وبلاگ

علاقه مندی به کدینگ صحبت به خاطر رشد جهانی شبکه های ارتباط مخابراتی، روز به روز روبه گسترش است. همچنین با به وجود آمدن زمینه های کاربردی چند رسانه ای جدید و پیشرفت در طراحی و ساخت قطعات نیمه هادی خیلی فشرده VLSI، اهمیت این موضوع چندین برابر شده است. منظور از کدینگ صحبت در واقع روش کاهش مقدار اطلاعاتی است که برای ارائه مجدد سیگنال صحبت مورد نیاز است. در دو دهه گذشته کدینگ صحبت یکی از سوژه های تحقیقاتی مهم و پر فعالیت بوده است. با توجه به اینکه روز به روز به حجم اطلاعاتی که باید از یک نقطه به نقطه ای دیگر ارسال شوند افزوده می شود، و در اکثر موارد این حجم زیاد اطلاعات موجب اشباع شدن لینک های ارتباطی مخابراتی، حتی لینک های بسیار پرظرفیتی همچون فیبرهای نوری می شوند، و همچنین با توجه به کاربرد روزافزون مخابرات سیار و بدون سیم، نقش کدینگ صحبت روز به روز پررنگ تر و بااهمیت تر می شود نه تنها در انتقال اطلاعات صحبت بلکه در ذخیره سازی صدا و کاربردهای چند رسانه ای.
در چند دهه اخیر روش های کدینگ مختلفی پدید آمده اند ولی بهترین و پرکاربرد ترین آن ها کدک های آنالیز با سنتز هستند که توسط Atal &Pemede در سال 1982 برای اولین بار معرفی شدند. یکی از جدیدترین و باکیفیت ترین این کدک ها که با استفاده از تکنیک (CELP) کار می کند کدک های بر مبنای الگوریتم AMR هستند و کاربردهای اصلی این کدک در شبکه های تلفن، تلفن سیار، اینترنت و ماهواره می باشد.

در این پایان نامه به پیاده سازی کدک صحبت بر مبنای AMR با نرخ 12,2 kbit/s بر روی پردازنده های TMS320C54xx پرداخته شده

 است. پردازنده های خانواده TMS320 که توسط شرکت Texas Instruments تولید می شوند با قابلیت های خاص خود پیشرو در پردازش سیگنال های دیجیتال می باشند و با توجه به سرعت و قابلیت های برنامه نویسی خاص این پردازنده ها برای انجام پروژه های DSP بهترین ابزار برای پیاده سازی و ساخت انواع کدک می باشند.

در فصل اول به تولید و مدل سازی سیگنال صحبت پرداخته می شود و در فصل دوم الگوریتم AMR کاملا بیان می شود. اصول پیاده سازی به صورت ممیز ثابت در فصل سوم تشریح می شود و در فصل چهارم پیاده سازی کد کننده و کدگشا بر مبنای الگوریتم AMR به زبان C بیان می شوند. در نهایت در فصل پنجم به نحوه پیاده سازی کدک برروی پردازنده های DSP خانواده TMS320C54xx پرداخته می شود.
ویژگی اصلی این پیاده سازی، تمرکز آن برروی یک نرخ انتقال اطلاعات، یعنی 12,2 kbit/s است. در این نرخ انتقال، الگوریتم AMR و روش پیاده سازی آن تفاوت هایی با نرخ های دیگر آن دارد که مهمترین آن ها اندازه کتاب کدها و تعداد پارامترهای خروجی بخش کد کننده است. در این نرخ، کدک بهترین کیفیت را دارد ولی پیچیدگی نرم افزارهای کد کننده و کدگشا زیاد می شود و اندازه آن ها هم بزرگتر خواهد شد، بنابراین اجرای آن ها به صورت بلادرنگ بسیار مشکل تر خواهد بود.

:
با پیشرفت سریع تکنولوژی ساخت مدارهای مجتمع (IC)، صنعت مدار مجتمع از یک ترانزیستور در سال 1950 میلادی به مدار مجتمع هایی شامل میلیون ها ترانزیستور در آغاز قرن 21 میلادی رسیده است. این پیشرفت نمایی، مشکلات طراحی آنالوگ را نیز به همراه داشته است. از جمله افزایش تعداد طراحان برای طراحی مدار مجتمع می باشد که فراهم کردن آن به سادگی امکان پذیر نیست. تنها راه ممکن استفاده از ابزارهای طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) می باشد.
ابزارهای CAD زیادی برای طراحی خودکار موجودند. این ابزارها توسط محققین دانشگاهی و یا توسط شرکت های معتبر به دست آمده اند. نقطه مشترک آن ها در تلاش برای دستیابی به یک روند طراحی خوب تعریف شده، می باشد. طراحی خودکار آنالوگ بیشتر روی ابزارهای

