Lọc thích nghi với thuật toán lms và ứng dụng.

Khóa luận tốt nghiệp Lớp 09CVL - Khoa Vật lý

GVHD: Ts. Huỳnh Việt Thắng

SVTH: Trần Thị Hồng Sương Trang 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

----------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH CỬ NHÂN VẬT LÝ

Đề tài:

LỌC THÍCH NGHI VỚI THUẬT TOÁN LMS VÀ ỨNG DỤNG

Người hướng dẫn:

TS. Huỳnh Việt Thắng

Người thực hiện:

Trần Thị Hồng Sương

Đà Nẵng, tháng 5/2013

Khóa luận tốt nghiệp Lớp 09CVL - Khoa Vật lý

GVHD: Ts. Huỳnh Việt Thắng

SVTH: Trần Thị Hồng Sương Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà

Nẵng đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài Khóa luận tốt nghiệp này.

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Huỳnh Việt Thắng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo

cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa đã tận tình giảng dạy, truyền

đạt những kiến thức khoa học và kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong những năm

học vừa qua.

Bên cạnh đó em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên tạo

mọi điều kiện cho em hoàn thành Khóa luận này.

Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành khóa luận trong phạm vi và khả năng cho phép

nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.

Em kính mong nhận được sự cảm thông và tận tình chỉ bảo của quý Thầy Cô và

các bạn để đề tài của em them hoàn thiện.

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Hồng Sương

Khóa luận tốt nghiệp Lớp 09CVL - Khoa Vật lý

GVHD: Ts. Huỳnh Việt Thắng

SVTH: Trần Thị Hồng Sương Trang 3

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH

Hình 1.1. Tín hiệu microphone Sa(i)............................................................................ 3

Hình 1.2. Các loại tín hiệu ........................................................................................... 4

Hình 1.3. (a) tín hiệu lấy mẫu và (b) tín hiệu số’......................................................... 5

Hình 1.4. Sơ đồ tổng quát của hệ thống xử lý tín hiệu số............................................ 5

Hình 1.5. a. Sơ đồ hệ thống tuyến tính ........................................................................ 6

Hình 1.5. b. Sơ đồ hệ thống tuyến tính ........................................................................ 6

Hình 1.6. Hệ thống tuyến tính bất biển có đáp ứng xung h(n) .................................... 8

Hình 1.7. Quan hệ giữa miền n và miền z ................................................... 10

Bảng 1.1. So sánh hai miền n và z ............................................................................... 11

Hình 1.8. Đáp ứng xung của hệ thống tuyến tính bất biến là đáp ứng ra của hệ thống

kích thích ...................................................................................................................... 12

Hình 1.9. Các bộ nhân, bộ cộng và bộ trễ đơn vị ........................................................ 15

Hình 1.10. Sơ đồ mô tả cấu trúc trực tiếp mạch lọc IIR bậc N ................................... 16

Hình 1.11. Sơ đồ cấu trúc dạng trực tiếp của mạch lọc FIR bậc M............................. 17

Hình 2.1. Cấu trúc của bộ lọc ngang thích nghi .......................................................... 19

Hình 2.2. Mô hình bộ lọc Wiener................................................................................ 20

Hình 2.3. Mô hình nhận dạng hệ thống ....................................................................... 22

Hình 2.4. Lưu đồ thuật toán LMS ................................................................................ 26

Hình 2.5. Ứng dụng bộ lọc thích nghi để cân bằng kênh ............................................ 28

Hình 2.6. Sơ đồ nghiên cứu hiệu năng......................................................................... 29

Hình 2.7. Bộ cải thiện tín hiệu đường dây................................................................... 31

Hình 2.8. Cấu hình của bộ lọc thích nghi tổng quát .................................................... 32

Hình 2.9. Cấu trúc lọc thích nghi để khử tạp âm ........................................................ 33

Hình 2.10. Ứng dụng lọc thích nghi trong nhận dạng hệ thống .................................. 34

Hình 3.1. Kết quả chạy chương trình trên Matlab ....................................................... 38

Hình 3.2. Sự hội tụ của thuật toán LMS ...................................................................... 39

Hình 3.3. Đáp ứng xung thực tế và đáp ứng xung ước lượng ..................................... 39

Khóa luận tốt nghiệp Lớp 09CVL - Khoa Vật lý

GVHD: Ts. Huỳnh Việt Thắng

SVTH: Trần Thị Hồng Sương Trang 4

Khóa luận tốt nghiệp Lớp 09CVL - Khoa Vật lý

GVHD: Ts. Huỳnh Việt Thắng

SVTH: Trần Thị Hồng Sương Trang 5

MỤC LỤC

A. MỞ ĐẦU............................................................................................................................................ 7

1. Lý do chọn đề tài................................................................................................................................ 7

2. Mục đích nghiên cứu vấn đề .............................................................................................................. 8

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................................................... 8

3.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................................................. 8

3.2. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................................................... 8

4. Nhiệm vụ nghiên cứu......................................................................................................................... 8

5. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................................................... 8

6. Những đóng góp của Khóa luận ........................................................................................................ 8

7. Cấu trúc và nội dung của Khóa luận .................................................................................................. 8

B. NỘI DUNG........................................................................................................................................ 9

Chương 1: Tổng quan về bộ lọc số .................................................................................................9

1.1 Tổng quan về DSP (xử lý tín hiệu số)........................................................................................ 9

1.1.1. Các khái niệm cơ bản về DSP (Digital Signal Processing)............................................ 9

1.1.2. Các phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng ....................................................... 14

1.1.3. Tương quan của các tín hiệu.......................................................................................... 15

1.1.4. Biểu diễn hệ thống và tín hiệu rời rạc trong miền Z.................................................... 15

1.1.5. Biểu diễn hệ thống và tín hiệu rời rạc trong miền tần số ............................................ 18

1.2. Giới thiệu về bộ lọc số..................................................................................................... 18

1.3. Bộ lọc IIR....................................................................................................................... 21

1.4. Bộ lọc FIR...................................................................................................................... 22

1.5. Kết luận chương.............................................................................................................. 23

Chương 2: Lọc thích nghi với thuật toán LMS............................................................................... 24

2.1. Giới thiệu chương ............................................................................................................. 24

2.2. Các bộ lọc ngang thích nghi.............................................................................................. 24

2.3. Bộ lọc Wiener.................................................................................................................. 26

2.4. Thuật toán bình phương trung bình tối thiểu – LMS ............................................................ 28

2.5. Ứng dụng của lọc thích nghi .............................................................................................. 33

2.5.1 Giới thiệu............................................................................................................................ 33

2.5.2 Cân bằng kênh................................................................................................................... 33