專(zhuān)利名稱(chēng)：一種改進(jìn)的lms算法的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，具體地，涉及單載波通信系統(tǒng)中自適應(yīng)濾 波領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自適應(yīng)濾波器一直是信號(hào)處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，經(jīng)30多年的發(fā)展，其 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用-丁'數(shù)字通信、雷達(dá)、聲納、地震學(xué)、導(dǎo)航系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)和工 業(yè)控制領(lǐng)域。
自適應(yīng)濾波器能夠根據(jù)環(huán)境的改變，使用自適應(yīng)算法來(lái)改變?yōu)V波器的參 數(shù)和結(jié)構(gòu)。 一般情況下，不改變自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)，而自適應(yīng)濾波器的系 數(shù)是由自適應(yīng)算法更新的時(shí)變系數(shù)。即其系數(shù)自動(dòng)連續(xù)地適應(yīng)于給定信號(hào)， 以獲得期望響應(yīng)。自適應(yīng)濾波器的最重要的特征就在于它能夠在未知環(huán)境中 有效工作，并能夠跟蹤輸入信號(hào)的時(shí)變特征，它的原理如圖l所示。x(n)為 輸入信號(hào)，y(n)為濾波器的輸出，d(n)為期望信號(hào)，即參考輸入，e(n)為誤差 信號(hào)，w(n)為可變的濾波器權(quán)系數(shù)。
輸入信號(hào)x(n)經(jīng)過(guò)濾波運(yùn)算后得到輸出信號(hào)y (n)，輸出信號(hào)y(n)與期望信 號(hào)d(n)進(jìn)行減法運(yùn)算后得到誤差信號(hào)e(n)，誤差信號(hào)e(n)和輸入信號(hào)x(n)經(jīng) 過(guò)一定得自適應(yīng)算法的運(yùn)算來(lái)影響數(shù)字濾波器權(quán)系數(shù)w(n)，達(dá)到自適應(yīng)的效果。
自適應(yīng)算法主要有最小均方誤差(LMS)算法和遞推最小二乘(RLS)算法兩 種。由Widow和Hoff提出的LMS算法是利用梯度估計(jì)值來(lái)代替梯度向量的一 種快速搜索算法，因其具有計(jì)算量小、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。其基本思 想是調(diào)整濾波器的權(quán)值參數(shù)，使濾波器的輸出信號(hào)與期望信號(hào)之間的均方誤差 最小。LMS算法，即最小均方誤差算法，實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)圖如圖2所 示，圖中u為步長(zhǎng)參數(shù)。
經(jīng)過(guò)傅立葉變換的輸入信號(hào)x(n)，在頻域中進(jìn)行濾波運(yùn)算，得到輸出信號(hào) y(n)，即數(shù)字濾波器的輸出y(n)。 y(n)不僅作為整個(gè)自適應(yīng)濾波器的輸出，而 且它再經(jīng)過(guò)傅立葉反變換后進(jìn)行時(shí)域內(nèi)的運(yùn)算處理，即與期望信號(hào)d(n)進(jìn)行減 法運(yùn)算操作，得到誤差信號(hào)e(n)。誤差信號(hào)e(n)經(jīng)過(guò)一次傅立葉變換，再進(jìn)行 頻域的運(yùn)算處理，即與歩長(zhǎng)2u和輸入寄存器中的x(n)進(jìn)行相乘的運(yùn)算，得到 的結(jié)果用于影響數(shù)字濾波器的權(quán)系數(shù)，即w(n+l) = w(n) +2ue(n) x (n)，這 樣完成自適應(yīng)過(guò)程。
本發(fā)明提出的一種改進(jìn)的LMS算法的實(shí)現(xiàn)方法，與一般的[IS算法的實(shí)現(xiàn) 方法相比，減少使用輸入寄存器一半的存儲(chǔ)空間，并且有較好的收斂性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的一種改進(jìn)的LMS算法的實(shí)現(xiàn)方法，在輸入寄存器中只存儲(chǔ)輸 入信號(hào)x(n)的相位，在自適應(yīng)算法的運(yùn)算過(guò)程中，對(duì)誤差信號(hào)e(n)與步長(zhǎng)2u 相乘得出的結(jié)果進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)操作，相位旋轉(zhuǎn)量為輸入信號(hào)x(n)的相位值。
