專利名稱：自適應(yīng)數(shù)字濾波器、fm接收機(jī)、數(shù)字處理方法及程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)數(shù)字濾波器，更具體地涉及一種適用于諸 如FM (調(diào)頻)接收機(jī)的多徑均衡器之類設(shè)備的自適應(yīng)數(shù)字濾波器。
背景技術(shù)：
用于FM無線電廣播和電視廣播的FM調(diào)制波是在其中正弦波載 波信號受到音樂信號的相位調(diào)制的信號。FM調(diào)制波具有很高的抗噪 聲性并且能夠以低失真因數(shù)傳送具有15kHz寬頻帶的音樂信號。然而，在多徑傳播路徑中，此多徑包括除了無線電波直接到達(dá)的 路徑以及在其中無線電波被諸如建筑物之類的障礙物反射并由此延遲 到達(dá)的路徑以外的路徑，解調(diào)所需的相位信息受到與直射波一起接收 到的強(qiáng)反射波的影響的干擾，因此在解調(diào)信號中發(fā)生失真。由于多徑 傳播路徑所產(chǎn)生的失真被稱為"多徑失真"。通過校正多徑傳播路徑的 特性來減少多徑失真的均衡器稱為"多徑均衡器"或"多徑失真抵抵 消器"。通過將接收信號通過具有多徑傳輸路徑的逆特性的濾波器(即， 逆濾波器)，多徑均衡器對接收信號中的多徑效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。多徑傳輸 路徑的特性根據(jù)環(huán)境而改變，此外隨著時間推移必須根據(jù)環(huán)境來優(yōu)化 逆濾波器的特性。因此，典型地，使用自適應(yīng)數(shù)字濾波器作為逆濾波 器。自適應(yīng)數(shù)字濾波器是一種具有根據(jù)環(huán)境的改變而自動地更新濾 波器系數(shù)的能力的濾波器。用于在時間上計算每個時間點(diǎn)處的濾波器 系數(shù)的算法稱為"自適應(yīng)算法"，以LMS (最小均方)算法為代表性 示例。在廣義上，LMS算法是基于最速下降(steepest-decent)方法來 最小化均方根誤差的方法，并提供了穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)以及較小運(yùn)算量。已知為復(fù)LMS算法的自適應(yīng)算法是公知的。復(fù)LMS算法是LMS 算法的擴(kuò)展，其中，輸入信號、輸出信號、目標(biāo)信號及濾波器系數(shù)為 復(fù)數(shù)，并用于例如當(dāng)輸入為窄帶高頻信號時通過分離同相分量和正交 分量來適配參考信號的情況。另一方面，通過自適應(yīng)數(shù)字濾波器所實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)均衡器需要參考 信號(訓(xùn)練信號)用于此適配，并且上述需求易于導(dǎo)致通信的中斷以 及由于冗余參考信號所造成的通信效率的降低。相反地，最近開發(fā)的被稱作"盲均衡器"的均衡器僅基于接收信 號來執(zhí)行對信號的恢復(fù)均衡，而不需要用于適配的參考信號。用于這 種盲均衡的應(yīng)用算法稱為"盲算法"，以CMA (恒模算法)為代表性如非專利文獻(xiàn)1中所示，CMA典型地表示在其中將與輸出信號 有關(guān)的統(tǒng)計(例如濾波器輸出的包絡(luò)或者較高階統(tǒng)計量)作為索引的 算法，該算法更新濾波器的系數(shù)使得該索引逼近目標(biāo)值。當(dāng)使用如FM 調(diào)制中的調(diào)制波幅度所確定的等幅調(diào)制波時，使用濾波器輸出的包絡(luò) (即，幅度)作為索引，并對濾波器系數(shù)進(jìn)行更新，以便最小化目標(biāo) 值與經(jīng)過濾波器的信號的包絡(luò)值之間的誤差，如非專利文檔2所述。 按照這種方式，將相位失真與包絡(luò)失真一起校正，并消除多徑傳輸?shù)?反射波的影響。這里，CMA是不同于自適應(yīng)算法的概念。在CMA中，使用諸如 上述所提到的LMS算法之類的自適應(yīng)算法作為用于計算每個時間點(diǎn) 處的濾波器系數(shù)的自適應(yīng)算法。為了統(tǒng)一控制如先前所述的濾波器的輸出信號的包絡(luò)值，必須在 瞬時提取包絡(luò)值，并且復(fù)信號處理是這類提取的典型方法。在復(fù)信號 處理中，通過例如Hilbert變換器產(chǎn)生具有相對于特定實(shí)信號G延遲 90° (n/2)相位的實(shí)信號fl，并產(chǎn)生以fl為實(shí)部和以f2為虛部的 復(fù)信號(典型地稱為"分析信號")。按照這種方式，通過計算復(fù)信號 的實(shí)部和虛部的平方和，可以在瞬時找到該實(shí)信號的包絡(luò)值。然而， 當(dāng)對濾波器的輸出信號進(jìn)行復(fù)信號處理時，由復(fù)信號處理所引起的延 遲進(jìn)入系數(shù)更新回路并導(dǎo)致回路的不穩(wěn)定。因此，對輸入信號執(zhí)行復(fù)信號處理。在這些情況下，輸入信號變成復(fù)信號，并且據(jù)此使用能夠 處理復(fù)量的諸如LMS算法之類的算法作為自適應(yīng)算法。這種方法稱 為"相關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)"。圖1示例了使用相關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的配置。參照圖1，通過Hibert變換器(未示出)將輸入信號X(k)轉(zhuǎn)換成 復(fù)信號。