本发明提供的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其先由自适应滤波器将当前输入信号滤波后输出，接着第一延迟单元以第一时延长度延迟所述自适应滤波器输出的信号，然后误差计算单元将所述自适应滤波器输出的信号和延迟后的信号进行相关运算以获得误差信息，最后所述自适应滤波器根据反馈回的误差信息调整滤波器参数，以便消除后一输入信号中的干扰，由于采用输出信号和输出信号的延迟信号进行相关运算，因此，其应用广泛，如可适用于宽带接收器；对于有多个较强窄带干扰的情形，也可以适用；对于扫频速率为数十毫秒的多个较强窄带干扰，也可以抵抗。
1.一种能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于包括：自适应滤波器，用于将输入信号滤波后予以输出；
第一延迟单元，耦合于所述自适应滤波器，用于根据预设的第一时延长度延迟所述自适应滤波器的输出信号；以及误差计算单元，耦合于所述自适应滤波器和第一延迟单元，用于对所述自适应滤波器的当前输出信号与所述第一延迟单元的输出信号进行相关运算后提取第一误差信息，以将所述第一误差信息反馈回所述自适应滤波器，供所述自适应滤波器调整其参数，进而消除所述自适应滤波器所接入的后一输入信号中的干扰。
2.如权利要求1所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于：采用最小均方误差法来计算所述第一误差信息。
3.如权利要求1所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于：采用最小二乘法来计算所述第一误差信息。
4.如权利要求2或3所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于：不同算法计算所述第一误差信息时，相应的目标函数采用二阶或二阶以上的范数。
5.如权利要求1所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于：所述预设的第一时延长度根据实际的应用场景所确定。
6.如权利要求1所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于：所述相关运算在时域进行。
7.如权利要求1所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于：所述相关运算在频域进行。
8.如权利要求1所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于：所述自适应滤波器为FIR滤波器。
9.如权利要求1所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于：所述自适应滤波器为IIR滤波器。
10.如权利要求1所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于：所述第一延迟单元抽出所述自适应滤波器当前及之前输出的信号分别延迟以供进行相关运算。
11.如权利要求1所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于还包括一用于将输入所述自适应滤波器的输入信号按照预设的第二时延长度延迟后送入所述误差计算单元以便与所述自适应滤波器的输出信号进行相关运算后获取相应的第二误差信息以供所述自适应滤波器调整其参数的第二延迟单元。
12.如权利要求1所述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其特征在于还包括一判断所述误差计算单元所计算出的第一误差信息是否低于预设的阈值以便决定是否需要将输入信号送入所述自适应滤波器进行干扰滤除的判断单元。
13.一种宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法，其特征在于包括步骤：
2)以第一时延长度延迟所述自适应滤波器输出的信号；
3)将所述自适应滤波器当前输出的信号和延迟后的信号进行相关运算以获得误差信息；
5)所述自适应滤波器滤波根据反馈回的误差信息调整滤波器参数，以便消除后一输入信号中的干扰。
14.如权利要求13所述的宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法，其特征在于：采用最小均方误差法来计算所述误差信息。
15.如权利要求13所述的宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法，其特征在于：采用最小二乘法来计算所述误差信息。
16.如权利要求14或15所述的宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法，其特征在于：不同算法计算所述误差信息时，相应的目标函数采用二阶或二阶以上的范数。
