一種子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法，屬于數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。該方法首先采用子帶輸入信號(hào)和子帶誤差信號(hào)來估計(jì)子帶誤差信號(hào)功率和子帶系統(tǒng)噪聲功率，然后使用估計(jì)得到的子帶誤差信號(hào)功率和子帶系統(tǒng)噪聲功率來估計(jì)全帶誤差信號(hào)功率和全帶系統(tǒng)噪聲功率，最后通過比較全帶誤差信號(hào)功率和全帶系統(tǒng)噪聲功率的大小來確定重復(fù)利用權(quán)值向量的階數(shù)。使用該方法的子帶自適應(yīng)濾波器，既可獲得較快的收斂速度，還能獲得較低的穩(wěn)態(tài)失調(diào)。
【專利說明】一種子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì)方法，具體地涉及一種子帶自適應(yīng)
[0002]濾波器的權(quán)值向量更新方法，屬于數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器的系數(shù)向量是固定的。傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器的主要任務(wù)是濾除輸入信號(hào)中無用的頻譜分量，而保留需要的頻譜分量，因而其運(yùn)行的方式是根據(jù)輸入信號(hào)和濾波器的系數(shù)向量獲得輸出信號(hào)。與傳統(tǒng)的系數(shù)向量固定的濾波器不同，自適應(yīng)濾波器能夠未知系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)，來逼近該未知系統(tǒng)。由于解決系統(tǒng)辨識(shí)、回聲消除、主動(dòng)噪聲控制、信道均衡、干擾抵消等問題的實(shí)質(zhì)，是根據(jù)未知系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)來求得該未知系統(tǒng)，因而自適應(yīng)濾波器在噪聲抵消器、免提電話、視頻電視、電子助聽器、主動(dòng)噪聲控制器等設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用。
[0004]衡量自適應(yīng)濾波器性能的主要指標(biāo)有收斂速度和穩(wěn)態(tài)失調(diào)。收斂速度決定了自適應(yīng)濾波器逼近未知系統(tǒng)需要的時(shí)間，而穩(wěn)態(tài)失調(diào)決定了逼近未知系統(tǒng)所能達(dá)到的精度。歸一化最小均方(NLMS)自適應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)簡單，因而得到了廣泛使用。但NLMS自適應(yīng)濾波器在輸入為相關(guān)信號(hào)時(shí)，其收斂速度很慢。為此，Lee等人提出了一種子帶自適應(yīng)濾波器[Improving convergence of the NLMS algorithm using constrained subbandupdates, IEEE Signal Processing Letters, 11 (9)，736 - 739，2004]。該濾波器稱為歸一化子帶自適應(yīng)濾波器(NSAF)。雖然NSAF加快了自適應(yīng)濾波器的收斂速度，但是具有較大的穩(wěn)態(tài)失調(diào)。
[0005]為了降低NSAF的穩(wěn)態(tài)失調(diào)，Ni提出了 一種改進(jìn)的歸一化子帶自適應(yīng)濾 波器[Improved normalised subband adaptive filter, ElectronicsLetters, 48 (6),320 - 321，2012]，該濾波器簡寫為INSAF。INSAF利用權(quán)值向量重用的方法來更新自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量，從而降低自適應(yīng)濾波器的穩(wěn)態(tài)失調(diào)。INSAF權(quán)值向量重用階數(shù)會(huì)同時(shí)影響收斂速度的快慢和穩(wěn)態(tài)失調(diào)的大小:權(quán)值重用階數(shù)越小，收斂越快，但是穩(wěn)態(tài)失調(diào)越高；權(quán)值重用階數(shù)越大，穩(wěn)態(tài)失調(diào)越低，但是收斂越慢。因?yàn)镮NSAF無法兼得快的收斂速度和低的穩(wěn)態(tài)失調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法，該方法解決了改進(jìn)的歸一化子帶自適應(yīng)濾波器(INSAF)不能兼得快的收斂速度和低的穩(wěn)態(tài)失調(diào)的問題。
[0007]該發(fā)明的原理為:通過比較全帶誤差信號(hào)功率 <(幻與由全帶系統(tǒng)噪聲功率
《(幻表示的穩(wěn)態(tài)均方誤差的大小，來確定子帶自適應(yīng)濾波器所處的階
段。當(dāng)自適應(yīng)濾波器處于自適應(yīng)初期時(shí)，自適應(yīng)濾波器進(jìn)行更新時(shí)只基于當(dāng)前時(shí)刻的權(quán)值向量，從而加快自適應(yīng)濾波器的收斂速度；當(dāng)自適應(yīng)濾波器處于收斂階段時(shí)，自適應(yīng)濾波器權(quán)值向量的更新基于前Rmax個(gè)時(shí)刻的權(quán)值向量，從而降自適應(yīng)濾波器的低穩(wěn)態(tài)失調(diào)。
