Basis pursuit denoising을 사용한 두 수신기 간 시간 지연 추정 알고리즘

임준석,정명준,Lim, Jun-Seok,Cheong, MyoungJun 한국음향학회 2017 韓國音響學會誌 Vol.36 No.4

두 개 수신기에 들어오는 신호 간의 시간 지연 값을 추정하기 위한 방법들이 연구되고 있다. 그중에서 채널 추정 기법을 기반으로 한 방법의 경우는 두 수신기의 입력 신호간의 상대적인 지연을 채널의 임펄스 응답처럼 추정하는 방법이다. 이 경우에는 해당 채널의 특성이 희소 채널의 특성을 가지고 있다. 기존의 방법들은 채널의 희소성을 이용하지 못하고 있는 방법이 대부분이다. 본 논문에서는 채널의 희소성을 이용하기 위하여 희소 신호 최적화 방법의 하나인 BPD(Basis Pursuit Denoising) 최적화 기법을 사용한 시간 지연 추정 방법을 제안한다. 제안한 방법을 기존의 일반 상호 상관(Generalized Cross Correlation, GCC) 방법과 적응 소유치 분해법 및 희소 신호 추정법의 일종인 RZA-LMS(Reweighted Zero-Attracting Least Mean Square)들과 비교하여, 백색 가우시안 신호원과 유색 신호원 및 해양 포유류 신호원에 대해서 비교 실험을 하였다. 그 결과 갑자기 추정성능이 열화되는 문턱 현상이 늦게 나타나거나 훨씬 줄어드는 것을 보였다. Many methods have been studied to estimate the time delay between incoming signals to two receivers. In the case of the method based on the channel estimation technique, the relative delay between the input signals of the two receivers is estimated as an impulse response of the channel between the two signals. In this case, the characteristic of the channel has sparsity. Most of the existing methods do not take advantage of the channel sparseness. In this paper, we propose a time delay estimation method using BPD (Basis Pursuit Denoising) optimization technique, which is one of the sparse signal optimization methods, in order to utilize the channel sparseness. Compared with the existing GCC (Generalized Cross Correlation) method, adaptive eigen decomposition method and RZA-LMS (Reweighted Zero-Attracting Least Mean Square), the proposed method shows that it can mitigate the threshold phenomenon even under a white Gaussian source, a colored signal source and oceanic mammal sound source.

로그-합 규준화와 정준형 상관 분석을 이용한 시간 지연 추정에 관한 연구

임준석,편용국,이석진,정명준,Lim, Jun-Seok,Pyeon, Yong-Gook,Lee, Seokjin,Cheong, MyoungJun 한국음향학회 2017 韓國音響學會誌 Vol.36 No.4

음원 위치 추정은 여러 방면에서 쓰임이 있는 응용 기술이다. 음원의 위치를 추정하기 위한 기본 기법 중에는 시간 지연 추정 기법이 있다. 이 기법에선 음원의 위치를 추정하기 위해서 두 개 또는 그 이상의 수신기에 들어오는 신호간의 상대적 시간 지연을 알아내야 한다. 시간 지연 추정 기법에는 일반화 된 상호 상관(Generalized Cross-Correlation, GCC) 대표적이지만, 정준형 상관 분석(Canonical Correlation Analysis, CCA)을 이용한 방법도 있다. 본 논문에서는 시간 지연 추정용 정준형 상관 분석의 고유벡터의 희소성을 이용하기 위해 새로운 알고리즘을 제안한다. 이를 위해서 로그-합(log-sum) 정규화를 이용한다. 본 논문에서는 서로 다른 여러 신호 대 잡음비 환경 하에서 비교 모의실험을 하였고, 이 비교 실험을 통하여 얻는 데이터를 통해서 제안한 새 정준형 상관 분석 기반 알고리즘이 이전의 정준형 상관분석 기반 알고리즘이나 기존 GCC보다 더 우수하다는 것을 보인다. The localization of sources has a numerous number of applications. To estimate the position of sources, the relative time delay between two or more received signals for the direct signal must be determined. Although the GCC (Generalized Cross-Correlation) method is the most popular technique, an approach based on CCA (Canonical Correlation Analysis) was also proposed for the TDE (Time Delay Estimation). In this paper, we propose a new adaptive algorithm based on CCA in order to utilized the sparsity in the eigenvector of CCA based time delay estimator. The proposed algorithm uses the eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue with log-sum regularization in order to utilize the sparsity in the eigenvector. We have performed simulations for several SNR(signal to noise ratio)s, showing that the new CCA based algorithm can estimate the time delays more accurately than the conventional CCA and GCC based TDE algorithms.