通過將該復(fù)數(shù)信號作為輸入與復(fù)濾波器信號向量W(k)進(jìn)行巻 積，以得作為復(fù)信號的輸出信號y(k)。通過已擴(kuò)展為能夠處理復(fù)信號 的自適應(yīng)算法對復(fù)濾波器系數(shù)向量W(k)進(jìn)行更新，使得輸出信號y(k) 的包絡(luò)值逼近已預(yù)先指定的目標(biāo)值。這種自適應(yīng)數(shù)字濾波器的算法如下所示W(wǎng)(k+1) = W(k)-淑k)l p - yrefD)qy(k)XH(k) (1) y(k) = WT(k)X(k) (2) W(k) = [w0(k)， wl(k)，…，wN-l(k)]T (3) X(k) = [x(k), x(k-1)，…，x(k-N+l)]T (4) 其中，W(k)表示為濾波器系數(shù)向量，X(k)表示復(fù)信號向量，k表示 采樣索引，N表示濾波器的抽頭數(shù)目，y(k)表示輸出信號，yreft)表示 包絡(luò)的目標(biāo)值，以及p表示用于確定濾波器系數(shù)的更新量的參數(shù)。此 外，H表示復(fù)共軛轉(zhuǎn)置，T表示轉(zhuǎn)置。值p和q是用于確定包絡(luò)目標(biāo) 值的誤差估計函數(shù)的常量，例如，可以是p^和q-l。在相關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)中，通過應(yīng)用復(fù)信號處理來產(chǎn)生彼此具有 90° (n/2)相移的兩個信號。然而，從專利文獻(xiàn)1和非專利文獻(xiàn)3 中可以看出，當(dāng)對輸入信號的采樣為載波信號頻率的倍數(shù)(4/奇數(shù)) 時，相鄰采樣點(diǎn)的相位差為90度。通過采用這種方法，當(dāng)查找輸出信 號的包絡(luò)值時，可以將自適應(yīng)算法用于處理實(shí)數(shù)，由此可以計算相鄰 采樣點(diǎn)的平方和。將這種方法稱為"相關(guān)領(lǐng)域的第二技術(shù)"。圖2示出了使用相關(guān)領(lǐng)域的第二技術(shù)的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的配置。參照圖2，輸入信號Xr(k)是實(shí)信號，并且通過該實(shí)信號作為輸入 來對實(shí)信號濾波器系數(shù)向量Wr(k)進(jìn)行巻積，以獲得實(shí)信號輸出信號yr(k)。通過處理實(shí)系數(shù)的自適應(yīng)算法對濾波器系數(shù)向量Wr(k)進(jìn)行更 新，使得輸出信號yr(k)的包絡(luò)逼近已預(yù)先指定的目標(biāo)值。此自適應(yīng)數(shù) 字濾波器算法如下示出Wr(k+1) = Wr(k) — jii(Env[yr(k)] — yrefD) yr(k) Xr(k) (5)其中，Wr(k)表示實(shí)系數(shù)向量，Xr(k)表示實(shí)信號向量，Env[]表示用于 獲得包絡(luò)的近似值的運(yùn)算，Re[]表示用于得到復(fù)數(shù)的實(shí)部的運(yùn)算，以 及yrCk)表示實(shí)數(shù)輸出信號。然而，在圖1所示的自適應(yīng)數(shù)字濾波器中，例如，針對輸入信號 X(k)、濾波器信號向量W(k)、及輸出信號y(k)的幾乎所有信號處理都 通過復(fù)數(shù)來執(zhí)行。復(fù)數(shù)值的單次乘法與實(shí)數(shù)值的四次乘法和兩次加法 相對應(yīng)。在針對FM接收機(jī)的多徑均衡器中，針對每個短采樣周期， 必須對具有多個抽頭的濾波器執(zhí)行巻積運(yùn)算和系數(shù)更新運(yùn)算，這將產(chǎn) 生大量運(yùn)算的問題。另一方面，在圖2所示的自適應(yīng)數(shù)字濾波器中，如果采樣頻率正 好是中頻信號的中心頻率的倍數(shù)(4/奇數(shù))，則可以增加包絡(luò)的計算精 度，可以獲得與圖1中的自適應(yīng)數(shù)字濾波器相同的性能，以及另外， 可以將運(yùn)算負(fù)荷減少大約25%。然而，這項技術(shù)具有問題采樣頻率 受到嚴(yán)格限制，以及不可以進(jìn)行針對任意采樣頻率的設(shè)計。如果采樣 頻率偏移中頻信號的中心頻率的倍數(shù)(4/奇數(shù))，則包絡(luò)的計算精度降 低以及多徑均衡器的性能因此惡化。專利文獻(xiàn)l: JP-A-2005-064618非專禾U文獻(xiàn)1: C. Richard Johnson, Jr,， Philip Schniter, Thomas J. Endres, James D. Behm， Donald R. Brown, and Raiil A. Casas， "Blind Equalization Using the Constant Modulus Criterion: A Review," Proceedings of IEEE, Vol. 86, No, 10， October 1998。非專利文獻(xiàn)2: J. R. Treichler and B. G. Agee, "A New Approach toMultipath Correction of Constant Modulus Signals," IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. 31, No. 2, pp. 459 - 472， April 1983。