информационный портал по вопросам биомедицинской инженерии

Сейчас на сайте 0 пользователей и 0 гостей.

Вход в систему

Недавно присоединились

  • Сергей Посохов
  • Roman Polostnikov
  • Абдусаламов Магом...
  • Комиссаров Мэлор ...
  • Олег Матвеевич
аватар: Кудряшова Екатерина Алексеевна

   Введение
   При поиске оптимальных алгоритмов обработки сигнала неизбежно приходится опираться на некоторые статистические модели сигналов и шумов. Чаще всего при формировании этих моделей используются концепции линейности, стационарности и нормальности. Однако перечисленные принципы далеко не всегда выполняются на практике, а от адекватности выбранной модели в значительной мере зависит качество приема сигнала. Возможным решением проблемы является использование адаптивных фильтров, которые позволяют системе подстраиваться под статистические параметры входного сигнала, не требуя при этом задания каких либо моделей. Появившись в конце 1950-х годов, адаптивные фильтры прошли большой путь, превратившись из экзотической технологии, применявшейся преимущественно в военных целях, в «ширпотреб», без которого сейчас была бы не мыслима работа модемов, сотовых телефонов и многого другого.

   Базовая идея адаптивной обработки сигнала
   Общая структура адаптивного фильтра показана на рис. 1.
Входной дискретный сигнал x(k) обрабатывается дискретным фильтром, в результате чего получается выходной сигнал y(k). Этот выходной сигнал сравнивается с образцовым сигналом d(k), разность между ними образует сигнал ошибки e(k). Задача адаптивного фильтра — минимизировать ошибку воспроизведения образцового сигнала. С этой целью блок адаптации после обработки каждого отсчета анализирует сигнал ошибки и дополнительные данные, поступающие из фильтра, используя результаты этого анализа для подстройки параметров фильтра. Возможен и иной вариант адаптации, при котором образцовый сигнал не используется. Такой режим работы называется слепой адаптацией. Разумеется, в этом случае требуется некоторая информация о структуре полезного входного сигнала (например, знание типа и параметров используемой модуляции).
   Применение адаптивных фильтров
   Идентификация систем
   Все способы использования адаптивных фильтров так или иначе сводятся к решению задачи идентификации, то есть определения характеристик некоторой системы. Возможны два варианта идентификации — прямая и обратная. В первом случае адаптивный фильтр включается параллельно с исследуемой системой (рис. 3, а). Входной сигнал является общим для исследуемой системы и адаптивного фильтра, а выходной сигнал системы служит для адаптивного фильтра образцовым сигналом. В процессе адаптации временные и частотные характеристики фильтра будут стремиться к соответствующим характеристикам исследуемой системы. При обратной идентификации адаптивный фильтр включается последовательно с исследуемой системой (рис. 3, б). Выходной сигнал системы поступает на вход адаптивного фильтра, а входной сигнал системы является образцом для адаптивного фильтра. Таким образом, фильтр стремится компенсировать влияние системы и восстановить исходный сигнал, устранив внесенные системой искажения

Рис. 3. Идентификация систем с помощью адаптивного фильтра: а – прямая, б – обратная
   Подавление шума
   Пусть необходимо обеспечить пилота самолета или, скажем, водителя трактора системой речевой связи. При этом воспринимаемый микрофоном речевой сигнал неизбежно окажется сильно зашумленным звуками работающего двигателя и т. п. Избавиться от этих шумов нельзя, но можно получить образец шумового сигнала, установив второй микрофон в непосредственной близости от двигателя (или иного источника шумов). Разумеется, этот шум нельзя просто вычесть из речевого сигнала, поскольку по дороге до двух микрофонов шум следует разными путями и, следовательно, претерпевает разные искажения (рис. 4). Однако шумовые случайные процессы, воспринимаемые двумя микрофонами, будут коррелированными, так как они происходят из общего источника. В то же время очевидно, что шумовой сигнал не коррелирован с полезным речевым сигналом.

Рис. 4. Подавление шума с помощью адаптивного фильтра.
   Выравнивание канала связи
   При передаче по каналу связи информационный сигнал неизбежно претерпевает некоторые искажения. В системах цифровой связи эти искажения могут привести к возникновению ошибок при приеме цифровых данных. Для снижения вероятности ошибок необходимо компенсировать влияние канала связи, то есть решить задачу обратной идентификации. В частотной области компенсация вносимых каналом искажений означает выравнивание его частотной характеристики, поэтому фильтры, выполняющие такое выравнивание, получили название эквалайзеров. При использовании адаптивного фильтра в качестве эквалайзера возникает проблема получения образцового сигнала. Эта проблема решается путем передачи специального настроечного сигнала перед началом передачи данных. После окончания настроечного сигнала начинается собственно передача данных. Приемник при этом переключается в другой режим, называемый режимом оценивания. После приема очередного временного такта ищется ближайшее к принятому сигналу допустимое значение. Оно используется в качестве образцового сигнала, а разность между этим значением и принятым сигналом дает сигнал ошибки, используемый для адаптации.

   Эхоподавление
   Данная технология, также как и выравнивание канала связи, широко используется в современных модемах. Скоростные модемы для телефонных линий связи работают в дуплексном режиме, то есть передают и принимают данные одновременно, при этом для передачи и приема используется одна и та же полоса частот. Однако сигнал собственного передатчика в данном случае неизбежно просачивается в приемник, мешая работе последнего. Просачивающийся сигнал может распространяться разными путями, приобретая при этом неизвестные заранее искажения. Подавить эхосигнал можно с помощью адаптивного фильтра. При этом решается задача прямой идентификации тракта распространения эха. На вход адаптивного фильтра поступает сигнал передатчика модема, а в качестве образцового сигнала используется принимаемый сигнал, содержащий эхо. Адаптивный фильтр формирует оценку эхосигнала, а сигнал ошибки представляет собой принимаемый сигнал, очищенный от эха. Для правильной работы системы эхо подавления необходимо, чтобы передаваемый и принимаемый сигналы были некоррелированы. Поэтому входные данные, поступающие в модем для передачи, прежде всего подвергаются скремблированию, то есть преобразуются в псевдослучайный битовый поток. При этом два взаимодействующих модема используют разные скремблеры, что и обеспечивает некоррелированность.
 

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <table> <td> <tr> <hr> <div> <span> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <pre> <adress> <center>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

4 + 7 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.

Комментарии