[0008]本發(fā)明公開的一種子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法的方案，具體包含以下步驟:
[0009]步驟1.利用子帶自適應(yīng)濾波器N個(gè)子帶誤差信號(hào)ei，D(k)，i=0，l，"％N-l，來估計(jì)N個(gè)子帶誤差信號(hào)功率i=0, I, - ,N-1 ；
[0010]步驟2.利用子帶自適應(yīng)濾波器N個(gè)子帶輸入信號(hào)七(11)，1=0，1，"％^1，和N個(gè)子帶誤差信號(hào)ei，D(k)，i=0，I, - ,N-1,來估計(jì)N個(gè)子帶系統(tǒng)噪聲的功率? 1=0, I,…,N-1 ；
[0011]步驟3.利用步驟I中得到的子帶誤差信號(hào)的功率(lh i=0, I, -,N-1,來估計(jì)全帶誤差信號(hào)的功率 <(幻；
[0012]步驟4.利用步驟2中得到的子帶系統(tǒng)噪聲功率(幻，?=0，1，...，Ν_1，來估計(jì)全帶系統(tǒng)噪聲的功率
[0013]步驟5.根據(jù)步驟3中得到的全帶誤差信號(hào)功率<(衫和步驟4中得到的全帶系統(tǒng)噪聲功率來判定自適應(yīng)濾波器權(quán)值向量重用的階數(shù)R(k)；
[0014]步驟6.用步驟5中得到的濾波器權(quán)值向量重用階數(shù)R(k)來更新自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量。
[0015]優(yōu)選的，上述步驟I中的子帶誤差信號(hào)功率<n(A), i=0, I,-,N-1,由公
式=+來進(jìn)行估計(jì)，其中λ為平滑因子，該平滑因子在
[0.9,0.999]范圍內(nèi)取值。
[0016]優(yōu)選的，上述步驟2中的子帶系統(tǒng)噪聲功率<n W , i=0, I,…，Ν-1，由
【權(quán)利要求】
1.一種子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: 步驟1.利用子帶自適應(yīng)濾波器N個(gè)子帶誤差信號(hào)ei，D(k)，i=0，l，...，N-l，來估計(jì)N個(gè)子帶誤差信號(hào)功率，i=0, I,，，N-1 ; 步驟2.利用子帶自適應(yīng)濾波器N個(gè)子帶輸入信號(hào)ui(n)，i=0，l，...，N-l，和N個(gè)子帶誤差信號(hào)ei，D(k)，i=0，I,，，N-1，來估計(jì)N個(gè)子帶系統(tǒng)噪聲的功率gn(A) , i=0, I, -,N-1 ； 步驟3.利用步驟I中得到的子帶誤差信號(hào)的功率?=0, 1,...,Ν-1,來估計(jì)全帶誤差信號(hào)的功率 步驟4.利用步驟2中得到的子帶系統(tǒng)噪聲功率式^(幻，i=0，l，…，Ν-1，來估計(jì)全帶系統(tǒng)噪聲的功率<(衫； 步驟5.根據(jù)步驟3中得到的全帶誤差信號(hào)功率<(Α.)和步驟4中得到的全帶系統(tǒng)噪聲功率#(幻來判定自適應(yīng)濾波器權(quán)值向量重用的階數(shù)R(k)； 步驟6.用步驟5中得到的濾波器權(quán)值向量重用階數(shù)R(k)來更新自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法，其特征在于:所述步驟I中的子帶誤差信號(hào)功率<#) , i=0, 1，…，N-1，由公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法，其特征在于:所述步驟2中的子帶系統(tǒng)噪聲功率, i=0, I,…，N-1，由公式
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法，其特征在于: 所述步驟3中全帶誤差信號(hào)功率由濾波器的所有子帶誤差信號(hào)功率,
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法，其特征在于: 所述步驟4中全帶系統(tǒng)噪聲功率《(幻由濾波器的所有子帶系統(tǒng)噪聲功率si=0, I, - ,N-1,合成，即
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法，其特征在于:所述步驟5中自適應(yīng)濾波器權(quán)值向量重用的階數(shù)R(k)通過比較全帶誤差信號(hào)功率<(幻與由全帶系統(tǒng)噪聲功率#(幻表示的穩(wěn)態(tài)均方誤差2^)=2^/(2-/1)的大小得到， 即
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子帶自適應(yīng)濾波器的權(quán)值向量更新方法，其特征在于:所述步驟6中的自適應(yīng)濾波器權(quán)重向量的更新公式為
【文檔編號(hào)】H03H21/00GK103929150SQ201410117428
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】倪錦根 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)