有一个入端口 和一个出端口； 其中， 所述 N为正整数。

当 X等于 1时， 第 X支路中设置有一个低通滤波器， 一个乘法器 X-1 和一个抽取器 X- 1 ; 低通滤波器的入端口与第 X支路的入端口相连， 低通 滤波器的出端口与乘法器 X- 1的入端口相连，乘法器 X- 1的出端口与抽取 器 X-1相连， 抽取器 X- 1的出端口与第 X支路的出端口相连。

则误差子带滤波器接收所述误差信号，并对所 述误差信号进行子带分 析滤波处理， 得到误差子带信号， 包括：

低通滤波器从自身的入端口接收所述误差信号 ，根据自身的带通设置 对所述误差信号进行滤波处理， 得到低通滤波器信号； 低通滤波器将所述 低通滤波器信号从自身的出端口输出；乘法器 X-1根据自身内部存储的权 值，对从自身的入端口接收到的信号进行惩罚 处理，得到乘法器输出信号； 乘法器 X- 1将乘法器输出信号从自身的出端口输出；抽� �器 X-1对从自身 的入端口接收到的信号进行 X倍下采样处理，得到第 X支路的误差子带信 号； 抽样器 X- 1将第 X支路的误差子带信号从自身的出端口输出。

当 X大于 1 , 并小于 N- 1时， 第 X支路中设置有一个带通滤波器、 一 个 X-1拍延时器、 一个乘法器 X- 1和一个抽取器 X- 1 ; 带通滤波器的入端 口与第 X支路的入端口相连，带通滤波器的出端口与 X- 1拍延时器的入端 口相连； X- 1拍延时器的出端口与乘法器 X- 1的入端口相连， 乘法器 X- 1 的出端口与抽取器 X—1相连，抽取器 X- 1的出端口与第 X支路的出端口相 连。

则误差子带滤波器接收所述误差信号，并对所 述误差信号进行子带分 析滤波处理， 得到误差子带信号， 包括：

带通滤波器从自身的入端口接收所述误差信号 ，根据自身的带通设置 对所述误差信号进行滤波处理， 得到带通滤波器信号； 带通滤波器将所述 带通滤波器信号从自身的出端口输出； X-1拍延时器将从自身的入端口接 收的信号进行 X- l拍延时处理， 得到延时信号； X-1拍延时器将所述延时 信号从自身的出端口输出； 乘法器 X-1根据自身内部存储的权值， 对从自 身的入端口接收到的信号进行惩罚处理， 得到乘法器输出信号； 乘法器

X- 1将乘法器输出信号从自身的出端口输出； 抽样器 X-1对从自身的入端 口接收到的信号进行 X倍下采样处理， 得到第 X支路的误差子带信号； 抽 样器 X- 1将第 X支路的误差子带信号从自身的出端口输出。

当 X等于 N时， 第 X支路中设置有一个高通滤波器、 一个 X- 1拍延时 器、 一个乘法器 X- 1和一个抽取器 X- 1 ; 高通滤波器的入端口与第 X支路 的入端口相连， 高通滤波器的出端口与 X- 1拍延时器的入端口相连； X- 1 拍延时器的出端口与乘法器 X- 1的入端口相连，乘法器 X- 1的出端口与抽 取器 X- 1相连， 抽取器 X-1的出端口与第 X支路的出端口相连。

则误差子带滤波器接收所述误差信号，并对所 述误差信号进行子带分 析滤波处理， 得到误差子带信号， 包括：

高通滤波器从自身的入端口接收所述误差信号 ，根据自身的高通设置 对所述误差信号进行滤波处理， 得到高通滤波器信号； 高通滤波器将所述 高通滤波器信号从自身的出端口输出； X-1拍延时器将从自身的入端口接 收的信号进行 X- 1拍延时处理， 得到延时信号； X-1拍延时器将所述延时 信号从自身的出端口输出； 乘法器 X- 1根据自身内部存储的权值， 对从自 身的入端口接收到的信号进行惩罚处理， 得到乘法器输出信号； 乘法器

X- 1将乘法器输出信号从自身的出端口输出； 抽样器 X-1对从自身的入端 口接收到的信号进行 X倍下采样处理， 得到第 X支路的误差子带信号； 抽 样器 X- 1将第 X支路的误差子带信号从自身的出端口输出。

