[发明专利]包括非递归部分和递归部分的自适应数字滤波器

说明书

本发明涉及一种包括非递归部分和递归部分的自适应数字滤波器。该滤波器用于通信设备中的回波抵消器或均衡器。

在通信设备中用于回波消除的滤波器的冲激响应，应尽可能精确地模拟传输线上的冲激响应。所包括在传输线上的这种情形是两线到四线的连接，模拟/数字转换器等等，它们对冲激响应都有影响。一般来说，后者随时间的延伸相对较长。因此，采用只有一个有限冲激响应的滤波器来得到合适的冲激响应是很困难的。这种滤波器称为非递归滤波器或FIR滤波器（有限冲激响应滤波器）。要获得合适的冲激响应，用于回波对消的滤波器应当包括两个部分，即非递归部分和递归部分。递归滤波器也称为IIR滤波器（无限冲激响应）。

大家知道，调整自适应FIR滤波器的可靠方法，也就是调整这种滤波器的系数。它们可通过使误差信号的平方趋于最小而被调整，该误差信号是滤波器的所谓的理想信号和输出信号之间的偏差，在这种情况下，理想信号可能是出现在包括滤波器的通信设备中的接收器端上的信号。误差信号的平方能例如根据所谓的LMS方法（最小均方）减至最小。该LMS方法尤其已在Widrow和Stearns的《自适应信号处理》一书第99-101页描述。

由于误差信号的平方是滤波器系数值的二次函数，所以，根据上述方法使误差信号的平方趋于最小值是所谓的最小平方问题。这即是说，在N维空间（其中N是系数的数目），这个平方可用一个二次误差面来表示，最佳滤波器的设置相应于这个表面上的最小点。

IIR滤波器相应的平方是不能由上述二次误差面来表示的，然而，误差面可用局部的最小点来代替。已知的修正算法能固定于这种局部最小点，其结果是永不能获得最佳调整。

递归滤波器也是不稳定的，其结果是以转移函数的Z变换的极点至少暂时在单位圆外侧移动。对于第一级IIR滤波器，这意味着滤波器系数比1大，这使滤波器不稳定。

用所谓的“误差方程”结构来避免局部最小的问题是众所周知的。在这种情形下，使用了两个FIR滤波器，尤其是，其中之一连接到发射端上，而另一端连接在同一通信设备的接收端上。从一个滤波器的输出信号中减去另一滤波器的输出信号形成误差信号。该误差信号的平方是二次误差面，但这种类型的结构有不利的方面，即减至最少的误差信号并不表示实际的误差。尤其是什么时候干扰同时出现在发射端和接收端，什么时候话音信号同时出现在发射端和接收端。还发现，调整用这种方法连接的两个滤波器是很困难的，因为这两个滤波器相互影响。该相等误差方法已在上述的《自适应信号处理》一书第250-253页所描述。

本发明的目的是提供一个自适应数字滤波器，该滤波器包括非递归部分和递归部分，并能用既简单又可靠的方法来调整。这可由滤波器的递归部分来完成，它具有多个独立地、固定安装的递归滤波器，这些递归滤波器具有不同的冲激响应，并且，在其中，递归滤波器的输出信号按自适应权重系数线性组合。该滤波器是由非递归部分的单一信号和递归部分的自适应权重系数进行调整的。稳定的滤波器也用这种方法来获得，因为递归滤波器的极点没有位移。

本发明的特征在权利要求中是明显的。

现在参照附图对本发明进行更详细地描述。其中：

附图1表示已知的回波对消装置。

附图2表示本发明的滤波器的理想冲激响应的例子。

附图3表示本发明滤波器的第一个实施例。

附图4表示按照图3滤波器的更详细的实施例。

附图5是包括在本发明的滤波器中的某一单个滤波器中所给出的不同的冲激响应的一组曲线图的例子。及

附图6表示本发明的滤波器的第二个实施例。

附图1表示已知的回波消除设备。出现在通信设备发射端的数字输入信号X（n）施加在两线至四线接头2（即混合电路）上，它连接到通信设备的接收端，并通过两根导线接到电话机4上。回波信号出现在混合电路中，因此也出现在两根导线中。送到接收端的、来自混合电路Z的输出信号由d（n）来表示，而且，当没有接收到来自电话机4的信号时，输出信号只由回波信号组成。该信号与上述的理想信号一致。

输入信号X（n）也加于自适应FIR滤波器1上，并产生一个预定的回波信号y（n）。误差信号e（n）在加法器3中形成，它是信号d（n）和信号y（n）之差，并用来调整滤波器。由上述可见，FIR滤波器能根据公知的方法进行调整，例如，LMS的方法。然而，这种滤波器的冲激响应太短，通常不能获得有效的回波消除。