CN101577536B - 一种改进的lms算法实现器 - Google Patents
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Abstract
一种改进的LMS算法实现器，是对自适应滤波器中LMS算法实现的一种改进，在输入寄存器中只存储输入信号x(n)的相位，并且对误差信号e(n)与2μ相乘得出的结果进行相位旋转操作，相位旋转量为输入信号x(n)的相位值，μ为步长参数。本发明提出的一种改进的LMS算法实现器，其具体的结构如图所示，它的实现由相位寄存器、一个乘法器、相位旋转器、一个加法器和权系数寄存器组成。其中相位寄存器用于寄存输入信号x(n)的相位的值；乘法器将误差信号e(n)与2μ进行相乘；相位旋转器是将乘法器输送来的数据进行相位旋转运算；加法器，用于产生新一轮的权系数；权系数寄存器用于寄存新的权系数，再输送给加法器。
Description
技术领域
本发明涉及数字信号处理领域，具体地，涉及单载波通信***中自适应滤波领域。
背景技术
自适应滤波器一直是信号处理领域的研究热点之一，经30多年的发展，其已经被广泛应用于数字通信、雷达、声纳、地震学、导航***、生物医学和工业控制领域。
自适应滤波器能够根据环境的改变，使用自适应算法来改变滤波器的参数和结构。一般情况下，不改变自适应滤波器的结构，而自适应滤波器的系数是由自适应算法更新的时变系数。即其系数自动连续地适应于给定信号，以获得期望响应。自适应滤波器的最重要的特征就在于它能够在未知环境中有效工作，并能够跟踪输入信号的时变特征，它的原理如图1所示。x(n)为输入信号，y(n)为滤波器的输出，d(n)为期望信号，即参考输入，e(n)为误差信号，w(n)为可变的滤波器权系数。
输入信号x(n)经过滤波运算后得到输出信号y(n)，输出信号y(n)与期望信号d(n)进行减法运算后得到误差信号e(n)，误差信号e(n)和输入信号x(n)经过一定得自适应算法的运算来影响数字滤波器权系数w(n)，达到自适应的效果。
自适应算法主要有最小均方误差(LMS)算法和递推最小二乘(RLS)算法两种。由Widow和Hoff提出的LMS算法是利用梯度估计值来代替梯度向量的一种快速搜索算法，因其具有计算量小、易实现的优点而被广泛采用。其基本思想是调整滤波器的权值参数，使滤波器的输出信号与期望信号之间的均方误差最小。LMS算法，即最小均方误差算法，实现的自适应滤波器的结构图如图2所示，图中μ为步长参数。
经过傅立叶变换的输入信号x(n)，在频域中进行滤波运算，得到输出信号y(n)，即数字滤波器的输出y(n)。y(n)不仅作为整个自适应滤波器的输出，而且它再经过傅立叶反变换后进行时域内的运算处理，即与期望信号d(n)进行减法运算操作，得到误差信号e(n)。误差信号e(n)经过一次傅立叶变换，再进行频域的运算处理，即与步长2μ和输入寄存器中的x(n)进行相乘的运算，得到的结果用于影响数字滤波器的权系数，即w(n+1)＝w(n)+2μe(n)x(n)，这样完成自适应过程。
本发明提出的一种改进的LMS算法实现器，与一般的LMS算法实现的自适应滤波器相比，减少使用输入寄存器一半的存储空间，并且有较好的收敛性。
发明内容
本发明提出的一种改进的LMS算法实现器，在输入寄存器中只存储输入信号x(n)的相位，在自适应算法的运算过程中，对误差信号e(n)与步长2μ相乘得出的结果进行相位旋转操作，相位旋转量为输入信号x(n)的相位值。
本发明提出的一种改进的LMS算法实现器，结构如图3所示，它由相位寄存器、一个乘法器、相位旋转器、一个加法器和权系数寄存器组成。