本發(fā)明提出的一種改進(jìn)的LMS算法的實(shí)現(xiàn)方法，其具體實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)如圖3 所示，它由相位寄存器、 一個(gè)乘法器、 一個(gè)加法器和權(quán)系數(shù)寄存器組成。
相位寄存器，用于寄存輸入信號(hào)x(n)的相位的值， 一般來(lái)說(shuō)，輸入信號(hào)的 信息包括模和相位，此處只用來(lái)存儲(chǔ)輸入x(n)的相位，故與一般的LMS算法的 實(shí)現(xiàn)方法相比，節(jié)約了一半的存儲(chǔ)空間。相位寄存器把輸入信號(hào)x(n)的相位的 值作為相位旋轉(zhuǎn)量輸送給相位旋轉(zhuǎn)器。
乘法器，是將誤差信號(hào)e(n)與自適應(yīng)步長(zhǎng)2p進(jìn)行相乘，結(jié)果輸送給相位 旋轉(zhuǎn)器，用于被旋轉(zhuǎn)。
相位旋轉(zhuǎn)器，是將乘法器輸送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)運(yùn)算，旋轉(zhuǎn)的相位量 由相位寄存器提供。相位旋轉(zhuǎn)器的輸出輸送給加法器。
加法器，用于產(chǎn)生新一輪的權(quán)系數(shù)，它將相位旋轉(zhuǎn)模塊的輸出與權(quán)系數(shù)寄 存器中原來(lái)的權(quán)系數(shù)進(jìn)行相加，結(jié)果為新的權(quán)系數(shù)。
權(quán)系數(shù)寄存器，用于寄存加法器得出的新的權(quán)系數(shù)，并將此權(quán)系數(shù)再提供 給加法器，用于產(chǎn)生下一輪新的權(quán)系數(shù)。


圖1為一般自適應(yīng)濾波器的原理圖； 圖2為一般自適應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明提出的方法實(shí)現(xiàn)的LMS算法的結(jié)構(gòu)圖； 圖4為具體實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)圖； 圖5為一般濾波運(yùn)算的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)一個(gè)具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明提出的一種改進(jìn)的LMS算法的實(shí) 現(xiàn)方法。此具體的實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)由誤差計(jì)算模塊、濾波器模塊、輸入存儲(chǔ) 模塊、相位旋轉(zhuǎn)模塊和乘法器模塊組成，如圖4所示。
數(shù)字濾波器包括權(quán)系數(shù)產(chǎn)生模塊和濾波運(yùn)算模塊。權(quán)系數(shù)產(chǎn)生模塊由加法 器和權(quán)系數(shù)寄存器組成，功能如上文發(fā)明內(nèi)容屮所說(shuō)，加法器，用于產(chǎn)生新一 輪的權(quán)系數(shù)，它將相位旋轉(zhuǎn)模塊的輸出與權(quán)系數(shù)寄存器中原來(lái)的權(quán)系數(shù)進(jìn)行相 加，結(jié)果為新的權(quán)系數(shù)。濾波運(yùn)算模塊實(shí)現(xiàn)濾波功能，由一些加法器、移位寄 存器和乘法器組成， 一般的濾波運(yùn)算的結(jié)構(gòu)如圖5所示。數(shù)字濾波器，每完成一次濾波計(jì)算，權(quán)系數(shù)寄存模塊就將新的權(quán)系數(shù)輸送給濾波計(jì)算模塊，改變?yōu)V 波計(jì)算模塊中乘法器的系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)。
相位寄存器，用于存儲(chǔ)輸入x(n)的相位數(shù)，它的功能也如上文發(fā)明內(nèi)容中 所講，相位寄存器把輸入信號(hào)x(n)的相位的值作為相位旋轉(zhuǎn)量輸送給相位旋轉(zhuǎn) 器。
乘法器，是將誤差信號(hào)e(n)與自適應(yīng)歩長(zhǎng)2p進(jìn)行相乘，結(jié)果輸送給相位 旋轉(zhuǎn)模塊。
相位旋轉(zhuǎn)器，是將乘法器模塊輸送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)運(yùn)算，旋轉(zhuǎn)的相 位幅度由輸入存儲(chǔ)模塊提供。相位旋轉(zhuǎn)器的輸出輸送給數(shù)字濾波器中的權(quán)系數(shù) 產(chǎn)生模塊中的加法器。