17.如权利要求13所述的宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法，其特征在于：所述第一时延长度由实际的应用场景所确定。
18.如权利要求13所述的宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法，其特征在于：所述自适应滤波器为FIR滤波器。
19.如权利要求13所述的宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法，其特征在于：所述自适应滤波器为IIR滤波器。
20.如权利要求13所述的宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法，其特征在于：延迟所述自适应滤波器输出的信号包括当前输出信号及之前输出的信号。
能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，其根据输出信号与输出信号的延迟信号的相关运算后所获得误差信息来调整滤波参数，以便自适应消除输入信号中的窄带干扰；
耦合于所述能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置的邻频干扰滤波器，用于消除已滤除窄带干扰的输入信号中的邻频干扰；以及耦合于所述邻频干扰滤波器的解调器，用于解调经过邻频滤波的输入信号。
22.如权利要求21所述的宽带通信传输系统，其特征在于：所述能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置包括：自适应滤波器，用于将输入信号滤波后予以输出；
第一延迟单元，耦合于所述自适应滤波器，用于延迟所述自适应滤波器的输出信号；以及误差计算单元，耦合于所述自适应滤波器与延迟单元，用于对所述自适应滤波器的当前输出信号与所述延迟单元的输出信号进行相关运算后提取第一误差信息，以将所述第一误差信息反馈回所述自适应滤波器，供所述自适应滤波器调整其参数，进而消除所述自适应滤波器所接入的后一输入信号中的干扰。
耦合于所述邻频干扰滤波器的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，根据输出信号与输出信号的延迟信号的相关运算后所获得误差信息来调整滤波参数，以便消除已经过邻频干扰滤波器处理的输入信号中的窄带干扰；以及耦合于所述能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置的解调器，用于解调经过能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置处理的输入信号。
24.如权利要求23所述的宽带通信传输系统，其特征在于：所述能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置包括：自适应滤波器，用于将输入信号滤波后予以输出；
第一延迟单元，耦合于所述自适应滤波器，用于延迟所述自适应滤波器的输出信号；以及误差计算单元，耦合于所述自适应滤波器与延迟单元，用于对所述自适应滤波器的输出信号与所述延迟单元的输出信号进行相关运算后提取第一误差信息，以将所述第一误差信息反馈回所述自适应滤波器，供所述自适应滤波器调整其参数，进而消除所述自适应滤波器所接入的后一的输入信号中的干扰。
25.一种多子带宽带通信传输系统，其特征在于包括：
多个能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，各自耦合一个子带接入单元，分别根据各自输出信号与输出信号的延迟信号的相关运算后所获得误差信息来调整各自的滤波参数，以便消除各自所耦合的子带接入单元输出信号中的干扰信号；
组合单元，耦合于所述多个能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，用于将消除干扰信号的各子带信号组合形成完整信号。
26.如权利要求25所述的多子带宽带通信传输系统，其特征在于：所述能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置包括：自适应滤波器，用于将输入信号滤波后予以输出；
第一延迟单元，耦合于所述自适应滤波器，用于延迟所述自适应滤波器的输出信号；以及误差计算单元，耦合于所述自适应滤波器与延迟单元，用于对所述自适应滤波器的输出信号与所述延迟单元的输出信号进行相关运算后提取第一误差信息，以将所述第一误差信息反馈回所述自适应滤波器，供所述自适应滤波器调整其参数，进而消除所述自适应滤波器所接入的后一的输入信号中的干扰。
