پردازش سیگنال پیشرفته
سال:1399 | دوره:4 | شماره:1 (پیاپی 5) |تعداد مقالات:13

در این مقاله، امنیت لایه فیزیکی یک شبکه مشارکتی متشکل از چند جفت گره منبع-مقصد را در حضور یک گره شنودگر بررسی می کنیم. ارتباط ببن گره های فرستنده و گیرنده به طور همزمان و از طریق یک ایستگاه رله کاملا دوطرفه مجهز به آرایه آنتنی عظیم برقرار می شود و شنودگر منفعل ارتباط بین یک جفت گره موجود در شبکه را استراق سمع می کند. فرض می کنیم رله از تکنیک های پردازش خطی اجبار به صفر، بیشینه نسبت ترکیب و بیشینه نسبت ارسال برای دریافت اطلاعات از گره های منبع و ارسال مجدد آن به گره های مقصد استفاده می کند. در بخش اول مقاله نرخ محرمانگی هر یک از این تکنیک های پردازش خطی را محاسبه می کنیم و نتایج را به فرم بسته و به صورت توابعی از پارامترهای سیستم، شامل تعداد جفت گره های موجود در سیستم، تعداد آنتن های گیرنده و فرستنده در ایستگاه رله و نیز ضرایب تخمین کانال استخراج می کنیم. در بخش دوم مقاله و با هدف بهبود امنیت سیستم، یک روش تخصیص توان بهینه در ایستگاه رله و بین گره های منبع ارایه می شود. مسیله فرموله شده یک مسیله پیچیده غیرمحدب می باشد که با تبدیل به یک مسیله برنامه ریزی هندسی حل می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش تخصیص توان ارایه شده می تواند نرخ محرمانگی سیستم را تا حد قابل قبولی بهبود دهد.

یکی از راهکارهای ارایه شده در نسل پنجم سیستم های مخابراتی برای پشتیبانی تعداد کاربر بیشتر در سیستم، استفاده ی پویا از روش های دسترسی متعامد و غیرمتعامد است. در این پژوهش، یک سیستم دسترسی چندگانه پویای متعامد و غیر متعامد فراسو، با هدف بیشینگی بازدهی انرژی، پیشنهاد شده است و برای تخصیص زیرکانال ها و توان، راه کارهای مختلف ارایه شده است. با توجه به پیچیدگی مساله پیشنهادی و عدم تحدب آن، امکان ارایه راه حل عمومی وجود ندارد. بنابراین مساله کلی به دو زیرمساله تخصیص زیرحامل ها و توان تبدیل می شود. در مرحله اول تخصیص زیرحامل ها صورت می گیرد که با حل یک برنامه نویسی صحیح عملیاتی می شود و خروجی آن اختصاص زیرکانال ها به همه کاربران فعال و تعیین نوع دسترسی برای زیرحامل ها است. مرحله دوم تخصیص توان بین کاربران است که به کمک روش تفاضل توابع محدب، مساله به صورت تکراری، به یک مساله بهینه سازی شبه محدب تبدیل می شود. سپس از روش دوبخشی برای حل مساله شبه محدب در هر مرحله استفاده می گردد. همچنین، برای مساله امکان پذیری روش دوبخشی، معادلات KKT ارایه می گردد. نهایتا، در بخش شبیه سازی بیشترین مقدار بازدهی انرژی به ازای توان بیشینه برای هرکاربر محاسبه می شود. همچنین تاثیر حضور کاربران در لبه سلول بر روی بازدهی انرژی سیستم بررسی می گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد روش تخصیص منابع پیشنهادی ما می تواند نرخ مجموع و بازدهی انرژی سیستم را در مقایسه را روش ابتکاری مقالات قبل، بهبود دهد.

