DE69124573T2 - Adaptives Filter und Verfahren zur Verhütung von divergierendem Verhalten des Filters - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein adaptives Filter und insbesondere ein Verfahren zur Verhütung von divergierendem Verhalten des Filters.
• Adaptive Filter sind in großem Umfang auf dem Gebiet der Kommunikation, z. B. in adaptiven Entzerrern in Übertragungsleitungen und in adaptiven Echosperren, sowie auf dem Gebiet der Signalverarbeitung eingesetzt worden, z. B. in adaptiven Rauschunterdrückungseinrichtungen, adaptiven Kerbfiltern und adaptiven Prädiktoren bei der Sprachcodierung.
• Ein Problem, auf das man bei gewöhnlichen Digitalfiltern stößt, deren Abgriffverstärkungen durch einen rekursiven Korrekturalgorithrnus eingestellt werden, besteht darin, daß die Konvergenz einer Abgriffverstärkung unter instabilen Bedingungen nicht gewährleistet ist und daß eine Abgriffverstärkung, die bereits auf einen bestimmten Wert konvergiert ist, durch Rauschen oder eine andere Störung wieder zur Divergenz neigt.
• Zur Lösung dieses Problems ist vorgeschlagen worden, die Abgriffverstärkung in jedem Schritt der rekursiven Korrektur mit einem "Leck" zu belegen, um dieses divergente Verhalten zu unterdrücken.
• In der EP-A-0 106 229 wird die Anwendung eines adaptiven Filters auf eine adaptive Echosperre beschrieben. Der Aktualisierungsprozeß des adaptiven Filters weist zwei Betriebsarten auf. Eine erste Betriebsart wird während der Zeitspanne realisiert, in der weder die Polaritäten des in letzter Zeit modifizierten Abgriffverstärkungs-Einstellsignals H(K) und des unverarbeiteten Abgriffverstärkungs-Einstellsignals D(K) einander entgegengesetzt sind noch die Schmalbandenergie die Energie des gesamten Bandes übersteigt, wobei K die K-te Abtastperiode bezeichnet. In dieser Aktualisierungsart wird das Abgriffverstärkungs-Einstellsignal so aktualisiert, daß H(K+1) = H(K) + D(K) ist, d. h. die Leckkompensationskomponente L(K) ist für die Kompensation eines zu hohen Abgriffverstärkungs- Einstellsignals H(K) + D(K) nicht "wirksam". Eine zweite Betriebsart wird während der Zeitspanne realisiert, in der entweder die Polaritäten des in letzter Zeit modifizierten Abgriffverstärkungs-Einstellsignals H(K) und des unverarbeiteten Abgriffverstärkungs-Einstellsignals D(K) einander entgegengesetzt sind oder in der die Schmalbandenergie die Energie des gesamten Bandes übersteigt. In dieser Aktualisierungsart wird das Abgriffverstärkungs-Einstellsignal so aktualisiert, daß H(K+1) = H(K) + D(K) + L(K) ist, d. h. die Leckkompensationskomponente ist bei der Aktualisierung der Abgriffverstärkung zusätzlich "wirksam".
• In der WO 84/00260 wird ein adaptives Filter beschrieben, bei dem ein Normierungsfaktor einer Abgriffverstärkung gesteuert wird. Im Vergleich zu dem oben beschriebenen additiven Leck wird der Normierungsfaktor als multiplikatives Leck betrachtet.
• Der Normierungsfaktor, der in der WO 84/00260 auf ein Normierungssteuersignal bezogen ist, wird von dem Leistungsabschätzer zugeführt, der als Normierungssteuersignal nach vorgeschriebenen Kriterien unter dem Langzeitmittelwert der Leistung und der maximalen Leistung von empfangenen Signalen einen Wert auswählt, um eine niedrigere Abgriffverstärkung zu erzeugen und eine stabilere Konvergenz von höherer Güte des adaptiven Filters zu verwirklichen.
• Da jedoch bei dem oben beschriebenen divergenzunterdrückenden adaptiven Filter in der zweiten Betriebsart die Leckkompensationskomponente zu der Abgriffverstärkung addiert oder die Abgriffverstärkung mit einem Leckkoeffizienten multipliziert werden muß, der dem Leck bei jeder rekursiven Korrektur für jeden Abgriff entspricht, entsteht das Problem, daß wegen der Multiplikation der notwendige Operationsumfang für die Korrektur aller Abgriffverstärkungen deutlich zunimmt.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Unterdrückung eines divergenten Verhaltens bei der Abgriffverstärkung eines adaptiven Filters zu schaffen und die Abgriffverstärkung mit weniger Operationen gegen einen optimalen Wert konvergieren zu lassen, wodurch die bei bekannten adaptiven Filtern auftretenden Probleme gelöst werden.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein adaptives Filter vom rekursiven Korrekturtyp zu schaffen, das Divergenzneigungen bei den rekursiv korrigierten Werten jeder Abgriffverstärkung unterdrücken und die Abgriffverstärkung des adaptiven Filters mit weniger Operationen gegen einen optimalen Wert konvergieren lassen kann.
