JPH0993088A - 適応フィルタ係数の推定制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】収束の高速化を実現してしかも収束後に高い推
定精度を得る。 【解決手段】係数演算部１００は、加算正規化ＬＭＳ法
により非巡回型フィルタのフィルタ係数の係数更新量を
逐次累計的に演算する。係数更新部１１０は、係数演算
部１００の算出結果に基づいて前記非巡回フィルタの係
数更新を行う。観測部１２０は、前記非巡回フィルタの
フィルタ係数の推定誤差に近似される前記係数更新量を
観測する。ブロック長調整部１３０は、係数演算部１０
０における前記係数更新量が演算されるブロック長を前
記係数更新量の推移に従って調整する。そして、係数演
算部１００は、前記加算正規化ＬＭＳ法における係数更
新に必要な量Ａ_n（ｍ）およびＰ_nを算出する。係数更新
部１１０は、前記加算正規化ＬＭＳ法に基づく係数更新
処理を実行する。観測部１２０は、係数更新量Ａ
_n（ｍ）／Ｐ_nの推移を観測する。ブロック長調整部１３
０は、係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nの推移に基づいてブロ
ック長を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非巡回型フィルタ
におけるフィルタ係数の設定制御に係り、特に、未知の
特性を有する信号伝達系に参照信号を送出し、該信号伝
達系の応答出力を得て、前記信号伝達系の特性を模擬す
る適応非巡回型フィルタの係数を推定するシステムの係
数推定処理の収束の高速化に好適な、適応フィルタ係数
の推定制御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】未知の特性を有する信号伝達系に参照信
号を送出し、該参照信号に対する前記信号伝達系の応答
と前記参照信号とに基づいて、前記信号伝達系の応答特
性を模擬する適応非巡回型フィルタのフィルタ係数を推
定するシステムが知られている。このようなシステム
は、前記信号伝達系の特性を高精度に模擬することがで
きるが、フィルタ係数の推定に要する時間と得られる精
度との兼ね合いに考慮が必要である。

【０００３】図９は、本発明を適用することによって動
作の改善が期待されるシステムの概略構成を一般化して
示している。但し、この図９において、特性が未知であ
る信号伝達系２００の応答ｇ_j（数９）と外乱Ｎ_jとを加
える加算器２３０、およびその出力Ｙ_j（数１０）と非
巡回型（ＦＩＲ）フィルタ２１０で合成された擬似応答
Ｇ_j（数１１）との差分Ｅ_j（数１２）を生成する減算器
２４０は、具体的な装置あるいは回路として与えられな
い場合がある。

【０００４】ここで、信号伝達系２００の応答ｇ_jは、 ｊ：時刻に対応するサンプルの繰り返し回数を示すサン
プル回数指標（sample time index, iteration）、 ｈ_j(i)：信号伝達系２００のインパルス応答ｈ_jのｉ番
目の標本値、 Ｘ_j(i)：参照信号Ｘ_jの標本値をｉ標本化周期だけ遅延
した信号、 Ｉ：信号伝達系２００のインパルス応答の最大遅延、 Σ：ｉ＝１〜Ｉの加算、 として、数９であらわされる。

【０００５】

【数９】

【０００６】加算器２３０の出力Ｙ_jは数１０、非巡回
型フィルタ２１０で合成された擬似応答Ｇ_jは数１１、
そして差分Ｅ_jは数１２でそれぞれあらわされる。

【０００７】

【数１０】Ｙ_j＝ｇ_j＋Ｎ_j

【０００８】

【数１１】

【０００９】

【数１２】Ｅ_j＝Ｙ_j−Ｇ_j また、差分Ｅ_j と係数更新回路２２０との間にもう１つ
の未知信号伝達系が存在する例もあって、その場合には
係数更新回路２２０にある参照信号Ｘ_jの入力側にもう
１つの未知信号伝達系の特性を模擬するフィルタが前置
される。

【００１０】係数更新回路２２０は、差分Ｅ_jが最小と
なるように非巡回型フィルタ２１０の係数Ｈ_jを、例え
ば適応アルゴリズムとして学習同定法を採用する場合に
はその第ｍ番目のタップの係数を数１３に従って更新す
る。

【００１１】

【数１３】

【００１２】但し、Ｋはステップゲイン（０＜Ｋ＜２）
であり、非巡回型フィルタ２１０の係数Ｈ_jが未知の信
号伝達系２００のインパルス応答ｈ_jに収束する速度
と、収束後に得られる数１４に示す応答残差の大きさを
決定する働きがある。

【００１３】

【数１４】Ｄ_j＝ｇ_j−Ｇ_j 例えば、その収束速度は、Ｋ＝１のときに最も早く、反
対に、収束後に得られる応答残差Ｄ_jはステップゲイン
Ｋが０に近いほど小さくなる。当然ながら、システムに
とっては、収束が早く、しかも収束後に得られる応答残
差が小さいことが望ましいことは言うまでもない。しか
しながら、これらを１つの固定したステップゲインで同
時に実現することはできない。

【００１４】そこで本発明では、この係数更新処理に適
当な制御を加え、収束の高速化と高い推定精度を同時に
実現する適応フィルタ係数の高速推定システムを提供し
ようとしている。

