Научная статья на тему 'ПРИМЕНЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ШУМА В СИСТЕМЕ РАДИОСВЯЗИ С ЦИФРОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ'

ПРИМЕНЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ШУМА В СИСТЕМЕ РАДИОСВЯЗИ С ЦИФРОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
50
14
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЦИФРОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ / СИГНАЛЫ С РАСШИРЕННЫМ СПЕКТРОМ / КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ПРИЕМ

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Кокин Дмитрий Сергеевич, Пономарев Олег Геннадьевич

В статье описывается система связи с цифровой псевдослучайной модуляцией. Система является одним из вариантов систем радиосвязи с расширенным спектром. В качестве расширяющей последовательности у данной системы связи используется детерминированный шум. Помехоустойчивость рассматриваемой системы связи может изменяться путем масштабирования коэффициента расширения - длины модуляционного символа. За счет увеличения коэффициента расширения достигается не только повышение помехоустойчивости системы, но и возможность разделения абонентов, одновременно работающих в общей полосе частот. Установлено, что у систем связи с цифровой псевдослучайной модуляцией длина модуляционного символа (значение коэффициента расширения) и количество разделяемых абонентов связаны квадратичной зависимостью.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Кокин Дмитрий Сергеевич, Пономарев Олег Геннадьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

APPLICATION OF DETERMINATED NOISE IN A RADIO COMMUNICATION SYSTEM WITH DIGITAL MODULATION

The article describes a communication system with digital pseudo-random modulation. The system is one of the variants of spread spectrum radio communication systems. This communication system uses deterministic noise as the spreading sequence. The noise immunity of the considered communication system can be changed by scaling the spreading factor - the length of the modulation symbol. By increasing the spreading factor, not only an increase in the noise immunity of the system is achieved, but also the possibility of separating subscribers simultaneously operating in a common frequency band. It has been established that for communication systems with digital pseudo-random modulation, the length of the modulation symbol (the value of the spreading factor) and the number of subscribers to be separated are related by a quadratic dependence.

Текст научной работы на тему «ПРИМЕНЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ШУМА В СИСТЕМЕ РАДИОСВЯЗИ С ЦИФРОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ»

14. Ш

1ЯЗД].^^Ш^Ш,2019,50(10):24-34.

15. MU L T, GAO Z B, CUI Y J, LI K, LIU H Z, Fu L S. Target recognition of occluded kiwifruit in a wide-area complex environment based on improved A1exNet[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 2019, 50(10): 24-34 .

17. YUN Y. Image crawler program design based on Python[J]. Electronic Technology and Software Engineering, 2018(17):241-242+244.

15,43(05):129-132.D0I:10.13245/j.hust.150525.

19. KONG T, CAO B Z, QIU H H. Research on a video crawler system based on MapReduce [J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2015, 43(05): 129-132. DOI: 10.13245/j.hust .150525.

20. ^#Ш«Ш£т.++#Ш4^,2021,48^2):409-415.

21. LUAN X, LI X S. Face live detection algorithm based on multi-feature fusion [J]. Computer Science, 2021, 48(S2): 409-415.

13[2021-12-23].https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0062843.

23. DENG T M, TAN S Q, PU L Z. Research on traffic signal recognition method based on improved YOLOv5s [J/OL]. Computer Engineering: 1-13 [2021-12-23]. https://doi.org/10.19678/j. issn.1000-3428.0062843.

24. Li Xingxing,Duan Chao,Zhi Yan,Yin Panpan. Wafer Crack Detection Based on Yolov4 Target Detection Method[J]. Journal of Physics: Conference Series,2021,1802(2):

25. Ren S , He K , Girshick R , et al. Faster R-CNN: Towards Real-Time Object Detection with Region Proposal Networks[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence, 2017, 39(6):1137-1149.

26. Leon A. Petrosjan, Nikolay A. Zenkevich. Game Theory. World Scientific, 1996: 1 —5.

27. Goodfellow I., Pouget-Abadie J., Mirza M., Xu B., Warde-Farley D., Ozair S., Courville, A. and Bengio, Y. (2014) Generative Adversarial Nets. In: Advances in Neural Information Processing Systems, Springer, Berlin, 2672-2680.