• Zur Lösung der ersten Aufgabe weist die vorliegende Erfindung die folgenden Schritte auf: Ausführen einer ersten Korrekturart während einer ersten Korrekturzeit zum Korrigieren jeder Abgriffverstärkung durch einen rekursiven Korrekturalgorithmus; Ausführen einer zweiten Korrekturart während einer zweiten Korrekturzeit durch Multiplizieren der während der vorhergehenden ersten Korrekturzeit korrigierten Abgriffverstärkung mit einer Konstante, die so vorgegeben wird, daß Divergenzneigungen bei rekursiv korrigierten Werten jeder Abgriffverstärkung unterdrückt werden; und fortlaufendes Wiederholen der ersten und der zweiten Korrekturart. Die Konstante ist der oben beschriebene Leckkoeffizient.
• Durch die erste Korrekturart (nachstehend als erste Korrektur bezeichnet) wird jede Abgriffverstärkung korrigiert oder durch einen rekursiven Korrekturalgorithmus zu einem optimalen Wert hin eingestellt, und durch die zweite Korrekturart (nachstehend als zweite Korrektur bezeichnet) wird das divergente Verhalten jeder Abgriffverstärkung unterdrückt. Auf diese Weise kann die Abgriffverstärkung zum Optimalwert hin korrigiert werden, während das divergente Verhalten unterdrückt wird.
• Da die erste Korrektur eine Korrektur durch einen rekursiven Korrekturalgorithmus ist, ist es wünschenswert, die Dauer der ersten Korrekturzeit lang genug festzusetzen, um jede Abgriffverstärkung gegen einen Wert konvergieren zu lassen, der im wesentlichen dicht beim Optimalwert liegt, jedoch kurz genug, um zu ermöglichen, daß das adaptive Filter die zweite Korrektur erfährt, bevor oder sobald das divergente Verhalten beginnt. Da die zweite Korrektur nur den Beginn des divergenten Verhaltens der Abgriffverstärkungen erschweren soll, ist es wünschenswert, eine kurze Dauer der zweiten Korrekturzeit festzusetzen, vorzugsweise eine Abtastperiode. Ferner ist unter Berücksichtigung des Zwecks der zweiten Korrektur der Wert der Konstanten oder des Leckkoeffizienten positiv und kleiner als 1. Schließlich weist der rekursive Korrekturalgorithmus vorzugsweise den adaptiven LMS-Algorithmus (Algorithmus des kleinsten mittleren Fehlerquadrats) auf, da dieser dem Fachmann gut bekannt ist. Da beim adaptiven LMS-Algorithmus die Schrittgröße die Konvergenzgeschwindigkeit des mittleren quadratischen Fehlers kontrolliert, wird die Dauer der ersten Korrekturzeit vorzugsweise in Abhängigkeit von der Schrittgröße festgesetzt.
• Zur Lösung der obigen zweiten Aufgabe weist das erfindungsgemäße adaptive Filter auf: eine Korrekturschaltung zur Berechnung des Korrekturwerts jeder der Abgriffverstärkungen nach einem rekursiven Korrekturalgorithmus, ein Addierglied zum Addieren jedes von der Korrekturschaltung berechneten Korrekturwerts zu einer entsprechenden Abgriffverstärkung, ein Koeffizientenmultiplizierglied zum Multiplizieren der Abgriffverstärkung mit einer Konstanten, die so vorgegeben wird, daß Divergenzneigungen bei rekursiv korrigierten Werten jeder Abgriffverstärkung unterdrückt werden, einen Wähler für die selektive Ausgabe eines der vom Addierglied sowie vom Koeffizientenmultiplizierglied zugeführten Signale als Reaktion auf ein Wählsignal, und einen Zeitzähler zum Zuführen des Wählsignals zum Wähler, wobei die Korrekturschaltung, das Addierglied, das Koeffizientenmultiplizierglied und der Wähler für jeden der Abgriffausgänge vorgesehen sind und ein einziger Zeitzähler für alle Abgriffausgänge vorgesehen ist.
