CN101807903B - 一种自适应滤波器、滤波方法及直放站 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信技术领域，提供了一种自适应滤波器、滤波方法及直放站，自适应滤波器包括滤波模块和抽头系数更新模块，其中：滤波模块，用于对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)；抽头系数更新模块，用于根据误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数

并以抽头系数调整更新滤波器的抽头权重。在本发明实施例中，自适应滤波器包括滤波模块和抽头系数更新模块，滤波模块对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)；抽头系数更新模块根据误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数

并以抽头系数调整更新滤波器的抽头权重，解决了滤波器抽头系数更新时，复杂的复数乘法操作所消耗的大量硬件资源，硬件延时过长的问题。

Description

一种自适应滤波器、滤波方法及直放站

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种自适应滤波器、滤波方法及直放站。 

背景技术

现有的自适应抽头系数更新方法是基于计算输入信号u(n)的功率||u(n)||²，由于该功率||u(n)||²的大小受限于自适应滤波器的阶数，使得||u(n)||²在实际应用过程中，不能很精确地体现实际信号功率变化，并且在抽头系数更新过程中所消耗的资源过大，硬件延时过长。 

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种自适应滤波器，旨在解决现有技术提供的自适应抽头系数更新方法不能精确的体现实际信号的功率的变化，并且在抽头系数更新过程中所消耗的资源过大，硬件延时过长的问题。 

本发明实施例是这样实现的，一种自适应滤波器，所述自适应滤波器包括滤波模块和抽头系数更新模块，其中： 

滤波模块，用于对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)，所述滤波模块具体包括：信号接收模块，用于接收转发天线的输入信号u(n)和接收接收天线的输入信号r(n)；分解模块，用于对所述信号接收模块接收到的转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，将所述输入信号u(n)分解成至少一路延时信号；第一乘法运算控制模块，用于控制将滤波器的每阶抽头系数与其对应的所述输入信号u(n)的延时信号做乘法运算；以及累加模块，用于将做乘法运算后的每路延时信号进行累加运算，得到误差输出信号e(n)； 

抽头系数更新模块，用于根据所述误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数 

并以所述抽头系数调整更新滤波器的抽头权重，所述抽头系数更新模块具体包括：量化步长获取模块，用于获取最小量化步长lms_step，所述查找表的地址是所述误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²；复乘运算模块，用于将 所述输入信号u(n)与所述误差输出信号e(n)做复乘运算，得到第一中间值e*(n)*u(n)；第二乘法运算控制模块，用于控制将得到的所述中间值e*(n)u(n)与获取得到的最小量化步长lms_step做乘法运算，得到第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step；以及加法运算控制模块，用于控制将得到的第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step与前一时刻的抽头系数 做加法运算，得到下一时刻的抽头系数 

其中，所述下一时刻的抽头系数 满足下述计算式： 

所述lms_step为通过查找表得到的最小量化步长，λ是收敛步长； 

所述量化步长获取模块具体包括： 

功率计算模块，用于计算所述误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²；以及 

查找模块，用于当所述误差输出信号e(n)的位宽为16位时，控制将2^16与所述||e(n)||²做除法运算，得到所述最小量化步长lms_step的范围的查找表，通过查找所述查找表获取所述最小量化步长。 

本发明实施例的另一目的在于提供一种基于上述自适应滤波器的滤波方法，所述方法包括下述步骤： 

信号接收模块接收转发天线的输入信号u(n)和接收天线的输入信号r(n)； 

分解模块对所述信号接收模块接收到的转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，将所述输入信号u(n)分解成至少一路延时信号； 

第一乘法运算控制模块控制将滤波器的每阶抽头系数与其对应的所述输入信号u(n)的延时信号做乘法运算； 

累加模块将做乘法运算后的每路延时信号进行累加运算，得到误差输出信号e(n)； 

功率计算模块计算所述误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²； 

当所述误差输出信号e(n)的位宽为16位时，查找模块控制将2^16与所述||e(n)||²做除法运算，得到所述最小量化步长lms_step的范围的查找表，通过查找所述查找表获取所述最小量化步长； 

复乘运算模块将所述输入信号u(n)与所述误差输出信号e(n)做复乘运算，得到第一中间值e*(n)*u(n)； 

附图说明

第二乘法运算控制模块控制将得到的所述中间值e*(n)u(n)与获取得到的最小量化步长lms_step做乘法运算，得到第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step； 