誤差計(jì)算模塊，是將輸出信號(hào)y(n)經(jīng)過(guò)傅立葉反變換后進(jìn)行時(shí)域的處理， 即與期望信號(hào)d(n)進(jìn)行減法運(yùn)算操作，得到誤差信號(hào)e(n)，再經(jīng)過(guò)--次傅立葉 變換，得到的結(jié)果輸送給乘法器模塊。
本實(shí)施例經(jīng)過(guò)實(shí)際的驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波過(guò)程，性能良好。
本發(fā)明提出的一種改進(jìn)的LMS算法的實(shí)現(xiàn)方法，與一般的LMS算法的實(shí)現(xiàn) 方法相比減少使用輸入寄存器一半的存儲(chǔ)空間，并且有較好的收斂性。
權(quán)利要求
1、一種改進(jìn)的LMS算法的實(shí)現(xiàn)方法，其特點(diǎn)在于在輸入寄存器中只存儲(chǔ)輸入信號(hào)x(n)的相位值，在自適應(yīng)算法中，對(duì)誤差信號(hào)e(n)與步長(zhǎng)2μ相乘得出的結(jié)果進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)操作，相位旋轉(zhuǎn)量為輸入信號(hào)x(n)的相位值。
2、 一種改進(jìn)的LMS算法的實(shí)現(xiàn)方法，其特點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)包括相位寄存 器、 一個(gè)乘法器、相位旋轉(zhuǎn)器、 一個(gè)加法器和權(quán)系數(shù)寄存器。
3、 如權(quán)利要求2所述的相位寄存器，用于寄存輸入信號(hào)x(n)的相位的值， 相位寄存器把輸入信號(hào)x(n)的相位的值作為相位旋轉(zhuǎn)量輸送給相位旋轉(zhuǎn)器。
4、 如權(quán)利要求2所述的乘法器，是將誤差信號(hào)e (n)與自適應(yīng)步長(zhǎng)2 u進(jìn)行 相乘，結(jié)果輸送給相位旋轉(zhuǎn)器，用于被旋轉(zhuǎn)。
5、 如權(quán)利要求2所述的相位旋轉(zhuǎn)模塊，是將乘法器輸送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相位 旋轉(zhuǎn)運(yùn)算，旋轉(zhuǎn)的相位量由相位寄存器提供，相位旋轉(zhuǎn)器的輸出輸送給加法器。
6、 如權(quán)利要求2所述的加法器，用于產(chǎn)生新一輪的權(quán)系數(shù)，加法器將相位 旋轉(zhuǎn)模塊的輸出與權(quán)系數(shù)寄存器中原來(lái)的權(quán)系數(shù)進(jìn)行相加，結(jié)果為新的權(quán)系數(shù)。
7、 如權(quán)利要求2所述的權(quán)系數(shù)寄存器，用于寄存新得到的權(quán)系數(shù)，并將此 權(quán)系數(shù)提供給加法器，用于產(chǎn)生下一輪新的權(quán)系數(shù)。
全文摘要
一種改進(jìn)的LMS算法的實(shí)現(xiàn)方法，是對(duì)自適應(yīng)濾波器中LMS算法實(shí)現(xiàn)的一種改進(jìn)，在輸入寄存器中只存儲(chǔ)輸入信號(hào)x(n)的相位，并且對(duì)誤差信號(hào)e(n)與2μ相乘得出的結(jié)果進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)操作，相位旋轉(zhuǎn)量為輸入信號(hào)x(n)的相位值，μ為步長(zhǎng)參數(shù)。本發(fā)明提出的一種改進(jìn)的LMS算法的實(shí)現(xiàn)方法，其具體的結(jié)構(gòu)如圖所示，它的實(shí)現(xiàn)由相位寄存器、一個(gè)乘法器、相位旋轉(zhuǎn)器、一個(gè)加法器和權(quán)系數(shù)寄存器組成。其中相位寄存器用于寄存輸入信號(hào)x(n)的相位的值；乘法器將誤差信號(hào)e(n)與2μ進(jìn)行相乘；相位旋轉(zhuǎn)模塊是將乘法器輸送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)運(yùn)算；加法器，用于產(chǎn)生新一輪的權(quán)系數(shù)；權(quán)系數(shù)寄存器用于寄存新的權(quán)系數(shù)，再輸送給加法器。
文檔編號(hào)H03H21/00GK101577536SQ20091008686
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
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