• Das Addierglied gibt eine korrigierte Abgriffverstärkung aus. Das Koeffizientenmultiplizierglied gibt eine mit einer Konstanten, d. h. mit dem Leckkoeffizienten, multiplizierte Abgriffverstärkung aus. Während der Zeitspanne, in welcher der Wähler das Ausgangssignal des Addierglieds wählt (nachstehend wird diese Zeitspanne als erste Korrekturzeit bezeichnet), wird jede Abgriffverstärkung durch einen rekursiven Korrekturalgorithmus korrigiert oder zum Optimalwert hin eingestellt. Während der Zeitspanne, in welcher der Wähler das Ausgangssignal des Koeffizientenmultiplizierglieds wählt (nachstehend wird diese Zeitspanne als zweite Korrekturzeit bezeichnet), wird das divergente Verhalten der Abgriffverstärkung unterdrückt. Auf diese Weise kann die Abgriffverstärkung auch unter instabilen Bedingungen zum Optimalwert hin korrigiert werden, wobei ein divergentes Verhalten unterdrückt wird. Im folgenden werden wir die während der ersten bzw. der zweiten Korrekturzeit vorgenommenen Korrekturen als erste Korrektur bzw. zweite Korrektur bezeichnen.
• Da die erste Korrektur eine Korrektur durch den rekursiven Korrekturalgorithmus ist, ist es wünschenswert, die Dauer der ersten Korrekturzeit lang genug festzusetzen, um jede Abgriffverstärkung gegen einen Wert korrigieren zu lassen, der im wesentlichen dicht am Optimalwert liegt, aber kurz genug, um zu ermöglichen, daß das adaptive Filter die zweite Korrektur erfährt, bevor oder sobald das divergente Verhalten beginnt. Da die zweite Korrektur nur den Beginn des divergenten Verhaltens der Abgriffverstärkungen erschweren soll, ist es wünschenswert, eine kurze Dauer der zweiten Korrekturzeit festzusetzen, vorzugsweise eine Abtastperiode. Ferner ist unter Berücksichtigung des Zwecks der zweiten Korrektur der Wert der Konstanten vorzugsweise positiv und kleiner als 1. Schließlich weist der rekursive Korrekturalgorithmus vorzugsweise den adaptiven LMS-Algorithmus (Algorithmus des kleinsten mittleren Fehlerquadrats) auf, da der Algorithmus dem Fachmann gut bekannt ist. Da beim adaptiven LMS-Algorithmus die Schrittgröße die Konvergenzgeschwindigkeit des mittleren quadratischen Fehlers kontrolliert, wird die Dauer der ersten Korrekturzeit vorzugsweise in Abhängigkeit von der Schrittgröße festgesetzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines herkömmlichen adaptiven Filters.
• Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Abgriffverstärkungs-Multiplikationseinheit in dem in Fig. 1 dargestellten adaptiven Filter.
• Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Signalverarbeitungsverfahrens in einer Abtastperiode des in Fig. 1 dargestellten adaptiven Filters.
• Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines adaptiven Filters vom rekursiven Korrekturtyp, auf welches das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird.
• Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Abgriffverstärkungs-Multiplikationseinheit in dem in Fig. 4 dargestellten adaptiven Filter.
• Fig. 6 zeigt ein Zeitdiagramm eines in Fig. 5 dargestellten Wählsignals.
• Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Signalverarbeitungsprozedur in einer Abtastperiode des in Fig. 4 dargestellten adaptiven Filters.
Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird zunächst anhand der Zeichnungen ein herkömmliches adaptives Filter beschrieben.
• Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines herkömmlichen adaptiven Filters, das die Fähigkeit aufweist, ein divergentes Verhalten zu unterdrücken, Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der in Fig. 1 dargestellten Abgriffverstärkungs-Multiplikationseinheit 2j, und Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Prozeduren zur Korrektur von Abgriffverstärkungen während einer Abtastperiode in dem adaptiven Filter gemäß Fig. 1 darstellt.
• Das adaptive Filter gemäß Fig. 1 hat den gleichen Aufbau wie das gewöhnliche adaptive FIR-Transversalfilter, mit Ausnahme der Struktur in der in Fig. 2 dargestellten Abgriffverstärkungs-Multiplikationseinheit. Das adaptive Filter weist auf: ein M-Bit-Schieberegister 1, das einer Verzögerungsleitung mit M Abgriffen äquivalent ist, eine Abgriffverstärkungs- Multiplikationsschaltung 2, die sogenannte gewichtete Abgriff ausgangssignale Cjxj (j=1, 2, ..., M) ausgibt, indem sie Abgriffausgangssignale der Verzögerungsleitung xj (j=1, 2, ..., M) jeweils mit entsprechenden Abgriffverstärkungen Cj (j=1, 2, ..., M) multipliziert, und ein Addierglied 3 zur Addition der gewichteten Abgriffausgangssignale Cjxj über j=1 bis M, um ein Filterausgangssignal y zu erzeugen.