非專利文獻(xiàn)3: Itami Makoto, Hatori Mitsutoshi, Tsukamoto Norio， "Hardware Implementation of FM Multipath Distortion Canceller," National Convention Record of the Institute of Television Engineers of Japan, No. 22, pp. 355 - 356， 1986。發(fā)明內(nèi)容鑒于這些情況提出本發(fā)明，并且將提供對采樣頻率沒有限制以及 可以降低運(yùn)算量的自適應(yīng)數(shù)字濾波器作為其目的。本發(fā)明的第一自適應(yīng)數(shù)字濾波器具有濾波器單元，取復(fù)信號作 為輸入信號，產(chǎn)生及提供輸出信號作為輸出，所述輸出信號是通過執(zhí) 行輸入信號向量與作為實(shí)信號的濾波器系數(shù)向量的巻積運(yùn)算而產(chǎn)生的 復(fù)信號；系數(shù)控制單元，用于基于目標(biāo)信號與源自輸出信號的索引值 之間的誤差來控制濾波器的系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的第二自適應(yīng)數(shù)字濾波器，第一自適應(yīng)數(shù)字濾波器中 的濾波器單元取復(fù)信號作為輸入信號，該復(fù)信號以產(chǎn)生自單個實(shí)信號 并且彼此相對地具有90°相移的兩個信號中的一個信號為實(shí)部而以 另一個信號為虛部。根據(jù)本發(fā)明的第三自適應(yīng)數(shù)字濾波器，第一數(shù)字自適應(yīng)濾波器中 的系數(shù)控制單元取輸出信號的包絡(luò)值作為索引值。根據(jù)本發(fā)明的第四自適應(yīng)數(shù)字濾波器，第一自適應(yīng)數(shù)字濾波器中 的系數(shù)控制單元包括公共單元，用于產(chǎn)生并提供符合索引值與目標(biāo) 信號之間的誤差的實(shí)信號作為輸出；以及針對每個乘法器所提供的多 個分離單元，用于濾波器單元中的巻積運(yùn)算，以便基于以下參數(shù)計算 要在下一個采樣周期使用的實(shí)濾波器系數(shù)通過將復(fù)信號轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù) 所獲得的作為相應(yīng)乘法器的輸入所施加的信號、接收自公共單元的作 為輸入的實(shí)信號、以及當(dāng)前的實(shí)濾波器系數(shù)。本發(fā)明的FM的接收機(jī)具有第一 自適應(yīng)數(shù)字濾波器；以及Hilbert變換器，用于將通過將FM調(diào)制信號轉(zhuǎn)換到中頻并迸行數(shù)字化然后對其進(jìn)行Hilbert變換所產(chǎn)生的復(fù)信號作為輸入施加到自適應(yīng)數(shù)字濾波 器。本發(fā)明的第一數(shù)字處理方法包括步驟(a)取復(fù)信號作為輸入信號，然后提供作為復(fù)信號的輸出信號，通過對輸入信號向量與作為實(shí)數(shù)的濾波器系數(shù)向量執(zhí)行巻積運(yùn)算來產(chǎn)生該復(fù)信號；以及(b)基于目標(biāo)信號與源自輸出信號的索引值之間的誤差來控制濾波器系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的第二信號處理方法，在第一信號處理方法的步驟(a)中，輸入信號是復(fù)信號，復(fù)信號以產(chǎn)生自單個實(shí)信號并且彼此相對地具有90°相移的兩個信號中的一個信號為實(shí)部而以另一個信號為虛部。根據(jù)本發(fā)明的第三信號處理方法，在第一信號處理方法的步驟 (b)中，以輸出信號的包絡(luò)值作為索引值。根據(jù)本發(fā)明的第四信號處理方法包括在第一信號處理方法的步 驟(b)中，用于產(chǎn)生符合索引值與目標(biāo)信號之間的誤差的實(shí)信號的公 共處理；以及在步驟(a)中，針對每個乘法器所執(zhí)行的多個分離處理， 用于濾波器單元中的巻積運(yùn)算，以便基于以下參數(shù)計算要在下一個采 樣周期使用的實(shí)濾波器系數(shù)通過將復(fù)信號轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)所獲得的作為 相應(yīng)乘法器的輸入所施加的信號、在公共處理中所產(chǎn)生的實(shí)信號、以 及當(dāng)前的實(shí)濾波器系數(shù)。在本發(fā)明中，濾波器系數(shù)是實(shí)信號，但是輸入信號為復(fù)信號，該 復(fù)信號以彼此相對地具有90°相移的兩個信號中的一個信號為實(shí)部 而以另一個信號為虛部。因此，通過對輸入信號與濾波器系數(shù)的巻積 運(yùn)算所產(chǎn)生的輸出信號也是復(fù)信號，該復(fù)信號以彼此相對地具有90° 相移的兩個信號中的一個信號為實(shí)部而以另一個信號為虛部。因此， 如相關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)，可以瞬時且精確地找到輸出信號的包絡(luò)值， 此外如相關(guān)領(lǐng)域的第二技術(shù)，對采樣頻率沒有限制。此外，通過使濾 波器系數(shù)為實(shí)數(shù)將大量減少運(yùn)算量。此外，作為輸入信號的復(fù)信號的 實(shí)部與虛部相互間僅具有90°的相移，并且最初產(chǎn)生自同一個實(shí)信 號，然后被轉(zhuǎn)換成復(fù)信號以使能對諸如輸出信號的包絡(luò)值之類的索引值的瞬時計算。因此，作為自適應(yīng)數(shù)字濾波器的濾波器性能無法與用 于處理輸入信號的實(shí)部和虛部的相關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)或者與用于只處 理輸入信號的實(shí)部(或虛部)的相關(guān)領(lǐng)域的第二技術(shù)相比。