【００１５】ここで、重要なことは、このステップゲイ
ンによる制御も、ステップゲインを１に固定したときに
得られる適応フィルタ係数の推定精度の収束値が所望の
値以上となるときには不要となることである。すなわ
ち、このような制御が有効となるのは、所望の推定精度
を得るためにステップゲインを１未満とする必要がある
場合に限られることに注意すべきである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】係数更新回路２２０に
適用される適応アルゴリズムとして、先に述べた学習同
定法には、その制御法に関して従来より多くの研究があ
る。例えば、 文献(1) Yamamoto R. and Kitayama S.: 'An Adaptive
Echo Canceller with Variable Step Gain Method', IE
CE Trans., E65, 1, pp. 1-8 (1979-01)。 文献(2) Harris R. W., Chabries D. M. and Bishop F.
A.: 'A Variable Step(VS) Adaptive Filter Algorith
m', IEEE Trans. Acoust., Speech & Signal Process.,
ASSP-34, 2, pp. 309-316 (1986-04)。 文献(3) 沢辺知子、松井実、萩原将文、中川正雄：「可
変ステップ適応ディジタルフィルタの高速化」，信学論
(A)，J70-A，2，pp. 1858-1860 (1977-11)。 文献(4) 田口亮、浜田望：「可変ステップ型学習同定法
の一提案」，信学論(A)，J71-A，8，pp. 1663-1665 (19
88-08)。 文献(5) 加藤昭偉、久保田一：「ファジイ制御を用いた
可変ステップアルゴリズムの提案」，信学論(A)，J73-
A，11，pp. 1844-1850 (1990-11)。 文献(6) 藤井健作、大賀寿郎：「学習同定法における修
正定数の最適制御」，信学論(A)，J75-A，6，pp. 975-9
83 (1992-06)。 等の文献がある。

【００１７】これらは、いずれも収束の初期段階におい
てはステップゲインＫを１に近い値とし、その後は徐々
に小さくして収束特性を改善するステップゲインの制御
法に関する文献である。

【００１８】このような制御法に関しての問題は、文献
(6) において既に指摘されている。すなわち、文献(6)
によれば、ステップゲインの最適制御値は、数１３に示
される応答残差Ｄ_j と外乱Ｎ_j の、それぞれの自乗平均
値の関数となることが示されている。しかしながら、そ
の応答残差Ｄ_j を外乱の存在下で各時刻ごと正確に観測
することは現実には困難である。そこで、上述の文献
(1) 〜(6) で提案されている方法を含め、一般には数１
５に示すように外乱を含む残差Ｅ_j を応答残差Ｄ _j に近
似し、この残差Ｅ_j を制御情報として用いることにより
ステップゲインの大きさを決定する方法がとられる。

【００１９】

【数１５】Ｅ_j＝ｇ_j−Ｇ_j＋Ｎ_j ここに問題がある。すなわち、(i) ステップゲインの最
適制御値は、係数更新過程が飽和し始めるまで、ほぼ１
に固定されるので、係数更新の初期段階でのステップゲ
インの制御は不要となること（文献(6) 参照）、および
(ii)このような制御が有効となるのは、係数更新過程が
飽和し始めてからであって、その段階では残差Ｅ_j に占
める外乱Ｎ_j の割合が大きく、制御に必要な応答残差Ｄ
_j の観測が困難となることが指摘される。

【００２０】これらの問題を解決するためには、応答残
差Ｄ_j の観測を不要とするような制御法を案出するか、
あるいは該応答残差Ｄ_j の観測を可能とする方法を見出
す必要がある。前者に属する方法としては、文献(6) に
おいて提案されている手法がある。すなわち、差分Ｅ_j
と外乱Ｎ_j を含む応答Ｙ_j とのパワー比から係数更新の
飽和を判定し、飽和を観測してからは、理論的に計算し
た最適ステップゲインを設定するのである。しかし、こ
の方法では飽和の判定に必要な上記パワー比の対数と、
最適ステップゲイン値を計算する必要があり、計算量の
増大を避けることができない。

【００２１】そこで、本発明では後者に分類される手法
を提供しようとしているが、既に、その観測を可能とす
る方法の一つが本発明者らによって文献(7) において提
案されている。 文献(7) 藤井健作、大賀寿郎：「固定小数点演算に適し
た‘個別正規化’ＬＭＳ法とその能動騒音制御への応
用」、信学論(A)，J78-A，6，pp. 669-677 (1995-06)。

【００２２】それは、適応アルゴリズムを個別正規化Ｌ
ＭＳ法（'Individually' Normarized Least Mean Squar
e Algorithm）に改め、その個別正規化ＬＭＳ法の数１
６に示す係数更新式を構成する加算項数、すなわちブロ
ック長Ｊを調整することによって収束特性を制御するも
のである。ここで、個別正規化ＬＭＳ法は、係数更新を
Ｊ標本化周期ごとに行うこと、すなわちブロック処理で
あることに特徴があり、Ｈ_nｍは動作の開始から第ｎ番
目のブロックにおける係数更新によって得られた係数を
あらわしている。