• Die rekursive Korrektur der Abgriffverstärkung Cj erfolgt mit Hilfe des adaptiven LMS-Algorithmus durch Vergleichen des Ausgangssignals y des Filters mit einem Bezugssignal d zum Erzeugen eines Fehlersignals e, Multiplizieren des Fehlersignals e mit einer Schrittgröße µ durch ein Koeffizientenmultiplizierglied 5 zur Erzeugung von eµ und Multiplizieren von eµ mit dem Abgriffausgangssignal xj durch das Multiplizierglied 12 in der in Fig. 2 dargestellten Abgriff-Multiplikationseinheit 2j, wodurch entsprechend dem LMS-Algorithmus ein Korrekturwert ΔCj=eµxj erzeugt wird.
• In diesem divergenzunterdrückenden adaptiven Filter wird die in einer Zwischenspeicherschaltung 15 gespeicherte gegenwärtige Abgriffverstärkung Cj mit Hilfe eines Koeffizientenmultiplizierglieds 13 in der in Fig. 2 dargestellten Abgriffverstärkungs-Multiplikationseinheit 2j mit einem Leckkoeffizienten α multipliziert, und das resultierende Produkt aCj wird durch Addierglied 14 zu dem Korrekturwert ΔCj addiert, wodurch sich eine neue Abgriffverstärkung
• Cj(n+1) = αCj(n) + ΔCj(n) (1)
• ergibt, wobei j eine Abgriffnummer, ΔCj einen Korrekturwert und α eine positive Konstante, die kleiner als 1 ist und dem Leck entspricht, bezeichnen. Unter Verwendung dieser neuen Abgriffverstärkung wird ein korrigiertes Filterausgangssignal y konstruiert.
• Zum Vergleich wird in dem gewöhnlichen adaptiven Filter die korrigierte Abgriffverstärkung oder die neue Abgriffverstärkung Cj(n+1) für die Abgriffnummer j wie folgt dargestellt:
• Cj(n+1) = Cj(n) + ΔCj(n). (2)
• Wie aus Fig. 3 erkennbar, ist der Arbeitsablauf des divergenzunterdrückenden adaptiven Filters während einer Abtastperiode oder einer Taktperiode der folgende: aufeinanderfolgende Addition gewichteter Abgriffverstärkungen Cjxj (j=1, 2, .., M), die von der Abgriffverstärkungs-Multiplikationsschaltung 2 übergeben werden, um ein Filterausgangssignal y zu erzeugen (Schritt 1); Vergleich des Filterausgangssignals y mit dem Bezugssignal d zum Erzeugen des Fehlersignals e (Schritt 2); Setzen der Abgriffnummer j=1 (Schritt 3); Erzeugen des Korrekturwerts ΔCj aus dem Abgriffausgangssignal xj und dem Ausgangssignal µe des Multiplizierglieds 5 (Schritt 4); Multiplizieren von α mit der gegenwärtig in der Zwischenspeicherschaltung 15 gespeicherten Abgriffverstärkung Cj (Schritt 5); Addieren von αCj und ΔCj, und Speichern der Summe in der Zwischenspeicherschaltung 15 als neuen Abgriffkoeffizienten Cj (Schritt 6); Setzen von j=j+1 (Schritt 7); Entscheiden, ob das neue j kleiner oder gleich M ist (Schritt 8); und wenn j kleiner oder gleich M ist, Rückkehr zum Schritt 4 und anschließende Wiederholung der Schritte 4 bis 7, bis j größer als M wird, zu welchem Zeitpunkt die Verarbeitung zur Korrektur von Abgriffverstärkungen für die Abtastperiode beendet wird.
• Wir werden nun die Menge bzw. Anzahl der Operationen für die in Fig. 3 dargestellten Schritte abschätzen. Angenommen, für die rekursive Korrektur der Abgriffverstärkungen werde ein DSP (digitaler Signalprozessor) verwendet und die Anzahl der Operationen sei proportional zur Anzahl der Anweisungen für die Ausführung der Operationen, dann läßt sich die Anzahl der Operationen während einer Abtastperiode wie folgt abschätzen (in Einheiten von je einer Anweisung): da jede Addition sowie jede Multiplikation in dem DSP im allgemeinen mit einer Anweisung ausgeführt werden kann, ist die Anzahl der Operationen (nachstehend als A.O. bezeichnet) im Schritt 2 gleich 1. Da ferner die A.O. in jedem der Schritte 4, 5 und 6 für jede Abgriffnummer j gleich 1 ist, und da die drei Schritte 4 bis 6 von j=1 bis M wiederholt werden, ist die gesamte A.O. der drei Schritte während einer Abtastperiode gleich 3M.