圖1是示出了根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的配 置的方框圖；圖2是示出了根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的第二技術(shù)的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的配 置的方框圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的配置的 方框圖；圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的操作 的流程圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的FM接收機(jī)的配置的方框圖； 圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的修改的 配置的方框圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的修改的 配置的方框圖；以及圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的修改的 配置的方框圖。
具體實(shí)施方式
接下來的說明是關(guān)于參考附圖的本發(fā)明的實(shí)施例。 參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器具有濾波 器單元，用于通過執(zhí)行施加至輸入端子301的復(fù)信號(復(fù)輸入信號)與作為實(shí)信號(實(shí)濾波器系數(shù))的濾波器系數(shù)向量的巻積運(yùn)算來產(chǎn)生 作為復(fù)信號(復(fù)輸出信號)的輸出信號，以及用于將該復(fù)信號提供給輸出端子302;以及系數(shù)控制單元，用于基于源自復(fù)輸出信號(在本實(shí)施例的情況下為包絡(luò)值)的索引值與目標(biāo)信號之間的誤差來控制濾 波器系數(shù)。該系數(shù)控制單元是由圖中的一個框(在下文中，解釋為公共單元318)以及N個框(在下文中，解釋為分離單元319o-319^) 所組成的部分，而其它部分構(gòu)成了濾波器單元。這里，復(fù)輸入信號是 復(fù)信號，該復(fù)信號以彼此相對地具有卯。相移的兩個信號中的一個信 號為實(shí)部而以另一個信號為虛部。濾波器單元是具有N個抽頭(即N個濾波器系數(shù))的FIR(有限 沖擊響應(yīng))濾波器。該濾波器單元包括由N-1個延遲單元330,-330^ 組成的抽頭延遲線，其中延遲單元33(V330w中的每個延遲1個采樣 周期；N個乘法器336(t336w，用于將復(fù)輸入信號和延遲單元 330,-330n.,中每個的輸出信號與濾波器系數(shù)向量相乘；以及N-l個加 法器337o-337w，用于連續(xù)將這N個乘法器336o-336^的乘法結(jié)果相 加。系數(shù)控制單元使用LMS作為自適應(yīng)算法，并包括公共控制單 元318，用于公共控制所有濾波器系數(shù)；以及用于控制每一單獨(dú)的濾 波器系數(shù)的分離單元319o-319n.,。公共單元318包括絕對值電路308，接收作為濾波器單元的輸 出的復(fù)輸出信號作為輸入，并通過實(shí)部和虛部的平方和計算來提供復(fù) 輸出信號的包絡(luò)值；包絡(luò)目標(biāo)值產(chǎn)生電路305，用于產(chǎn)生包絡(luò)所要收 斂的值(即包絡(luò)目標(biāo)值)；減法器307，用于提供通過從絕對值電路308 中得到的包絡(luò)值減去包絡(luò)目標(biāo)值所得到的值；實(shí)部提取電路309，用 于接收復(fù)輸出信號作為輸入并且僅提取并提供該信號的實(shí)部；乘法器 310，用于提供減法器307的輸出與實(shí)部提取電路309的輸出的相乘結(jié) 果；步長產(chǎn)生電路303，用于產(chǎn)生作為用于確定濾波器系數(shù)的更新量 的參數(shù)的步長；以及乘法器311，用于向分離單元319o-319N-,中的每 個提供乘法器310的輸出與步長的相乘結(jié)果。在本實(shí)施例中，濾波器系數(shù)是實(shí)數(shù)而非復(fù)數(shù)，由此將在步長產(chǎn)生 電路303處所產(chǎn)生的步長值設(shè)定為使用復(fù)濾波器系數(shù)情況下步長的4 倍。因此，能夠使收斂速度等于使用復(fù)濾波器系數(shù)的情況。此外，分離單元319o-319w中的每個都包括實(shí)部提取電路 335。-335w，用于接收復(fù)輸入信號或抽頭延遲線上的相應(yīng)延遲單元 330，-330n.,的輸出信號作為輸入；以及乘法器331。-331n小用于將接收自公共單元318的信號與通過實(shí)部提取電路335。-335w所提取的實(shí) 部的乘法結(jié)果提供作為輸入；加法器333q-333n.p用于將施加到乘法 器336q-336n-!