 ویژه با کاربردهای ویژه متمرکز شده است. برای مثال SPICE یکی از بهترین ابزارهای طراحی سطح مدار است، اما وقتی در یک روند طراحی قرار می گیرد به صورت یک سوال مطرح است. طراحی در حوزه آنالوگ به علت وجود تعداد زیاد پارامترهای آزاد و برهم کنش مبهم مابین آنها، احتیاج به خلاقیت دارد. قبلا طراحی آنالوگ توسط طراحان مجربی انجام می گرفت که فقط از SPICE برای شبیه سازی کمک می گرفتند. این طراحان قادر نبودند دانش خود را در یک چهارچوب مشخص که برای ابزارهای CAD مناسب است، توصیف کنند. بنابراین طراحی آنالوگ بیشتر یک هنر می باشد تا یک علم.

در حالت کلی یک طراح یا حتی یک شرکت نمی تواند در همه رشته های مختلف متخصص باشد. این ما را بر آن می دارد که از مفهوم خاصیت هوشمند (IP) در طراحی IC استفاده کنیم. برای استفاده از این مفهوم در حوزه آنالوگ، یک محیط طراحی خودکار آنالوگ (ADA) تعریف می شود. در این سمینار علاوه بر معرفی ابزارهای طراحی خودکار آنالوگ موجود، یک روش کلی که برای کاربردهای گوناگون زیادی می تواند به کار رود، بررسی می شود. روند طراحی به گونه ای ایجاد شده است که برای هر ابزار، وظیفه، ورودی و خروجی آن به خوبی تعریف شده است و هر ابزار به تنهایی مفید است. همچنین طراح می تواند آنها را به صورت مستقل انتخاب نماید یا در هر نقطه ای از آن دخالت نموده و از دانش خود استفاده نماید.

:
سیستم های طراحی شده امروزه همواره در معرض خطاها هستند. خطاهای عملگر عملکرد سیستم کنترل را کاهش می دهند و حتی ممکن است منجر به از کار افتادن کلی سیستم شوند. در بسیاری از موقعیت های خطا، عملکرد سیستم جهت جلوگیری از آسیب به ماشین یا انسان، متوقف می شود. از این رو، تشخیص و برخورد با خطاها نقش مهمی در تکنولوژی مدرن دارد. امروزه اجزای اتوماتیک در یک صورت پیچیده طوری در تقابل با یکدیگر می باشند که یک خطا در یک جزء ممکن است منجر به خرابی کل سیستم شود.
در این تحقیق، تشخیص خطا همراه با کنترل مقاوم خطا بررسی می شود و نشان داده می شود که چگونه اطلاعات به دست آمده از تشخیص خطا در تطبیق کنترل کننده با شرایط سیستم خطادار استفاده می شود. به عبارت دیگر، یک نوع سازگاری خطا انجام می شود، که شامل انتخاب یک ساختار جدید کنترلی به صورت طراحی مجدد روی خط است که با رفتار سیستم خطادار سازگاری بیشتری داشته باشد. جهت جلوگیری از خرابی بیشتر یا آسیب به ماشین یا انسان، خطاها باید به سرعت شناخته شوند تا تصمیمات لازم جهت جلوگیری از انتشار اثرات آنها، گرفته شود. ساختار یک سیستم مقاوم خطا در شکل نشان داده شده است.
طراحی یک سیستم مقاوم خطا، شامل دو مرحله است: تشخیص خطا و طراحی مجدد کنترل. در روش های گذشته، خطاهای خاصی با اندازه گیری سیگنال های بخصوصی در سیستم، شناسایی می شدند و در صورت رخداد خطا کنترل کننده به یک جزء افزوده سوئیچ می کرد. در بسیاری از سیستم های مدرن امروزه، این روش پیچیده و گران قیمت است.
روش ارائه شده در این تحقیق بر پایه افزونگی تحلیلی است. خطا براساس اطلاعات مدل سیستم و اندازه گیری های روی خط شناسایی می شود. سپس مدل با موقعیت خطا سازگار شده و کنترل کننده مجددا طوری طراحی می شود که سیستم حلقه بسته شامل سیستم خطادار، خصوصیات مطلوب را فراهم کند.
یک خطا در یک سیستم دینامیکی شامل انحراف ساختار سیستم یا پارامترهای آن از شرایط نامی است. به عنوان مثال خطای ساختاری می تواند وقفه یک عملگر، تلفات در یک سنسور یا عدم اتصال اجزای سیستم باشد. تغییرات پارامتری در اثر آسیب یا فرسایش ایجاد می شود.

