Solutii robuste pentru suprimarea adaptiva a interferentelor

Robust Solutions for Adaptive Interference Cancelling [English]

PN-II-PCE IDEI ID_1027

Pagina actualizata pe data de: 23.04.2010

Rezumatul proiectului

Proiectul porneste de la observatia ca una dintre configuratiile adaptive cunoscuta sub denumirea de 'eliminarea interferentelor' functioneaza defectuos in foarte multe cazuri practice, atat in cazul algoritmilor de tip lms cat si rls. Specific acestei configuratii este existenta unui semnal extern de valori semnificative. Un prim obiectiv este acela de a localiza si caracteriza aceste disfunctionalitati. In cazul algoritmilor lms apare un fenomen de divergenta, iar in cazul algoritmilor rls, un fenomen de scurgere reziduala prin intermediul semnalului eroare, fenomen definit pentru prima oara de membri ai echipei ce propune proiectul. In al doilea rand, proiectul isi propune sa ofere solutii pentru depasirea acestei probleme. Se pun in evidenta doua situatii distincte care impun tratamente diferite: cazul excitatiei externe nepermanente si cel al excitatiei externe permanente. Solutiile propuse vizeaza variante noi de algoritmi de tip lms/nlms cu pas variabil, pentru primul caz, si de tip rls, pentru al doilea. Abordarile teoretice vor fi insotite de un set convingator de simulari. In al treilea rand, se propune implementarea solutiilor propuse, atat pe procesoare de semnal cat si pe arii logice programabile. In al patrulea rand se are in vedere zona aplicatiilor, care va fi orientata pe supresoarele de ecou de linie sau acustic, sistemele de reducere a zgomotului si sistemele inteligente de antene cu configurare adaptiva a caracteristicii de directivitate. Validarea finala va fi realizata prin masuratori, care sa ateste conformitatea cu reglementarile in vigoare, acolo unde acestea exista.

Echipa isi propune sa desfasoare o ampla activitate de diseminare, in scopul obtinerii recunoasterii contributiilor aduse in domeniu, pe de o parte si pe de alta parte, a gasirii de potentiali beneficiari in mediul economic si a stabilirii de parteneriate vizand transferul tehnologic.

Echipa de cercetare:

1. prof.dr.ing. Silviu Ciochina – director proiect
2. S.l.dr.ing. Constantin Paleologu – cercetator cu experienta
3. S.l.ing. Radu Mihnea Udrea – tanar cercetator (doctor)
4. As.ing. Alexandru Alexandru Enescu – tanar cercetator (doctor)
5. As.ing. Anghel Cristian – tanar cercetator (doctorand)

Descriere proiect. 

Planul de realizare al proiectului.

Planul de lucru. Obiective si activitati. Obiectivele realizate sunt marcate cu culoare verde:

An	Obiective		Activitati asociate
2007	1	Analiza a fenomenelor ce apar in configuratia ‘suprimarea adaptiva a interferentelor’, adica o configuratie adaptiva in care apare un semnal extern secundar.	Abordarea teoretica a fenomenului in cazul algoritmilor de tip LMS utilizand metodele matematice folosite in analiza convergentei.
			Punerea in evidenta a fenomenului prin simulari in cazul algoritmilor LMS
			Punerea in evidenta a fenomenului prin simulari in cazul algoritmilor RLS
	2	Obtinerea unei caracterizari cantitative a fenomenului de scurgere reziduala prin intermediul semnalului eroare pentru cazul algoritmilor de tip RLS.	Definirea cadrului matematic pentru punerea in evidenta si caracterizarea fenomenului de scurgere reziduala prin intermediul semnalului eroare
			Definirea unor indicatori de calitate pentru refacerea semnalului extern. Definirea ‘functionarii normale a algoritmului’.
2008	1	Obtinerea unei caracterizari cantitative a fenomenului de scurgere reziduala prin intermediul semnalului eroare pentru cazul algoritmilor de tip RLS.	Deducerea unui algoritm de calcul pentru valoarea minima a lui pentru care algoritmul functioneaza normal.
			Analiza efectului constrangerilor impuse de conditia de functionare corecta asupra vitezei de convergenta.
			Verificare prin simulari a elementelor teoretice mentionate mai sus.
	2	Elaborarea de solutii pentru cazul excitatiei nepermanente. Propunurea de variante ale algoritmilor LMS/NLMS cu pas variabil ameliorate in raport cu cele existente in momentul de fata, in special sub aspectul functionarii in prezenta unui semnal extern semnificativ.	Abordarea algoritmilor LMS/NLMS cu pas variabil in prezenta unui semnal extern de valoare semnificativa.
			Posibilitatea definirii unei functii cost modificate pentru aceasta situatie. Propunerea unor varinte de algoritmi.
			Testarea prin simulari a variantelor propuse.
	3	Elaborarea de solutii pentru cazul excitatiei permanente. Domeniul preconizat este al algoritmilor de tip RLS.	Stabilirea parametrilor pe modelul general al algoritmului RLS
			Selectarea unor variante cu complexitate aritmetica de tip O(N), bazate pe descompunere QR pe structura latice.
			Testarea prin simulari a variantelor propuse.
2009	1	Aplicatii/impactul cercetarii in domeniul compensatoarelor adaptive de ecou de linie sau de ecou acustic (dispozitive cu maini libere, sisteme de teleconferinta etc.)	Propunerea unor variante de algoritmi de tip NLMS cu pas variabil, optimizati pentru acest tip de aplicatii.
			Propunerea unor variante de algoritmi de tip RLS, adecvati acestui tip de aplicatii.
			Testarea prin simulari a variantelor propuse.
	2	Analiza performantelor algoritmilor propusi, prin perspectiva claselor de aplicatii avute in vedere. Analiza aspectelor legate de implementarea practica a algoritmilor respectivi, in formate numerice cu numar finit de biti. Se vor avea in vedere in mod special reprezentarile in virgula fixa.	Analiza comparativa sub aspectul complexitatii aritmetice
			Analiza gamei dinamice a parametrilor si a eventualelor proceduri de scalare. Studiul unei variante modificate a algoritmilor RLS cu gama dinamica redusa.
			Actiuni de diseminare si cercetare a pietii in vederea gasirii de beneficiari posibili.
	3	Implementarea efectiva a algoritmilor propusi pe doua categorii de suporturi - pe procesoare de semnal si pe arii logice programabile (FPGA).	Testarea pe simulatoare si optimizarea codului.
			Implementarea pe processor de semnal.
2010	1	Aplicatii in zona sistemelor adaptive de reducere a zgomotului si a sistemelor adaptive de antene, cu configurare automata a caracteristicii de directivitate.	Propunerea unei scheme de reducere a zgomotului cu doua sau mai multe microfoane, utilizand algoritmi de tip RLS.
			Analiza posibilitatii utilizarii variantelor de algoritmi propusi pentru sisteme adaptive de antene.
			Actiuni de diseminare si cercetare a pietii in vederea gasirii de beneficiari posibili.
	2	Implementarea efectiva a algoritmilor propusi pe doua categorii de suporturi - pe procesoare de semnal si pe arii logice programabile (FPGA).	Implementarea variantelor de algoritmi studiati pe platforme cu procesor de semnal.
			Implementarea variantelor de algoritmi studiati pe platforme cu arii logice programabile.
	3	Masuratori de laborator pentru evaluarea performantelor si conformitatea cu reglementarile/standardele acolo unde acestea exista.	Testarea capacitatii de refacere a semnalului extern pe platformele experimentale
			Testarea unui compensatoarelor de ecou de linie in conformitate cu cerintele standardului G168.

Rezultate obtinute

• Raport activitate 2007.
• Raport activitate 2008.
• Raport activitate 2009.
• Sinteza 2007.
• Sinteza 2008.
• Sinteza 2009.

Rezultate diseminate:

Articole conferinte:

1. C. Paleologu, J. Benesty, S. Ciochină, “An Improved Proportionate NLMS Algorithm Based on the l₀ Norm”, Proc. IEEE Int. Conf. Acoustics, Speech, Signal Processing (ICASSP), pp. 309-312, Dallas, U.S.A., 2010.
2. S. Ciochină, C. Paleologu, J. Benesty, A. A. Enescu, “On the Influence of the Forgetting Factor of the RLS Adaptive Filter in System Identification”, Proc. IEEE International Symposium on Signals, Circuits and Systems (ISSCS), pp. 205-208, Iaşi, România, Iulie 2009.
3. C. Anghel, C. Paleologu, J. Benesty, S. Ciochină, “FPGA Implementation of an Acoustic Echo Canceller Using a VSS-NLMS Algorithm”, Proc. IEEE International Symposium on Signals, Circuits and Systems (ISSCS), pp. 369-372, Iaşi, România, Iulie 2009.
4. C. Paleologu, J. Benesty, S. Ciochină, C. Vlădeanu, “Practical Variable Step-Size Adaptive Algorithms for Echo Cancellation”, Proc. Int. Conference on Speech Technology and Human-Computer Dialogue (SpeD), pp. 181-188, Constanţa, Romania, Mai 2009.
5. C. Paleologu, A. A. Enescu, S. Ciochină, F. Albu, “QRD-LSL Adaptive Algorithms Suitable for Fixed-Point Implementation”, Proc. IEEE Advanced International Conference on Telecommunications (AICT), pp. 163-167, Veneţia, Italia, Mai 2009. (Best Paper Award)
6. C. Paleologu, S. Ciochina, J. Benesty, “Double-Talk Robust VSS-NLMS Algorithm for Under-Modeling Acoustic Echo Cancellation”, IEEE Int. Conf. on Acoustics, Speech and Signal Processing, ICASSP 2008, Las Vegas, U.S.A.
7. C. Paleologu, F. Albu, A.A. Enescu, S. Ciochina, “Square-Root-Free QRD-LSL Adaptive Algorithm with Improved Numerical Robustness”, IEEE International Conference on Networking, ICN 2008, Cancun
8. C. Paleologu, J. Benesty, S. Ciochina, "Robust Variable Step-Size Affine Projection Algorithm Suitable for Acoustic Echo Cancellation", EUSIPCO 2008, Lausanne, Switzerland.
9. C. Paleologu, S. Ciochina, A.A. Enescu, C. Vladeanu, "Gradient Adaptive Lattice Algorithm Suitable for Fixed Point Implementation", ICDT 2008, Bucharest, Romania.

Articole reviste:

1. C. Paleologu, S. Ciochină, J. Benesty, “An Efficient Proportionate Affine Projection Algorithm for Echo Cancellation”, IEEE Signal Processing Letters, vol. 17, no. 2, pp. 165-168, Feb. 2010. abstract

(http://www.ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?isnumber=5314170)

2. C. Paleologu, F. Albu, A. A. Enescu, S. Ciochină, “Modified SRF-QRD-LSL Adaptive Algorithm with Improved Numerical Robustness”, International Journal On Advances in Systems and Measurements, vol. 2, no. 1, pp. 56-65, 2009. http://www.iariajournals.org/systems_and_measurements/tocv2n1.html
3. C. Paleologu, J. Benesty, S. Ciochină, “A Family of Variable Step-Size NLMS Algorithms for Echo Cancellation”, Revue Roumaine des Sciences Techniques – Serie Electrotechnique et Energetique, vol. 55, no. 1, 2010. abstract (http://revue.elth.pub.ro/)
4. C. Paleologu, J. Benesty, S. Ciochină, “A Variable Step-Size Affine Projection Algorithm Designed for Acoustic Echo Cancellation”, IEEE Transactions on Audio, Speech, and Language Processing, vol. 16, no. 8, pp. 1466-1478, Nov. 2008. abstract (http://www.ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?isnumber=4648209)
5. C. Paleologu, J. Benesty, S. Ciochina, "A Robust Variable Forgetting Factor Recursive Least-Squares Algorithm for System Identification", IEEE Signal Processing Letters, vol. 15, pp. 597-600, 2008. abstract (http://www.ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?reload=true&isnumber=4418381)
6. C. Paleologu, J. Benesty, S. Ciochina, "A Variable Step-Size Proportionate NLMS Algorithm for Echo Cancellation", Revue Roumaine des Sciences Techniques - Serie Electrotechnique et Energetique, vol. 53, no. 3, pp. 309-317, 2008. abstract (http://revue.elth.pub.ro/)
7. C. Paleologu, S. Ciochina, J. Benesty, "Variable Step-Size NLMS Algorithm for Under-Modeling Acoustic Echo Cancellation", IEEE Signal Processing Letters, vol. 15, pp. 5-8, 2008. abstract (http://www.ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?reload=true&isnumber=4418381)