当然，本发明实施例不局限于只能使用上述误 差子带滤波器的结构来 实现基于误差子带的自适应滤波方法，也可以 使用本技术领域中常用的子 带分析滤波器来实现。

并且，所述输入信号分析滤波器的结构与所述 误差子带滤波器的结构 类似，对输入信号的分析滤波处理的方法也与 误差子带滤波器对误差信号 的处理方法类似， 本发明实施例对此不再详细描述。

本发明实施例提供的一种基于误差子带的自适 应滤波方法，对所述误 差信号和输入信号分别进行分析滤波处理，得 到误差子带信号和输入子带 信号； 并根据所述输入子带信号和所述误差子带信号 进行计算， 得到新的 自适应滤波权值， 并对自适应滤波器中的权值进行更新， 从而使得自适应 滤波器在进行工作时可以直接使用更新后的权 值对所述输入信号进行自 适应滤波器处理， 得到自适应滤波信号。 相比于现有技术中， 需要将输入 信号先进行分析滤波处理，并将处理结果输入 至自适应滤波器中进行自适 应处理， 得到自适应滤波子带信号， 再将自适应滤波子带信号进行综合滤 波处理， 才能得到自适应滤波信号这一技术方案， 本发明不需要对自适应 滤波器的处理结果进行恢复， 相比于现有技术提供的技术方案， 省去了用 于信号重构的综合滤波器， 从而减少自适应滤波算法的运算量。

实施例 2

基于如图 1 所示的系统架构的描述， 本发明实施例以子带个数为 2 为例， 具体阐述本发明实施例提供的一种基于误差子 带的自适应滤波方 法。 如图 6所示， 该方法包括：

201、 自适应滤波器、 输入信号分析滤波器收到输入信号；^)。

202、 自适应滤波器根据所述当前自适应滤波权值， 对; 进行自适 应滤波处理， 生成 L路自适应滤波输出信号 y。( _w )、 _Υι (η) yj/i) , 并 将 y。("）、 ) y M)送入减法器。

其中， L为自适应滤波器的抽头个数。

203、 输入信号分析滤波器对； )进行子带分析滤波处理， 得到 4 路 输入子带信号 JC ₀₀ (W)、 x ₀₁ (n) , x _w (n) , x _n (n) , 并将 JC ₀₀ (W)、 x ₀₁ (n) , x ₁₀ (n) , x _n (n) , x _x {n)送入自适应权值更新器。

204、 减法器接收 y。(w)、 _Υι (η) y w)和参考信号 d(w) , 并将^ ) 与 d(w)求差得到误差信号 , 并将 送入误差子带滤波器。 205、 误差子带滤波器对 e(«)进行分析滤波处理， 得到 2 路误差子带 信号 e。 (n)和 _ei (n) , 并将 e。 (n)和 _ei (n)送入自适应权值更新器。

206、 自适应权值更新器根据；^。。^)、 χ ₀₁ (η) , x _w (n) , JC _U ( _W )和 e。(w)和6 ₁ (") , 结合下述公式 2, 得到新的自适应滤波权值： sok + 1) = sok (n) + 2μ[α ₀ β ₀ (n)x _QQ (n-k) + a _x e _x (n)x ₁₀ (n - sik (n + l) = sik (n) + 2μ[α ₀ β ₀ (n)x _m (n-k) + α _γ β _γ (n)x _n (n - 公式 b

L

其中， k等于 0、 1、 1

207、 自适应权值更新器将自适应滤波器中的当前自 适应滤波权值替 换为所述新的自适应滤波权值。

在此实施例中， 权系数更新式， 即公式 b的推倒过程如下， 具体为 设该自适应滤波算法的代价函数为

其权系数更新公式便可表示为

S _m (« + 1) = S _m («)- /

其中 ,;„ :T，fc = l,2,L ,L/2-l , 式中 L为滤波器的抽头系数

自适应滤波器的传递函数为

滤波器输出信号为

Y(z) = X(z)S(z) = X(z)S ₀ (z ² ) + X(z)z' ¹ Si(z ² ) (5)

误差信号为

E(z) = D(z)-Y(z) (6)

根据误差子带滤波器的输入输出关系可以得到 (【zx•

X 。¾w))"、 )】5))【ZH + XX- - ¾。。5X-())z H+XH -一、 -

、― -'

、

、 (}(())】(()))【)(zzzzz^HH + xx-- -""5

-(5))H + XH -"