加法运算控制模块控制将得到的第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step与前一时刻的抽头系数 

做加法运算，得到下一时刻的抽头系数 

其中，所述下一时刻的抽头系数 

满足下述计算式： 

所述lms_step为通过查找表得到的最 小量化步长，λ是收敛步长。 

本发明的实施例另一目的在于提供一种直放站，所述直放站包括上述自适应滤波器。 

在本发明实施例中，自适应滤波器包括滤波模块和抽头系数更新模块，滤波模块对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)；抽头系数更新模块根据所述误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数 

并以所述抽头系数调整更新滤波器的抽头权重，解决了滤波器抽头系数更新时，复杂的复数乘法操作所消耗的大量硬件资源，硬件延时过长的问题。 

具体实施方式

图1是本发明实施例提供的自适应滤波器的结构框图； 

图2是本发明实施例提供的误差输出信号生成模块的结构框图； 

图3是本发明实施例提供的抽头系数获取模块的结构框图； 

图4是本发明实施例提供的抽头系数更新方法的实现流程图； 

图5是本发明实施例提供的对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)的实现流程图； 

图6是本发明实施例提供的根据所述误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数 

的实现流程图。 

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

在本发明实施例中，自适应滤波器包括滤波模块和抽头系数更新模块，滤波模块对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)；抽头系数更新模块根据所述误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数 并以所述抽头系数调整更新滤波器的抽头权重。 

图1示出了本发明实施例提供的自适应滤波器的结构框图，为了便于说明，图中仅给出了与本发明实施例相关的部分，其中，该自适应滤波器可以内置于直放站或者其他装置中，在此不用以限制本发明。 

自适应滤波器包括滤波模块11和抽头系数更新模块12，其中： 

滤波模块11对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)；抽头系数更新模块12根据所述误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数 

并以所述抽头系数调整更新滤波器的抽头权重；其中，所述下一时刻的抽头系数 

满足下述计算式： 

所述lms_step为通过查找表得到的最小量化步长，λ是收敛步长。 

其中，图1还给出的是一个M阶的自适应滤波器，u(n)是转发天线的输入信号，r(n)接是收天线的输入信号，T_s是对输入信号进行延时分解的部件(下述实施例中的分解模块)，u(n-1)、u(n-2)、.......、u(n-M+1)为通过延时分解的多路输入信号，e(n)是误差输出信号，图中还给出了乘法器(相当于下述实施例中的第一乘法运算控制模块)和加法器(相当于下述实施例中的累加模块)，图中给出的仅为本发明的一个实施例，不用以限制本发明。 

在本发明实施例中，根据自适应滤波器的抽头阶数，滤波模块对所述输入信号u(n)进行延时分解，可以分解成与所述抽头阶数相对应的路数的延时信号，也可以是少于所述抽头阶数的延时信号，其中，如图2所示，信号接收模块111接收转发天线的输入信号u(n)和接收天线的输入信号r(n)；分解模块112对所述信号接收模块接收到的转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，将所述输入信号u(n)分解成至少一路延时信号；第一乘法运算控制模块113控制将滤波器的每阶抽头系数与其对应的所述输入信号u(n)的延时信号做乘法运算；累加模块114将做乘法运算后的每路延时信号进行累加运算，得到误差输出信号e(n)。 

在本发明实施例中，如图3所示，量化步长获取模块121获取最小量化步长lms_step，所述查找表的地址是所述误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²；复乘运算模块122将所述输入信号u(n)与所述误差输出信号e(n)做复乘运算，得到第一 中间值e*(n)*u(n)；第二乘法运算控制模块123控制将得到的所述中间值e*(n)u(n)与获取得到的最小量化步长lms_step做乘法运算，得到第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step；加法运算控制模块124控制将得到的第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step与前一时刻的抽头系数 做加法运算，得到下一时刻的抽头系数 

在本发明实施例中，可以通过查表方式获取最小量化步长lms_step，将输入信号u(n)与误差输出信号e(n)进行复乘运算，然后将复乘后的第一中间值e*(n)*u(n)与所述最小量化步长lms_step再进行乘法运算，最后将所述乘法运算后的第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step与前一时刻的抽头系数 