• In fast jedem DSP kann eine Multiplikations-Additions- Operation (eine Kombination aus der Multiplikation zweier Zahlen und der anschließenden Addition des resultierenden Produkts zu einer anderen Zahl) nach einer Anweisung ausgeführt werden. Daher ist die gesamte A.O., ausgedrückt durch ein M- gliedriges Polynom, im Schritt 1 gleich M. In Fig. 3 bezeichnet die in Klammern gesetzte Zahl bei jedem Schritt die Anzahl der Operationen (A.O.) in dem entsprechenden Schritt. Die Schritte 3, 7 und 8 sind in dem Ablaufdiagramm explizit dargestellt, um entsprechend dem normalen Verfahren in Ablaufdiagrammen die Software darzustellen. Diese Schritte sind jedoch nicht immer notwendig und können dementsprechend weggelassen werden, indem die Schritte 4, 5 und 6 für alle Abgriffe (j=1, 2, ..., M) in 3M aufeinanderfolgenden Schritte ausgedrückt werden. Folglich ist die Gesamtzahl der Operationen (A.O.), die durch das adaptive Filter während einer Abtastperiode ausgeführt werden, gleich M+1+3M=4M+1. Im Normalfall ist M ausreichend groß, so daß 1 vernachlässigbar wird, und folglich ist die Gesamtzahl der Operationen praktisch gleich 4M.
• Hierbei ist zu beachten, daß bei dem oben beschriebenen herkömmlichen adaptiven Filter der Leckkoeffizient α in jedem rekursiven Schritt multipliziert wird, wodurch die Anzahl der Operationen (A.O.) ansteigen kann.
• Nachstehend werden anhand von Fig. 4 bis 7 ein adaptives Filter und das Verfahren gemäß der Erfindung beschrieben.
• Das in Fig. 4 dargestellte adaptive Filter ist ein adaptives FIR-Transversalfilter. Das adaptive Filter weist auf: eine Verzögerungsleitung 1, die mit M Abgriffausgängen versehen ist, die sich aus einem M-Bit-Schieberegister zusammensetzen, eine Abgriffverstärkungs-Multiplikationsschaltung 7 zum Multiplizieren von Abgriffausgangssignalen x&sub1;, x&sub2;, .., xM der Verzögerungsleitung mit Abgriffverstärkungen, um gewichtete Abgriffausgangssignale zu erzeugen, und ein Addierglied 3 zum Addieren der gewichteten Abgriffausgangssignale, um ein Filterausgangssignal y zu erzeugen. Da die Abgriffverstärkungen entsprechend dem adaptiven LMS-Algorithmus korrigiert werden, schließt das adaptive Filter auch ein Subtrahierglied 4 zum Erzeugen eines Fehlersignals e, das eine Differenz d-y dar stellt, und ein Koeffizientenmultiplizierglied 5 zum Multiplizieren des Fehlersignals e mit der Schrittgröße µ ein. Die bisher beschriebene Struktur ist im Grunde identisch mit derjenigen des in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen adaptiven Filters, mit Ausnahme der detaillierten Struktur in der in Fig. 5 dargestellten Abgriffverstärkungs-Multiplikationseinheit.