能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置及其应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，特别涉及一种根据输出信号和输出信号的延迟信号进行相关处理后、所获得的误差信息来调整自适应滤波器参数的装置及其应用。
背景技术
[0002] 在宽带通信传输系统，尤其是无线宽带通信传输系统中，模拟或数字的同频或邻频干扰等窄带干扰信号，会严重影响传输的性能。因此，滤波便成为了电子信息处理领域的一种最基本而又极其重要的技术，利用滤波技术可以从复杂的信号中提取所需要的信号，同时抑制噪声或干扰。滤波器实际上也就成了一种选频系统，它对某些频率信号予以很小的衰减，而对其他不需要的信号予以很大的衰减，尽可能阻止不需要的信号通过。在电子系统中滤波器是一种基本的单元电路，使用很多，技术也较为复杂，同时滤波器的优劣直接决定产品的性能，所以很多国家非常重视滤波器理论研究和产品开发。
[0003] 如果干扰信号较弱，不影响系统的同步，可以结合数据，采用多种方法，例如传统的前馈均衡或反馈均衡、软映射、迭代均衡、甚至turbo均衡等方式来对抗干扰，都能取得很好的性能。近来的一些对于CDMA和OFDM系统，存在诸多有关于这些抗干扰的方法的论述。但当干扰信号非常强时，就会影响到系统的同步。
[0004] 在过去的三十多年中，人们提出了许多电路或方法来增强有效信号，或分离/消除噪声和干扰信号。在这些方法中，不同的电路结构抑制或消除干扰信号的能力不同。尽管那些利用训练序列或已知导引信号的方法有一定的效果，但盲处理方式看起来更有吸引力。其中一类盲处理的方法就是在获取干扰信号的中心频率后利用陷波器去消除该干扰信号。
这种估计利用功率谱方法(如对该信号进行FFT变换后，求其能量谱)，但即使频繁地进行FFT估计，跟踪干扰信号的变化仍然非常差。
[0005] 其他类型的盲处理方法主要采用自适应信号处理。自适应滤波器属于现代滤波器范畴，自适应滤波器是相对于固定滤波器而言的，固定滤波器属于经典滤波器，它的滤波频率是固定的，自适应滤波器滤波的频率是自适应输入信号而变化的，所以其适用范围更广。在没有任何关于信号和噪声的先验知识的条件下，自适应滤波器利用前一时刻已获得滤波器参数来自动调节现时刻的滤波器参数，以适应信号和噪声未知或随机变化的统计特性，从而实现最优滤波。自适性滤波器实质上就是一种能调节其自身传输特性已达到最优化的维纳滤波器。
[0006] 一般而言，自适应滤波器由两部分组成，一是滤波器结构，二是调整滤波器系数的自适应算法，自适应滤波器的结构采用FIR或IIR结构均可，由于IIR滤波器存在稳定性问题，因此一般采用FIR滤波器作为自适应滤波器的结构。
[0007] 图1为现有常用的自适应滤波器的结构示意图，其中x(n)为输入信号，通过将输入信号x(n)延迟后，再与输出信号y(n)进行误差计算，从而获得误差信息e(n)后送入自适应滤波器进行滤波参数调节，即：
[0008]
[0009] hn(i)＝hn-1(i)+μ·conj(x(i))·e(i)
[0010] e(i)＝x(n-D)-y(n)，hn(i)为信道响应系数，μ为常数，conj求共轭，D为时延长度，调整的目的是使得误差信号e(i)最小。
[0011] 如图2所示，其是常用的横向型滤波器的结构示意图，自适应滤波器除了包括一个按照某种结构设计的滤波器，还有一套自适应算法，自适应算法是根据某种判断来设计的。自适应滤波器的算法主要是以各种判据条件作为推算基础的。通常有两种判据条件：最小均方误差判据和最小二乘法判据。对于最小均方误差(Least Mean Square，LMS)算法，其是使输出误差序列e(i)＝x(n-D)-y(n)的均方值最小化，并且根据这个判据来修改权系数。
[0012] 此外，在专利号为4052559、4238746、005325204、4673982、4524424、4420815、6976044等美国专利文献；1975年12月出版的IEEE学报第63卷，第12期，1692-1716页、以及Widrow等人关于“自适应噪声消除”的论文中，都涉及到了对wiener-Hoff滤波器的实时最小均方近似的算法，所有这些文献都是采用IIR或FIR滤波器来消除干扰信号，并且根据滤波器的输出与输入的信号的时延互相关的结果来更新滤波器的系数。但是这些方法的收敛速度非常慢，而且只能对抗具有特定频谱形状的干扰信号，这意味着这些方法不能被广泛应用于更通常的场景，如有跳频干扰或干扰信号的中心频率快速变化的环境。
[0013] 因此，迫切需要一种更优的自适应滤波器。
发明内容
[0014] 本发明的目的在于提供一种应用广泛的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置。
[0015] 本发明的另一目的在于提供一种宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法。