【００２３】

【数１６】

【００２４】

【数１７】

【００２５】

【数１８】

【００２６】この個別正規化ＬＭＳ法に対して本発明者
らが提案した制御法は、数１６の第２項Ａ_n（ｍ）／Ｐ_n
（ｍ）が、数１９に示すように平均値［ｈ（ｍ）−Ｈ_n
（ｍ）］の確率変数となること、そして、その分散は加
算項数Ｊを大きく設定することで抑えられることを利用
している。

【００２７】

【数１９】

【００２８】

【数２０】Δ_n（ｉ）＝ｈ（ｉ）−Ｈ_n（ｉ） （但し、数１９において、Σ_m ：ｉ＝ｍを除くｉ＝１〜
Ｉの加算） すなわち、係数更新とともに減少した推定誤差［ｈ
（ｍ）−Ｈ_n（ｍ）］が外乱Ｎ_j に埋もれ始めるとき
が、係数更新が飽和し始めるときであり、この時点で加
算項数を増加させる操作は、推定誤差［ｈ（ｍ）−Ｈ_n
（ｍ）］の算定精度を高める効果をもたらす。この効果
によって、個別正規化ＬＭＳ法では、学習同定法では困
難であった収束状況の観測から収束特性の制御が可能と
なる。そして、その推定誤差が外乱Ｎ_j に埋もれ始めた
ことは、Ａ_n（ｍ）／Ｐ_n（ｍ）が単調減少から振動に変
化することによって、容易に判断することができる。

【００２９】この場合の問題は、このような個別正規化
ＬＭＳ法では、計算量を学習同定法と同程度に少なく抑
えるためには、その加算項数Ｊをフィルタのタップ数の
整数倍とする制約があることである。このような収束特
性の制御は、当然ながら、前述の制約により粗いものに
ならざるを得ない。タップ数の多いシステムでは、適応
フィルタの収束速度が遅くなるために、特に収束速度の
向上が求められる。前述の問題は、そのようなシステム
において好ましいものではない。

【００３０】本発明は、上述した問題を解決すべくなさ
れたもので、その目的とするところは、収束の高速化を
実現してしかも収束後に高い推定精度を得ることを可能
とする適応フィルタ係数の推定制御方法および装置を提
供することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の適応
フィルタ係数の推定制御方法は、未知の信号伝達特性を
有する信号伝達系に送出される参照信号と、該参照信号
に対する前記信号伝達系の応答出力とに基づいて、前記
信号伝達系の特性を模擬するフィルタ特性を有する非巡
回型フィルタのフィルタ係数を推定するにあたり、加算
正規化ＬＭＳ法により前記非巡回型フィルタのフィルタ
係数の係数更新量を逐次累計的に演算する係数演算ステ
ップと、前記フィルタ係数の推定誤差に近似される前記
係数更新量を観測する観測ステップと、前記係数演算ス
テップにおける前記係数更新量が演算されるブロック長
を前記係数更新量の推移に従って調整するブロック長調
整ステップと、前記係数演算ステップの算出結果に基づ
いて前記非巡回フィルタの係数更新を行う係数更新ステ
ップとを有することを特徴としている〔請求項１〕。

【００３２】前記ブロック長調整ステップは、前記観測
ステップで観測される係数更新量が、前回の係数更新演
算による係数更新量以下となるまで、その回のブロック
長を延長する延長ステップを含んでいてもよい〔請求項
２〕。

【００３３】前記延長ステップは、予め設定したブロッ
ク長の下限値をブロック長の初期値とし、毎回該初期値
から係数更新量の判定を行うようにしてもよい〔請求項
３〕。

【００３４】本発明に係る第２の適応フィルタ係数の推
定制御方法は、未知の信号伝達特性を有する信号伝達系
に送出される参照信号と、該参照信号に対する前記信号
伝達系の応答出力とに基づいて、前記信号伝達系の特性
を模擬するフィルタ特性を有する非巡回型フィルタのフ
ィルタ係数を推定するにあたり、第ｎ番目のブロックに
おける係数更新による第ｍ番目のタップの係数をＨ
_n（ｍ）、ステップゲインをＫ、加算項数をＪ、外乱を
含む応答出力と疑似応答との差分をＥ_j、参照信号をＸ_j
として、

【００３５】

【数２１】

【００３６】

【数２２】

【００３７】

【数２３】

【００３８】に基づいて前記非巡回型フィルタのフィル
タ係数の係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを逐次累計的に演算
する係数演算ステップと、前記フィルタ係数の推定誤差
に近似される前記係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを観測する
観測ステップと、前記係数演算ステップにおける前記係
数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nが演算される加算項数Ｊを前記
係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nの推移に従って調整するブロ
ック長調整ステップと、前記係数演算ステップの算出結
果に基づいて前記非巡回フィルタの係数更新を行う係数
更新ステップとを有することを特徴としている〔請求項
４〕。

【００３９】前記ブロック長調整ステップは、前記観測
ステップで観測される係数更新量Ａ _n+1（ｍ）／Ｐ
_n+1が、前回の係数更新演算による係数更新量Ａ_n（ｍ）
／Ｐ_n以下となるまで、その回のブロック長を延長する
延長ステップを含んでいてもよい〔請求項５〕。

