基于MATLAB反馈型自适应噪声抵消系统仿真研究

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1、2010年8月第30卷第4期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementAug．，2010V01．30，No．4文章编号：1000—7202(2010)04—0045—04中图分类号：TP391．9文献标识码：A基于MATLAB反馈型自适应噪声抵消系统仿真研究余慧1’2曾云1程亚奇2(1．湖南大学，长沙410082；2．中国科学院微电子研究所，北京100000)摘要对一种ANC(自适应噪声抵消)的主动降噪技术进行了讨论和研究。论述了基于LMS的ANC系统的基本原

2、理，在此基础上设计了反馈式ANC系统。与前馈式ANC系统相比，反馈式ANC系统的消噪能力和收敛速度均优于前馈式ANC系统，通过MATLAB仿真，结果与理论分析是一致的。关键词自适应噪声抵消LMS算法MATLAB反馈DesignoftheFeedbackAdaptiveNoiseCancellationSystemBasedOilMATLABYUHuil·2ZENGYunlCHENGYa．qi2(1．HunanUniversity，Changsha410082；2．InstituteofMicroeleetronic

3、sChineseAcademyofSciences，Beijing100000)AbstractAstudyabouttheANCusingindigitalnoisecancellationearphoneisprogressed．ThebasicprincipleofANCbasedonLMSalgorithmisintroduced，onwhichthefeedbackANCsystemisde—signed．ComparingtothefeedforwardANCsystem，thefeedbackANCs

4、ystemhasabettereffectandafasterconvergencevelocity．MATLABsimulationresultsaregiven，whicharecoincidentwiththetheoret—icanalyzingwell．KeywordsActivenoisecancellationLMSalgorithmMATLABFeedback1引言自适应滤波是指从信号被噪声干扰所淹没的环境中检测和提取有用信号，而自适应噪声抵消是自适应滤波器的典型应用⋯。它是一种能够消除背景噪声影响

5、的信号处理技术。应用自适应噪声抵消，可在未知外界干扰源特征、传递途径不断变化、背景噪声和被测对象信号相似的情况下，有效地消除外界噪声的干扰，提高信号传输中的信噪比。自问世以来，自适应噪声抵消已在许多领域得到了广泛的应用¨2'3J。本文介绍了采用反馈式自适应噪声抵消技术从一种被噪声污染了的信号中提取有用信号的过程，Matlab仿真结果表明，该方法具有良好的消噪能力，突破了以往前馈自适应噪声抵消技术的限制，具有可使消噪效果随环境噪声的位置改变而增强的作用。收稿日期：2009—1l—04；修回日期：2010—03—21作

6、者简介：余慧(1982一)，女，硕士研究生，主要研究方向：数字集成电路设计。宇航计测技术2010年2自适应噪声抵消基本原理如图1所示，d信号含有s信号和一个噪声noon。与n相关。自适应滤波器的输出为y(n)的滤波信号，因此，自适应噪声抵消器系统⋯的输出占为占=s+J10一Y(1)将上式两边取数学期望EEe2]=E[s2]+E{[no一，，]2}+2E{s[‰一Y]}(2)要使E[82]最小，就是使E[rt。一Y]2最小。又因为占一s=‰一y，所以，当上式第二项最小时，E[占一s]2也最小，即系统的输出信号占与有用

7、信号s的均方差最小。在理想的情况下，自适应滤波器通过自适应算法自动调节其脉冲响应，使11,。=l't，即输出信号中的噪声可完全抵消。图1自适应噪声抵消基本原理图3反馈型ANC系统设计和算法3．1系统设计本文所设计的反馈式ANC系统模型如图2所示。与经常使用的前馈式ANC系统不同，该系统以有用正弦信号s作为参考输入，假定噪声noise和正弦信号s的混合信号为d，，8是滤波器输出误差，将占通过信道A(z)反馈到原始输入端，A(z)如模型中虚线框部分。在d，到达滤波器之前就消去部分噪声，得到原始输入信号d，很显然，这样做

8、可以减小输出误差，大大改善系统性能。信号参考输入源通过自适应滤波器后输出为Y。滤波器不断进行自我调整，使得Y与s的误差达到最小。Y即为消除噪声后的信号。设信道A(z)对s产生口倍增益，则系统输出误差为占=(s+11,一卢占)一Y均方误差为科占2]=IB2{E[rt2]+E[(s一)，)2]+2E[n(s—Y)]}式中：B=FI-。因为n与Y不相关，所以乃与s