در سیستم های MIMO روش های متنوعی برای تخمین کانال وجود دارد که هر کدام نیز دارای عملکردهای متفاوتی هستند. سیستم های MIMO مانند یک دستگاه چند معادله و چند مجهول هستند که مجهولات، M سمبل ارسالی از فرستنده و معادلات، N سمبل دریافتی در گیرنده هستند، از این رو از روش های مختلف تجزیه ریاضی برای تجزیه ماتریس کانال استفاده می شود که تجزیه QRD یکی از این روش ها می باشد. استفاده از تجزیه ماتریس کانال به همراه الگوریتم های وفقی مانند LMS و RLS برای سیستم های MIMO سادگی و کاهش پیچیدگی را در پی خواهد داشت. در این مقاله با استفاده از دو الگوریتم LMS و RLS کانال MIMO مدل خواهد شد و به جای تخمین مستقیم ماتریس H کانال که پیچیدگی را به همراه دارد، ابتدا Q و بعد R از ماتریس QR تخمین زده می شود که همان تخمین ماتریس کانال می باشد. نتایج نشان می دهد که مدل کردن کانال با الگوریتم های وفقی LMS و RLS و استفاده از تجزیه ریاضی QR کاهش خطا در سیستم های MIMO را بدست می دهد.

توانایی های حرکتی و کیفیت آن ها تاثیر مستقیم و بسزایی بر کیفیت زندگی دارند. برخورد با موانع هنگام راه رفتن امری غیرقابل اجتناب است و توانایی عبور کم خطر از روی آن ها معیاری از توانایی حرکت در افراد جامعه است. گیرکردن به موانع بهنگام عبور از روی آن ها یکی از شایع ترین علل سقوط بر زمین است که خود یکی از دلایل عمده بستری شدن و مرگ و میر ناشی از جراحت در سنین بالا و بیماری پارکینسون است. الگوریتم هایی که برای پایش حرکت در افراد در معرض خطر سقوط مورداستفاده قرار می گیرند، برای بررسی تعداد و کیفیت عبور از روی موانع، نیاز به تشخیص اتوماتیک این اتفاق دارند. کارهای بسیار مختصری در زمینه این تشخیص اتوماتیک و فقط بر روی افراد سالم انجام شده است ولی ازلحاظ محاسباتی دارای الگوریتم های پیچیده ای می باشند. به علاوه موانعی که در حرکات روزمره با آن برخورد می شود، دارای ارتفاع های متنوعی می باشند که نیاز به الگوریتم با توانایی های گسترده تری برای تشخیص دارند. در این مقاله روشی مبتنی بر تبدیل موجک پیوسته ارایه شده و عملکرد آن در عبور از روی موانع کوتاه و بلند در شرکت کنندگان سالم و همچنین در بیمار پارکینسون موردبررسی قرارگرفته است. میزان صحت تشخیص اتوماتیک عبور از روی موانع توسط الگوریتم پیشنهادی برای 19 شرکت کننده سالم 5/98 درصد و برای 12 شرکت کننده بیمار پارکینسون 6/90 درصد به دست آمد. حداکثر خطا در تشخیص زمان عبور هریک از پاها 1/0 ثانیه بوده و قابلیت خوبی در تفکیک ارتفاع موانع دارد.