。(3))(ZZZH + X -5、5

。((()i)z^H + xH ls

。)】()))ZH + EH5、- dE ₀ (z)

-X

dE _x {z)

(8) (9)式便可以写成

¾ )= [^ ^1/2 ) + ^(-2 ^1/2 ) o ^1/2 )-^o(z)X' ₀₀ (z)-5 ₁ (z)X' ₀₁ (z)

E ₁ (z) = ^[D(z ^1/2 ) + D(-z ^1/2 )]H ₀ (z ^1/2 )- ^z)X ₀ (z)- (z)X ₁ (z) 结合（14) (13) (12) , (2)可以重新写成：

Sot (" + 1) = Sok (n) + 2μ[α ₀ Ε{β ₀ (n-k)} + a ₁ E{e ₁ (n)x (n-k)}]

Sik (" + 1) = sik (n) + 2μ[α ₀ Ε{β ₀ (n)x _Q1 (n-k)} + a ₁ E{e ₁ (n)x _n (n-k)}]

sok + 1) = sok (n) + 2μ[α ₀ β ₀ (n)x _QQ (n-k) + a _x e _x (n)x ₁₀ (n -

(16)

Sik (/i + l) = sit (n) + 2μ[α ₀ β ₀ (n)x _Ql {n-k) + a _x e _x (n)x _n (n 由式（13) (12)可以得到

X' ₀₀ (z)= [X(z ^1/2 )H ₀ (z ^1/2 ) + X(-z ^1/2 )H ₀ (-z ^1/2 )] X ₀ (z)=^[X(z ^/2 )H ₁ (z ^1/2 ) + X(-z ^1/2 )H ₁ (-z ^1/2 )]

(17)

X' ₀₁ (z)= [X(z- ^1/2 )z ^1/2 H ₀ (z ^1/2 ) + X(-z ^1/2 )(-z- ^1/2 )H ₀ (-z ^1/2 )]

X ₁ (z) =-[X(z- ^U2 )z ' ² H ₁ (z ¹ ' ² ) + X(-z ' ² )(-z- ¹ ' ² )H ₁ (-z ¹ ' ² )] 在本实施例中， 该自适应滤波算法收敛性的推导过程如下， 包括: 对真实信道的传递函数 S (z)做多相分解。 所以参考信号可以表示

D(z) = X(z)S ₀ (z) + X(z)z- ¹ S ₁ (z) (18) 式（6)便可以写成

E(z) = X(z)[S _Q (z-)-S _f) (z ² )] + X(z)[z- ^l S _l (z ² )-z- ^l S _l (z ² )] (19)

^V ₀ (z) = S ₀ (z)S ₀ (z) , ¼ ( -& ( 上式便可改写为

E(z) = X{z)V ₀ (z ² ) + X(z) z' (z ¹ ) (20) 代入（7)

E ₀ (z) = X ₀₀ (z)V ₀ (z) + X ₀₁ (z)V ₀ (z)

(21)

E ₁ (z) = X _w (z)V ₀ (z) + X _n (zW ₁ (z)

(21)的时域表达式为： e ₀ (") = XQO (")V ₀ (n) + x ^T _m (n)\ _l (n)

(22)

(") = x【 ₀ (n)y ₀ (n) + x ^T _n («)v ₁ («) 其中 = [x _lk (n), x _lk (n - 1)， .··, x _lk (n-L/2 + l)],l,k = 1， 将上式代入（16)权值更新式可以得到 ν ₀ (η + ϊ) = ν ₀ (") - 2μ ₀ χ ₀₀ (n)x _m (n)v ₀ (")

- 2μα ₀ χ _ω (n)\ ^T _Ql (n)\ _l (n)

(23)

- 2 «¾x ₁₀ (w) fo (") v ₀ («)

-2 « ₁ x ₁₀ (w)x ₁ (w)v ₁ (w) n + l) = y ₁ (n) - 2μ ₀ χ ₀₁ (n)x ₀₀ (n)v ₀ (")

-2 « ₀ x ₀₁ (w)Xo ₁ (w)v ₁ («)

(24)

-2 i« ₁ x ₁₁ («)x ₁ ^7, ₁ (/?)v ₁ (/?) 把（23)和（24)用向量的形式表示 其中 xoo(") ^x oi(")

A, (26)

xoi (") （") ^χ οι(») ^χ οι(«) 对（25)取均值 v ₀ (")