【００４０】前記延長ステップは、予め設定したブロッ
ク長の下限値をブロック長の初期値とし、毎回該初期値
から係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nの判定を行うようにして
もよい〔請求項６〕。

【００４１】前記観測ステップおよびブロック長調整ス
テップにおける前記係数更新量の監視および判定に、係
数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを自乗し非巡回型フィルタの全
タップについて合算した比Ｒ_n

【００４２】

【数２４】

【００４３】を用いてもよい〔請求項７〕。本発明に係
る第１の適応フィルタ係数の推定制御装置は、未知の信
号伝達特性を有する信号伝達系および該信号伝達系の特
性を模擬するための非巡回型フィルタに参照信号を与え
る参照信号発生部と、前記信号伝達系の応答出力を検出
する出力検出部と、加算正規化ＬＭＳ法により前記非巡
回型フィルタのフィルタ係数の係数更新量を逐次累計的
に演算するための係数演算手段と、前記フィルタ係数の
推定誤差に近似される前記係数更新量を観測するための
観測手段と、前記係数演算手段における前記係数更新量
が演算されるブロック長を前記係数更新量の推移に従っ
て調整するためのブロック長調整手段と、前記係数演算
手段の算出結果に基づいて前記非巡回フィルタの係数更
新を行うための係数更新手段とを有することを特徴とし
ている〔請求項８〕。

【００４４】前記ブロック長調整手段は、前記観測手段
で観測される係数更新量が、前回の係数更新演算による
係数更新量以下となるまで、その回のブロック長を延長
するための延長手段を含んでいてもよい〔請求項９〕。

【００４５】前記延長手段は、予め設定したブロック長
の下限値をブロック長の初期値とし、毎回該初期値から
係数更新量の判定を行う手段であってもよい〔請求項１
０〕。

【００４６】本発明に係る第２の適応フィルタ係数の推
定制御装置は、未知の信号伝達特性を有する信号伝達系
および該信号伝達系の特性を模擬するための非巡回型フ
ィルタに参照信号を与える参照信号発生部と、前記信号
伝達系の応答出力を検出する出力検出部と、前記非巡回
型フィルタにおける第ｎ番目のブロックにおける係数更
新による第ｍ番目のタップの係数をＨ_n（ｍ）、ステッ
プゲインをＫ、加算項数をＪ、外乱を含む応答出力と疑
似応答との差分をＥ_j、参照信号をＸ_jとして、数２１〜
数２３に基づいて前記非巡回型フィルタのフィルタ係数
の係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを逐次累計的に演算するた
めの係数演算手段と、前記フィルタ係数の推定誤差に近
似される前記係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを観測するため
の観測手段と、前記係数演算手段における前記係数更新
量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nが演算される加算項数Ｊを前記係数更
新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nの推移に従って調整するためのブロ
ック長調整手段と、前記係数演算手段の算出結果に基づ
いて前記非巡回フィルタの係数更新を行うための係数更
新手段とを有することを特徴としている〔請求項１
１〕。

【００４７】前記ブロック長調整手段は、前記観測手段
で観測される係数更新量Ａn₊₁（ｍ）／Ｐ_n+1が、前回の
係数更新演算による係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_n以下とな
るまで、その回のブロック長を延長するための延長手段
を含んでいてもよい〔請求項１２〕。

【００４８】前記延長手段は、予め設定したブロック長
の下限値をブロック長の初期値とし、毎回該初期値から
係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nの判定を行う手段であっても
よい〔請求項１３〕。

【００４９】前記観測手段およびブロック長調整手段
は、前記係数更新量の監視および判定に、係数更新量Ａ
_n（ｍ）／Ｐ_nを自乗し非巡回型フィルタの全タップにつ
いて合算した数２４の比Ｒ_nを用いる手段であってもよ
い〔請求項１４〕。

【００５０】本発明による適応フィルタ係数の推定制御
方法および装置では、加算正規化ＬＭＳ法により非巡回
型フィルタのフィルタ係数の係数更新量を逐次累計的に
演算し、前記フィルタ係数の推定誤差に近似される前記
係数更新量を観測するとともに、前記係数更新量が演算
されるブロック長を前記係数更新量の推移に従って調整
して、前記係数更新量の算出結果に基づいて前記非巡回
フィルタの係数更新を行うことにより、収束の高速化を
実現してしかも収束後に高い推定精度を得ることが可能
となる。

【００５１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る適応フィルタ
係数の推定制御システムの実施の形態を図面を参照して
説明する。

【００５２】〔実施の形態１〕図１は本発明による適応
フィルタ係数の推定制御システムの原理的な第１の実施
の形態の構成を示している。

【００５３】図１の適応フィルタ係数の設定制御システ
ムは、図９に示した特性推定システムを用い、該システ
ムの各部の情報に基づいて、非巡回型フィルタ２１０の
フィルタ係数の推定制御を自動的に行うシステムであ
る。該推定制御システムは、係数演算部１００、係数更
新部１１０、観測部１２０およびブロック長調整部１３
０を有している。