کد گذاری شبکه تنک به عنوان یک روش جهت کاهش پیچیدگی محاسباتی روش کد گذاری شبکه خطی تصادفی معرفی شد. در این روش برخلاف روش کد گذاری شبکه خطی تصادفی بیشتر ضرایب ماتریس کدگشایی صفر است. این تغییر باعث کاهش قابل توجه پیچیدگی محاسباتی الگوریتم های کدگشایی می شود. کدگشایی جزیی به معنای امکان کدگشایی بخشی از بسته های خام (پیش از دریافت بسته های مورد نیاز برای کدگشایی همه بسته های خام(تعریف می شود و یکی از قابلیت های روش کد گذاری شبکه تنک است. در این مطالعه با بهره بردن از قابلیت ذکر شده، با ارایه سه مدل مختلف روش کد گذاری تنک را به عنوان یک رویکرد برای کاهش تاخیر کدگشایی در نرم افزاری های بلادرنگ بررسی می کنیم. به طور دقیق تر ما ابتدا، با معرفی یک مدل مبتنی بر زنجیره ی مارکف، کد گذاری شبکه تنک را برای پیکربندی بدون یازخورد از لحاظ عملکرد های تعداد ارسال های مورد نیاز و میانگین تاخیر کدگشایی بسته برای یک نسل از بسته های خام ارزیابی می کنیم. سپس صحت مدل ارایه شده را با استفاده از شبیه سازی گسترده ارزیابی کر ده ونشان می د هیم مدل ارایه شده قادر به ارزیابی دقیق تعداد ارسال های مورد نیاز و تاخیر کدگشایی بسته برای یک نسل از بسته های خام است. نتایج همچنین صحت مدل در کانال خطا دار را هم ارزیابی می کند. در ادامه مدل مبتنی بر بازخورد را معرفی می کنیم و در بخش شبیه سازی نشان می دهیم این مدل قادر به ایجاد یک تعادل بهتر بین عملکرد تعداد ارسال و میانگین تاخیر کدگشایی بر بسته است. در آخر با تمرکز بر مسیله پیدا کردن درخت پوشای تصادفی یک مدل مبنی بر گراف برای تحلیل کدگذاری شبکه تنک ارایه می کنیم ونشان می دهیم اگرچه مدل معرفی شده فقط برای تنکی 2 معتبر است، اما ظرفیت توسعه برا تنکی های کمتر را نیز دارا است.

ظهور تکنولوژی های جدید مانند اینترنت اشیاء و سیستم های جدید مخابرات و پخش بی سیم نیاز به نرخ داده بالاتر، اتصال گسترده، پوشش بهتر و بقیه بهبودها را دو چندان کرده است. سیستم ادغام تقسیم فرکانسی متعامد (OFDM) بر اساس دسترسی چندگانه غیرمتعامد (NOMA) یکی از روش های نویدبخش برای استفاده در لایه فیزیکی سیستم های مخابراتی جدید است. با استفاده از روش مدولاسیون تقسیم فرکانسی متعامد، تداخل بین سمبلی بوجود آمده به دلیل گستره تاخیرکانال بی سیم حدف و نرخ ارسال داده بالا قابل دسترسی می شود. از طرف دیگر، در روش دسترسی چندگانه غیرمتعامد با اشتراک گذاری منابع فرکانسی بین چندین کاربر، بهره وری طیفی سیستم افزایش می یابد. به همین دلیل، سیستم های ادغام تقسیم فرکانسی متعامد بر اساس دسترسی چندگانه غیرمتعامد می توانند نرخ داده را در سیستم های نوین مخابراتی به شکل قابل توجهی افزایش دهند. نسبت بیشینه توان به میانگین توان (PAPR) بالا یکی از مشکلات اصلی سیستم های ادغام تقسیم فرکانسی متعامد است که باعث می شود تقویت کننده توان در ناحیه غیرخطی کار کند و کارآیی سیستم کاهش یابد. بدلیل خواص خاص سیستم های OFDM-NOMA، بیشتر روش های کاهش PAPR مناسب این سیستم ها نیستند. در این مقاله، عملکرد سه روش مختلف کاهش PAPR بر اساس روش ارسال جزیی دنباله (PTS) را برای استفاده در لینک فروسو سیستم OFDM-NOMA مورد مطالعه و بررسی قرار می دهیم. هر کدام از روش های پیشنهاد شده را به کمک بلوک دیاگرام های مربوطه توصیف می کنیم. در نهایت، مناسب ترین روش را از لحاظ پیچیدگی محاسباتی، کاهش PAPR و نرخ خطای بیت برای استفاده در لینک فروسو سیستم های OFDM-NOMA پیشنهاد می کنیم.