• Das erfindungsgemäße adaptive Filter ist zusätzlich mit einem Zeitzähler 6 zur Erzeugung eines Wählsignals ausgestattet (5. Fig. 6) und liefert das Wählsignal für jede Abgriffverstärkungs-Multiplikationseinheit 7j (j=1, 2, ..., M) der Abgriffverstärkungs-Multiplikationsschaltung 7. Die Abgriffverstärkungs-Multiplikationseinheit 7j weist Multiplizierglieder 11, 12, ein Koeffizientenmultiplizierglied 13, ein Addierglied 14, eine Zwischenspeicherschaltung 15 und einen Wähler 16 auf. Die Zwischenspeicherschaltung 15 speichert eine gegenwärtige Abgriffverstärkung Cj und das Multiplizierglied 11 multipliziert ein Abgriffausgangssignal xj mit der Abgriffverstärkung Cj. Das Koeffizientenmultiplizierglied 13 multipliziert die Abgriffverstärkung Cj mit dem Leckkoeffizienten α, wodurch ein Ausgangssignal αCj erzeugt wird. Das Multiplizierglied 12 multipliziert ein Signal µe, das vom Koeffizientenmultiplizierglied 5 zugeführt wird, mit dem Abgriffausgangssignal xj, wodurch entsprechend dem adaptiven LMS-Algorithmus ein Korrekturwert ΔCj=µexj erzeugt wird. Das Addierglied 14 addiert die gegenwärtige Abgriffverstärkung Cj und den Korrekturwert ΔCj wodurch eine korrigierte Abgriffverstärkung Cj+ΔCj erzeugt wird. Der Wähler 16 wird sowohl mit dem vom Koeffizientenmultiplizierglied 13 zugeführten Ausgangssignal αCj als auch mit der vom Addierglied 14 zugeführten korrigierten Abgriffverstärkung Cj+ΔCj gespeist und wählt die letztere während einer ersten Korrekturzeit, die einer Niedrigpegel- bzw. L-Pegel-Periode in dem in Fig. 6 dargestellten Wählsignal 5 entspricht, und das erstere Signal während einer zweiten Korrekturzeit, die einer Hochpegel- bzw. H-Pegel-Periode in dem in Fig. 6 dargestellten Wählsignal S entspricht. Der Wähler 16 übergibt das gewählte Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 15. Die Zwischenspeicherschaltung 15 speichert das vom Wähler 16 zugeführte Signal als neue Abgriffverstärkung. Das Multiplizierglied 11 multipliziert das Abgriffausgangssignal xj von der Verzögerungsleitung 1 mit der neuen Abgriffverstärkung Cj von der Zwischenspeicherschaltung 15. Das Addierglied 3 addiert die gewichteten Abgriffausgangssignale, die von den Abgriffverstärkungs-Multiplikationseinheiten 7j (j=1, 2, ..., M) zugeführt werden, und gibt die Summe als korrigiertes Filterausgangssignal y aus.
• Die erste Korrekturzeit, d. h. die Niedrigpegelperiode des Wählsignals S, wird so festgelegt, daß sie lang genug ist, um jede rekursiv korrigierte Abgriffverstärkung gegen einen optimalen Erwartungswert im Sinne des kleinsten mittleren quadratischen Fehlers konvergieren zu lassen. Wie dem Fachmann bekannt, wird nach dem adaptiven LMS-Algorithmus die Geschwindigkeit, mit welcher der mittlere quadratische Fehler gegen ein Minimum konvergiert, durch die Schrittgröße µ kontrolliert, wobei die Geschwindigkeit mit zunehmender Schrittgröße µ größer wird. Wenn jedoch die Schrittgröße µ zu groß ist, dann oszilliert der rekursive Korrekturprozeß und wird instabil. Daher wird die Niedrigpegelperiode des Wählsignals in Abhängigkeit vom Optirnalwert der Schrittgröße µ festgelegt. Die zweite Korrekturzeit, d. h. die Hochpegelperiode des Wählsignals S, wird so gewählt, daß sie in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel gleich einer Abtastperiode ist. Das Tastverhältnis der Hochpegelperiode des Wählsignals S ist relativ klein, der Wert des Leckkoeffizienten wird so festgelegt, daß er klein im Vergleich zu dem Koeffizienten in dem in Fig. 1 dargestellten divergenzunterdrückenden adaptiven Filter ist, um eine Divergenz der Abgriffverstärkung wirksam zu verhindem
• Im folgenden wird anhand von Fig. 7 die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen adaptiven Filters beschrieben. Ein Filterausgangssignal y wird erzeugt (Schritt 1) und dann von einem Bezugssignal d subtrahiert, um ein Fehlersignal e zu erzeugen (Schritt 2). Als nächstes wird entschieden, ob die Abtastperiode kT (dargestellt durch eine Abtastperiode T und eine laufende Nummer k der gegenwärtigen Abtastperiode) dem Beginn der Wählsignalperiode Ts entspricht oder nicht, d. h. ob Ts=kT ist (Schritt 3). Ist kT nicht gleich Ts, dann gehört die gegenwärtige Abtastperiode kT zur Niedrigpegelperiode des Wählsignals S, d. h. zur ersten Korrekturzeit. Dann wird die Abgriffnummer j auf 1 gesetzt (Schritt 4), und es wird ein Korrekturwert ΔC&sub1;=µex&sub1; erzeugt (Schritt 5). Der Korrekturwert ΔC&sub1; wird zur gegenwärtigen Abgriffverstärkung C&sub1; addiert, wodurch eine korrigierte Abgriffverstärkung C&sub1;+ΔC&sub1; erzeugt wird (Schritt 6). Anschließend wird die Abgriffnummer j auf j+1=2 gesetzt (Schritt 7). Als nächstes wird entschieden, ob die gegenwärtige Abgriffnummer 2 kleiner oder gleich M ist oder nicht. Ist die gegenwärtige Abgriffnummer j nicht größer als M, dann kehrt das Programm zum Schritt 5 zurück, und es wird ein Korrekturwert ΔC&sub2;=Mex&sub2; erzeugt. Dann wird eine korrigierte Abgriffverstärkung C&sub2;+ΔC&sub2; erzeugt (Schritt 6), gefolgt von Schritt 7, in dem die Abgriffnummer j auf j+1=3 gesetzt wird. Im Schritt 8 wird entschieden, ob die gegenwärtige Abgriffnummer 3 nicht größer als M ist. Der aus den Schritten 5, 6, 7, und 8 bestehende Prozeß wird so lange wiederholt, bis die Abgriffnummer j gleich M ist. Sobald die Abgriffnummer j größer als M ist, wird die erste Korrektur für die Abgriffverstärkungen in der Abtastperiode beendet.