的濾波器系數(shù)添加到乘法器331q-331w的輸出，并提供 用于在下一個采樣周期的濾波器系數(shù)；以及延遲單元334。-334w，用 于將這些加法器331o-331^的輸出準(zhǔn)確地延遲一個采樣周期，并將結(jié) 果提供給乘法器336o-336w。本實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的算法如下所示 Wr(k+1) = Wr(k) — ju(|y(k)| p — yrefO)qRe[y(k)]Re[X(k)] (10) y(k) = WrT(k) X(k) (11) 其中，Wr(k)是實(shí)系數(shù)向量，X(k)是復(fù)信號向量，Re[]是用于提取復(fù)數(shù) 的實(shí)部的運(yùn)算，y(k)是復(fù)輸出信號，k是采樣索引，yrefO是包絡(luò)目標(biāo) 值，ia是用于確定濾波器系數(shù)的更新量的參數(shù)。值p與q是用于確定 相對于包絡(luò)目標(biāo)值的誤差估計函數(shù)的常量，例如，可以有p^及q^。 下面的說明是關(guān)于本實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的操作。 圖4為用于解釋本實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的操作的流程圖。 參照圖4，重復(fù)以下過程新復(fù)輸入信號從輸入端子301的輸入 過程S1，自適應(yīng)均衡過程S2，復(fù)輸出信號到輸出端子302的輸出過 程S3 ，以及參數(shù)更新過程S4。自適應(yīng)均衡過程S2是基于上述方程(11) 的過程，以及參數(shù)更新過程S4是基于上述方程(10)的過程。下面的說明關(guān)于每一個操作的細(xì)節(jié)。首先的說明是關(guān)于自適應(yīng)均衡過程S2。將作為輸入施加至輸入端子301的復(fù)輸入信號提供給乘法器3360 及實(shí)部提取電路335。，同時提供給抽頭延遲線，抽頭延遲線包括產(chǎn)生 一個采樣周期的延遲的延遲單元330q-330n.,。利用每個時鐘，將提供 給延遲單元330,-330^的復(fù)信號傳送到相鄰延遲單元，并且將延遲單 元330,-330N.,中的每個的輸出信號提供給相應(yīng)的乘法器336廣336N-,以 及相應(yīng)的實(shí)部提取電路335,-335n."在乘法器336。中，將提供自延遲單元334o的實(shí)濾波器系數(shù)與接 收自輸入端子301作為輸入的復(fù)信號相乘，并將結(jié)果提供給加法器 337lQ在乘法器336,-336w中，將提供自相應(yīng)的延遲單元334廣334^的實(shí)濾波器系數(shù)與提供自相應(yīng)的延遲單元330i-330^的復(fù)信號相乘， 并將結(jié)果提供給加法器337,-337^。加法器337,-337^將接收自乘法 器336o-336N-,的所有復(fù)信號相加，并將結(jié)果提供給輸出端子302，并 在同時，將結(jié)果提供給絕對值電路308和實(shí)部提取電路309。通過執(zhí) 行對復(fù)輸入信號與作為實(shí)信號的濾波器系數(shù)向量的巻積運(yùn)算，產(chǎn)生作 為復(fù)信號的輸出信號，并提供該信號。 下面的說明是關(guān)于參數(shù)更新過程S4。絕對值電路308接收復(fù)輸出信號，計算該復(fù)輸出信號的絕對值， 并將結(jié)果作為包絡(luò)值傳送到減法器307。包絡(luò)目標(biāo)值產(chǎn)生電路305產(chǎn) 生包絡(luò)目標(biāo)值，并將結(jié)果傳送到減法器307。加法器307將接收自包 絡(luò)目標(biāo)值產(chǎn)生電路305的包絡(luò)目標(biāo)值從接收自絕對值電路308的信號 中減去，并將結(jié)果傳送到乘法器310。實(shí)部提取電路309接收復(fù)輸出 信號，僅提取該復(fù)輸出信號的實(shí)部，并將結(jié)果傳送到乘法器310。乘 法器310將接收自實(shí)部提取電路309的信號與接收自減法器307的信 號相乘，并將結(jié)果傳送到乘法器311。步長產(chǎn)生電路303產(chǎn)生作為用 于確定濾波器單元中的濾波器系數(shù)更新量的參數(shù)的步長，并將步長提 供給乘法器311。乘法器311將提供自步長產(chǎn)生電路303的步長與接 收自乘法器310的信號相乘，并將結(jié)果傳送到分離單元319o-319w中 的每一個。在分離單元319。-319^中的每一個中，將提供自乘法器3U的信 號傳送到乘法器331o-331^。實(shí)部提取電路335o-335^中的每一個提 取提供自相應(yīng)延遲單元330。-330^或輸入端子301的復(fù)信號的實(shí)部， 并將結(jié)果傳送到相應(yīng)的乘法器331o-331^。乘法器331。-331^中的每 一個將提供自公共單元318的實(shí)數(shù)信號與提供自相應(yīng)實(shí)部提取電路 335。-335w的實(shí)數(shù)信號相乘，并將結(jié)果傳送到相應(yīng)的加法器 333o-333w。加法器333。-333w中的每一個將提供自相應(yīng)延遲單元 334o-334^的實(shí)數(shù)濾波器系數(shù)與接收自相應(yīng)乘法器33U-33lN-,的實(shí)數(shù) 信號相加，并將結(jié)果傳送到相應(yīng)的延遲單元334o-334^作為下一個采 樣的濾波器系數(shù)。