 تمام این خطاها منجر به انحرافاتی در ورودی و خروجی های دینامیک سیستم از مقدار نامی می شود و عملکرد کلی سیستم را تغییر می دهند.

عدم قطعیت و اغتشاش نیز منجر به تغییر رفتار سیستم می شوند. خطا به صورت سیگنال خارجی اضافه شده (خطای جمع شونده) یا به صورت تغییرات پارامتری (خطای ضرب شونده) در مدل سیستم وارد می شود. اغتشاشات معمولا به صورت سیگنال های ورودی ناشناخته ای هستند که به خروجی سیستم اضافه می شوند. عدم قطعیت های مدل، پارامترهای مدل را مشابه خطاهای ضرب شونده تغییر می دهند. اغتشاشات و عدم قطعیت ها، اثرات نامطلوبی هستند که می دانیم وجود دارند و اثرشان بر عملکرد سیستم را می توان توسط اندازه گیری های مناسب مانند فیلتر کردن در نظر گرفت و یا با طراحی مقاوم با آن برخورد کرد. کنترل کننده ها طوری طراحی می شوند که تا حد مشخصی بتوانند حتی المقدور با اغتشاشات و عدم قطعیت های مدل مقابله کنند. معمولا خطا اثرات بسیار شدیدی بر سیستم دارد، طوری که با یک کنترل کننده با ساختار ثابت نمی توان اثراتشان را تعدیل کرد. کنترل مقاوم خطا، قانون کنترل را طوری تغییر می دهد که اثر خطاها تا حد قابل قبولی کاهش می یابد.
 

:
برج تقطیر از عمومی ترین فرآیندهای موجود در صنایع شیمیایی به شمار می رود. و فهم رفتار این فرآیند یک اصل لازم برای بهره برداری مناسب و کنترل و نگهداری سیستم به شمار می رود. متاسفانه علیرغم اهمیت بالای این سیستم هنوز هم تحقیق روی فرآیند تقطیر به عنوان یک زمینه مرده مطرح می شود و بسیاری از دانشگاه ها تدریس پایه های این موضوع را متوقف کرده اند. اگرچه در سال های اخیر دوباره این موضوع مورد توجه قرار گرفته به ویژه از وقتی که برج تقطیرها به عنوان یک ابزار محبوب نزد مهندسان شیمی در زمینه سنتز سیستم، شامل زمینه های سنتز پردازش دینامیک و کنترل پروسه مورد استفاده قرار می گیرد. علت این موضوع این است که برج های تقطیر به خودی خود شامل سیستم هایی است که به صورت کسکید / آبشاری به هم متصل هستند و این پیوستگی موجب پیچیدگی و غیرخطی بودن سیستم در دامنه بزرگی از حوزه کاری اش می شود و فهم این مسئله بر پایه دانش کنترل نیز کاری چندان ساده ای به شمار

 نمی رود. در این زمینه مقاله (skogestad 1998) کامل ترین مقاله است که با بسیاری از مقالات در این زمینه جزییات کامل ویژگی ها این سیستم را فراهم می آورد که شامل بحث های کاملی در این زمینه شامل بررسی کنترل پذیری در دامنه فرکانسی است. کاربرد سیستم فازی به عنوان یکی از مبانی هوش مصنوعی در کنترل سیستم های مختلف به دلیل کارایی این سیستم در کنترل سیستم های پیچیده در حال افزایش می باشد. در این پایان نامه سعی شده است با استفاده از ایده فازی یک کنترل کننده مناسب برای سیستم برج تقطیر طراحی نمود.

 فصل اول: کلیات
1-1) هدف
در این پایان نامه هدف ارائه یک کنترل کننده فازی برای سیتم برج تقطیر و بررسی نتایج آن می باشد. بدین منظور از مدل پیشنهادی اسکاجستد برای مدلسازی استفاده کرده ایم. تحقیق در این زمینه بسیار کم و اندک می باشد یکی از کسانی که درباره مدلسازی سیستم برج تقطیر و کنترل آن مقالات بسیاری ارائه کرده است آقای اسکاجستد می باشد. در ادامه پس از طراحی کنترل کننده نتایج آن را با نتایج کنترل کننده پیشنهادی آقای اسکاجستد مقایسه می شود.

