摘自Haykin第110页写的Adaptive Filter Theory(2014):

$$ y(n)= \ sum_ {k = 0} ^ {\ infty} w_k ^ * u(nk),\ Quad n = 0,1,2,... $$

其中$ u $和$ w $是复数值。我的问题是为什么要使用$ w_k $的复共轭?在书中找到的答案说:“ ...,用复杂的术语来说,术语$ w_k ^ * u(nk)$表示滤波器系数$ w_k $和滤波器输入$ u(nk的内积的标量形式。 )$“。我还是不明白,您能详细说明一下这个答案吗?

#1 楼

事实证明,卷积和相关性密切相关。对于实信号(和有限能量信号):

卷积:$ \ qquad y [n] \ triangleq h [n] * x [n] = \ sum \ limits_ {m =-\ infty} ^ {\ infty} h [nm] \,x [m] $

相关性:$ \ qquad R_ {yx} [n] \ triangleq \ sum \ limits_ {m =-\ infty} ^ {\ infty} y [n + m] \,x [m] = y [-n] * x [m] $

现在,在度量空间中,我们喜欢使用以下表示法: br />
$$ R_ {xy} [n] \ triangleq \ Big \ langle x [m],y [n + m] \ Big \ rangle = \ sum \ limits_ {m =-\ infty} ^ {\ infty} x [m] y [n + m] $$

$ \ langle \ mathbf {x},\ mathbf {y} \ rangle $是向量$的内积\ mathbf {x} $和$ \ mathbf {y} $,其中$ \ mathbf {x} = \ {x [n] \} $和$ \ mathbf {y} = \ {y [n] \} $。然后,我们还想将向量的范数定义为

$$ \ begin {align}
\ | \ mathbf {x} \ | &\ triangleq \ sqrt {\ big \ langle \ mathbf {x},\ mathbf {x} \ big \ rangle} \\
&= \ sqrt {\ sum \ limits_ {m =-\ infty} ^ { \ infty} x [m] x [m]} \\
&= \ sqrt {\ sum \ limits_ {m =-\\ infty} ^ {\ infty} x ^ 2 [m]} \\
\ end {align} $$

,它看起来很像具有无限数量维的向量的欧几里得长度。所有这些对于矢量$ \ mathbf {x} $的元素$ x [n] $都是实数的情况非常有效。规范$ \ | \ mathbf {x} \ | $始终是实数且非负数。

因此,如果我们概括并允许$ \ mathbf {x} $的元素为复数值,则如果使用相同的规范定义,

$$ \ | \ mathbf {x} \ | \ triangleq \ sqrt {\ big \ langle \ mathbf {x},\ mathbf {x} \ big \ rangle} $$

,然后需要稍微修改内部产品的定义:

$$ \ Big \ langle \ mathbf {x},\ mathbf {y} \ Big \ rangle = \ sum \ limits_ {m =-\ infty} ^ {\ infty} x [m] y ^ * [m] $$

然后,如果$ \ mathbf {x} $具有复杂值的元素,则规范的结果为:

$$ \ begin {align }
\ | \ mathbf {x} \ | &\ triangleq \ sqrt {\ big \ langle \ mathbf {x},\ mathbf {x} \ big \ rangle} \\
&= \ sqrt {\ sum \ limits_ {m =-\\ infty} ^ {\ infty} x [m] x ^ * [m]} \\
&= \ sqrt {\ sum \ limits_ {m = -\ infty} ^ {\ infty} \ Big | x [m] \ Big | ^ 2} \\
\ end {align} $$

所以,显然,Haykin只是将内积的定义返回到卷积的定义。

#2 楼

不需要在自适应滤波器的形成中使用共轭。但是,如果不使用共轭写输出,那么很容易忘记所处理的变量很复杂。如果您写
$$ h(n)= \ sum_ {k = 0} ^ {\ infty} w_k(n)u(nk)
$$
,则不清楚

正如罗伯特·罗伯特(Robert)所指出的那样,如果习惯于仅查看为实际数据定义的相关性,则需要更新相关性的定义以处理复杂数据。 />使用这种共轭的另一个原因是简化对导数的求取,以找到自适应滤波器的解。假设我们有一个试图最小化的实值目标函数$ J(w)$-通常这是均方误差,即$ E [e ^ *(n)e(n)] $。取这个数量wrt $ w $的导数并不是那么简单。

常用的技术是将目标函数写为$ w $和$ w ^ * $的函数-也就是说,将$ w $和$ w ^ * $作为自变量。现在我们有
$$ J(w)= F(w,w ^ *)$$

为了找出最小值,我们取导数wrt $ w $和$ w ^ * $并将它们设置为零,因此我们希望求解
$$ \ frac {\ partial F(w,w ^ *)} {\ partial w} = \ frac {\ partial F(w,w ^ *) } {\ partial w ^ *} = 0 $$

但是,如果进行分析,您会发现
$$ \ frac {\ partial F(w,w ^ *) } {\ partial w} = 0 = \ iff \ frac {\ partial F(w,w ^ *)} {\ partial w ^ *} = 0
$$

只需求解这些方程式中的一个即可。

有关完整的详细信息,请查看:


“复杂梯度算子及其在自适应数组中的应用
“理论”,布兰德伍德(Brandwood)1983年,通信,雷达和信号处理,IEE论文集F
“复杂梯度算子和
CR微积分”在此处Kreutz-Delgado

”复杂的梯度和粗麻布”,van den Bos,1994年,视觉,图像和信号处理,IEE会议论文集

对于自适应滤波器的理论,我更喜欢Ali Sayed在“自适应滤波基础”中的介绍。他提出了LMS,NLMS,RLS,APA和Lattice滤波器的统一派生。