延遲單元334o-334^中的每一個將接收自相應(yīng)加法 器333。-333w的實(shí)數(shù)濾波器系數(shù)延遲一個采樣，并將結(jié)果提供給相應(yīng)的乘法器336q-336n小以及將結(jié)果傳送到相應(yīng)的加法器333o-333w。 下面的說明是關(guān)于本實(shí)施例的效果。從圖3中可以看出，本實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器中的大部分信 號是實(shí)數(shù)而非復(fù)數(shù)。因為信號是實(shí)數(shù)而非復(fù)數(shù)，所以與圖1中所示的 相關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)相比，可以大大減少運(yùn)算量。這是因為在根據(jù)相 關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)的自適應(yīng)數(shù)字濾波器中，所有信號是復(fù)數(shù)，所以在 所有乘法器中在復(fù)數(shù)之間執(zhí)行乘法，而在本實(shí)施例中，乘法是針對乘 法器336o-336^中的復(fù)數(shù)和實(shí)數(shù)以及在乘法器331()-331w中的實(shí)數(shù)之 間執(zhí)行。復(fù)數(shù)之間的乘法相當(dāng)于實(shí)數(shù)之間的四次乘法加上實(shí)數(shù)之間的 兩次加法，而復(fù)數(shù)與實(shí)數(shù)之間的乘法僅相當(dāng)于實(shí)數(shù)之間的兩次乘法。 此外，實(shí)數(shù)之間的乘法相當(dāng)于實(shí)數(shù)之間的單次乘法。因此，相關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)中使用在復(fù)數(shù)與實(shí)數(shù)之間執(zhí)行乘法的 乘法器336。-336^來代替在實(shí)數(shù)之間執(zhí)行的乘法的替換點(diǎn)，消除了相 當(dāng)于實(shí)數(shù)之間的N次乘法的運(yùn)算。此外，相關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)中使用 在實(shí)數(shù)之間執(zhí)行乘法的復(fù)數(shù)之間的乘法器331o-331^來代替在復(fù)數(shù)之 間執(zhí)行的乘法的替換點(diǎn)消除了相當(dāng)于實(shí)數(shù)之間的3N次乘法以及實(shí)數(shù) 之間的2N次加法的運(yùn)算。此外，實(shí)部提取電路335。-335^部分需要 相關(guān)領(lǐng)域中的第一技術(shù)中的復(fù)共軛單元，借此通過所傳送的虛數(shù)部分 的代碼的擴(kuò)展來減少計算量。如上所述，本實(shí)施例可以減少相關(guān)領(lǐng)域的第一技術(shù)的大約40%的 運(yùn)算量。此外，在本實(shí)施例中，所獲得的濾波器單元的輸出信號是復(fù)數(shù)， 由此作為圖3中的絕對值電路308的輸出信號，瞬時且準(zhǔn)確地獲得輸 出信號的包絡(luò)值(即，幅度值)。因此，本實(shí)施例不象相關(guān)領(lǐng)域中的第 二技術(shù)那樣受到采樣頻率的限制。參照圖5，根據(jù)本實(shí)施例的FM接收機(jī)包括天線IOI、射頻/中 頻轉(zhuǎn)換器102、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103、自動增益控制器104、 Hilbert 變換器105、多徑抵消器106、以及解調(diào)器107。使用第一實(shí)施例的自 適應(yīng)數(shù)字濾波器作為多徑抵消器106。在射頻/中頻轉(zhuǎn)換器102中，將在天線101處接收到的FM調(diào)制波轉(zhuǎn)換成中頻帶信號，然后將其傳送到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103以適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率對傳送自射頻/中頻轉(zhuǎn)換器102的模擬信號進(jìn)行采樣，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后將結(jié)果傳 送到自動增益控制器104。自動增益控制器104將乘法增益的結(jié)果傳送到Hilbert變換器 105，使得輸出信號的幅度在不會對CMA算法起反作用的范圍內(nèi)，該 CMA算法以包絡(luò)值作為索引，在固定的范圍內(nèi)收斂。Hilbert變換器105將傳送自自動增益控制器104的信號轉(zhuǎn)換成分 析信號，即復(fù)信號，該復(fù)信號以彼此相對地具有90。相移的兩個信號 中的一個信號為實(shí)部而以另一個信號為虛部，并將該復(fù)信號傳送到多 徑抵消器106。多徑抵消器106接收傳送自Hilbert變換器105的復(fù)輸入信號，并 將其轉(zhuǎn)換成在其中通過諸如參考圖3所解釋的操作減少了多徑反射影 響的信號，并將結(jié)果傳送到解調(diào)器107。從圖3中的自適應(yīng)數(shù)字濾波 器的輸出端子302提供復(fù)輸出信號，但僅提取該復(fù)輸出信號的實(shí)部， 并將其提供給解調(diào)器107，或者僅提取該復(fù)輸出信號的虛部，然后對 其進(jìn)行碼取反，然后將其提供給解調(diào)器107。