:
با معرفی تلفن همراه، در اوایل دهه هشتاد میلادی به عنوان یک وسیله ارتباطی همگانی، سیر صعودی بهره مندی از این گونه سیستم ها با رشد همراه بود. با گسترش استفاده از سیستم های مخابرات سیار و شبکه های بی سیم، بخصوص در شهرهای بزرگ و مکان های پررفت و آمد، مشکل کمبود ظرفیت نمایان شد. این کمبود با بالا رفتن توقع کاربران در کیفیت و تنوع سرویس های ارائه شده، نمود بیشتری پیدا کرد. استفاده از مخابرات باند پهن تا حدودی این مشکل را حل کرده است، ولی در اکثر سیستم های مخابراتی و اطلاعاتی، طراحان با کمبود پهنای باند و افزایش تداخل روبرو هستند.
استفاده از آنتن های آرایه ای وفقی در سیستم های مخابراتی بی سیم و سیار سلولی، مشکلات ناشی از تداخل ایجاد شده را کاهش می دهد. آنتن های آرایه ای وفقی قابلیت شکل دهی به پرتو تشعشعی در جهت سیگنال مطلوب و هدایت صفرها در جهت سیگنال های مزاحم را به صورت خودکار دارا است. با تغییر وزن های آرایه وفقی می توان پرتو تشعشعی آرایه را در جهت مورد نظر شکل دهی و تنظیم کرد. برای به دست آوردن الگوهای تشعشعی مناسب، نحوه کنترل و وزن دهی عناصر آرایه، الگوریتم های وفقی زیادی وجود دارد. الگوریتم های وفقی به دو صورت است:
1- الگوریتم هایی که نیاز به یک سیگنال مرجع یا رشته آموزشی دارند و به اصطلاح الگوریتم های غیر کور گفته می شوند.
2- الگوریتم هایی که نیاز به یک سیگنال مرجع یا رشته آموزشی ندارند و با استفاده از الگوریتم های DOA، جهت ورود سیگنال به آرایه تخمین زده می شود و سپس از این اطلاعات در تعیین وزن های آرایه استفاده می شود. به این الگوریتم ها، الگوریتم های کور گفته می شود.

با استفاده از الگوریتم های مناسب تخمین جهت سیگنال، می توان به تخمین های قابل قبولی رسید. با معلوم بودن جهت سیگنال کاربرد، دامنه و فاز سیگنال های دریافتی، باعث تقویت سیگنال مطلوب و تضعیف تداخل می شوند و این خود باعث بهبود عملکرد و افزایش ظرفیت می شود.
هدف از این سمینار، بررسی روش ها و الگوریتم های وفقی مختلف شکل دهی به پرتو تشعشعی، از جمله الگوریتم های وفقی غیر کور (RLS، DSMI، LMS، گوس،…) و الگوریتم های وفقی کور (DD، CM و الگوریتم های ایستان دوره ای) و الگوریتم های تخمین زاویه ورود سیگنال (DOA) (بارتلت، تأخیر و جمع، ML،  Root-MUSIC، MUSIC  کاپون، WSF، ESPRIT، تخمین خطی و حداکثر آنتروپی،…) با استفاده از آنتن های آرایه ای و بررسی مقالات و تحقیقات جدید در این موارد است.
در فصل اول این سمینار آنتن های آرایه ای، مفاهیم، معیارهای بهینه سازی وزن های آرایه (مانند MVDR، MMSE و Max SIR) و رابطه بین معیارهای مختلف ارائه گردیده است.
در فصل دوم، الگوریتم های وفقی کور (RLS، DSMI، LMS، گوس،…) و الگوریتم های وفقی غیر کور (DD، CM و الگوریتم های ایستان دوره ای) شکل دهی به پرتو تشعشعی آنتن های بررسی و مقایسه گردیده است.
فصل سوم اختصاص به تخمین جهت ورود سیگنال به آرایه و الگوریتم های مختلف تخمین طیفی جهت ورود سیگنال به آرایه، مانند بارتلت، حداقل واریانس یا Capon، روش تاخیر و جمع، روش پیش بینی خطی، روش حداکثر آنتروپی و روش بیشینه درست نمایی دارد.
فصل چهارم با تمرکز بر الگوریتم های مختلف تخمین مبتنی بر ساختار ویژه جهت ورود سیگنال به آرایه، مانند Unitary Circular Root -MUSIC، CLOSEST، Beamspace MUSIC، ESPRIT، Root-MUSIC، MUSIC و Minimum Norm بررسی و مقایسه الگوریتم های تخمین طیفی و مبتنی بر ساختار ویژه را بر عهده دارد. همچنین در فصل پنجم تخمین DOA با استفاده از ماتریس مدادی به صورت یک بعدی و دو بعدی ارائه شده است.
در فصل ششم مقالات و تحقیقات انجام شده شکل دهی به پرتو تشعشعی آنتن های آرایه ای و تخمین DOA بررسی شده است.
در فصل هفتم نتیجه گیری نهایی ارائه گردیده است و در انتها پیوست ها و مراجع آورده شده اند.