• Wenn die Abtastperiode kT im Schritt 3 gleich der Wählsignalperiode Ts ist, dann wird die Abgriffnummer j auf 1 gesetzt (Schritt 9), und es wird eine neue Abgriffverstärkung αC&sub1; erzeugt (Schritt 10). Anschließend wird die Abgriffnummer j auf j+1=2 gesetzt (Schritt 11). Als nächstes wird entschieden, ob die gegenwärtige Abgriffnummer 2 kleiner oder gleich M ist oder nicht (Schritt 12). Die Schritte 10, 11 und 12 werden so lange wiederholt, bis die Abgriffnummer j gleich M ist. Sobald die Abgriffnummer j größer als M ist, werden die zweiten Korrekturen für die Abgriffverstärkungen in der Abtastperiode beendet.
• Die Entscheidungsschritte 3, 8 und 12 und die Schritte 4, 7, 9 und 11 zum Setzen der Abgriffnummer j sind in dem in Fig. 7 dargestellten Ablaufdiagramm explizit angegeben. Auf die Schritte 4, 7, 8, 9, 11 und 12 kann jedoch aus dem gleichen Grunde verzichtet werden, wie im Hinblick auf das Ablaufdiagramm in Fig. 3 angegeben. Auf Schritt 3 kann gleichfalls verzichtet werden, indem die Schritte 5 und 6 für alle Abgriffe über alle Abtastperioden in der ersten Korrekturzeit und der Schritt 10 für alle Abgriffe über alle Abtastperioden in der zweiten Korrekturzeit fortlaufend ausgedrückt werden.
• Indem wir die Anzahl der Operationen (A.O.), die in dem adaptiven Filter ausgeführt werden, auf die gleiche Weise abschätzen wie bei dem in Fig. 3 dargestellten Ablaufdiagramm, finden wir, daß die Anzahl der Operationen in der ersten Korrekturzeit gleich 3M+1 pro Abtastperiode ist, was um etwa 25% kleiner ist als die Operationszahl 4M+1, die für das in Fig. 3 dargestellte Ablaufdiagramm erforderlich ist. Die Anzahl der Operationen, die in der zweiten Korrekturzeit ausgeführt werden, is& gleich 2M+1 pro Abtastperiode, was etwa gleich der Hälfte der Operationszahl für das in Fig. 3 dargestellte Ablaufdiagramm ist. Da das Tastverhältnis der zweiten Korrekturzeit bezüglich der Wählsignalperiode Ts aus gesprochen klein ist, ist die Anzahl der Operationen, die in dieser zweiten Korrekturzeit ausgeführt werden, gegenüber der Ge 15 sarntzahl der Operationen vernachlässigbar.
• Vergleicht man den Abgriffverstärkungs-Korrekturschritt (Schritt 6) in Fig. 3 mit dem Schritt 6 in Fig. 7, dann ist zu erkennen, daß in Fig. 3, da die Summe der Abgriffverstärkungen, multipliziert mit dem Leckkoeffizienten α und dem Korrekturwert, als neue Abgriffverstärkung für die vorhergehende Abgriffverstärkung eingesetzt wird, das resultierende Filterausgangssignal y vom Leckkoeffizienten α abhängig sein dürfte und nicht mit dem Bezugssignal d übereinstimmt. Dagegen wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der längeren Zeit einer Wählsignalperiode (d. h. während der Zeitspanne, in der kT von Ts verschieden ist), die Abgriffverstärkung unter Anwendung eines bekannten rekursiven Korrekturalgorithmus rekursiv korrigiert, so daß das Filterausgangssignal y gegen das Bezugssignal d konvergiert, während in der kürzeren Zeit der Wählsignalperiode (d. h. während der Zeitspanne, in der kT gleich Ts ist) in Schritt 10 die Korrektur zur Unterdrückung des divergenten Verhaltens der Abgriffverstärkung Cj vorgenommen wird, wodurch ein optimales Filterausgangssignal erzeugt und eine Divergenz rekursiv korrigierter Werte jeder Abgriffverstärkung verhindert wird.
