[发明专利]自适应数字滤波器、FM接收机、数字处理方法及程序

说明书

技术领域

本发明涉及一种自适应数字滤波器，更具体地涉及一种适用于诸如FM(调频)接收机的多径均衡器之类设备的自适应数字滤波器。

背景技术

用于FM无线电广播和电视广播的FM调制波是在其中正弦波载波信号受到音乐信号的相位调制的信号。FM调制波具有很高的抗噪声性并且能够以低失真因数传送具有15kHz宽频带的音乐信号。

然而，在多径传播路径中，此多径包括除了无线电波直接到达的路径以及在其中无线电波被诸如建筑物之类的障碍物反射并由此延迟到达的路径以外的路径，解调所需的相位信息受到与直射波一起接收到的强反射波的影响的干扰，因此在解调信号中发生失真。由于多径传播路径所产生的失真被称为“多径失真”。通过校正多径传播路径的特性来减少多径失真的均衡器称为“多径均衡器”或“多径失真抵抵消器”。

通过将接收信号通过具有多径传输路径的逆特性的滤波器(即，逆滤波器)，多径均衡器对接收信号中的多径效应进行补偿。多径传输路径的特性根据环境而改变，此外随着时间推移必须根据环境来优化逆滤波器的特性。因此，典型地，使用自适应数字滤波器作为逆滤波器。

自适应数字滤波器是一种具有根据环境的改变而自动地更新滤波器系数的能力的滤波器。用于在时间上计算每个时间点处的滤波器系数的算法称为“自适应算法”，以LMS(最小均方)算法为代表性示例。在广义上，LMS算法是基于最速下降(steepest-decent)方法来最小化均方根误差的方法，并提供了稳定性的优点以及较小运算量。

已知为复LMS算法的自适应算法是公知的。复LMS算法是LMS算法的扩展，其中，输入信号、输出信号、目标信号及滤波器系数为复数，并用于例如当输入为窄带高频信号时通过分离同相分量和正交分量来适配参考信号的情况。

另一方面，通过自适应数字滤波器所实现的传统均衡器需要参考信号(训练信号)用于此适配，并且上述需求易于导致通信的中断以及由于冗余参考信号所造成的通信效率的降低。

相反地，最近开发的被称作“盲均衡器”的均衡器仅基于接收信号来执行对信号的恢复均衡，而不需要用于适配的参考信号。用于这种盲均衡的应用算法称为“盲算法”，以CMA(恒模算法)为代表性示例。

如非专利文献1中所示，CMA典型地表示在其中将与输出信号有关的统计(例如滤波器输出的包络或者较高阶统计量)作为索引的算法，该算法更新滤波器的系数使得该索引逼近目标值。当使用如FM调制中的调制波幅度所确定的等幅调制波时，使用滤波器输出的包络(即，幅度)作为索引，并对滤波器系数进行更新，以便最小化目标值与经过滤波器的信号的包络值之间的误差，如非专利文档2所述。按照这种方式，将相位失真与包络失真一起校正，并消除多径传输的反射波的影响。

这里，CMA是不同于自适应算法的概念。在CMA中，使用诸如上述所提到的LMS算法之类的自适应算法作为用于计算每个时间点处的滤波器系数的自适应算法。

为了统一控制如先前所述的滤波器的输出信号的包络值，必须在瞬时提取包络值，并且复信号处理是这类提取的典型方法。在复信号处理中，通过例如Hilbert变换器产生具有相对于特定实信号f2延迟90°(∏/2)相位的实信号f1，并产生以f1为实部和以f2为虚部的复信号(典型地称为“分析信号”)。按照这种方式，通过计算复信号的实部和虚部的平方和，可以在瞬时找到该实信号的包络值。然而，当对滤波器的输出信号进行复信号处理时，由复信号处理所引起的延迟进入系数更新回路并导致回路的不稳定。因此，对输入信号执行复信号处理。在这些情况下，输入信号变成复信号，并且据此使用能够处理复量的诸如LMS算法之类的算法作为自适应算法。这种方法称为“相关领域的第一技术”。

图1示例了使用相关领域的第一技术的自适应数字滤波器的配置。

参照图1，通过Hibert变换器(未示出)将输入信号X(k)转换成复信号。通过将该复数信号作为输入与复滤波器信号向量W(k)进行卷积，以得作为复信号的输出信号y(k)。通过已扩展为能够处理复信号的自适应算法对复滤波器系数向量W(k)进行更新，使得输出信号y(k)的包络值逼近已预先指定的目标值。这种自适应数字滤波器的算法如下所示：

W(k+1)＝W(k)-μ(|y(k)|p-yref0)qy(k)XH(k)     (1)

y(k)＝WT(k)X(k)                              (2)

W(k)＝[w0(k)，w1(k)，...wN-1(k)]T          (3)