1 / 37

НТК МЭС-2012 , Москва , Россия , 08-12.10.20 1 2 1

История, теория и практика адаптивной обработки сигналов Джиган Виктор Иванович, д.т.н. Член НТОРЭС им. А.С. Попова Senior IEEE Member Главный научный сотрудник ОАО «НПЦ ЭЛВИС» Зеленоград, Москва, Россия. НТК МЭС-2012 , Москва , Россия , 08-12.10.20 1 2 1.

cecil
Download Presentation

НТК МЭС-2012 , Москва , Россия , 08-12.10.20 1 2 1

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. История, теория и практика адаптивной обработки сигналовДжиган Виктор Иванович, д.т.н.Член НТОРЭС им. А.С. ПоповаSenior IEEE Member Главный научный сотрудник ОАО «НПЦ ЭЛВИС»Зеленоград, Москва, Россия НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.20121

  2. Что такое адаптивная обработка сигналов – это что-то новое, забытое старое, или широко используемая современная технология ? Адаптивная обработка сигналов – это направление в современной обработке сигналов, которая, в свою очередь является направлением в современных радиотехнике и связи «Адаптация (позднелатинское adaptio – прилаживание, приспособление, от латинского adapto – приспособляю) – процесс приспособления строений и функций организмов (особей, популяций, видов) и их органов к условиям окружающей среды…» Большая Советская Энциклопедия НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.20122

  3. Кто был первым ? • Йохан Карл Фредерик Гаусс (1777-1855) в 1725 в возрасте 18 лет сформулировал критерий наименьших квадратов для обработки экспериментальных наблюдений. • Этот критерий лежит в основе адаптивных фильтров, использующих рекурсивные алгоритмы по критерию наименьших квадратов • Исаак Ньютон (1643-1727)предложил итерационный численный метод нахождения корня (нуля) заданной функции (также известный как метод касательных) . • Этот метод лежит в основе современных градиентных адаптивных алгоритмов • Работы по теории оптимального оценивания, лежащие в основе современной теории адаптивной обработки сигналов, относятся к 40-м – 50-м годам 20-го века: • Андрей Николаевич Колмогоров (1903 -1987) • Норберт Винер (1894-1964) Марк Григорьевич Крейн (1907-1989) • Норман Левинсон (1912-1975) НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.20123

  4. Кто сделал первый адаптивный фильтр ? «Я был знаком с теорией винеровской фильтрации в непрерывной и дискретной формах. Для построения фильтра Винера требуется знать автокорреляционную функцию входного сигнала и взаимную корреляционную функцию между входным и требуемым сигналами. Это замечательно, когда вы делаете домашние упражнения, но что вам делать на практике, когда статистику входных сигналов никто вам не может предоставить? Все что у вас есть – это сами входные сигналы …» Бернард Уидроу, изобретатель LMS-алгоритма Widrow B. Hoff M.E. Adaptive switching circuits // IRE WESCON Convention Record. – 1960. ­– Part 4. – P. 96–104 НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.20124

  5. Кто сегодня ведущий специалист в этой области ? Bernard Widrow Stanford University USA Simon Haykin McMaster University Canada Thomas Kailath Stanford University USA John Cioffi Stanford University USA Ali Sayed University of California, USA Dirk Slock EURECOM France Paulo Diniz Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brazil Steven Grant University of Missouri, USA Nicholas Sergios KaoluptsidisTheodoridis University of Athens , Grees НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.20125

  6. Когда нужно использовать адаптивный фильтр? В основе большинства адаптивных устройств находится так называемый адаптивный фильтр. Фильтрация – это обработка, целью которой является извлечение интересуемой информации, например, сигналов, обладающих определенными характеристиками Свойства фильтра с фиксированными параметрами обычно определяются требуемой передаточной функцией. В свою очередь, передаточная функция определяет структуру фильтра и его вычислительную сложность. Если спецификацию к передаточной функции фильтра невозможно сформулировать заранее или когда эта спецификация может меняться в процессе работы фильтра, то вместо фильтров с фиксированными параметрами необходимо использовать фильтры с изменяемыми параметрами, например, адаптивные фильтры НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.20126