© Се Чжоуи, Ху Вэйцзюнь, Ху Яньжун, 2022

УДК 621.396.41

ПРИМЕНЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ШУМА В СИСТЕМЕ РАДИОСВЯЗИ С

ЦИФРОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Кокин Дмитрий Сергеевич

Аспирант Пономарев Олег Геннадьевич Кандидат физ.-мат. наук, доцент Национальный исследовательский Томский государственный университет

Томск, Россия

APPLICATION OF DETERMINATED NOISE IN A RADIO COMMUNICATION SYSTEM WITH

DIGITAL MODULATION

Kokin Dmitry Sergeevich

Postgraduate student Ponomarev Oleg Gennadievich Candidate of Science in Physics and Mathematics, assistant professor

National Research Tomsk State University

Tomsk, Russia

Аннотация: В статье описывается система связи с цифровой псевдослучайной модуляцией. Система является одним из вариантов систем радиосвязи с расширенным спектром. В качестве расширяющей последовательности у данной системы связи используется детерминированный шум. Помехоустойчивость рассматриваемой системы связи может изменяться путем масштабирования коэффициента расширения - длины модуляционного символа. За счет увеличения коэффициента расширения достигается не только повышение помехоустойчивости системы, но и возможность разделения абонентов, одновременно работающих в общей полосе частот. Установлено, что у систем

связи с цифровой псевдослучайной модуляцией длина модуляционного символа (значение коэффициента расширения) и количество разделяемых абонентов связаны квадратичной зависимостью.

Abstract: The article describes a communication system with digital pseudo-random modulation. The system is one of the variants of spread spectrum radio communication systems. This communication system uses deterministic noise as the spreading sequence. The noise immunity of the considered communication system can be changed by scaling the spreading factor - the length of the modulation symbol. By increasing the spreading factor, not only an increase in the noise immunity of the system is achieved, but also the possibility of separating subscribers simultaneously operating in a common frequency band. It has been established that for communication systems with digital pseudo-random modulation, the length of the modulation symbol (the value of the spreading factor) and the number of subscribers to be separated are related by a quadratic dependence.

Ключевые слова: цифровая модуляция, сигналы с расширенным спектром, корреляционный прием.

Keywords: digital modulation, spread spectrum signals, correlation reception.

Возможность расширения спектра передаваемого сообщения известна еще с середины прошлого столетия. Здесь существует два основных метода. Первый - метод скачкообразной перестройки частоты, второй - метод прямого расширения (DSSS, от англ. Direct Sequence Spread Spectrum), который нашел широкое практическое применение в цифровых системах радиосвязи. В данной работе рассматривается один из вариантов системы связи, у которой принцип работы во многом схож с принципом работы систем связи с прямым расширением спектра (DSSS). Однако, если в DSSS системах для расширения спектра используется псевдослучайный меандровый сигнал, то в данной системе с этой целью используются случайные нормально распределенные и -коррелированные последовательности дискретных отсчетов с нулевым средним и дисперсией а -, генерируемые по алгоритму Мерсена [1].

На тему решения проблем, возникающих при детектировании сигнала с цифровой псевдослучайной модуляцией, авторами опубликован ряд статей (основные результаты изложены в [2-3]). Проведено численное моделирование зависимости между длиной модуляционного символа и числом абонентов в системе связи с цифровой псевдослучайной модуляцией [4].

Для синхронизации генераторов детерминированного шума в передающем и приемном устройствах одновременно (параллельно) с информационным сообщением передается некоторое сообщение (синхронизирующее сообщение), биты которого заранее известны в приемной и передающей частях системы. В передающей части биты синхронизирующего сообщения путем двоичной фазовой манипуляции отсчетов детерминированного шума (последовательности дискретных псевдослучайных отсчетов) передаются по синфазному каналу. По квадратурному каналу передаются смодулированные отсчеты того же детерминированного шума, задержанные относительно синфазного канала на несколько дискретных интервалов времени. Такой оригинальный способ формирования синхронизирующего сигнала позволяет приемной части системы определить временные и фазовые задержки в канале и обеспечить возможность выполнения корреляционного приема.

При разработке системы связи с цифровой псевдослучайной модуляцией сигналов преследовалась идея разделения большого числа абонентов (создание некоторого аналога кодового разделения абонентов). Численными экспериментами установлено, что у полученной системы связи длина модуляционного символа и количество разделяемых абонентов связаны следующей зависимостью: Т = 16^-, где Т - длина символа в системе, а Л - количество разделяемых абонентов.

С теоретической точки зрения в системе связи с цифровой псевдослучайной модуляцией можно обеспечить связь между бесконечно большим количеством абонентов. Однако на практике максимальное количество абонентов ограничено вычислительными ресурсами, требуемыми для вычисления операции свертки. К примеру, в системе связи нового поколения 5GNR максимальная размерность дискретного преобразования Фурье равна 4096. Если ориентироваться на аналогичную вычислительную сложность обработки сигналов в приёмном тракте, то рассматриваемая система связи может обеспечить связью до 16 абонентов, одновременно работающих на одной частоте.