【００５４】係数演算部１００は、加算正規化ＬＭＳ法
により非巡回型フィルタ２１０のフィルタ係数の係数更
新量を逐次累計的に演算する。係数更新部１１０は、係
数演算部１００の算出結果に基づいて非巡回フィルタ２
１０の係数更新を行う。観測部１２０は、非巡回フィル
タ２１０のフィルタ係数の推定誤差に近似される前記係
数更新量を観測する。そして、ブロック長調整部１３０
は、係数演算部１００における前記係数更新量が演算さ
れるブロック長を前記係数更新量の推移に従って調整す
る。

【００５５】ここで、このシステムで採用した原理につ
いて説明する。このシステムでは、適応アルゴリズムと
して、先に述べた個別正規化ＬＭＳ法と同様に加算項数
を調整することが可能な加算正規化ＬＭＳ法を採用して
いる。

【００５６】加算正規化ＬＭＳ法（'Summational' Norm
arized Least Mean Square Algorithm）は、文献(8) に
より本発明者らが提案した手法である。 文献(8) 藤井健作、大賀寿郎：「適応フィルタ係数の無
音声雑音区間における更新の継続」信学技報，EA94-7
8，1994-12。

【００５７】加算正規化ＬＭＳ法では、数２１、数２２
および数２３とそれぞれ同様の数２５、数２６および数
２７を用いる。

【００５８】

【数２５】

【００５９】

【数２６】

【００６０】

【数２７】

【００６１】すなわち、この加算正規化ＬＭＳ法には、
加算項数Ｊをタップ数の整数倍とする制約はない。した
がって、図１に示すシステムでは、係数演算部１００
は、加算正規化ＬＭＳ法における係数更新に必要な量Ａ
_n（ｍ）およびＰ_nを算出する。係数更新部１１０は、数
２５に従って係数更新処理を実行する。観測部１２０
は、係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nの推移を観測する。ブロ
ック長調整部１３０は、係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nの推
移に基づいてブロック長を決定する。

【００６２】まず、加算正規化ＬＭＳ法においては、加
算項数Ｊはステップゲインと同等の効果を収束特性に与
えるものである。図２は、加算項数Ｊの相違に基づく収
束特性（タップ数Ｉ＝512とする）を比較するための図
である。ここで、加算項数が収束特性に与える効果は、
例えば加算項数Ｊを２倍にすることはステップゲインＫ
を1/2 にすることに相当し、したがって、未知の信号伝
達系の応答と外乱のパワー比が20dBである場合に、推定
精度40dB以上を確保するのに必要な学習同定法における
ステップゲインの大きさＫ＝1/128 とした場合の特性
(c) は、加算正規化ＬＭＳ法においてＫ＝128、Ｊ＝163
84とおいた場合の特性(a) 、あるいはＫ＝32、Ｊ＝4096
とおいた場合の特性(b) と同等である。すなわち、学習
同定法におけるＫは、加算正規化ＬＭＳ法におけるＫ／
Ｊに相当する。

【００６３】さて、加算正規化ＬＭＳ法においても、上
述と同様に係数更新はＪ標本化周期に１回の割合で係数
更新がなされる。そして、その第ｎ＋１回目の更新に際
して係数Ｈ_n（ｍ）に加えられる量、すなわち係数更新
量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nは、数２８および数２９で与えられ、
Δ_n（ｍ）／Ｉを平均値とする確率変数を構成する。

【００６４】

【数２８】

【００６５】

【数２９】

【００６６】当然のことながら、現係数Ｈ_n（ｍ）に加
算することがが望ましい更新量は、数３０に示すよう
に、現係数Ｈ_n（ｍ）と信号伝達系のインパルス応答ｈ
（ｍ）との差Δ_n（ｍ）である。

【００６７】

【数３０】Δ_n（ｍ）＝ｈ（ｍ）−Ｈ_n（ｍ） したがって、係数更新の結果として差Δ_n（ｍ）が減少
し、Ｑ_j（ｍ）の割合が増加したときには、数２８に含
まれる差Δ_n（ｍ）の算定精度が落ちて、係数Ｈ_n（ｍ）
の更新過程は飽和することになる。同時に、このこと
は、数２８に含まれる両成分の割合から係数Ｈ_n（ｍ）
の収束状況を観測することができること、ならびに、加
算項数を増加させる操作はＱ_j（ｍ）の割合を減少さ
せ、更新過程の飽和を先延ばしにすることができること
を意味している。

【００６８】図３は、数２８に与える係数更新量を自乗
し、全タップについて合算した数３１に示す比Ｒ_n （数
２４と同じ）の推移を観測した結果を示している。

【００６９】

【数３１】

【００７０】但し、図３においては、Ｋ＝64、Ｊ＝8192
とし、その他の条件は図２と同じ値においている。図３
より、明らかに、比Ｒ_n の単調な減少は係数更新過程
が、まだ、Δ_n（ｍ）がＱ_j（ｍ）に比して十分に大きい
初期段階にあること、反対に、その振動は、加算項数を
大きく設定してＱ_j（ｍ）の割合を抑える必要がある飽
和段階にあるという判断に利用することができることが
わかるであろう。

【００７１】本発明のこの実施の形態では、上述した特
徴を利用して比Ｒ_n の観測から、その振動状況に応じて
加算項数を調整し、収束の高速化と高い推定精度を同時
に実現する。