相位寄存器，用于寄存输入信号x(n)的相位的值，一般来说，输入信号的信息包括模和相位，此处只用来存储输入x(n)的相位，故与一般的LMS算法的实现方法相比，节约了一半的存储空间。相位寄存器把输入信号x(n)的相位的值作为相位旋转量输送给相位旋转器。
乘法器，是将误差信号e(n)与自适应步长2μ进行相乘，结果输送给相位旋转器，用于被旋转。
相位旋转器，是将乘法器输送来的数据进行相位旋转运算，旋转的相位量由相位寄存器提供。相位旋转器的输出输送给加法器。
加法器，用于产生新一轮的权系数，它将相位旋转模块的输出与权系数寄存器中原来的权系数进行相加，结果为新的权系数。
权系数寄存器，用于寄存加法器得出的新的权系数，并将此权系数再提供给加法器，用于产生下一轮新的权系数。
附图说明
图1为一般自适应滤波器的原理图；
图2为一般自适应滤波器实现的结构图；
图3为本发明提出的改进的LMS算法实现器的结构图；
图4为实现具体实施例的结构图；
图5为一般滤波运算的结构图。
具体实施方式
下面通过一个具体的实施例来说明本发明提出的一种改进LMS算法实现器。此具体的实施例的实现结构同样由误差计算模块、滤波运算模块、LMS算法实现器组成，如图4所示。
滤波运算模块实现滤波功能，由一些加法器、移位寄存器和乘法器组成，滤波运算模块的结构如图5所示。w0、w1……w(n-2)、w(n-1)、wn为滤波运算模块中各乘法器的系数，也成为权系数，n为滤波阶数。
LMS算法实现器，为本发明提出的改进的LMS算法实现器。滤波运算模块完成一次滤波运算后，LMS算法实现器中的权系数寄存模块将新的权系数输送给滤波运算模块，改变滤波运算模块中乘法器的系数，实现了自适应。LMS算法实现器实现的结构图如图3所示，具体的结构如上文所述。
误差计算模块，是将输出信号y(n)经过傅立叶反变换后进行时域的处理，即与期望信号d(n)进行减法运算操作，得到误差信号e(n)，再经过一次傅立叶变换，得到的结果输送给乘法器模块。
本实施例中，经过傅立叶变换的输入信号x(n)，在滤波运算模块中进行滤波运算，得到输出信号y(n)，y(n)不仅作为整个自适应滤波器的输出，而且它作为误差计算模块的输入，在误差计算模块中进行处理，得到经过傅立叶变换的误差信号。此误差信号被输送到LMS算法实现器中，在LMS算法实现器经过发明内容中描述的处理，最终得到新一轮的权系数，即滤波运算模块中各乘法器的系数，这样完成自适应过程。
本实施例经过实际的验证，可以实现自适应滤波过程，性能良好。
本发明提出的一种改进的LMS算法实现器，与一般的LMS算法实现的自适应滤波器相比减少使用输入寄存器一半的存储空间，并且有较好的收敛性。
Claims (1)
1.一种改进的LMS算法实现器，其特点在于实现的结构包括相位寄存器、一个乘法器、相位旋转器、一个加法器和权系数寄存器；
其中，所述的相位寄存器，用于寄存输入信号x(n)的相位的值，相位寄存器把输入信号x(n)的相位的值作为相位旋转量输送给相位旋转器；
所述的乘法器，是将误差信号e(n)与自适应步长2μ进行相乘，结果输送给相位旋转器，用于被旋转；
所述的相位旋转器，是将乘法器输送来的数据进行相位旋转运算，旋转的相位量由相位寄存器提供，相位旋转器的输出输送给加法器；
所述的加法器，用于产生新一轮的权系数，加法器将相位旋转模块的输出与权系数寄存器中原来的权系数进行相加，结果为新的权系数；
所述的权系数寄存器，用于寄存新得到的权系数，并将此权系数提供给加法器，用于产生下一轮新的权系数。
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