E -2//£{a。A。 I (28)

令 Φ = E[( ₀ A。 + QTjAJ 所以上式便可改写为经典的 ε(η + ϊ) = [1-2μΦ]ε(η) (29) 此时， 因为 χ。。(/ί) , χ ₀₁ («)， x _m (n) , χ _π («)为 χ的解析量， 有不同的频语分 量， 其内积为零， 所以它们是互不关的。 由此我们可以知道 Α。， Α, , Φ为 正定对角阵。

设 Φ的特征值为：

^ < ₂ <L < _L (30) 所以该自适应滤波算法收敛的条件为：

0< u<—— (31)

λ, 在本实施例中， 仅以子带数为 2进行描述， 但本发明实施例提供的基 于误差子带的自适应滤波算法则不局限于只能 以 2个子带进行处理，若将 子带数量推广至 M时， 则该自适应滤波算法的收敛条件为：

首先我们对估计滤波器 ^ ( 做 Μ组的多相分解

S(z) = So(z ^M ) + z' ¹ S2(z ^M )+L +z— ^M+1 SM-I(Z ^M ) (32)

这时的代价函数为

J(n) = E{a _Q e _Q (n) + a _l e _l (n)+h ^ a _M _ _l e _M _ _l {n)\ (33)

而它的权值更新式为

Ski (η + ΐ) = Ski (n) + 2μ^ (n)x _lk (n - i)

1=0

k = 0,l,L ,(M-1) (34)

= 0,1,L ,(— -1)

M

L为 的抽头个数。 （28)可以扩展为

Φ = « ₀ Φ ₀ + α _{χ χ} +L + α _Μ _ _χ (36)

k = 0,l,L ,( -1) 则此时的收敛的条件为

(38)

为了描述方便， 在此假设 的长度为 8，子带个数为 4。 =∑¾ , (39)

x _kl (n) = [b _k (l + 4n) b _k (l + 4n + 4)] (41)

r _k (m) = E[b _k (n)b _k (n + m)\ (42)

1(0) 1(4) id) 1(5) 1(2) 1(6) 1(3) 1(7)

1(4) 1(0) 1(3) id) 1(2) 1(2) id) 1(3)

id) 1(3) 1(0) 1(4) id) 1(5) 1(2) 1(6)

Φ M M M M M M M M (43)

M M M M M M M M

M M M M M M M M

1(7) 1(3) 1(6) 1(2) 1(5) id) 1(4) 1(0)

这里假设误差子带滤波器的 4 条支路的传递函数分别为 H。( _e ) , HC , H ₂ (e ^ja ) , H ₃ (0 , 它们的带宽分别是 πΙΑ。 设 H(e ^ja> )的通带为 [-^/8,^/8], 通带增益为 1，该组滤波器便可由该滤波器平移得到。 H _k (e ^J 。 ^J ) = H (e ^{J 0J} —°") H (W ^k ) (44) o _k =(2^ + 1)(Λ-/8),^ = 0,1,2,3 (45) 设 的功率谱密度函数为

其中 在带宽内增益为 1, 带宽为 [- τ/8, τ/8]

则 b(«)的功率谱函数为

P _k {e ^jm ) = P _x {e ^j0 '){\H (e ^i{m ) ) I ² + I H ( ^ω - ^ω ' ) ) I ² } (47) 尸( ）与 ^( ）有相同性质， 所以 (47)又可以写成

P _k (e ^JW ) = P _x (e ^ja )r _k ( ^¾ ) ) + f ^¾ ) )) (48) 对上式做反傅里叶变化

r _k (n) = 2r _k p(n)co^ _k n) (49) p(n)为 P(e ^j )的傅里叶逆变换。 令 q(n) = _j a _k r _k (n) (50) 则有 φ) ?( ) q(D q(5) q(2) q(6) q(3) q{l)

q(4) q( ) q ) q(D q(2) q(2) q(D q )

q(D q ) q( ) q(4) q(D q(5) q(2) q(6)

M M M M M M M M (51)

