DZIEKAN i RADA WYDZIAŁU INFORMATYKI, ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ im. ST. STASZICA W KRAKOWIE |
|
---|---|
zapraszają na publiczą dyskusję nad rozprawą doktorską mgr inż. Jacek Wszołka |
|
ANALIZA ZASTOSOWANIA SIECI NEURONOWYCH W ODBIORNIKACH SZEROKOPASMOWYCH SYSTEMÓW RADIOKOMUNIKACJI RUCHOWEJ Z BEZPOŚREDNIM ROZPRASZANIEM WIDMA | |
Termin: | 12 marca 2015 roku o godz. 12:00 |
Miejsce: | Sala 1.36, ul. Kawiory 21, pawilon D-17 |
PROMOTOR: | dr hab. inż. Wiesław Ludwin, prof. nz. AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza |
RECENZENCI: | Prof. dr hab. inż. Piotr Gajewski, Wojskowa Akademia Techniczna w Warszawie |
Prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz, Akademia Górniczo-Hutnicza | |
Z rozprawą doktorską i opiniami recenzentów można się zapoznać w Czytelni Biblioteki Głównej AGH, al. Mickiewicza 30 |
mgr inż. Jacek Wszołek
Promotor: dr hab. inż. Wiesław Ludwin (AGH), prof. nz. AGH
Dyscyplina: Telekomunikacja
Technika WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), jako metoda wielodostępu do kanału radiowego jest obecnie w dalszym ciągu powszechnie implementowana w systemach radiokomunikacji ruchomej i mimo konkurencji ze strony innych technik, w tym głównie OFDMA, jest wciąż intensywnie rozwijana. Powoduje to ciągłe zainteresowanie badaniami nad rozwojem i doskonaleniem, między innymi metod odbioru sygnałów szerokopasmowych z bezpośrednim rozpraszaniem widma. Badania te zmierzają przede wszystkim w kierunku opracowania nowych rozwiązań konstrukcyjnych odbiorników WCDMA, które charakteryzując się stosunkowo prostą architekturą zapewniałyby wysoką wierność przesyłanych strumieni informacji.
W systemach UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) podstawową przyczyną ograniczającą pojemność interfejsu WCDMA jest interferencja współkanałowa MAI (Multiple Access Interference), którą na wejściu detektora odbiornika WCDMA można interpretować, jako addytywny szum kolorowy. Destruktywny wpływ tego szumu, który w istotnym stopniu może pogorszyć bitową, symbolową, blokową czy ramkową stopę błędów, można próbować ograniczyć za pomocą odpowiednich algorytmów, implementowanych sprzętowo w formie dedykowanego układu elektronicznego oraz programowo w postaci kodu maszynowego zapisanego w pamięciach i realizowanego w procesorach współczesnych odbiorników WCDMA.
Cel i teza rozprawy
Celem niniejszej rozprawy było zaproponowanie nowej struktury funkcjonalnej odbiornika sygnałów WCDMA, która z jednej strony pozwoliłaby w pełni wykorzystać możliwości sztucznych sieci neuronowych ANN (Artificial Neural Networks) do budowy nieliniowych adaptacyjnych korektorów sygnałowych, z drugiej zaś byłaby odporna na ewentualny brak zbieżności algorytmów ich uczenia – adaptacji. Cel ten postanowiono zrealizować projektując i budując w środowisku symulacyjnym MATLAB prototyp szerokopasmowego odbiornika WCDMA z bezpośrednim rozpraszaniem widma w łączu „w dół” systemu UMTS, w którym występuje interferencja współkanałowa MAI.
Interferencja MAI może powodować w systemach stosujących wielodostęp WCDMA istotne obniżenie pojemności łączy „w dół”, które – wyrażone, na przykład, spadkiem liczby usług telekomunikacyjnych możliwych do zrealizowania na zadanym horyzoncie czasu przez konkretną stację bazową (Node-B) – może z kolei wpływać na znaczne pogorszenie się wyników finansowych operatora sieci UMTS. Stąd dla potrzeb niniejszej rozprawy sformułowano następującą tezę, mówiącą o tym, że:
Możliwe jest opracowanie i zbudowanie nowego, opartego na sztucznych sieciach neuronowych ANN, odbiornika sygnałów z bezpośrednim rozpraszaniem widma, który będzie nie tylko odporny na brak zbieżności algorytmów uczenia sieci neuronowych, ale także będzie bardziej wydajny z punktu widzenia pojemności łącza „w dół” systemu UMTS od obecnie stosowanych odbiorników WCDMA z korektorami liniowymi MMSE.
W celu udowodnienia tak postawionej tezy dokonano szczegółowej analizy szeregu istotnych z punktu widzenia niniejszej rozprawy problemów dotyczących budowy – na bazie dotychczas stosowanego w systemach UMTS odbiornika WCDMA z korektorem liniowym MMSE (Minimum Mean Square Error) – nowego odbiornika wyposażonego w dodatkowy detektor wykorzystujący sztuczne sieci neuronowe.
Dla potrzeb rozprawy opracowano i wykonano w środowisku MATLAB-Simulink model łącza „w dół” systemu UMTS, za pomocą którego przeprowadzono w wybranych środowiskach radiokomunikacyjnych szereg eksperymentów symulacyjnych. Pozwalają one ocenić wydajność nowego, opartego na sztucznych sieciach neuronowych, odbiornika WCDMA oraz porównać go z klasycznym odbiornikiem z korektorem liniowym MMSE.
W szczególności w prezentowanej rozprawie:
Opierając się na wynikach symulacji komputerowych, udowodniono, że jest możliwe zbudowanie, opartego na sztucznych sieciach neuronowych ANN-MLP (MultiLayer perceptron), odbiornika sygnałów z bezpośrednim rozpraszaniem widma, który byłby nie tylko odporny na brak zbieżności algorytmów uczenia sieci neuronowych, ale także – z punktu widzenia pojemności łącza „w dół” systemu UMTS oraz jakości transmisji – byłby on bardziej wydajny od obecnie stosowanych w systemach UMTS odbiorników WCDMA z korektorami liniowymi MMSE.
Rezultaty, przeprowadzonych w ramach niniejszej rozprawy, eksperymentów symulacyjnych pozwoliły na sformułowanie następujących czterech wniosków: