改进的变步长LMS自适应滤波算法

一种新的变步长LMS算法及分析

彭宏;陈泓宇

【摘 要】LMS算法存在收敛速度和稳态误差上的矛盾,当步长因子过大,则收敛速度快,但误差变化较大;当步长因子过小,则收敛速度很慢但是误差稳定.因此,渐渐发展出了多种变步长LMS算法.通过建立步长和误差的一种非线性函数关系,提出了一种新的变步长LMS算法,并且对算法参数进行分析.该算法计算简便,计算量低,且在算法收敛初期能够得到较大的步长,而稳态时期能够得到较小的步长,且在稳态收敛阶段有较为缓慢的步长变化,克服了传统算法在低误差范围内的步长调整的缺陷.仿真结果与理论结果相一致,证明了该算法比已有算法拥有更好的收敛性能.%There is a contradiction between convergence speed and steady-state

error in the LMS algorithm.When the step size factor is too large,the

convergence speed is fast,but the error change is larger.Otherwise,the

convergence speed is slow but the error is stable.Therefore,a variety of

variable step size LMS algorithms are developed gradually.A new variable

step size LMS algorithm is proposed by establishing a nonlinear function

relationship between step size and error.The algorithm is simple with low

computational complexity.In the early convergence,the algorithm can get a

一种基于LMS改进算法的语音增强方法

索忠伟 王建英 魏阳 吕雪

（西南交通大学信息科学与技术学院，四川 成都 610031）

摘要：LMS算法在自适应滤波器中得到广泛应用，但这种方法具有收敛速度慢，步长需要谨

慎选择才能达到收敛和失调的折中等缺点。文章把一种变步长的LMS算法应用到语音增强

中，此算法通过建立步长因子μ与迭代次数n之间的一种函数关系提出一种新的变步长LMS

算法,在迭代过程中在开始时采用大步长参数进行迭代，达到稳态后减小步长参数。仿真结

果证明该方法对带噪语音有明显的去噪效果，有效地提高了语音的清晰度和可懂度。该算法

明显优于传统LMS算法，较之提高了收敛速度并减小了稳态误差。

关键词：变步长；语音增强；LMS算法；自适应滤波器

中图分类号：TN912.3 文献标识码：A

A New Speech Enhancement Method Based on Improved LMS Algorithm

Suo Zhong-wei Wang Jian-ying Wei Yang Lv Xue

(School of Information Science & Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu

610031, China)

【Abstract】This paper presents a improved LMS algorithm for removing noise from

noise-corrupted speech. The convergent speed and steady-state error are affected by the fixed step

size and can’t be improved simultaneously in classical LMS algorithm.The improved algorithm of

2012

年

第11

期仪表技术与传感器

InstrumentTechniqueandSensor2012

No.11

基金项目：

河南理工大学实验室开放基金项目（SKJA10108）

收稿日期：2011－10－10

收修改稿日期：2012－06－03一种改进的变步长LMS

算法及其DSP

实现

王俊峰

（

河南理工大学计算机科学与技术学院，

河南焦作454000）

摘要：

固定步长LMS（leastmeansquare）

算法自适应滤波器在收敛速度、

时变跟踪能力与稳态误差上对步长因子的要

求存在矛盾。

变步长LMS

算法的步长因子是变化的，

能够有效地避免此矛盾。

在分析了2

种变步长LMS

算法的基础上，

提出了全新的变步长算法，

并在MATLAB

环境中进行仿真，

之后应用SZ－EPP5402

评估板对其进行了DSP

实现。

仿真结

果与DSP

实现都表明：

变步长LMS

算法在一定程度上改善了收敛速度与稳态误差间矛盾，

具有更快收敛速度与更小稳态

误差。

关键词：

最小均方误差自适应算法；

变步长；

数字信号处理器

中图分类号：TP39

文献标识码：A

文章编号：1002－1841（2012）11－0128－02

AnImprovedVariableStepLMSAlgorithmandDSPRealization

WANGJun-feng

（SchoolofComputerScienceandTechnology，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000，China）

Abstract：InfixedstepsizeLMSalgorithm，thereisaninconsistencybetweenthefastalgorithmconvergenceandthelow

steadystateerror．VariablestepsizeLMSalgorithmcanresolvethisproblem．Onthebasisofanalysisoftwokindsofvariablestep

Ｖｏ１．３８．Ｎｏ．１１　ＮＯＶ，２０１３　火力与指挥控制　ＦｉｒｅＣｏｎｔｒｏｌ＆ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ　第３８卷第１１期　２０１３年１１月　

文章编号：１００２－０６４０（２０１３）１　１－００８４—０４　

基于变步长ＬＭＳ的雷达信号干扰抑制　

何隆玲，胡桂明，童刘伟，李维维　（广西大学电气工程学院，南宁５３０００４）　

摘要：为提高雷达系统在压制性干扰环境下目标检测能力，对自适应噪声对消系统及ＬＭＳ滤波算法进行分析，　提出了一种改进的变步长ＬＭＳ自适应滤波算法。该算法采用类Ｓｉｇｍｏｉｄ函数调节步长，具有在稳态误差ｅ（　）接近零时　缓慢变化的特点，并提高了收敛速度。将该算法应用到雷达自适应干扰对消系统，并进行了计算机仿真，仿真结果表明，　提出的算法有快速的收敛速度和跟踪速度，以及较小的稳态误差，在ＳＮＲ＝一５　ｄＢ时仍然有较好的噪声抑制效果。　关键词：压制性干扰，变步长ＬＭＳ算法，自适应噪声对消，收敛速度，信噪比　中图分类号：ＴＰ３９１．９　文献标识码：Ａ　

Ｒａｄａｒ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　

Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｓｔｅｐ　Ｓｉｚｅ　ＬＭＳ　

ＨＥ　Ｌｏｎｇ－ｌｉｎｇ，ＨＵ　Ｇｕｉ－ｍｉｎｇ，ＴＯＮＧ　Ｌｉｕ－ｗｅｉ，ＬＩ　Ｗｅｉ－ｗｅｉ　（ｓｃｈｏｏｆ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ　５３０００４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔａｒｇｅｔ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒａｄａｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｐｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｊａｍｍｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｎｏｉｓｅ　ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　ＬＭＳ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｓｔｅｐ　ｓｉｚｅ　ＬＭＳ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｕｓｅｓ　ｔｈｅ　Ｓｉｇｍｏｉｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔｅｐ　ｓｉｚｅ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ｗｈｅｎ　ｅｒｒｏｒ　ｅ（ｎ）ｎｅａｒ　ｔｏ　ｚｅｒｏ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