امروزه چالش های حوزه امنیت اطلاعات و ارتباطات بسیار مورد توجه محققین است. گسترش مرزهای شبکه، افزایش و پیچیدگی حملات امنیتی شبکه، نیاز به وجود سامانه های هوشمند، خودکار و بی درنگ کشف ناهنجاری و تهدیدات شبکه را دوچندان نموده است. برای کشف ناهنجاری، لازم است ترافیک شبکه به صورت بی درنگ مورد پایش قرار گیرد. ناهنجاری شامل تغییرات قابل توجه و غیرمعمول رفتار ترافیک شبکه در مقایسه با الگوهای رفتار نرمال آن است. در این مقاله به منظور کشف ناهنجاری، یک سامانه مبتنی بر سیستم های چندعامله خودسازمانده ارایه شده است. سیستم های چندعامله از عامل هایی که با یکدیگر برای رسیدن به هدف مشخصی تعامل دارند تشکیل شده اند. از این سیستم ها برای حل مسایلی استفاده می شود که حل آن برای یک عامل و یا به صورت یکپارچه مشکل است. معماری سامانه پیشنهادی مقیاس پذیر است و می تواند خود را با تغییرهای شبکه های امروزی وفق دهد. ارزیابی و تحلیل انجام شده روی سامانه پیشنهادی در مجموعه-داده NSL-KDD، نشان می دهد نرخ کشف ناهنجاری در ترافیک شبکه در مقایسه با روش های مطرح اخیر بهبود یافته است. همچنین با پیشنهاد الگوریتم هایی برای بهینه کردن انتخاب عامل ها و تعیین وزن تصمیم به طور هوشمند برای عامل ها، علاوه بر افزایش نرخ تشخیص ناهنجاری، زمان تحلیل رخدادها نیز کاهش داده شده است.

شنوایی یکی از قسمت های مهم زندگی روزانه انسان ها است. با وجود اینکه انسان ها در معرض صداهای مختلف از منابع متفاوت قرار دارند و تعداد گیرنده های سیستم عصبی برای تجزیه و تحلیل این صداها محدود هستند، انسان ها می توانند مخلوط های شنیداری پیچیده را به خوبی پردازش کنند. یکی از دلایل این توانایی انسان، پدیده توجه است. توجه شنوایی را می توان به دو دسته توجه پایین به بالا و توجه بالا به پایین تقسیم بندی کرد. در این مقاله، مدلی برای شبیه سازی توجه پایین به بالا با استفاده از نقشه های برجستگی وزن دار، در سیستم شنوایی ارایه شده است. دادگان به کار رفته در این پژوهش از ترکیب نویز های پس زمینه مختلف با صوت های موجود در پایگاه دادگان ESC به عنوان قسمت های برجسته، در SNR های متفاوت بدست آمده است. برای ارزیابی مدل، از معیار میانگین خطا استفاده شده است که بصورت اختلاف زمانی بین نقطه برجسته واقعی و نقطه برجسته تشخیص داده شده توسط مدل تعریف می شود. ترکیب وزن دار نقشه های آشکار حاصل از ویژگی ها، با استفاده از الگوریتم ژنتیک، سبب شده است که مدل پیشنهادی با خطای متوسط 92/0 ثانیه عملکرد بهتری را نسبت به مدل پایه با خطای متوسط 91/1 ثانیه داشته باشد.

