tapds curs 3 sisteme adaptive introducere

17
Sisteme adaptive

Upload: marius-ferdy

Post on 08-Aug-2015

66 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

TRANSCRIPT

Page 1: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

Sisteme adaptive

Page 2: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

Cuprins

1. Noţiuni introductive

2. Generalităţi asupra proceselor aleatoare

3. Teoria filtrării optimale

4. Filtre adaptive bazate pe minimizarea erorii

medii pătratice

5. Filtre adaptive bazate pe optimizarea în

sensul celor mai mici pătrate

6. Exemple de aplicaţii

Page 3: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

Bibliografie:

• Ciochină S., Negrescu C., Sisteme adaptive, Editura

Tehnică, Bucureşti, 1999.

• Paleologu C., Ciochină S., Enescu A. A., Algoritmi

adaptivi de tip RLS, Editura Printech, Bucureşti, 2007.

• Haykin S., Adaptive Filter Theory, 4th Ed., Prentice

Hall International, Inc. Upper Saddle River, N.J., 2002.

Page 4: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

1. Noţiuni introductive

• Filtru adaptiv = filtru capabil să-şi modifice parametrii pe baza unui

algoritm recursiv, în scopul optimizării unor caracteristici ale sale.

Algoritm

adaptiv

Filtru

digital

x(n)

d(n)

y(n) e(n) +

Fig. 1. Filtru adaptiv.

( ) ( ) ( )e n d n y n Funcţie cost J(e(n)) ↓ minimizată

Page 5: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

• Exemple de funcţii cost:

- eroarea medie pătratică: 2( )E e n

- suma ponderată a pătratelor erorilor: 2

1

( )n

n k

k

e k

• Criterii de performanţă:

- viteza de convergenţă: numărul de iteraţii necesare pentru a se

ajunge la o soluţie suficient de apropiată de cea optimă;

- dezadaptarea: exprimă măsura în care valoarea finală a erorii

medii pătratice diferă faţă de cea dată de filtrul optim;

- capacitatea de urmărire a variaţiilor statistice ale semnalelor,

în condiţiile în care acestea nu sunt staţionare;

- complexitatea aritmetică: numărul de operaţii aritmetice

efectuate în fiecare iteraţie şi capacitatea de memorie necesară;

- efecte ale calcului numeric: erori de cuantizare, stabilitate numerică,

precizie numerică în reprezentarea coeficienţilor.

Page 6: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

• Configuraţii de sisteme adaptive

1. Identificarea sistemelor

Sistem

necunoscut

Filtru

adaptiv

x(n)

y(n)

d(n)

e(n)

+

Fig. 2. Identificare adaptivă de sistem.

Exemplu de aplicaţie: modelarea canalului radio.

Page 7: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

2. Modelarea inversă

Întârziere

Filtru

adaptiv

y(n)

d(n)

e(n)

+

Sistem

necunoscut

x(n)

Fig. 3. Modelare inversă.

Exemplu de aplicaţie: egalizarea adaptivă a canalelor de comunicaţii.

Page 8: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

3. Predicţia

Fig. 4. Predicţie.

Filtru

adaptiv

y(n)

d(n)

e(n)

+

x(n)

Întârziere

Ieşirea 1

Ieşirea 2

Exemplu de aplicaţie: codarea predictivă a semnalelor vocale.

Page 9: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

4. Suprimarea interferenţelor

Filtru

adaptiv

x(n)

y(n)

d(n)

e(n)

+

Semnalul

primar

(util + zgomot)

Semnalul

secundar

(zgomot)

Fig. 5. Suprimarea interferenţelor.

Exemplu de aplicaţie: reducerea zgomotului de fond.

Page 10: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

• Reducerea zgomotului de fond

voce

Sursa de

zgomot

zgomot 1 zgomot 2

microfon 1 microfon 2

Filtru

adaptiv

v(n) + z1(n)

z2(n)

≈ z1(n)

+

vr(n) ≈ v(n)

Page 11: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

a

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

b

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

c

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

d

secunde

Fig. 6. (a) semnalul original; (b) semnalul “corupt” (AWGN - SNR = 10dB);

(c) semnalul refacut - NLMS; (d) semnalul refacut - RLS.

Page 12: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

a

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

b

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

c

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

d

secunde

Fig. 7. (a) semnalul original; (b) semnalul “corupt” (highway noise);

(c) semnalul refacut - NLMS; (d) semnalul refacut - RLS.

Page 13: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

a

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

b

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

c

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-1

0

1

d

secunde

Fig. 8. (a) semnalul original; (b) semnalul “corupt” (car engine noise);

(c) semnalul refacut - NLMS; (d) semnalul refacut - RLS.

Page 14: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

h Cale de ecou acustic

Ecou

acustic

ĥ(n) Filtru adaptiv

e(n)

-

d(n) microfon

x(n)

v(n)

Zgomot

ambiental

• Compensarea ecoului acustic

Page 15: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-60

-50

-40

-30

-20

frecventa [kHz]

dB

(b)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

esantioane

(a)

Fig. 9. Cale de ecou acustic: (a) răspunsul la impuls; (b) răspunsul în frecvenţă.

Page 16: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.05

0

0.05

0.1

esantioane

(a)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

-40

-20

0

frecventa [kHz]

dB

(b)

Fig. 10. Cale de ecou acustic: (a) răspunsul la impuls; (b) răspunsul în frecvenţă.

Page 17: TAPDS Curs 3 Sisteme adaptive Introducere

Fig. 11. Cale de ecou acustic: (a) răspunsul la impuls; (b) răspunsul în frecvenţă.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

esantioane

(a)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-30

-20

-10

0

10

frecventa [kHz]

dB

(b)