本发明专利技术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。本发明专利技术具有结构简单紧凑、成本低、硬件资源消耗少、计算量小且迭代效率高等优点。小且迭代效率高等优点。小且迭代效率高等优点。
【技术实现步骤摘要】
用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置及方法
[0001]本专利技术涉及自适应滤波
，尤其涉及一种用于自适应滤波的LMS(Least mean square，最小均方)权值迭代计算装置及方法。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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：
[0005][0006]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均为复数，即：e＝e
I
+je
Q
；
[0007]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：
[0008][0009][0010]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。
[0011]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。
技术实现思路
[0012]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术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。
[0013]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0014]一种用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置，包括：
[0015]实部计算电路，用于每次迭代计算时计算自适应滤波中权值的实部，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，所述在复数域的指定部分为实部或者为虚部，所述误差信号为期望输出信号和实际输出信号之间的误差；
[0016]虚部计算电路，用于每次迭代时计算自适应滤波中权值的虚部，并在计算时使用所述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。
[0017]进一步的，实部计算电路中，输入上一次迭代时输入滤波信号的实部、上一次迭代时的误差信号在复数域的指定部分以及上一次迭代时权值的实部，计算出当前次迭代的权值的实部；
[0018]所述虚部计算电路中，输入上一次迭代时输入滤波信号的虚部、所述上一次迭代时的误差信号在复数域的指定部分以及上一次迭代时权值的虚部部分，计算出当前次迭代的权值的虚部部分。
[0019]进一步的，所述实部计算电路包括第一乘法单元、第一移位单元、第一加法单元以及第一延时单元，所述第一乘法单元的输入端分别接入上一次迭代时所述输入滤波信号的实部、所述误差信号在复数域的指定部分，输出端与所述第一移位单元的输入端连接，所述第一加法单元的输入端分别连接所述第一移位单元的输出端、所述第一延时单元的输出端，所述第一加法单元的输出端还与所述第一延时单元的输入端连接，由所述第一加法单元的输出端输出所述当前次迭代的权值的实部。
[0020]进一步的，所述虚部计算电路包括第二乘法单元、第二移位单元、第二加法单元以及第二延时单元，所述第二乘法单元的输入端分别接入上一次迭代时所述输入滤波信号的虚部、所述误差信号在复数域的指定部分，输出端与所述第二移位单元的输入端连接，所述第二加法单元的输入端分别连接所述第二移位单元的输出端、所述第二延时单元的输出端，所述第二加法单元的输出端还与所述第二延时单元的输入端连接，由所述第二加法单元的输出端输出所述当前次迭代的权值的虚部部分。
[0021]进一步的，所述实部计算电路、虚部计算电路中所述误差信号在复数域的指定部分均为误差信号的实部，或者所述实部计算电路、虚部计算电路中所述误差信号在复数域的指定部分均为误差信号的虚部，或者所述实部计算电路、虚部计算电路中所述误差信号在复数域的指定部分一个为误差信号的虚部、另一个为误差信号的虚部。
[0022]一种用于自适应滤波的LMS权值迭代计算方法，步骤包括：
[0023]每次迭代计算时计算自适应滤波中权值的实部，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，所述在复数域的指定部分为实部或者为虚部，所述误差信号为期望输出信号和实际输出信号之间的误差；
[0024]每次迭代时计算自适应滤波中权值的虚部，并在计算时使用所述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。
[0025]进一步的，所述计算自适应滤波中权值的实部时，输入上一次迭代时输入滤波信号的实部、上一次迭代时的误差信号在复数域的指定部分以及上一次迭代时权值的实部，计算出当前次迭代的权值的实部；
[0026]所述计算自适应滤波中权值的虚部时，输入上一次迭代时输入滤波信号的虚部、所述上一次迭代时的误差信号在复数域的指定部分以及上一次迭代时权值的虚部部分，计算出当前次迭代的权值的虚部部分。
[0027]进一步的，所述计算出当前次迭代的权值的实部包括：接入上一次迭代时的所述输入滤波信号的实部、所述误差信号在复数域的指定部分，经过乘法运算后进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置，其特征在于，包括：实部计算电路(1)，用于每次迭代计算时计算自适应滤波中权值的实部，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，所述在复数域的指定部分为实部或者为虚部，所述误差信号为期望输出信号和实际输出信号之间的误差；虚部计算电路(2)，用于每次迭代时计算自适应滤波中权值的虚部，并在计算时使用所述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。2.根据权利要求1所述的用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置，其特征在于：所述实部计算电路(1)中，输入上一次迭代时输入滤波信号的实部、上一次迭代时的误差信号在复数域的指定部分以及上一次迭代时权值的实部，计算出当前次迭代的权值的实部；所述虚部计算电路(2)中，输入上一次迭代时输入滤波信号的虚部、所述上一次迭代时的误差信号在复数域的指定部分以及上一次迭代时权值的虚部部分，计算出当前次迭代的权值的虚部部分。3.根据权利要求2所述的用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置，其特征在于：所述实部计算电路(1)包括第一乘法单元(11)、第一移位单元(12)、第一加法单元(13)以及第一延时单元(14)，所述第一乘法单元(11)的输入端分别接入上一次迭代时所述输入滤波信号的实部、所述误差信号在复数域的指定部分，输出端与所述第一移位单元(12)的输入端连接，所述第一加法单元(13)的输入端分别连接所述第一移位单元(12)的输出端、所述第一延时单元(14)的输出端，所述第一加法单元(13)的输出端还与所述第一延时单元(14)的输入端连接，由所述第一加法单元(13)的输出端输出所述当前次迭代的权值的实部。4.根据权利要求2所述的用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置，其特征在于：所述虚部计算电路(2)包括第二乘法单元(21)、第二移位单元(22)、第二加法单元(23)以及第二延时单元(24)，所述第二乘法单元(21)的输入端分别接入上一次迭代时所述输入滤波信号的虚部、所述误差信号在复数域的指定部分，输出端与所述第二移位单元(22)的输入端连接，所述第二加法单元(23)的输入端分别连接所述第二移位单元(22)的输出端、所述第二延时单元(24)的输出端，所述第二加法单元(23)的输出端还与所述第二延时单元(24)的输入端连接，由所述第二加法单元(23)的输出端输出所述当前次迭代的权值的虚部部分。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于自适应滤波的LMS权值迭代计算装置，其特征在于：所述实部计算电路(1)、虚部计算电路(2)中所述误差信号在复数域的指定部分均为误差信号的实部，或者所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯起，王萌，周资伟，卢树军，
申请(专利权)人：湖南艾科诺维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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