解調(diào)器107基于傳送自多徑抵消器106的信號來執(zhí)行FM解調(diào)， 并提供話音頻帶的信號。盡管上述說明是關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施 例，并且允許下面所述的多種改變。盡管在本實(shí)施例中使用實(shí)部提取電路335o-335^與實(shí)部提取電路309，這些電路的全部或者部分可由如圖6所示的虛部提取取反電路335'Q-335'w與309'替換。虛部提取取反電路是用于僅提取作為輸入接收到的復(fù)信號的虛部并提供對該虛部進(jìn)行碼取反后的值的電路。施加 至本實(shí)施例的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的輸入端子301的復(fù)輸入信號是以產(chǎn)生自單個實(shí)信號并且彼此相對地具有90°相移的兩個信號中的一個 信號為實(shí)部而另一個信號為虛部的信號。盡管本實(shí)施例中的濾波器系數(shù)全部為實(shí)數(shù)(即標(biāo)量值)，還可以 使濾波器系數(shù)的部分變成復(fù)數(shù)，雖然這種改變降低了減少運(yùn)算量的效應(yīng)。備選地，可以將實(shí)部提取電路309轉(zhuǎn)移到如圖7所示的乘法器310 的輸出側(cè)或者轉(zhuǎn)移到如圖8所示的乘法器311的輸出側(cè)，然后在乘法 器310和311中執(zhí)行復(fù)數(shù)運(yùn)算。盡管在本實(shí)施例中使用FIR濾波器作為濾波器單元，也可以使用 IIR濾波器。在本實(shí)施例中，使用LMS算法作為自適應(yīng)算法，但是還可以使 用多種其它的自適應(yīng)算法，例如遞歸最小均方算法、最小均方算法、 仿射投射算法、以及梯度算法。當(dāng)通過這些自適應(yīng)算法對濾波器系數(shù) 進(jìn)行更新時的乘法量大于針對LMS算法的乘法量時，可以擴(kuò)大對減 少通過將濾波器系數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)所實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算量的效果。盡管將FM調(diào)制視為本實(shí)施例的目的，可以明顯地將本發(fā)明的配 置應(yīng)用于諸如PSK (相移鍵控)之類的其它等幅調(diào)制。如果使用了多 電平CMA，則還可以將本發(fā)明應(yīng)用于諸如QAM (正交幅度調(diào)制)之 類的調(diào)制方式。明顯地，還可以將本發(fā)明應(yīng)用于非專利文獻(xiàn)1中所示 的恒模算法的情況，其中輸出信號為復(fù)數(shù)。盡管在本實(shí)施例中描述了集中于以包絡(luò)作為索引的CMA的情 況，但是顯然可以將本發(fā)明應(yīng)用于諸如非專利文獻(xiàn)中所示將源自輸出 信號的其它統(tǒng)計量作為索引的情況。當(dāng)然，本發(fā)明的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的功能可以通過使用諸如ASCI (專用集成電路)或者FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)之類的分離部分 的硬件來實(shí)現(xiàn)，而且還可以通過程序以及諸如DPS(數(shù)字信號處理器) 之類的計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。提供了記錄在諸如可由計算機(jī)所讀取的磁盤或 半導(dǎo)體存儲器之類的記錄介質(zhì)上的程序，該程序由計算機(jī)例如在計算 機(jī)的啟動處讀取，并控制計算機(jī)的操作以使得計算機(jī)起到了上述實(shí)施 例中的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的作用。工業(yè)潛在應(yīng)用如上所述，根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)數(shù)字濾波器作為使用CMA算法 的自適應(yīng)數(shù)字濾波器是有用的，具體適用于FM接收機(jī)的多徑均衡器。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)數(shù)字濾波器，包括濾波器單元，取復(fù)信號作為輸入信號，產(chǎn)生并提供輸出信號作為輸出，所述輸出信號是通過對輸入信號與作為實(shí)信號的濾波器系數(shù)執(zhí)行卷積運(yùn)算所產(chǎn)生的復(fù)信號；以及系數(shù)控制單元，用于基于目標(biāo)信號與源自所述輸出信號的索引值之間的誤差來控制所述濾波器系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)數(shù)字濾波器，其中，所述濾波器 單元取這樣的復(fù)信號作為所述輸入信號所述復(fù)信號以產(chǎn)生自單個實(shí) 信號并且彼此相對地具有90°相移的兩個信號中的一個信號為實(shí)部 而以另一個信號為虛部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)數(shù)字濾波器，其中，所述系數(shù)控制單元取所述輸出信號的包絡(luò)值作為所述索引值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)數(shù)字濾波器，其中，所述系數(shù)控制單元包括公共單元，用于產(chǎn)生并提供符合所述索引值與所述目標(biāo)信號之間的誤差的實(shí)信號作為輸出；以及針對每個乘法器所設(shè)置的用于濾波器單元中的巻積運(yùn)算的多個分 離單元，用于基于以下參數(shù)計算要在下一個采樣周期使用的實(shí)濾波器系數(shù)通過將復(fù)信號轉(zhuǎn)換為作為輸入施加到相應(yīng)乘法器的實(shí)數(shù)所獲得 的信號；從所述公共單元接收的作為輸入的所述實(shí)信號；以及當(dāng)前的實(shí)濾波器系數(shù)。