【００７２】以下、比Ｒ_n の観測から加算項数を決定す
るための具体的な制御法について説明する。 〔実施の形態２〕ここで、前回の係数更新て得られた比
Ｒ_n と今回の比Ｒ_n+1 とを比較して、その結果に応じ
て、次のように係数更新をおこなうことができる。

【００７３】(1) Ｒ_n+1 ≦Ｒ_n ならば、単調減少の過程
にあると判断して、加算項数を調整することなく係数更
新を実行する。 (2) Ｒ_n+1 ＞Ｒ_n となるときは飽和し始めたと判断して
係数更新を直ちには実行せず、Ｒ_n+1 ≦Ｒ_n となるまで
加算項数を増加させた後に係数を更新する。すなわち、
数２０の第１項は係数が更新されるまでは、一定とおく
ことができるので、加算項数の増加による比Ｒ_n+1 の減
少は全て第２項の減少となる。一方、１回の更新によっ
て係数が修正される量はわずかであるので、Ｒ_n+1 とＲ
_n とで数２０の第１項はほぼ等しいとおくことができ
る。したがって、Ｒ_n+1 ≦Ｒ_n となるまで加算項数を増
加させてから、係数を更新するならば、前述した差Δ_n
（ｍ）の算定精度に、劣化は生じないことになる。そし
て、その結果として、収束特性は飽和しないことにな
る。収束特性が飽和することなく、飽和しそうになると
自動的に加算項数が増加するなら、加算項数の初期値を
小さく与えておくことが可能となる。係数の収束は、少
ない加算項数において速いので、このような操作により
収束特性を改善することを期待することができる。この
ようにして、収束特性の改善を図るのが本発明の第２の
実施の形態である。

【００７４】図４は本発明による適応フィルタ係数の推
定制御システムの第２の実施の形態の構成を示してい
る。図４の適応フィルタ係数の推定制御システムは、図
１と同様の係数演算部１００、係数更新部１１０および
観測部１２０を有し、且つ図１の場合とは若干異なるブ
ロック長調整部１３２を設けている。図４において、図
１と同様の部分については同符号を付して示しており、
ここではその詳細な説明は省略する。

【００７５】すなわち、図４のブロック長調整部１３２
は、観測部１２０により観測される比Ｒ_n について、前
回のＲ_n と今回のＲ_n+1 とを比較し、Ｒ_n+1 ≦Ｒ_n とな
るまでは、係数演算部１００により加算項数を線形的に
逐次増加させて係数演算を行わせ、Ｒ_n+1 ≦Ｒ_n となっ
た時点で、係数演算部１００により演算された計数値を
係数更新部１１０与えて係数更新を行わせるよう制御す
る。

【００７６】図５は、図４の構成において、加算項数の
初期値として、512 を与え、その他の条件を図３の場合
と同様に与えて計算した収束特性の例を示している。こ
の場合、加算項数の増加分がタップ数の整数倍となる個
別正規化ＬＭＳ法と異なり、Ｒ_n+1 ≦Ｒ_n となるまで加
算項数を１つずつ増加させていることに特徴がある。図
５によれば、収束特性はステップゲインを固定した学習
同定法に比較して大きく改善されていることがわかる。

【００７７】〔実施の形態３〕本発明によるシステムの
適用に際して、外乱のパワーが変化するような応用例も
現実には存在し得る。そのような場合、図４に構成を示
した第２の実施の形態による方法では、外乱パワーの増
加後に増えた加算項数が元に戻らないことから、その後
において収束速度の向上が望めなくなるという問題が生
じる。そこで、このような例に対しても、次のような修
正を加えることにより、対応することが可能となる。す
なわち、加算項数に下限を設けて、Ｒ_n+1 とＲ_n との比
較は、毎回改めてその下限とした加算項数を起点として
行うように変更すればよい。この用にした場合、外乱の
パワーが増えれば加算項数は自動的に増加し、外乱のパ
ワーが減れば加算項数は自動的に減少するようになる。
このようにして、外乱のパワーが変化した場合にも収束
速度を合理的に向上させるのが本発明の第３の実施の形
態である。

【００７８】図６は本発明による適応フィルタ係数の推
定制御システムの第３の実施の形態の構成を示してい
る。図６の適応フィルタ係数の推定制御システムは、図
１と同様の係数演算部１００、係数更新部１１０および
観測部１２０を有し、且つ図１または図４の場合とは若
干異なるブロック長調整部１３４を設けている。図６に
おいて、図１および図４と同様の部分については同符号
を付して示しており、ここではその詳細な説明は省略す
る。

【００７９】ブロック長調整部１３４は、図４のブロッ
ク長調整部１３２では、Ｒ_n+1 とＲ _n との比較を前回の
加算項数を起点として行っていたのに対し、前回の加算
項数にかかわらず、予め設定した加算項数の初期値を下
限値として、毎回この下限値を起点として、繰り返し比
較を行う。