[0016] 为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，包括：用于将输入信号滤波后予以输出的自适应滤波器；耦合于所述自适应滤波器且用于根据预设的第一时延长度延迟所述自适应滤波器的输出信号的第一延迟单元；以及耦合于所述自适应滤波器和第一延迟单元且用于对所述自适应滤波器的当前输出信号与所述第一延迟单元的输出信号进行相关运算后提取第一误差信息、以将所述第一误差信息反馈回所述自适应滤波器、供所述自适应滤波器调整其参数、进而消除所述自适应滤波器所接入的后一输入信号中的干扰的误差计算单元。
[0017] 本发明的宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法，包括步骤：1)自适应滤波器将当前输入信号滤波后输出；2)以第一时延长度延迟所述自适应滤波器输出的信号；3)将所述自适应滤波器当前输出的信号和延迟后的信号进行相关运算以获得误差信息；4)将所述误差信息反馈回所述自适应滤波器；以及5)所述自适应滤波器滤波根据反馈回的误差信息调整滤波器参数，以便消除后一输入信号中的干扰。
[0018] 此外，上述能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置可与邻频干扰(ACI)滤波器组合，以消除窄带和邻频干扰，也可应用在多子带系统里，用于消除各子带内的窄带干扰。
[0019] 综上所述，本发明的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置与现有技术不同在于，其是对自适应滤波器的输出信号及输出信号的延迟信号进行相关运算，而现有技术却是对自适应滤波器的输出信号及输入信号进行相关运算，故本发明的装置和方法能更好地跟随输入信号的变化，能更为有效地滤除窄带干扰信号。
附图说明
[0020] 图1为现有自适应滤波器的基本架构示意图。
[0021] 图2为现有自适应滤波器的电路结构示意图。
[0022] 图3为本发明的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置的基本架构示意图。
[0023] 图4为本发明的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置的应用实例一示意图。
[0024] 图5为本发明的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置的应用实例二示意图。
[0025] 图6为本发明的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置的应用实例三示意图。
[0026] 图7为本发明的宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法的工作流程示意图。
具体实施方式
[0027] 请参阅图3，本发明的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置主要可包括：自适应滤波器、第一延迟单元、以及误差计算单元等。
[0028] 所述自适应滤波器用于将输入信号x(n)滤波后予以输出y(n)，其可以是FIR滤波器，也可以是IIR滤波器。FIR滤波器和IIR滤波器的内部结构已为本领域技术人员所知悉，故在此不再详述；而且，本领域技术人员可根据不同的应用场合自行选用不同的自适应滤波器。
[0029] 所述第一延迟单元耦合于所述自适应滤波器，用于根据预设的第一时延长度延迟所述自适应滤波器的输出信号。通常，第一时延长度可根据实际的应用场景所确定，如应用于通信系统中的多子带情形和单一频带情形时，可采用不同的时延。而延迟的输出信号可以是当前的输出信号y(n)，还可包含自适应滤波器之前输出的信号。
[0030] 所述误差计算单元耦合于所述自适应滤波器和第一延迟单元，用于对所述自适应滤波器的当前输出信号与所述第一延迟单元的输出信号进行相关运算后提取第一误差信息，以将所述第一误差信息反馈回所述自适应滤波器，供所述自适应滤波器调整其参数，进而消除所述自适应滤波器所接入的后一输入信号中的干扰。在计算目标函数时，可采用二阶或二阶以上的范数。需要说明的是，采用的范数阶数越高，抗干扰性越好，但实施电路会越复杂，因此，实际应用时，可根据需要采用适当阶数的范数来进行相关计算。在本实施例中，例如：
[0031]
[0032]
[0033] 则自适应滤波器的输出y(n)可表示为：
[0034]
[0035] 其中N是自适应滤波器长度，T是转置算子，*是共轭算子，为使误差信息(即目标函数)最小化，也就是需要使C(n1，n2，…，nk)＝E{y(n)y(n+n1)…y(n+nk)}的范数最小化，或者说
[0036] f＝E{‖C(n1，n2，…，nk)‖p}→minf
[0037] 其中，‖‖p是p阶范数，特别地，‖‖是二阶范数.