희소성 음향 통신 채널 추정 견실화를 위한 백색화를 적용한 l₁놈-RLS 알고리즘

임준석,편용국,김성일,Lim, Jun-Seok,Pyeon, Yong-Gook,Kim, Sungil 한국음향학회 2020 韓國音響學會誌 Vol.39 No.1

This paper proposes a new l₁-norm-Recursive Least Squares (RLS) algorithm which is numerically more robust than the conventional l₁-norm-RLS. The l₁-norm-RLS was proposed by Eksioglu and Tanc in order to estimate the sparse acoustic channel. However the algorithm has numerical instability in the inverse matrix calculation. In this paper, we propose a new algorithm which is robust against the numerical instability. We show that the proposed method improves stability under several numerically erroneous situations.

직교 정사영 CMA와 대수학적 스텝 사이즈 CMA 간 스위칭 방법을 통해 개선된 수렴성을 갖는 CMA형 블라인드 음향 통신 채널 등화기 연구

임준석,편용국,Lim, Jun-Seok,Pyeon, Yong-Guk 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.5

음향 통신용 등화기 기술 중에서, 훈련 신호를 사용하지 않는 블라인드 채널 등화기의 일종인 Constant Modulus Algorithm(CMA)방식 등화기의 수렴 속도는 일반적인 훈련 신호를 사용하는 비블라인드 방법에 비해서 느린 경향이 있다. 이런 느린 수렴 속도를 향상 시키기 위한 방법으로는 직교 정사영 망각인자를 도입한 직교 정사영 CMA와 대수적인 방법으로 스텝 사이즈를 계산하는 대수학적 스텝 사이즈 CMA 등이 제안되어 있다. 이들 두 방법 모두 수렴 속도를 향상시키지만 경우에 따라서 성능이 기대에 못 미치는 결과가 발생하기도 한다. 본 논문에서는 직교 정사영 CMA와 대수학적 스텝 사이즈 CMA를 각각 요약 설명 하고, 이 각각을 스위칭을 이용하여 결합하는 방법을 제안한다. 그리고 시뮬레이션을 통해서 여러 시불변 채널과 시변 채널에 대해서 그 수렴 성능이 개선됨을 보인다. CMA (Constant Modulus Algorithm) is one of the well-known algorithms in blind acoustic channel equalization. Generally, CMA converges slowly and the speed of convergence is dependent on a step-size in the CMA procedure. Many researches have tried to speed up the convergence speed by applying a variable step-size to CMA, e.g. the orthogonal projection CMA and algebraic optimal step-size CMA. In this paper, we summarize these two algorithms, and we propose a new CMA with improved convergence performance. The improvement comes from the switching between the orthogonal projection CMA and algebraic optimal step-size CMA. In simulation results, we show the performance improvement in the time invariant channels as well as in time varying channel.

최소 자승 평균오차와 부분 적응을 사용한 배열 빔 형성기법

임준석,최낙진,성굉모,김현석,Lim Jun-Seok,Choi Nakjin,Sung Koeng-Mo,Kim Hyun-Seok 한국음향학회 2004 韓國音響學會誌 Vol.23 No.8