【００８０】図７は、加算項数の下限値すなわち初期値
を512 例えばとし、その増減させる単位を256 とした場
合の収束特性の例を示している。途中、ｊ＝256×256
〜512×256 の区間において、外乱のパワーを４倍に増
加させ、ｊ＝512×256 で元に戻す操作を加えている。
図７によれば、そのような外乱が存在する場合において
も加算項数は自動的に増減し、収束速度は外乱の増加時
には一時的に低下しているけれども、外乱が減少したと
きには、収束速度は再び増加に転じていることがわか
る。しかも、その外乱の増加区間においても推定精度は
低下することなく向上していることが確認される。ここ
で、比較のために示した学習同定法において収束特性に
劣化が見られないのは、この増加した外乱に対して得ら
れる学習同定法の収束値が、この時点で得られている推
定精度よりもはるかに高いためである。

【００８１】この点を明確にするため、図８に、例え
ば、学習同定法がほぼ収束した時点で外乱のパワーを増
加させた場合の例をしめす。この増加した外乱分に対し
て、学習同定法の場合は、収束値が小さくなるため、図
８の例のように低下が起こっている。しかし、本発明に
よる方法では、その低下が起こらず、収束速度が若干低
下したに留まり、その後において推定精度が再び上昇に
転じていることがわかる。

【００８２】この実施の形態においては、外乱の増加が
あっても、効果的に収束速度の改善が図られている。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加算正規化ＬＭＳ法により非巡回型フィルタのフィルタ
係数の係数更新量を逐次累計的に演算し、前記フィルタ
係数の推定誤差に近似される前記係数更新量を観測する
とともに、前記係数更新量が演算されるブロック長を前
記係数更新量の推移に従って調整して、前記係数更新量
の算出結果に基づいて前記非巡回フィルタの係数更新を
行うようにして、収束の高速化を実現してしかも収束後
に高い推定精度を得ることを可能とする適応フィルタ係
数の推定制御方法および装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る適応フィルタ
係数の推定制御システムの構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１のシステムにおける加算項数の相違に起因
する収束特性の相違を説明するための図である。

【図３】図１のシステムにおける推定精度の収束特性と
比Ｒ_n との間系を説明するための図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る適応フィルタ
係数の推定制御システムの構成を示すブロック図であ
る。

【図５】図５のシステムにおける推定精度の収束特性と
比Ｒ_n との間系を説明するための図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係る適応フィルタ
係数の推定制御システムの構成を示すブロック図であ
る。

【図７】図６のシステムにおける外乱増加時の推定精度
の収束特性の一例を説明するための図である。

【図８】図６のシステムにおける外乱増加時の推定精度
の収束特性の他の一例を説明するための図である。

【図９】信号伝達系の特性を推定するシステムの一例の
構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１００…係数演算部 １１０…係数更新部 １２０…観測部 １３０，１３２，１３４…ブロック長調整部

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 未知の信号伝達特性を有する信号伝達系
   に送出される参照信号と、該参照信号に対する前記信号
   伝達系の応答出力とに基づいて、前記信号伝達系の特性
   を模擬するフィルタ特性を有する非巡回型フィルタのフ
   ィルタ係数を推定するにあたり、 加算正規化ＬＭＳ法により前記非巡回型フィルタのフィ
   ルタ係数の係数更新量を逐次累計的に演算する係数演算
   ステップと、 前記フィルタ係数の推定誤差に近似される前記係数更新
   量を観測する観測ステップと、 前記係数演算ステップにおける前記係数更新量が演算さ
   れるブロック長を前記係数更新量の推移に従って調整す
   るブロック長調整ステップと、 前記係数演算ステップの算出結果に基づいて前記非巡回
   フィルタの係数更新を行う係数更新ステップとを有する
   ことを特徴とする適応フィルタ係数の推定制御方法。
2. 【請求項２】 前記ブロック長調整ステップは、前記観
   測ステップで観測される係数更新量が、前回の係数更新
   演算による係数更新量以下となるまで、その回のブロッ
   ク長を延長する延長ステップを含むことを特徴とする請
   求項１に記載の適応フィルタ係数の推定制御方法。
3. 【請求項３】 前記延長ステップは、予め設定したブロ
   ック長の下限値をブロック長の初期値とし、毎回該初期
   値から係数更新量の判定を行うことを特徴とする請求項
   ２に記載の適応フィルタ係数の推定制御方法。
4. 【請求項４】 未知の信号伝達特性を有する信号伝達系
   に送出される参照信号と、該参照信号に対する前記信号
   伝達系の応答出力とに基づいて、前記信号伝達系の特性
   を模擬するフィルタ特性を有する非巡回型フィルタのフ
   ィルタ係数を推定するにあたり、第ｎ番目のブロックに
   おける係数更新による第ｍ番目のタップの係数をＨ
   _n（ｍ）、ステップゲインをＫ、加算項数をＪ、外乱を
   含む応答出力と疑似応答との差分をＥ_j、参照信号をＸ_j
   として、 【数１】 【数２】 【数３】 に基づいて前記非巡回型フィルタのフィルタ係数の係数
   更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを逐次累計的に演算する係数演算
   ステップと、 前記フィルタ係数の推定誤差に近似される前記係数更新
   量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを観測する観測ステップと、 前記係数演算ステップにおける前記係数更新量Ａ
   _n（ｍ）／Ｐ_nが演算される加算項数Ｊを前記係数更新量
   Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nの推移に従って調整するブロック長調整
   ステップと、 前記係数演算ステップの算出結果に基づいて前記非巡回
   フィルタの係数更新を行う係数更新ステップとを有する
   ことを特徴とする適応フィルタ係数の推定制御方法。
5. 【請求項５】 前記ブロック長調整ステップは、前記観
   測ステップで観測される係数更新量Ａ_n+1（ｍ）／Ｐ_n+1
   が、前回の係数更新演算による係数更新量Ａ _n（ｍ）／
   Ｐ_n以下となるまで、その回のブロック長を延長する延
   長ステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の適
   応フィルタ係数の推定制御方法。
6. 【請求項６】 前記延長ステップは、予め設定したブロ
   ック長の下限値をブロック長の初期値とし、毎回該初期
   値から係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nの判定を行うことを特
   徴とする請求項５に記載の適応フィルタ係数の推定制御
   方法。
7. 【請求項７】 前記観測ステップおよびブロック長調整
   ステップにおける前記係数更新量の監視および判定に、
   係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを自乗し非巡回型フィルタの
   全タップについて合算した比Ｒ_n 【数４】 を用いることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項
   に記載の適応フィルタ係数の推定制御方法。
8. 【請求項８】 未知の信号伝達特性を有する信号伝達系
   および該信号伝達系の特性を模擬するための非巡回型フ
   ィルタに参照信号を与える参照信号発生部と、 前記信号伝達系の応答出力を検出する出力検出部と、 加算正規化ＬＭＳ法により前記非巡回型フィルタのフィ
   ルタ係数の係数更新量を逐次累計的に演算するための係
   数演算手段と、 前記フィルタ係数の推定誤差に近似される前記係数更新
   量を観測するための観測手段と、 前記係数演算手段における前記係数更新量が演算される
   ブロック長を前記係数更新量の推移に従って調整するた
   めのブロック長調整手段と、 前記係数演算手段の算出結果に基づいて前記非巡回フィ
   ルタの係数更新を行うための係数更新手段とを有するこ
   とを特徴とする適応フィルタ係数の推定制御装置。
9. 【請求項９】 前記ブロック長調整手段は、前記観測手
   段で観測される係数更新量が、前回の係数更新演算によ
   る係数更新量以下となるまで、その回のブロック長を延
   長するための延長手段を含むことを特徴とする請求項８
   に記載の適応フィルタ係数の推定制御装置。
10. 【請求項１０】 前記延長手段は、予め設定したブロッ
    ク長の下限値をブロック長の初期値とし、毎回該初期値
    から係数更新量の判定を行う手段であることを特徴とす
    る請求項９に記載の適応フィルタ係数の推定制御装置。
11. 【請求項１１】 未知の信号伝達特性を有する信号伝達
    系および該信号伝達系の特性を模擬するための非巡回型
    フィルタに参照信号を与える参照信号発生部と、 前記信号伝達系の応答出力を検出する出力検出部と、 前記非巡回型フィルタにおける第ｎ番目のブロックにお
    ける係数更新による第ｍ番目のタップの係数をＨ
    _n（ｍ）、ステップゲインをＫ、加算項数をＪ、外乱を
    含む応答出力と疑似応答との差分をＥ_j、参照信号をＸ_j
    として、 【数５】 【数６】 【数７】 に基づいて前記非巡回型フィルタのフィルタ係数の係数
    更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを逐次累計的に演算するための係
    数演算手段と、 前記フィルタ係数の推定誤差に近似される前記係数更新
    量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを観測するための観測手段と、 前記係数演算手段における前記係数更新量Ａ_n（ｍ）／
    Ｐ_nが演算される加算項数Ｊを前記係数更新量Ａ_n（ｍ）
    ／Ｐ_nの推移に従って調整するためのブロック長調整手
    段と、 前記係数演算手段の算出結果に基づいて前記非巡回フィ
    ルタの係数更新を行うための係数更新手段とを有するこ
    とを特徴とする適応フィルタ係数の推定制御装置。
12. 【請求項１２】 前記ブロック長調整手段は、前記観測
    手段で観測される係数更新量Ａ_n+1（ｍ）／Ｐ_n+1が、前
    回の係数更新演算による係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_n以下
    となるまで、その回のブロック長を延長するための延長
    手段を含むことを特徴とする請求項１１に記載の適応フ
    ィルタ係数の推定制御装置。
13. 【請求項１３】 前記延長手段は、予め設定したブロッ
    ク長の下限値をブロック長の初期値とし、毎回該初期値
    から係数更新量Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nの判定を行う手段である
    ことを特徴とする請求項１２に記載の適応フィルタ係数
    の推定制御装置。
14. 【請求項１４】 前記観測手段およびブロック長調整手
    段は、前記係数更新量の監視および判定に、係数更新量
    Ａ_n（ｍ）／Ｐ_nを自乗し非巡回型フィルタの全タップに
    ついて合算した比Ｒ_n 【数８】 を用いる手段であることを特徴とする請求項１１〜１３
    のいずれか１項に記載の適応フィルタ係数の推定制御装
    置。