جهت برآورد الزامات تاخیر در سیستم های مخابراتی، در این مقاله یک شبکه مشارکتی تحت سناریوی بسته های کوچک در کانال محو شونده رایلی را ارایه کرده ایم. رله موردنظر می تواند به صورت نیمه دوطرفه دومسیره یا تمام دوطرفه دومسیره باشد. همچنین جهت برآورد واقعی تر و کاهش تاخیر در ارتباطات، ارسال و دریافت با بسته هایی با طول کوچک در نظر گرفته شده است. ظرفیت موثر معیار مناسب جهت بررسی نرخ ارسال تحت قید تاخیر است. بنابراین در اینجا به عنوان معیار ارزیابی عملکرد در نظر گرفته می شود. هنگام استفاده از رله دومسیره، دو گره با استفاده از رله با یکدیگر تبادل داده می کنند. اولویت و الزامات دو گره لزوما مشابه یکدیگر نیست. بنابراین جهت افزایش عملکرد، از بهینه سازی چندهدفی استفاده می کنیم. به این ترتیب، توان ثابت موجود در شبکه، با استفاده از بهینه سازی چندهدفی، بین رله و دو گره طوری تقسیم می شود که ظرفیت موثر دو گره بیشینه شود. با توجه به شرایط مسیله، مقدار بهینه توان تخصیص یافته به رله و گره ها قابل محاسبه است. اما با توجه به پیچیدگی و زمانبر بودن انجام محاسبات، روش تقریبی جهت افزایش سرعت محاسبات ارایه شده است که عملکرد بسیار نزدیکی با حل بهینه دارد. در انتها نیز مقایسه های متنوع در شرایط مختلف بین عملکرد رله نیمه دوطرفه و تمام دوطرفه انجام شده و بهبود عملکرد تخصیص توان چندهدفی مخصوصا در حالتی که رله بین گره ها قرار نگرفته، نشان داده شده است.

کدگذاری پرپچوال روش کدگذاری تنک است که ضرایب به صورت ساختار یافته برای عملیات کدگذاری استفاده می شود. نشان داده شده است که این روش پیچیدگی محاسباتی روش کدگذای خطی تصادفی را کاهش می دهد. هدف از این مقاله بیان یک مدل ریاضی برای نشان دادن عملکرد کدگذاری پرپچوال است و نشان دادن این مطلب که در کدگذاری پرپچوال در کانال های دارای خطا بسته های وابسته ی خطی ارسالی به شدت به پارامتر عرض بستگی دارد. پارامتر عرض به تعداد ضرایب غیر صفر پشت سر هم که در هر بسته ی کد شده بعد از عنصر محور می آید گفته می شود. سپس یک مدل تحلیلی ریاضی برای تعداد بسته های ارسال شده ارایه می شود که مدل ارایه شده تعداد بسته ها را تا دور دوم پیشبینی می کند. در نهایت یک توزیع احتمال کدگشایی بسته ها در دور ام را بدست می آوریم و آنرا از طریق شبیه سازی اعتبار سنجی می کنیم. نتایج نشان می دهند که برای احتمال خطای کوچک و کم، مقدار سربار حتی می تواند به عددی نزدیک 70% برسد. برای کاهش سربار فرستنده باید مقدار به صورت درست انتخاب شود و انتخاب درست به شدت به احتمال خطای کانال وابسته است. همچنین برای و اندازه ی نسل برابر با و احتمال پایین خطا در کانال ارتباطی، گره مقصد به طور میانگین 70% بسته ی اضافی دریافت می کند. با افزایش، سربار کمتر می شود و برای این مقدار قابل چشم پوشی است. همچنین نشان دادیم که روش ارایه شده به دلیل کاهش 44/37 درصدی میانگین تاخیر کدگشایی، بهبود مناسبی در کارایی سیستم ایجاد می کند.