  7. Какие бывают адаптивные фильтры (АФ) ? Обобщенная структура АФ Многоканальный АФ Одноканальный АФ НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.20127

  8. Где применяются адаптивные фильтры ? – Например, в адаптивных антенных решетках(ААР) Принцип подавление помех с помощью ААР Структура ААР НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.20128

  9. Где применяются адаптивные фильтры ? – Например, в адаптивных эхокомпенсаторах Принцип построения проводной телефонной связи Принцип компенсации электрического эха Принцип компенсации акустического эха НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.20129

  10. Насколько эффективна эхокомпенсация ? Импульсный отклик эхотракта ERLE, LMS-алгоритм ERLE, RLS-алгоритм Сигналы Сигнал ошибки, LMS-алгоритм Сигнал ошибки, RLS-алгоритм НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201210

  11. Где применяются адаптивные фильтры ? – Например, в адаптивных эквалайзерах каналов связи Принцип выравнивания АЧХ каналов связи Сигнал на выходе канала связи в момент времени оценивания информационного символа – это взвешенныйзадержанный символ + межсимвольная интерференция Сигнал на выходе эквалайзера в момент времени оценивания информационного символа – это взвешенный задержанный символ НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201211

  12. Насколько эффективно выравнивание каналов связи ? Эквалайзер без обратной связи Созвездия АЧХ Эквалайзер с обратной связью НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201212

  13. Где применяются адаптивные фильтры ? – Например, в адаптивном шумоподавлении Принцип адаптивного шумоподавления Пример адаптивного шумоподавления НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201213

  14. Насколько эффективно шумоподавление ? Зашумленная речь Остаточный шум, LMS Остаточный шум, RLS Исходная речь Очищенная речь, LMS Очищенная речь, RLS НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201214

  15. Что такое винеровская фильтрация ? Винеровское решение: Линейный сумматор Линейно-ограниченная винеровская фильтрация Поверхность среднеквадратической ошибки НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201215

  16. Как найти винеровское решение ? Линии уровня трехмерной поверхности среднеквадратической ошибки Алгоритм Ньютона Алгоритм наискорейшего спуска Градиент: НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201216

  17. Что делать, если корреляционная матрица неизвестна ? Обучающие кривые весовых коэффициентов Линии уровня трехмерной поверхности среднеквадратической ошибки LMS-алгоритм: НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201217

  18. Действительно ли средний квадрат ? Условие сходимости LMS-алгоритма: Постоянная времени (число итераций): 1 реализация 100 реализаций Дополнительная среднеквадратическая ошибка: 100 000 реализаций 2 разных шага сходимости Обучающие кривые среднеквадратической ошибки НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201218

  19. Что такое NLMS-алгоритм ? Алгоритм Ньютона: Упрощенная корреляционная матрица: Упрощенный алгоритм Ньютона: Лемма об обращении матриц | | | | | | NLMS-алгоритм: НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201219

  20. Что такое RLS-алгоритм ? Целевая функция : Условие минимума : Оптимальное решение : Лемма об обращении матриц RLS-алгоритм: НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201220

  21. Адаптивный фильтр на основе QR-разложения Обратное QR-разложение Прямое QR-разложение НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201221

  22. LMS или RLS ? Обучающие кривые: 1, 2 –LMS, 3 - RLS Весовые коэффициенты LMS-алгоритма (зеленые кривые) Весовые коэффициенты RLS-алгоритма (зеленые кривые) LMS-алгоритм – линейная вычислительная сложность, зависимость длительности переходного процесса и остаточной ошибки в установившемся состоянии от шага сходимости За и против: RLS-алгоритм – квадратичная или линейная вычислительная сложность, быстрая сходимость, отсутствие шага сходимости и дополнительной остаточной ошибки в установившемся состоянии НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201222