做加法运算，得到下一时刻的抽头系数 

下述有具体的实施例进行描述，在此不再赘述，但不用以限制本发明。 

其中，功率计算模块1211计算所述误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²；当所述误差输出信号e(n)的位宽为16位时，查找模块1212控制将2^16与所述||e(n)||²做除法运算，得到所述最小量化步长lms_step的范围的查找表，通过查找所述查找表获取所述最小量化步长。 

在本发明实施例中，量化步长m(n)最初的存在形式为： 

误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²是有限的，所以不妨假设误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²值在1∶2048*k的范围，其中，k为可调的正整数，因此，可以假设：power＝(1∶2048*k)，则量化步长m(n)可以表示为： 

假设： 

lms_step是指最小量化步长，而且，该最小量化步长可以通过查表得到，即： 

1.计算所述误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²； 

其中，计算功率||e(n)||²可以通过MATLAB程序计算，该程序为： 

A_t＝1∶1∶2048*k； 

A＝round(2^16./A_t)； 

    e_p＝e_p+abs(e(k-1))^2； 

      if(k＞(Len)) 

          e_p＝e_p-abs(e(1))^2； 

      end 

e_p_1＝floor(e_p/2^Index)； 

 addr＝e_p_1； 

lmsstep＝A(addr)； 

此处，Len为大于等于1024的整数，Index为大于21小于40的整数，lmsstep即所需要的最小量化步长lms_step。 

上述程序仅仅是本发明的一个说明，在此不用以限制本发明。 

2.当所述误差输出信号e(n)的位宽为16位时，控制将2^16与所述‖e(n)‖²做除法运算，得到所述最小量化步长lms_step的范围的查找表，通过查找所述查找表获取所述最小量化步长。 

因此，上述抽头权重的递推公式可以简化为： 

$\hat{w}(n+1)=\hat{w}\left(n\right)+\mathrm{\λ}*\mathrm{lms}\_\mathrm{step}*\frac{e*\left(n\right)}{2^16}u\left(n\right).$

在本发明实施例中，滤波模块11对输入信号u(n)进行延时分解，计算得到误差输出信号e(n)，然后，抽头系数更新模块12以所述e(n)为基础，生成最小量化步长lms_step的查找表，并以此得到下一时刻的抽头系数，将获取得到的下一时刻的抽头系数调整滤波器的抽头权重。 

图4示出了本发明实施例提供的自适应滤波器的滤波方法的实现流程，其具体的步骤如下所述： 

在步骤S101中，滤波模块对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)。 

在步骤S102中，抽头系数更新模块根据所述误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数 

并以所述抽头系数调整更新滤波器的抽头权重； 

其中，所述下一时刻的抽头系数 

满足下述计算式： 

所述lms_step为通过查找表得到的最小量化步长，λ是收敛步长。 

其中，该实施例给出了本发明实施例提供的自适应滤波器的滤波流程，在此仅为本发明的一个实施例，不用以限制本发明。 

图5示出了本发明实施例提供的对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)的实现流程，其具体的步骤如下所述： 

在步骤S201中，信号接收模块接收转发天线的输入信号u(n)和接收天线的输入信号r(n)。 

在本发明实施例中，来自接收天线的输入信号r(n)为：r(n)＝s(n)+u′(n)，s(n)为发送信号，u′(n)为干扰信号；来自转发天线的输入信号u(n)与所述s(n)相互独立，与所述干扰信号u′(n)存在相关性。 

在步骤S202中，分解模块对所述转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，将所述输入信号u(n)分解成至少一路延时信号。 

在步骤S203中，第一乘法运算控制模块控制将滤波器的每阶抽头系数与其对应的所述输入信号u(n)的延时信号做乘法运算。 

在步骤S204中，累加模块将做乘法运算后的每路延时信号进行累加运算，得到误差输出信号e(n)。 

在本发明实施例中，上述实施例给出的是计算得到误差输出信号e(n)的执行流程，其本发明实施例的第一目的就是获取得到该误差输出信号e(n)，从而取代原始的滤波方式中的计算输入信号u(n)的功率的方案。 

图6示出了本发明实施例提供的根据所述误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数 

的实现流程，其具体的步骤如下所述： 

在步骤S301中，量化步长获取模块获取最小量化步长lms_step，所述查找表的地址是所述误差输出信号e(n)的功率‖e(n)‖²。 

在步骤S302中，复乘运算模块将所述输入信号u(n)与所述误差输出信号e(n)做复乘运算，得到第一中间值e*(n)*u(n)。 

在步骤S303中，第二乘法运算控制模块控制将得到的所述中间值e*(n)u(n)与获取得到的最小量化步长lms_step做乘法运算，得到第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step。 