수중음향 시스템에서는 빔형성 (Beamforming) 기법을 이용하여 목표물로부터 신호를 수신하고 이에 대한 정보를 얻어 낼 수 있는데, 이러한 빔형성에 있어서는 주엽 (Mainlobe)의 빔폭 (Beamwidth)과 부엽 (Sidelobe)의 크기 (Level)를 설계자가 목표하는 값에 최적화 시킬 수 있는 방법을 찾는 것이 무엇보다도 중요하다. 최근 연구된 빔형성 기법의 대표적인 결과 중 하나로는 Philip의 가중함수 방법을 들 수 있다. 이러한 Philip의 방법은 목표 주엽폭과 부엽 준위를 정하고 이를 적응필터 설계방식과 유사하게 적응시켜 나가는 과정을 이용한다. 그러나 이 방법은 주엽폭과 부엽 준위 간의 상관관계로 인해서 원하는 부엽준위에 다다르지 못하거나 결과값을 얻는데 상당한 시간이 소요되는 경우가 자주 발생하게 되는데, 이러한 단점을 보완하기 위하여 본 논문에서는 부엽 준위에 미치지 못하는 일부에 대하여 부분 최적화를 하여 비교적 쉽게 설계요건을 만족시키는 새로운 알고리듬을 제안하고자 한다 제안된 알고리듬은 설계자의 의도에 따라 주엽의 빔폭과 부엽의 크기를 쉽게 조절이 가능하며 기존의 방법에 비해 계산량이 감소됨을 실험을 통해 알수 있을것이다. In the underwater acoustic systems. we can receive signals and retrieve information about a target by using a beamforming method. The most important thing in the beamforming is finding the way to optimize the mainlobe beamwidth and the sidelobe level to the desired value. One of the prominent results of beamforming method. which has been studied. is Philip's weighting function method(1) . Philip's method adaptively adjusts its weights of array to meet the desired mainlobe beamwidth and sidelobe level. It is very similar to the design method in adaptive filter. However. this method cannot easily bring us to the desired sidelobe level due to complementary relation between mainlobe beamwidth and sidelobe level. In this paper, we propose a new algorithm using partial constrained adaptation. This method makes us circumvent the above problem and meet the specification of design easily. The proposed algorithm presents a Pattern synthesis that designer can easily control the mainlobe beamwidth and the sidelobe level to the desired value while calculation time to converge is decreasing.

RLS (Recursive Least Squares)와 RTLS (Recursive Total Least Squares)의 결합을 이용한 새로운 FIR 시스템 인식 방법

임준석,편용국,Lim, Jun-Seok,Pyeon, Yong-Gook 한국음향학회 2010 韓國音響學會誌 Vol.29 No.6

잡음이 섞인 입출력 신호를 갖는 시스템 인식 문제는 완전 최소 자승법 (Total Least Squares (TLS))으로 알려져 있다. 완전 최소 자승법의 성능은 입력 신호 부가 잡음 파워와 출력 신호 부가 잡음간의 분산비에 매우 민감하다. 본 논문에서는 TLS의 성능 향상을 위해서 LS (Least Squares)와의 결합을 제안한다. 그 한 형태로 재차적인 TLS (Recursive TLS)와 재차적인 LS (Recursive Least Squares)간의 결합 알고리즘을 제안한다. 이 결합은 잡음간 분산비에 강인한 결과를 낳았다. 모의실험을 통해 얻은 결과로부터 입력 신호에 신호대 잡음비가 5dB를 유지히는 잡음을 부가할 경우 입력 잡음과출력 잡음의 비 $\gamma$가 약 20 정도까지로 적용 범위가 확대되는 결과를 얻었다. 따라서 제안된 결합 방법이 기존의 TLS의 적용 범위를 넓힐 수 있음을 알 수 있다. It is known that the problem of FIR filtering with noisy input and output data can be solved by a total least squares (TLS) estimation. It is also known that the performance of the TLS estimation is very sensitive to the ratio between the variances of the input and output noises. In this paper, we propose a convex combination algorithm between the ordinary recursive LS based TLS (RTLS) and the ordinary recursive LS (RLS). This combined algorithm is robust to the noise variance ratio and has almost the same complexity as the RTLS. Simulation results show that the proposed algorithm performs near TLS in noise variance ratio ${\gamma}{\approx}1$ and that it outperforms TLS and LS in the rage of 2 < $\gamma$ < 20. Consequently, the practical workability of the TLS method applied to noisy data has been significantly broadened.