این مقاله روشی جدیدی در پنهان نگاری معکوس پذیر در تصویر رمز شده معرفی می کند. در روش پیشنهادی بعد از رمز نگاری تصویر توسط صاحب تصویر، پنهان کننده پیام بدون اینکه هیچ اطلاعاتی از محتوای تصویر اصلی داشته باشد اقدام به ایجاد فضا به منظور پنهان نگاری داده می کند. این امر با بهره گیری از [i] MSB پیکسل های تصویر رمز شده محقق می شود. این MSB ها تجمیع می شوند و بیت های داده در آنها تعبیه می گردد. این تجمیع قدرت بیشتری به منظور بازیابی بدون اتلاف تصویر اصلی در گیرنده ایجاد می کند. بنابراین با بهره گیری از این تجمیع و همچنین یک پیش بینی کننده مناسب نظیر پیش بینی کننده صفحه شطرنج می توان در گیرنده تصویر اصلی را بدون اتلاف بازیابی کرد. همچنین در طرح پیشنهادی استخراج داده تحت هر شرایطی بدون خطا انجام می شود. الگوریتم پیشنهادی بازیابی بدون اتلاف تصویر اصلی را حتی بدون داشتن کلید پنهان کننده داده محقق می سازد. نتایج آزمایش تایید می کند که الگوریتم پیشنهادی روش های مطرح در این زمینه را بهبود داده است.

در سال های اخیرآشکارسازی و بازشناسی متن در تصاویر طبیعی به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش، یک سیستم مکان یابی متن در صحنه چندجهته مقاوم برای به دست آوردن بازدهی بالا در آشکارسازی متن بر اساس شبکه عصبی پیچشی (CNN) ارایه شده است. روش پیشنهادی شامل سه لایه استخراج ویژگی، ادغام ویژگی و خروجی می باشد. در لایه استخراج ویژگی، یک لایه ReLU بهبود یافته (i. ReLU) معرفی شده است. همچنین به منظورآشکارسازی متون با ابعاد متنوع، یک لایه inception بهبود یافته (i. inception) ارایه شده است. سپس، برای بهبود استخراج ویژگی از یک لایه اضافی استفاده شده است که ساختار پیشنهادی را قادر می سازد متون چندجهته حتی منحنی و عمودی را آشکارسازی نماید. همچنین، یک چارچوب خط لوله برای بازشناسی کاراکتر پیشنهاد نموده ایم. چارچوب خط لوله پیشنهادی شامل دو خط لوله موازی است که به طور هم زمان پردازش می شوند. خط لوله اول، متشکل از کلمات برش یافته و خط لوله دوم شامل زوایای متن می باشد. سپس، یک فرهنگ لغت جهت اصلاح خطای احتمالی کلمات بازشناسی شده استفاده نمودیم. آزمایش ها بر روی مجموعه داده های ICDAR 2013، ICDAR 2015 وICDAR 2019، نشان از برتری بارز سیستم پیشنهادی نسبت به کارهای پیشین دارد.

ضرب کننده ها از بلوک های مهمی هستند که به صورت وسیع در سیستم های پردازشی دیجیتال پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرند. لذا ارایه یک ضرب کننده بهینه مزیت مهمی برای سیستم محاسباتی دیجیتالی به حساب می آید. ضرورتی ندارد که در تمام کاربری ها از ضرب کننده های دقیق استفاده شود، در برخی از کاربری ها مانند پردازش سیگنال، سطح مشخصی از خطا قابل قبول است. یک بخش اساسی ضرب کننده، کمپروسور است که در مرحله کاهش حاصلضربهای جزیی در عمل ضرب مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله طرحهای جدیدی برای کمپرسورهای تقریبی15: 4 و5: 3، ارایه شده است که چه از نظر توان، تاخیر و خطاهای ایجاد شده نسبت به طرح های پیشین عملکرد بهتری داشته است و با استفاده از کمپرسور های تقریبی پیشنهادی، ضرب کننده16×16 بیتی تقریبی طراحی شده است. طرح پیشنهادی در محیط نرم افزار Cadence با استفاده از تکنولوژی180 نانومتر و ولتاژ تغذیه 8/1 ولت پیاده سازی و شبیه سازی شده است و نتایج شبیه سازی نشان می دهد که تاخیر کمپرسور5: 3 پیشنهادی76/0 نانو ثانیه و توان آن935/0 میکرو وات و فاصله خطای ایجاد شده برابر2± به دست آمده است و همچنین برای کمپرسور15: 4 تاخیر12/1 نانو ثانیه و توان 75/4 میکرو وات به دست آمده است.