5. —種FM接收機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)數(shù)字濾波器；以及 Hilbert變換器，用于將通過將FM調(diào)制信號轉(zhuǎn)換到中頻、進(jìn)行數(shù)字化并進(jìn)行Hilbert變換所產(chǎn)生的復(fù)信號作為輸入施加到自適應(yīng)數(shù)字濾波器。
6. —種信號處理方法，包括以下步驟(a) 取復(fù)信號作為輸入信號，然后提供輸出信號，所述輸出信號是通過對輸入信號與作為實(shí)數(shù)的濾波器系數(shù)執(zhí)行巻積運(yùn)算所產(chǎn)生的復(fù)信號；以及(b) 基于目標(biāo)信號與源自所述輸出信號的索引值之間的誤差來控制所述濾波器系數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號處理方法，其中，在所述步驟(a)中，所述輸入信號是復(fù)信號，所述復(fù)信號以產(chǎn)生自單個實(shí)信號并且彼 此相對地具有90°相移的兩個信號中的一個信號為實(shí)部而以另一個 信號為虛部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號處理方法，其中，在所述步驟(b) 中，取所述輸出信號的包絡(luò)值作為所述索引值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號處理方法，其中所述步驟(b)包括公共處理，用于產(chǎn)生符合所述索引值與所述 目標(biāo)信號之間的誤差的實(shí)信號；以及針對每個乘法器所執(zhí)行的用于所述步驟(a)中的所述巻積運(yùn)算的 多個分離處理，用于基于以下參數(shù)計算要在下一個采樣周期使用的實(shí) 濾波器系數(shù)通過將復(fù)信號轉(zhuǎn)換為作為輸入施加到相應(yīng)乘法器的實(shí)數(shù) 所獲得的信號；在公共處理中所產(chǎn)生的實(shí)信號；以及當(dāng)前的實(shí)濾波器 系數(shù)。
10. —種程序，使得計算機(jī)用作濾波器單元，取復(fù)信號作為輸入信號，產(chǎn)生并提供輸出信號作為 輸出，所述輸出信號是通過對輸入信號與作為實(shí)信號的濾波器系數(shù)的 巻積運(yùn)算所得到的復(fù)信號；以及系數(shù)控制單元，用于基于源自所述輸出信號的索引值與目標(biāo)信號 之間的誤差來控制所述濾波器系數(shù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的程序，其中，所述濾波器單元取復(fù)信 號作為所述輸入信號，所述復(fù)信號以產(chǎn)生自單個實(shí)信號并且彼此相對 地具有90°相移的兩個信號中的一個信號為實(shí)部而以另一個信號為 虛部。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的程序，其中，所述系數(shù)控制單元取所述輸出信號的包絡(luò)值作為所述索引值。
13.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的程序，其中，所述系數(shù)控制單元包括: 公共單元，用于產(chǎn)生并提供符合所述索引值與所述目標(biāo)信號之間的誤差的實(shí)信號作為輸出；以及針對每個乘法器所提供的用于濾波器單元中的巻積運(yùn)算的多個分離單元，用于基于以下參數(shù)計算要在下一個采樣周期使用的實(shí)濾波器系數(shù)通過將復(fù)信號轉(zhuǎn)換為作為輸入施加到相應(yīng)乘法器的實(shí)數(shù)所獲得的信號；從所述公共單元接收的作為輸入的所述實(shí)信號；以及當(dāng)前的實(shí)濾波器系數(shù)。
全文摘要
將復(fù)信號作為輸入施加到輸入端子(301)，該復(fù)信號以產(chǎn)生自單個實(shí)信號并且彼此相對地具有90°相移的兩個信號中的一個信號為實(shí)部而以另一個信號為虛部。濾波器單元通過對輸入信號與作為實(shí)信號的濾波器系數(shù)的卷積運(yùn)算產(chǎn)生作為復(fù)信號的輸出信號，并將該輸出信號提供給輸出端子(302)。由公共單元(318)和分離單元(319₀-319_N-1)所構(gòu)成的系數(shù)控制單元更新濾波器系數(shù)，使得輸出信號的包絡(luò)值逼近目標(biāo)信號。
文檔編號H03H21/00GK101218744SQ20068002507
公開日2008年7月9日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者寶珠山治 申請人:日本電氣株式會社