M M M M M M M M

M M M M M M M M

q{l) q ) Φ) q(2) q(5) q(4) q( ) 由令 为 , 则 q(n) = 2cp{n)^co^{ _k n) (52) 因为 不为零， 又因为 p(n)为 sine i¾ $^^~ n = 8m, m = ...— 2,-1,1, 2,...为零， 所以只有当 n=0的时候 不为零， 所以 Φ = (0)Ι。 所以该算法具有很好的收敛性。 从 式中我们可以看出信号自相关矩阵的条件数为 1 (矩阵的最大特征值除以 最小特征值）， 而一般的自适应滤波算法的输入自相关矩阵的 条件数大于 1。 根据自适应算法的理论我们可以知道， 随着自相关矩阵条件数的增大， 自适应滤波的收敛速度将会下降。所以基于误 差子带的自适应滤波具有更 高的收敛速度。 另外， 值得说明的是， 本发明实施例提供的一种基于误差子带的自适 应滤波方法既可以用于仿真数字信道， 也可以用于仿真模拟信道。 若仿真 数字信道，则可以直接使用本发明实施例提供 的一种基于误差子带的自适 应滤波方法； 若要仿真模拟信道， 本发明实施例还需要引入 Sigma-Delta 系统， 该系统包括 Sigma-Delt调制器其作用是对模拟输入以大大高� �耐 奎斯特采样率的速度对模拟输入信号进行过采 样； Sigma-Delta数模转换 器， 其作用是对数据进行数模转换； Sigma-Delta模数转换器， 其作用是 对数据进行模数转换。 引入 S i gma-De l t a系统后的自适应滤波系统如图 7 所示。

本发明实施例提供的一种基于误差子带的自适 应滤波方法，对所述误 差信号和输入信号分别进行分析滤波处理，得 到误差子带信号和输入子带 信号； 并根据所述输入子带信号和所述误差子带信号 进行计算， 得到新的 自适应滤波权值， 并对自适应滤波器中的权值进行更新， 从而使得自适应 滤波器在进行工作时可以直接使用更新后的权 值对所述输入信号进行自 适应滤波器处理， 得到自适应滤波信号。 相比于现有技术中， 需要将输入 信号先进行分析滤波处理，并将处理结果输入 至自适应滤波器中进行自适 应处理， 得到自适应滤波子带信号， 再将自适应滤波子带信号进行综合滤 波处理， 才能得到自适应滤波信号这一技术方案， 本发明不需要对自适应 滤波器的处理结果进行恢复， 相比于现有技术提供的技术方案， 省去了用 于信号重构的综合滤波器， 从而减少自适应滤波算法的运算量。

实施例 3

本发明实施例提供的一种基于误差子带的自适 应滤波系统， 参考图 1 , 包括： 自适应滤波器、 减法器、 误差子带滤波器、 输入信号分析滤波 器、 自适应权值更新器。

自适应滤波器， 用于接收输入信号， 根据当前存储在所述自适应滤波 器内的自适应滤波权值， 对所述输入信号进行自适应滤波处理， 得到自适 应滤波信号， 并将所述自适应滤波信号传输至减法器。

减法器， 用于接收参考信号和所述自适应滤波信号， 并根据所述参考 信号和所述自适应滤波信号进行计算， 得到误差信号， 并将所述误差信号 传输至误差子带滤波器； 其中， 所述参考信号为所述输入信号通过真实信 道后生成的信号。

误差子带滤波器， 用于接收所述误差信号， 并对所述误差信号进行子 带分析滤波处理， 得到误差子带信号， 并将所述误差子带信号传输至自适 应权值更新器。

输入信号分析滤波器， 用于接收所述输入信号， 并对所述输入信号进 行子带分析滤波处理， 得到输入子带信号， 并将所述输入子带信号传输至 自适应权值更新器。

自适应权值更新器， 用于接收所述误差子带信号和所述输入子带信 号， 并根据所述误差子带信号和所述输入子带信号 进行计算， 得到新的自 换为所述新的自适应滤波权值。

可选的是， 参考图 4, 上述自适应滤波器具有 L条支路， 包括第 1支 路至第 L支路， 每条支路有一个入端口和出端口； 其中， L为正整数； 当 L等于 1 时， 第 L支路中设置有 M个乘法器， M-1个加法器、 M-1 个 M拍延时器；其中，所述 M个乘法器为乘法器 0至乘法器 M-1,所述 M-1 个加法器为加法器 1到加法器 M-1, 所述 M-1个 M拍延时器为 M拍延时器 1到 M拍延时器 M-1; 每个延时器均具有一个入端口和一个出端口， 每个 乘法器均具有一个入端口和一个出端口、每个 加法器均具有两个入端口和 一个出端口； 其中， M为正整数； 所述第 L条支路的入端口与乘法器 0至 乘法器 M-1的入端口相连；乘法器 0的出端口与 M拍延时器 1的入端口相 连；乘法器 1至乘法器 M-1的出端口分别与加法器 1至加法器 M-1各自的 一个入端口相连； M拍延时器 1至 M拍延时器 M-1的出端口分别于加法器 1至加法器 M-1各自的另一个出端口相连；