• Die vorliegende Erfindung sollte nicht als auf das erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt interpretiert werden. Das Verfahren zur Verhütung eines divergenten Verhaltens in einem rekursiv korrigierten adaptiven Filter wird zwar im obigen Beispiel auf ein FIR-Transversalfilter angewandt, aber die Prinzipien der vorliegenden Erfindung können auch auf ein Filter angewandt werden, das insofern kein FIR-Transversalfilter ist, als das Filter Impulsantworten h&sub0;, h&sub1;, h&sub2;, ..., aufweist und seine Übertragungsfunktion durch Σ hjz-j ausgedrückt wird. Bei einer solchen Modifikation dienen die Impulsantworten hjs als Abgriffverstärkungen im weiteren Sinne.
• Der rekursive Korrekturalgorithmus braucht nicht unbedingt der adaptive LMS-Algorithmus zu sein, sondern kann irgendein gewünschter adaptiver Algorithmus sein.
• Obwohl ein bestimmtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausführlich dargestellt und beschrieben worden ist, versteht sich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche abzuweichen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verhütung von divergentem Verhalten bei der Abgriffverstärkung eines adaptiven Filters durch Unterdrücken von Divergenzneigungen bei den rekursiv korrigierten Werten jeder Abgriffverstärkung des Filters durch einen rekursiven Korrekturalgorithmus, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Ausführen von Korrekturprozessen durch Korrigieren jeder Abgriffverstärkung entsprechend einem herkömmlichen rekursiven Korrekturalgorithmus während einer ersten Zeitspanne, Ausführen von Unterdrückungsprozessen zur Unterdrückung von Divergenzneigungen bei rekursiv korrigierten Werten jeder Abgriffverstärkung während einer zweiten Zeitspanne einer Abtastperiode durch Multiplizieren der während der vorhergehenden ersten Zeitspanne korrigierten Abgriffverstärkung mit einer positiven Konstante, die kleiner als 1 ist und empirisch so bestimmt wird, daß die Divergenzneigungen unterdrückt werden, und

aufeinanderfolgendes Wiederholen der Korrektur- und Unterdrückungsprozesse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der herkömmliche rekursive Korrekturalgorithmus den adaptiven Algorithmus des kleinsten mittleren Fehlerquadrats einschließt.

3. Adaptives Filter, dessen Abgriffverstärkungen jeweils rekursiv so eingestellt werden, daß das Ausgangssignal des adaptiven Filters mit einem Bezugssignal übereinstimmt, gekennzeichnet durch:

eine Korrekturschaltung (4, 5, 12) zur Berechnung des Korrekturwerts (ΔCj) jeder der Abgriffverstärkungen entsprechend einem herkömmlichen rekursiven Korrekturalgorithmus,

ein Addierglied (14) zum Addieren jedes von der Korrekturschaltung (4, 5, 12) berechneten Korrekturwerts (ΔCj) zu der entsprechenden Abgriffverstärkung (Cj),

ein Koeffizientenmultiplizierglied (13) zum Multiplizieren der Abgriffverstärkung (Cj) mit einer positiven Konstante α, die kleiner als 1 ist und empirisch so bestimmt wird, daß Divergenzneigungen bei den rekursiv korrigierten Werten jeder Abgriffverstärkung unterdrückt werden,

einen Wähler (16) zur selektiven Ausgabe eines der vom Addierglied (14) bzw. vorn Koeffizientenmultiplizierglied (13) zugeführten Signale als Antwort auf ein Wählsignal (S), und

einen Zeitzähler (6) für die Zuführung des Wählsignals (S) zum Wähler, wobei das Wählsignal so erzeugt wird, daß der Wähler (16) ein vom Koeffizientenmultiplizierglied (13) zugeführtes Signal für eine Abtastperiode eines dem adaptiven Filter zugeführten Eingangssignals auswählt,

wobei die Korrekturschaltung (4, 5, 12), das Addierglied (14), das Koeffizientenmultiplizierglied (13) und der Wähler (16) für jedes der Abgriffausgangssignale vorgesehen sind, während ein einziger Zeitzähler (6) für alle Abgriffausgangssignale vorgesehen ist.

4. Adaptives Filter nach Anspruch 3, wobei der herkömmliche rekursive Korrekturalgorithmus den Algorithmus des kleinsten mittleren Fehlerquadrats einschließt.