직교설 전후방 PAST (Projection Approximation Subspace Tracking) 알고리즘

임준석,Lim, Jun-Seok 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.6

PAST (projection approximation subspace tracking)는 여러 연구자들에 의해 비교 연구가 되는 대표적인 신호 부공간을 추정하는 알고리즘이다. 이 방법은 신호 부공간 추정에 있어 상대적으로 낮은 계산 복잡도를 요구하기 때문에 인기가 있는 방법이 되었다. 그러나 이 방법은 개선의 여지가 많아서 추정 정확도나 공간의 직교성 등에서 계속 개선된 알고리즘이 연구되고 있다. 본 논문은 기존에 연구된 PAST 알고리즘의 추정 정확도 개선을 위해 연구된 알고리즘 중 하나인 FB-PAST(Forward-Backward PAST) 알고리즘에 사용할 직교성 알고리즘을 제안한다. The projection approximation subspace tracking (PAST) is one of the attractive subspace tracking algorithms, because it estimates the signal subspace adaptively and continuously. Furthermore, the computational complexity is relatively low. However, the algorithm still has room for improvement in the subspace estimation accuracy. FE-PAST (Forward-Backward PAST) is one of the results from the improvement studies. In this paper, we propose a new algorithm to improve the orthogonality of the FB-PAST (Forward-Backward PAST).

기울기 벡터의 직교 정사형을 사용한 CMA 등화기에 관한 연구

임준석,Lim, Jun-Seok 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.7

블라인드 채널 등화기의 일종인 CMA방식의 수렴 속도는 일반적을 훈련열을 바탕으로 한 방법에 비해서 느린 경향이 있다. 또 그 수렴 속도는 정해진 스텝사이즈에 따라 정해진다. 본 논문은 기존 고정 스텝사이즈 CMA 알고리즘의 수렴 속도를 개선하기 위한 직교 정사형 망각인자를 도입하여 수렴성능이 개선된 새로운 알고리즘을 제안한다. CMA (Constant Modulus Algorithm) is one of the famous algorithms in blind channel equalization. Generally, CMA converges slowly and the speed of convergence is dependent on a step-size in the CMA procedure. Many researches have tried to speed up the convergence speed by applying a variable step-size to CMA. In this paper, we propose a new CMA algorithm with improved convergence performance. The improvement comes from an orthogonal projection of an average error gradient. We show the improvement in simulation results.

상호 결합이 적은 두 개의 공진점을 갖는 광대역 전기 음향 변화기를 위한 역률 개선 회로 설계 방법 연구

임준석,편용국,Lim, Jun-Seok,Pyeon, Yong-Guk 한국음향학회 2012 韓國音響學會誌 Vol.31 No.7

음향 변환기용 외부 회로를 구성할 때, 파워 앰프의 내부저항이 매우 작은 경우 정합 회로를 구성하기 보다는 부하측의 역률을 개선하는 것을 선호 한다. 기존 연구의 결과를 살펴 보면 광대역에서 최대 파워를 전달하게 하는 정합회로를 구하는 방법을 많이 연구되어 왔으나, 두 개의 공진점을 갖는 광대역 전기 음향 변화기에 적용할 만한 광대역 역률 개선용 튜닝 회로를 구성하는 방법은 논문화된 결과는 드물다. 본 논문에서는 기존의 정합회로 설계에서 사용하는 체비세프 설계법을 기본으로 하여, 좀 더 낫은 결과를 가질 수 있도록 하는 복합 최적화 과정을 제안한다. In the design of electro acoustic transducer, power factor improvement circuit is more required rather than impedance matching if the driving power amplifier has little inner resistance. Many research results have been focused on the power matching circuit designing for transferring maximum power in the wideband. There are few results in the designing study on the power factor improvement for the wide band electro acoustic transducer. In this paper, we propose a new design method on the power factor improvement for the wide band electro acoustic transducer. The proposed method consists of two steps, the chebyschev matching method and the constrained optimization, respectively.

A Channel Equalization Algorithm Using Neural Network Based Data Least Squares

임준석,편용국,Lim, Jun-Seok,Pyeon, Yong-Kuk The Acoustical Society of Korea 2007 韓國音響學會誌 Vol.26 No.e2

Using the neural network model for oriented principal component analysis (OPCA), we propose a solution to the data least squares (DLS) problem, in which the error is assumed to lie in the data matrix only. In this paper, we applied this neural network model to channel equalization. Simulations show that the neural network based DLS outperforms ordinary least squares in channel equalization problems.