[0038] 为简化计算，选择二阶统计量定义：
[0039] f＝E{‖y(n)y*(n-S/2)‖}→minf，
[0040] 因此：
[0041] for i＝0，1，…，N-1
[0042] 若采用最小均方算法LMS，在FIR架构下可得到以下结果：
[0043] 误差向量：
[0044] e(i)＝y(n-1)*‖y(n-S/2-1)‖x(n-i)+y(n-1-S/2)*‖y(n-1)‖x(n-i-S/2)，i＝0，…，N-1，h(i)＝h(i)-μe(i)。
[0045] 若输出向量为： 为了衡量处理效果，则
[0046] 输出向量的相关结果就为：
[0047] 此外，需要说明的是，上述是采用最小均方算法(即LMS)在时域计算最小误差，也可采用递归最小二乘法(即RLS)，或其他形式的算法，而且不仅仅限于在时域计算，也可在转换域进行计算，如在频域计算等，在此不再一一详述。
[0048] 再有，在某些应用场景，也可在装置中再增设一第二延迟单元，用于将输入所述自适应滤波器的输入信号x(n)按照预设的第二时延长度延迟后送入所述误差计算单元以便与所述自适应滤波器的输出信号y(n)进行相关运算后获取相应的第二误差信息以供所述自适应滤波器调整其参数，这和现有技术类似，故在此也不再多述。
[0049] 还有，如果自适应滤波器输出信号y(n)的相关性很弱，比方说低于某一设定的阈值，在此情况下可以把自适应窄带干扰消除电路旁路以节省功耗，由此，可在装置中设置一判断单元，用于判断所述误差计算单元所计算出的第一误差信息是否低于预设的阈值以便决定是否需要将输入信号送入所述自适应滤波器进行干扰滤除，如果所所计算出的第一误差信息低于预设的阈值，则将输入信号x(n)直接送入后续解码等单元直接进行解码，而不需要经过自适应滤波器滤波。
[0050] 上述能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置应用广泛，例如，可与邻频干扰(ACI)滤波器组合，以消除窄带和邻频干扰，也可应用在多子带系统里，用于消除各子带内的窄带干扰。
[0051] 如图4所示，其为一种宽带通信传输系统示意图，在所述系统中，包含上述的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置，该能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置设置在邻频干扰滤波器 之前，输入信号x(n)依次经过窄带干扰和邻频干扰处理后，被送入解调器，以便解调出通信信息。
[0052] 再如图5所示，其为另一种宽带通信传输系统示意图，与图4所示的宽带通信传输系统不同在于，能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置设置在邻频干扰滤波器之后，输入信号x(n)先经过邻频干扰处理后，再由能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置滤除窄带干扰，然后由解调器解调。
[0053] 再请参见图6，其为多子带宽带通信传输系统示意图，此多子带宽带通信传输系统包括：多个子带接入单元，即子带接入单元1、子带接入单元2、子带接入单元3……、子带接入单元N，分别用于接入不同的子带信号，每一子带接入单元都与一个能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置耦合，即能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置1耦合于子带接入单元1、能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置2耦合于子带接入单元2、能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置3耦合于子带接入单元3……能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置N耦合于子带接入单元N，消除了窄带干扰的各子带信号被送入组合单元组合后，形成完整通信信息。
[0054] 需要说明的是，上述图4-图6所示的通信系统，各自包含的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置的结构都如前所述，即都包括自适应滤波器、第一延迟单元、及误差计算单元等，当然，也可根据实际再增设第二延迟单元和判断单元等。
[0055] 再请参见图7，其为宽带通信传输系统中盲自适应消除窄带干扰的方法的工作流程示意图。首先自适应滤波器(例如为FIR滤波器或IIR滤波器等)将当前输入信号x(n)滤波后输出y(n)，然后，以第一时延长度(其可由实际的应用场景来确定)延迟所述自适应滤波器输出的信号(包括当前输出信号和之前输出的信号)，再将所述自适应滤波器当前输出的信号y(n)和延迟后的信号进行相关运算(例如可在时域，也可在其他转换域采用LMS或RLS等算法计算二阶或二阶以上的范数)以获得误差信息e(n)(可采用LMS或RLS来提取)，接着，将所述误差信息e(n)反馈回所述自适应滤波器，由所述自适应滤波器滤波根据反馈回的误差信息e(n)调整滤波器参数，以便消除后续的输入信号x(n+i)中的干扰。
[0056] 综上所述，本发明的能消除窄带干扰的盲自适应滤波装置通过对自适应滤波器输出信号和输出信号的延迟信号做相关运算，由此提取误差信息，来调整自适应滤波器的滤波参数，其可适用于中国移动多媒体广播(CMMB)接收器和其他数字电视接收器；也可用于宽带接收器， 包括数字电视和电信接收器等，对于有多个较强窄带干扰的情形，也可以适用；对于扫频速率为数十毫秒的多个较强窄带干扰，也可以抵抗。本发明与已有的自适应方法相比，它对迭加的信道影响较小，对接收机性能损伤较小；其次，其具有较快的响应速度，有一定的跟踪能力。而与传统的陷波滤波器相比，其不需要预知干扰信号的谱形状，同时还可避免检测中的误检问题。
[0057] 上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