在步骤S304中，加法运算控制模块控制将得到的第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step与前一时刻的抽头系数 

做加法运算，得到下一时刻的抽头系数 

上述实施例给出了对自适应滤波器的抽头系数进行更新的具体流程，在此仅为本发明的一个实施例，但不用以限制本发明。 

在本发明实施例中，自适应滤波器包括滤波模块和抽头系数更新模块，滤波模块对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)；抽头系数更新模块根据所述误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数 

并以所述抽头系数调整更新滤波器的抽头权重，解决了滤波器抽头系数更新时，复杂的复数乘法操作所消耗的大量硬件资源，硬件延时过长的问题。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种自适应滤波器，其特征在于，所述自适应滤波器包括滤波模块和抽头系数更新模块，其中：

滤波模块，用于对转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，并生成误差输出信号e(n)，所述滤波模块具体包括：信号接收模块，用于接收转发天线的输入信号u(n)和接收接收天线的输入信号r(n)；分解模块，用于对所述信号接收模块接收到的转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，将所述输入信号u(n)分解成至少一路延时信号；第一乘法运算控制模块，用于控制将滤波器的每阶抽头系数与其对应的所述输入信号u(n)的延时信号做乘法运算；以及累加模块，用于将做乘法运算后的每路延时信号进行累加运算，得到误差输出信号e(n)；

抽头系数更新模块，用于根据所述误差输出信号e(n)，获取下一时刻的抽头系数

并以所述抽头系数调整更新滤波器的抽头权重，所述抽头系数更新模块具体包括：量化步长获取模块，用于获取最小量化步长lms_step，所述查找表的地址是所述误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²；复乘运算模块，用于将所述输入信号u(n)与所述误差输出信号e(n)做复乘运算，得到第一中间值e*(n)*u(n)；第二乘法运算控制模块，用于控制将得到的所述中间值e*(n)u(n)与获取得到的最小量化步长lms_step做乘法运算，得到第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step；以及加法运算控制模块，用于控制将得到的第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step与前一时刻的抽头系数

做加法运算，得到下一时刻的抽头系数

其中，所述下一时刻的抽头系数

满足下述计算式：

所述lms_step为通过查找表得到的最小量化步长，λ是收敛步长；

所述量化步长获取模块具体包括：

功率计算模块，用于计算所述误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²；以及

查找模块，用于当所述误差输出信号e(n)的位宽为16位时，控制将2^16与所述||e(n)||²做除法运算，得到所述最小量化步长lms_step的范围的查找表，通过查找所述查找表获取所述最小量化步长。

2.一种基于权利要求1所述的自适应滤波器的滤波方法，其特正在于，所述方法包括下述步骤：

信号接收模块接收转发天线的输入信号u(n)和接收天线的输入信号r(n)；

分解模块对所述信号接收模块接收到的转发天线的输入信号u(n)进行延时分解，将所述输入信号u(n)分解成至少一路延时信号；

第一乘法运算控制模块控制将滤波器的每阶抽头系数与其对应的所述输入信号u(n)的延时信号做乘法运算；

累加模块将做乘法运算后的每路延时信号进行累加运算，得到误差输出信号e(n)；

功率计算模块计算所述误差输出信号e(n)的功率||e(n)||²；

当所述误差输出信号e(n)的位宽为16位时，查找模块控制将2^16与所述||e(n)||²做除法运算，得到所述最小量化步长lms_step的范围的查找表，通过查找所述查找表获取所述最小量化步长；

复乘运算模块将所述输入信号u(n)与所述误差输出信号e(n)做复乘运算，得到第一中间值e*(n)*u(n)；

第二乘法运算控制模块控制将得到的所述中间值e*(n)u(n)与获取得到的最小量化步长lms_step做乘法运算，得到第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step；

加法运算控制模块控制将得到的第二中间值e*(n)*u(n)*lms_step与前一时刻的抽头系数

做加法运算，得到下一时刻的抽头系数

其中，所述下一时刻的抽头系数

满足下述计算式：

所述lms_step为通过查找表得到的最小量化步长，λ是收敛步长。

3.一种直放站，其特征在于，所述直放站包括如权利要求1所述的自适应滤波器。

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