当 L大于 1时， 第 L支路中设置有一个 L-1拍延时器、 M个乘法器， M-1个加法器、 M-1个 M拍延时器； 其中， 所述 M个乘法器为乘法器 0至 乘法器 M-1, 所述 M-1个加法器为加法器 1到加法器 M-1, 所述 M-1个 M 拍延时器为 M拍延时器 1到 M拍延时器 M-1; 每个延时器均具有一个入端 口和一个出端口， 每个乘法器均具有一个入端口和一个出端口、 每个加法 器均具有两个入端口和一个出端口； 在第 L条支路中， 所述第 L条支路 的入端口与 L-1拍延时器的入端口相连；所述 L-1拍延时器的出端口与所 有乘法器的入端口相连；乘法器 0的出端口与 M拍延时器 1的入端口相连； 乘法器 1至乘法器 M-1的出端口分别与加法器 1至加法器 M-1各自的一个 入端口相连； M拍延时器 1至 M拍延时器 M-1的出端口分别于加法器 1至 加法器 M-1各自的另一个出端口相连。

可选的是， 参照图 5, 上述所述误差子带滤波器具有 N条支路， 包括 第 1支路至第 N支路， 每条支路有一个入端口和一个出端口； 其中， 所述 N为正整数；

当 X等于 1时， 第 X支路中设置有一个低通滤波器， 一个乘法器 X-1 和一个抽取器 X-1; 低通滤波器的入端口与第 X支路的入端口相连， 低通 滤波器的出端口与乘法器 X-1的入端口相连，乘法器 X-1的出端口与抽取 器 X-1相连， 抽取器 X-1的出端口与第 X支路的出端口相连；

当 X大于 1, 并小于 N-1时， 第 X支路中设置有一个带通滤波器、 一 个 X-1拍延时器、 一个乘法器 X-1和一个抽取器 X-1; 带通滤波器的入端 口与第 X支路的入端口相连，带通滤波器的出端口与 X-1拍延时器的入端 口相连； X-1拍延时器的出端口与乘法器 X-1的入端口相连， 乘法器 X-1 的出端口与抽取器 X—1相连，抽取器 X-1的出端口与第 X支路的出端口相 连；

当 X等于 N时， 第 X支路中设置有一个高通滤波器、 一个 X-1拍延时 器、 一个乘法器 X-1和一个抽取器 X-1; 高通滤波器的入端口与第 X支路 的入端口相连， 高通滤波器的出端口与 X-1拍延时器的入端口相连； X-1 拍延时器的出端口与乘法器 X-1的入端口相连，乘法器 X-1的出端口与抽 取器 X-1相连， 抽取器 X-1的出端口与第 X支路的出端口相连。

可选的是， 如图 8所示， 还包括： 收敛检测器。

收敛检测器， 用于判断所述误差信号是否收敛； 若确定所述误差信号 收敛， 则控制所述减法器根据所述自适应滤波信号， 生成仿真信号， 并将 所述仿真信号输出。

本发明实施例提供的一种基于误差子带的自适 应滤波装置，通过对所 述误差信号和输入信号分别进行分析滤波处理 ，得到误差子带信号和输入 子带信号； 并根据所述输入子带信号和所述误差子带信号 进行计算， 得到 新的自适应滤波权值， 使得输出信号时不需要对输入信号进行恢复， 相比 于现有技术提供的技术方案， 省去了用于信号重构的综合滤波器， 从而减 少自适应滤波算法的运算量。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术 人员可以清楚地了解到 本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来 实现， 当然也可以通过硬 件， 但很多情况下前者是更佳的实施方式。 基于这样的理解， 本发明的技 术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部 分可以以软件产品的形式 体现出来， 该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中 ， 如计算机的软 盘， 硬盘或光盘等， 包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以 是个人 计算机， 服务器， 或者网络设备等） 执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局 限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技术范围内， 可 轻易想到变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明 的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准 。