[发明专利]用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置及方法

说明书

本发明公开一种用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置及方法，该迭代计算装置包括：实部计算电路，用于每次迭代计算时计算权值的实部，并在计算时使用上一次迭代时的误差信号在复数域的指定部分计算当前次迭代的步进值，在复数域的指定部分为实部或者为虚部；虚部计算电路，用于每次迭代时计算权值的虚部，并在计算时使用上一次迭代时的误差信号在复数域的指定部分计算当前次迭代的步进值。本发明具有结构简单紧凑、成本低、硬件资源消耗少、计算量小且迭代效率高等优点。

技术领域

本发明涉及自适应滤波技术领域，尤其涉及一种用于自适应滤波的LMS(Leastmean square，最小均方)权值迭代计算装置及方法。

背景技术

自适应滤波器即是使用自适应算法改变滤波器的参数、结构，以实现自适应滤波效果。在自适应滤波的实时处理过程中，需要确定出最佳权值，确定最佳权值的计算方法主要直接计算和迭代递推计算两种，其中直接计算方法是通过矩阵求逆的方式完成，虽然可以直接求取出最优权值，但是运算量较大，对硬件资源要求较高，而迭代递推计算方法是通过一定的算法实时更新权值，使权值矢量从初始状态逐渐收敛到最优权值，与直接计算方法相比，迭代递推计算方法能够简化计算难度，因而实际的工程上应用较多。

在权值的迭代递推计算方法中，较为常用的即为LMS算法，LMS算法即是通过用梯度估计代替梯度以近似实现最陡下降法，即用瞬时输出误差功率的梯度作为均方根误差梯度的估计，来计算权值步进量，最终沿着使误差性能函数减小的方向收敛到最优权值。权值的迭代计算通常即与基于上述LMS算法在FPGA中实现，但是由于迭代计算中存在复数乘法，不仅迭代实现复杂，需要消耗大量的硬件乘法器资源、增加实现成本，且复杂的计算会降低迭代计算效率，乘法器的使用数量还会限制FPGA规模的选择范围。在自适应滤波实际应用中，通常会包含大量的处理通道，当通道数目较多时，权值的迭代更新过程则需要进行大量的乘法运算，造成大量的硬件资源消耗以及大量的乘法运算。

自适应滤波中基于LMS算法的单个支路控制环路如图1所示，其中在自适应滤波过程中权值w_i的递推公式可表示为：

其中x_i表示输入滤波信号，e表示误差信号，w_i、x_i、e均为复数，即：e＝e_I+je_Q；

每次权值的迭代结果w_i(n+1)的计算需要分为实部和虚部两部分实现，即：

为了实现上述权值(2)、(3)的迭代计算，现有技术中基于LMS算法的权值迭代单个支路通常是采用如图2所示的电路结构，其中包括4个乘法器、四个加法器，即每迭代计算一次，对应每一个支路的权值w_i(n+1)更新都需要进行4次乘法运算和4次加法运算，这会使得需要消耗较多的硬件乘法器资源，尤其是当应用于通道数目较多时需要消耗大量的硬件资源以及执行大量的乘法运算。

综上，在自适应滤波中使用LMS算法进行权值迭代计算时，由于存在复数乘法运算，且计算权值实部的步进量需要误差信号和输入滤波信号的实部和虚部，计算权值虚部的步进量也需要误差信号和输入滤波信号的实部和虚部，而一路复权值的一次迭代需要4次乘法和4次加法运算，因而需要消耗较多的硬件资源以及执行大量的乘法运算，致使实现成本高、执行效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低、硬件资源消耗少、计算量小且迭代效率高用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置，包括：