[發明專利]一種子帶自適應濾波器的權值向量更新方法

有效

• 申請號: 201410117428.4
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN103929150B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 倪錦根
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H03H21/00
• 分類號: H03H21/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明涉及一種自適應濾波器的設計方法，具體地涉及一種子帶自適應

濾波器的權值向量更新方法，屬于數字濾波器設計領域。

背景技術

傳統的數字濾波器的系數向量是固定的。傳統的數字濾波器的主要任務是濾除輸入信號中無用的頻譜分量，而保留需要的頻譜分量，因而其運行的方式是根據輸入信號和濾波器的系數向量獲得輸出信號。與傳統的系數向量固定的濾波器不同，自適應濾波器能夠未知系統的輸入、輸出信號，來逼近該未知系統。由于解決系統辨識、回聲消除、主動噪聲控制、信道均衡、干擾抵消等問題的實質，是根據未知系統的輸入和輸出信號來求得該未知系統，因而自適應濾波器在噪聲抵消器、免提電話、視頻電視、電子助聽器、主動噪聲控制器等設備中獲得了廣泛應用。

衡量自適應濾波器性能的主要指標有收斂速度和穩態失調。收斂速度決定了自適應濾波器逼近未知系統需要的時間，而穩態失調決定了逼近未知系統所能達到的精度。歸一化最小均方(NLMS)自適應濾波器結構簡單，因而得到了廣泛使用。但NLMS自適應濾波器在輸入為相關信號時，其收斂速度很慢。為此，Lee等人提出了一種子帶自適應濾波器[Improving?convergence?of?the?NLMS?algorithm?using?constrained?subband?updates,IEEE?Signal?Processing?Letters,11(9),736–739,2004]。該濾波器稱為歸一化子帶自適應濾波器（NSAF）。雖然NSAF加快了自適應濾波器的收斂速度，但是具有較大的穩態失調。

為了降低NSAF的穩態失調，Ni提出了一種改進的歸一化子帶自適應濾波器[Improved?normalised?subband?adaptive?filter,Electronics?Letters,48(6),320–321,2012]，該濾波器簡寫為INSAF。INSAF利用權值向量重用的方法來更新自適應濾波器的權值向量，從而降低自適應濾波器的穩態失調。INSAF權值向量重用階數會同時影響收斂速度的快慢和穩態失調的大小：權值重用階數越小，收斂越快，但是穩態失調越高；權值重用階數越大，穩態失調越低，但是收斂越慢。因為INSAF無法兼得快的收斂速度和低的穩態失調。

發明內容

本發明目的是提供一種子帶自適應濾波器的權值向量更新方法，該方法解決了改進的歸一化子帶自適應濾波器(INSAF)不能兼得快的收斂速度和低的穩態失調的問題。

該發明的原理為：通過比較全帶誤差信號功率與由全帶系統噪聲功率表示的穩態均方誤差的大小，來確定子帶自適應濾波器所處的階段。當自適應濾波器處于自適應初期時，自適應濾波器進行更新時只基于當前時刻的權值向量，從而加快自適應濾波器的收斂速度；當自適應濾波器處于收斂階段時，自適應濾波器權值向量的更新基于前R_max個時刻的權值向量，從而降自適應濾波器的低穩態失調。

本發明公開的一種子帶自適應濾波器的權值向量更新方法的方案，具體包含以下步驟：

步驟1.利用子帶自適應濾波器N個子帶誤差信號e_i,D(k),i=0,1,…,N-1,來估計N個子帶誤差信號功率i=0,1,…,N-1；

步驟2.利用子帶自適應濾波器N個子帶輸入信號u_i(n),i=0,1,…,N-1,和N個子帶誤差信號e_i,D(k),i=0,1,…,N-1,來估計N個子帶系統噪聲的功率i=0,1,…,N-1；

步驟3.利用步驟1中得到的子帶誤差信號的功率i=0,1,…,N-1,來估計全帶誤差信號的功率

步驟4.利用步驟2中得到的子帶系統噪聲功率i=0,1,…,N-1,來估計全帶系統噪聲的功率

步驟5.根據步驟3中得到的全帶誤差信號功率和步驟4中得到的全帶系統噪聲功率來判定自適應濾波器權值向量重用的階數R(k)；

步驟6.用步驟5中得到的濾波器權值向量重用階數R(k)來更新自適應濾波器的權值向量。

優選的,上述步驟1中的子帶誤差信號功率i=0,1,…,N-1,由公式來進行估計，其中λ為平滑因子，該平滑因子在[0.9,0.999]范圍內取值。