  23. LMS или RLS ? За и против: LMS-алгоритм – зависимость длительности переходного процесса и остаточной ошибки в установившемся состоянии от соотношения собственных чисел корреляционной матрицы входного сигнала адаптивного фильтра RLS-алгоритм – независимость длительности переходного процесса и остаточной ошибки в установившемся состоянии от соотношения собственных чисел корреляционной матрицы входного сигнала адаптивного фильтра Обучающие кривые: 1, 2 –LMS, 3, 4 - RLS НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201223

  24. Можно ли уменьшить сложность RLS-алгоритмов ? Инвариантность к сдвигу: | ------------------------------ | Корреляционная матрица: | -------------------------- | Корреляционная матрица: Лемма об обращении клеточныхматриц Векторы коэффициентов Калмана: Вектор весовых коэффициентов: НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201224

  25. Лемма об обращении клеточных матриц | | | | ------------------------------------------------------------------------------------ | | | | ------------------------------------------------------------------------------------ НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201225

  26. Лестничные RLS-алгоритмы Адаптивный фильтр на основе априорных ошибок: Адаптивный фильтр на основе апостериорных ошибок: НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201226

  27. Одинаковые или разные RLS-алгоритмы ? 1 – QR RLS with square roots; 2 – a priori and a posteriori lattice RLS; 3 – RLS-алгоритм; 4 – square root free QR RLS ; 5 – FK; 6 – SNR=30 dB; 7 – SNR=40 dB;8 – SNR=50 dB; 9 – SNR=60 dB НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201227

  28. Как фильтровать нестационарные сигналы ? Возрастающее окно: Скользящее окно: НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201228

  29. Можно ли распараллелить вычисления ? Последовательные вычисления Параллельные вычисления НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201229

  30. Что дают скользящее окно и регуляризация ? 1 – возрастающее окно 1 – скользящее окно и регуляризация 2– скользящее окно 2– скользящее окно НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201230

  31. Какие бывают адаптивные алгоритмы ? Разновидности алгоритмов адаптивной фильтрации НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201231

  32. Действительно ли применяются АФ? Конференц-связь (акустический эхокомпенсатор) Модем канала ТЧ (электрический эхокомпенсатор, эквалайзер) Адаптивная антенная решетка Да! Жесткий накопитель (эквалайзер в канале считывания данных) DSL-модем (электрический эхокомпенсатор, эквалайзер) Вэб-камера (шумоочистка речи) НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201232

  33. Адаптивные фильтры: что сделал автор ? Платформа «Мультикор»: прикладная библиотека Анализатор AnCom A-7: непрерывный рефлектометр Модели адаптивных фильтров (~400 шт.) на языке MATLAB Эхокомпенсатор Эквалайзер Антенные решетки на языке графического программирования LabVIEW НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201233

  34. Как научиться адаптивной обработке сигналов ? По книгам на английском языке Книга, которую когда-нибудь и я напишу ??? По книгам на русском языке И (или) по первоисточникам, которых по разным оценкам не менее 10 000 на сегодняшний день….. НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201234

  35. Спасибо! Вопросы? Эл. почта: djigan@elvees.com Тел.: +7-905-589-0703 Зеленоград, Москва, Россия НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201235

  36. DSPA-201315-я Международная Конференция«ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ И ЕЁ ПРИМЕНЕНИЕ»конец марта – начало апреля 2013 г., Москва, Россия http://www.rntores.ru http://www.dspa.ru НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201236

  37. 10th IEEE EAST-WEST DESIGN & TEST SYMPOSIUM (EWDTS 2012) Signal and Information Processing in Radio and Communication Engineering 14-17сентября 2012, Харьков, Украина, http://www.ewdtest.com/conf hahanov@kture.kharkov.ua НТК МЭС-2012, Москва, Россия, 08-12.10.201237

More Related