Хотя характеристики рассматриваемой системы еще не до конца изучены, полученные результаты численного моделирования, а так же ряда практических испытаний, позволяют сделать вывод о работоспособности разработанной системы связи с цифровой псевдослучайной модуляцией. Возможность гибкого управления помехоустойчивостью сигнала с цифровой псевдослучайной модуляцией может способствовать использованию этих сигналов в различных сферах. Благодаря высокой энергетической совместимости такие сигналы можно передавать одновременно с существующими радиосигналами (например, сигналами системы связи 5GNR), без их взаимного влияния друг на друга.

Библиографический список:

1. Matsumoto M. Mersenne twister: A 623-dimen-sionally equidistributed uniform pseudorandom number generator / M. Matsumoto, T. Nishimura // ACM Trans. on Modeling and Computer Simulations. -2017. - Vol. 8. - P. 3-30.

2. Kokin, D. S. Time and phase synchronization in communication system with a digital pseudo-random modulation / D. S. Kokin, O. G. Ponomarev // Journal of Physics: Conference Series, Krasnoyarsk, Russian

Federation, 25 сентября - 04 2020 года. - Krasnoyarsk, Russian Federation: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. - P. 22018. - DOI 10.1088/1742-6596/1679/2/022018.

3. Кокин, Д. С. Временная и фазовая синхронизации в системе связи с псевдослучайной цифровой модуляцией / Д. С. Кокин, О. Г. Пономарев // Актуальные проблемы радиофизики (АПР 2019) : VIII Международная научно-практическая конференция, Томск, 01-04 октября 2019 года. - Томск: Издательский дом ТГУ, 2019. - С. 113-117.

4. Кокин, Д. С. Оценка соотношения между длиной коррелятора и числом абонентов в системе связи с цифровой псевдослучайной модуляцией / Д. С. Кокин, О. Г. Пономарев // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2021. - Т. 24. - № 3. - С. 3843. - DOI 10.21293/1818-0442-2021-24-3-38-43.

УДК 004.657

ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ «КОДЕР-ДЕКОДЕР» ДЛЯ СЕГМЕНТАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Нишчхал1, Помыткина Диана Павловна2

Студент

1,2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярскийрабочий», 31

APPLICATION OF ENCODER-DECODER MODEL FOR IMAGE SEGMENTATION

Nishchhal1, Pomytkina Diana Pavlovna2

Student

1,2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

Аннотация: Рассматривается проблема сегментации реальных изображений, включая спутниковые изображения, которые могут быть зашумленными или включать перекрытие визуальных объектов. В докладе предлагается решение на основе модели «кодер-декодер».

Abstract: The problem of image segmentation in real-life including satellite images, which can suffer from noise or object obstruction, is considered. The paper proposes a solution based on an encoder-decoder model.

Ключевые слова: глубокие нейронные сети, кодер-декодер.

Keywords: deep neural network, encoder-decoder.

Введение

Сегментация является важным этапом системы распознавания, обнаружения и классификации изображений, поскольку она извлекает интересующие нас объекты для дальнейшей обработки. Сегментация изображения используется на практике для классификации пикселов изображения [1][4][5]. Методы сегментации используются для выделения желаемого объекта из изображения с целью выполнения анализа объекта [2]. С этой точки зрения интерес представляют методы машинного обучения без учителя.

Хотя многочисленные работы за последние десятилетия внесли существенный вклад в улучшение методов сегментации изображений, объекты с похожими визуальными/спектральными характеристиками и однородные объекты с различными визуальными/спектральными характеристиками представляют собой проблему для алгоритмов сегментации. Существующие методы сегментации изображений имеют ограничения, связанные с излишней детализацией и высокой чувствительности к шуму.

Кроме того, процесс сегментации требует больше времени для обработки, а некоторые признаки являются избыточными и перекрываются [3]. Определение признаков всего изображения также является сложной задачей. Из-за наличия избыточных и перекрывающихся признаков невозможно получить точный результат.

Непосредственное использование сверточных глубоких сетей для попиксельной сегментации дает плохие результаты, главным образом потому, что слои максимального объединения и слои подвыборки уменьшают разрешение карты объектов и, следовательно, выходное разрешение уменьшается. Даже при экстраполяции до исходного разрешения создается изображение с потерями.

Модель «кодер-декодер»

В качестве решения этой проблемы предлагается использовать глубокую нейронную сеть на основе модели «кодер-декодера», которая использует не только традиционные слои, но улучшенную архитектуру и типы слоев, такие как свертка с разделением по глубине. Кроме того, в данной модели используются остаточные связи, которые могут обеспечить улучшение по сравнению с классическими последовательными сетями и связи с пропуском соединений (skip connection).

В качестве базовой сети был выбрана сеть SegNet, потому что ее архитектура использует структуру «кодер-декодер». Слои кодера и декодера симметричны друг другу. Операция повышающей

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.