فصل اول:  مقدمه

1-1-فیبرها……………………………………………………………………………………………………………………………… 6

1-2- مواد و ساخت………………………………………………………………………………………………………………… 7

1-2-1 روش ته نشینی بخار تصحیح یافته(MCVD)…………………………………………………… 9

1-3- تلفات فیبر……………………………………………………………………………………………………………………. 10

1-3-1جذب ماده…………………………………………………………………………………………………………….. 11

1-3-2 پراکندگی رایلی…………………………………………………………………………………………………… 13

1-4-نقص های موجبری………………………………………………………………………………………………………. 14

1-5 -غیر خطی بودن فیبرها……………………………………………………………………………………………….. 14

1-5-1 ضریب شکست غیر خطی………………………………………………………………………………….. 15

1-6-پراکندگی رامان ……………………………………………………………………………………………………………. 16

1-6-1 پراکندگی خود به خودی رامان………………………………………………………………………….. 16

1-6-2 پراکندگی القایی رامان………………………………………………………………………………………… 17

 

فصل دوم:

پراکندگی رامان در فیبرهای نوری

2-1 پراکندگی القایی رامان در فیبرها…………………………………………………………………………………. 22

2-1- 1طیف بهره رامان………………………………………………………………………………………………….. 22

2-1-2 آستانه رامان………………………………………………………………………………………………………… 25

2-1-3-تولید مولفه استوکس در اثر پراکندگی رامان با یک بار عبور…………………………. 26

2-1-4 لیزرهای فیبری رامان…………………………………………………………………………………………. 28

2-2 صفحات براگ فیبری…………………………………………………………………………………………………….. 29

2-2-1-پراش براگ………………………………………………………………………………………………………….. 30

 

فصل سوم:لیزرهای فیبری آبشاری رامان

3-1 انواع لیزرهای رامان فیبری بر اساس ناخالصی های درون فیبر………………………………… 33

3-2 انواع لیزرهای رامان فیبری بر اساس توان………………………………………………………………….. 34

3-3 طرح کلی لیزر رامان فیبری ………………………………………………………………………………………… 35

3-4 انواع طراحی های لیزرهای فیبری رامان …………………………………………………………………… 38

3-4-1 لیزرهای فیبری رامان برای کاربردهای پزشکی………………………………………………… 38

3-4-2 لیزر رامان فیبری چند طول موجی برای کاربردهای حسگری دور برد………….. 39

3-4 -3 لیزر رامان فیبری دو بار گذار با کاربرد زیست پزشکی…………………………………… 44

 

فصل چهارم:حل معادلا ت مربوط به لیزرهای فیبری آبشاری رامان

به روش تحلیلی

4-1 شکل کلی لیزر فیبری آبشاری رامان…………………………………………………………………………… 48

4-1-1 دستگاه معادلات مربوط به توان موج های پمپ و مولفه های استوکس ………. 49

4-1-2 ضرایب بازتاب صفحات براگ……………………………………………………………………………… 50

4-1-3 اعمال تغییر متغیردر دستگاه معادلات ……………………………………………………………. 51

4-1-4 اعمال تقریب برای حل دستگاه معادلات بالا……………………………………………………. 54

4-2 الگوریتم تقریب اولیه…………………………………………………………………………………………………….. 56

4-3 پیاده سازی الگوریتم تقریب اولیه برای چیدمان لیزر پیشنهادی …………………………….. 60

4-3-1 پارامترهای مورد نیاز……………………………………………………………………………………………. 60

4-3-2 نتایج بدست آمده با بهره گرفتن از الگوریتم تقریب اولیه……………………………………… 60

4-4 مقایسه روش تقریب اولیه با داده های تجربی…………………………………………………………….. 60

 

فصل پنجم:حل معادلا ت مربوط به لیزرهای فیبری آبشاری رامان به روش عددی

5-1  حل گر عددی ode45…………………………………………………………………………………………………. 67

5-2 روش طیفی……………………………………………………………………………………………………………………. 70

5-2-1 روش طیفی فوریه……………………………………………………………………………………………….. 72

5-2-2 روش طیفی چبیشف………………………………………………………………………………………….. 75

5-3 حل دستگاه معادلات توان توسط روش طیفی فوریه…………………………………………………. 76

5-4 مقایسه روش های تقریب اولیه، حل گر عددی ode45 و طیفی چبیشف با سایر

روش های عددی به کار رفته در مقالات……………………………………………………………………………… 81

 

نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………. 84

پیشنهاد برای ادامه کار ………………………………………………………………………………………………………………. 86

 

فهرست منابع ………………………………………………………………………………………………………………………….. 87

فهرست جدول ها

جدول2-1 طول موج مولفه های استوکس مختلف تولید شده طی فرایند SRS…………………. 27

جدول3-1 مقایسه ویژگی های لیزرهای رامان فیبری با چیدمان های مختلف…………………….. 39

جدول 4-1 پارامترهای مربوط به چیدمان لیزر شکل 4-1……………………………………………………… 60

جدول 4-2 پارامترهای مورد نیاز مربوط به چیدمان آزمایشگاهی لیزر فیبری رامان …………… 63

فهرست شکل ها

شکل 1-1 فیبر با ضریب درجه ای و مرحله ای ………………………………………………………………………. 7

شکل 1-2  دستگاهی که برای کشیدن فیبر استفاده می شود………………………………………………… 8

 

شکل 1-3  روش ته نشینی بخار تصحیح یافته را نشان می دهد……………………………………………. 9

شکل1-4 جذب بر حسب طول موج یک فیبر تک مد با قطر هسته 9.4 میکرومتر…………….. 11

شکل1-5تلفات و پاشندگی فیبرها و فیبر خشک که میزان یون OHدر آن بسیار

پایین است……………………………………………………………………………………………………………………………………. 13

شکل1-6پایستگی انرژی پراکندگی القایی رامان………………………………………………………………………. 17

شکل1-7توصیف مولکولی پراکندگی القایی رامان……………………………………………………………………. 18

شکل2-1 طیف بهره رامان برای سیلیکای فیوز شده در طول موج پمپ 1 میکرومتر………….. 22

شکل2-2 طیف بهره رامان به عنوان تابعی از جابجایی فرکانسی برای مقادیر مختلف

ناخالصی اکسید ژرمانیم………………………………………………………………………………………………………………. 23

شکل2-3 نقاطs1 تا s5 مولفه های استوکس همزمان تولید شده را با بهره گرفتن از توان

پالسی 1.06 میکرومتر نشان می دهند………………………………………………………………………………………. 27

شکل 2-4 شمای یک لیزر رامان کوک پذیر…………………………………………………………………………….. 28

شکل2-5 شمای یک صفحه فیبری براگ را نشان می دهد. نواحی تیره و روشن درون

هسته فیبر تغییرات دوره ای ضریب شکست را نشان می دهند…………………………………………….. 30

شکل3-1 طیف بهره رامان برای فیبرهای سیلیکات فسفر و سیلیکات ژرمانیم…………………….. 33

شکل3-2 شمای کلی یک لیزر فیبری رامان…………………………………………………………………………….. 35

شکل3-3 شمای کلی یک لیزر فیبری آبشاری رامان……………………………………………………………….. 36

شکل3-4 شمای لیزر فیبری رامان ترکیبی………………………………………………………………………………. 38

شکل3-5 چیدمان آزمایشی لیزر فیبری رامان چند طول موجی که از چندین صفحه

براگ جابجایی فاز برای سیستم حسگری دوربردتشکیل شده است……………………………………… 40

شکل3-6(a) طیف بازتاب اندازه گیری شده یک صفحه براگ با جابجایی فاز

و شکل3-6 (b) طیف بازتاب اندازه گیری شده یک صفحه براگ

تنظیم پذیر را نشان می دهد……………………………………………………………………………………………………. 41

شکل3-7 طیف خروجی اندازه گیری شده لیزر رامان چند طول موجی با یک صفحه

براگ جابجایی فاز……………………………………………………………………………………………………………………….. 42

شکل3-8 جابجایی طول موج لیزر به عنوان تابعی از دما. حساسیت دمایی هر دو طول

موج یکسان است و حدود  است……………………………………………………………………………….. 43

شکل3-9 جابجایی طول موج لیزر به عنوان تابعی از فشار……………………………………………………… 43

شکل3-10 چیدمان لیزر رامان فیبری دوبار عبور تنظیم پذیر پرتوان……………………………………. 45

شکل 3-11 طیف مولفه های استوکس آبشاری در ناحیه 527-360 نانومتر تولید شده

در نتیجه گسیل پمپ لیزر یک بار عبور از فیبر رامان…………………………………………………………….. 45

شکل 3-12 مولفه های استوکس آبشاری در ناحیه1.01-0.54 میکرومتر تولید شده در

نتیجه گسیل پمپ لیزر یک بار عبور از فیبر رامان…………………………………………………………………… 46

شکل4-1 لیزر رامان فیبری سیلیکات فسفر با تولید دو مولفه استوکس……………………………….. 48

شکل 4-2 بازتاب پرتو از صفحه براگ0 را نشان می دهد. …………………………………………………….. 50

شکل 4-3 بازتاب صفحات براگ از جفت صفحات 1و4 را نشان می دهد. نوری

که درون کاواک تشکیل شده از صفحات 1 و 4 رفت و برگشت می کند

در هر بار عبور از 4 نقطه اتصال و 2 صفحه براگ عبور می کند……………………………………………. 50

شکل4-4  بازتاب صفحات براگ از جفت صفحات2و3 را نشان می دهد. …………………………….. 51

شکل 4-5 چیدمان آزمایشگاهی لیزرآبشاری فیبری رامان …………………………………………………….. 63

شکل5-1 شبکه نقاط گسسته روی بازه تناوبی ………………………………………………………. 72

شکل5-2 نقاط شبکه چبیشف روی بازه ………………………………………………………………….. 75

شکل5-3 لیزر رامان فیبری سیلیکات فسفر با تولید دو استوکس………………………………………….. 81

فهرست نمودارها

نمودار4-1 توان های رفت و برگشت موج های پمپ و مولفه های استوکس رسم شده

توسط نرم افزار مطلب با بهره گرفتن از روش تقریب اولیه…………………………………………………………… 61

نمودار4-2 توان های رفت و برگشت موج های پمپ و مولفه های استوکس رسم شده

توسط نرم افزار مطلب در مقایسه با یکدیگر………………………………………………………………………………. 62

نمودار4-3 توان خروجی مولفه دوم استوکس  بر حسب توان ورودی پمپ

نقاط مثلثی، داده های تجربی، خط چین نمودارعددی با ضریب عبور1درصد و خط صاف

نمودار عددی با ضریب عبور 15 درصد را نشان می دهد………………………………………………………… 64

نمودار4-4 توان خروجی مولفه دوم استوکس  بر حسب توان ورودی پمپ

با بهره گرفتن از روش تقریب اولیه…………………………………………………………………………………………………… 65

نمودار5-1 توان های رفت و برگشت موج های پمپ و مولفه های استوکس رسم شده

توسط نرم افزار مطلب با بهره گرفتن از حل گر عددی ode45……………………………………………………… 68

نمودار5-2 توان های رفت و برگشت موج های پمپ و مولفه های استوکس رسم شده

توسط نرم افزار مطلببا بهره گرفتن از حل گر عددی ode45 در مقایسه با یکدیگر ………………….. 69

نمودار5-3 توان های رفت و برگشت موج های پمپ و مولفه های استوکس رسم شده

توسط نرم افزار مطلببا روش تقریب اولیه به صورت خط و با بهره گرفتن از حل گر عددی

ode45به صورت ستاره……………………………………………………………………………………………………………….. 7

نمودار5-4 توان های رفت و برگشت موج های پمپ و مولفه های استوکس رسم شده

توسط نرم افزار مطلب با روش طیفی چبیشف……………………………………………………………………….. 78

نمودار5-5 توان های رفت و برگشت موج های پمپ و استوکس ها رسم شده توسط

نرم افزار مطلب با روش طیفی چبیشف به صورت خط صاف در مقایسه با روش

حل گر عددیode45 به صورت ستاره…………………………………………………………………………………….. 78

نمودار5-6 توان های رفت و برگشت موج های پمپ و مولفه های استوکس رسم شده

توسط نرم افزار مطلب با روش طیفی چبیشف به صورت علامت مثبت در مقایسه با

روش تقریب اولیه به صورت خطوط صاف سیاه رنگ………………………………………………………………. 80

نمودار 5-7 توان پمپ و مولفه های استوکس اول و دوم در مسیر رفت و برگشت………………. 8

چکیده

در دهه های اخیر لیزرهای فیبری آبشاری رامان به خاطر بازه فرکانسی وسیع و کاربردهای متنوعی که دارند بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.

در این بررسی چیدمان آزمایشگاهی لیزر فیبری رامان را در نظر گرفته و معادلات مربوط بهتوان پرتوهای پمپ و مولفه های استوکس اول و دوم را می نویسیم.سپس این معادلات را که به صورت دستگاه معادلات دیفرانسیل غیر خطی مرتبه اول با شرایط مرزی در ابتدا و انتهای فیبر هستند،با اعمال تغییر متغیر و با بهره گرفتن از الگوریتم تقریب اولیه به صورت دستگاه معادلات خطی با شرایط اولیه در آورده و با روش تحلیلی و تهیه برنامه آن در نرم افزار متلب، حل نموده ونمودارتوانپرتوهای پمپ و مولفه های استوکس رفت و برگشت را برحسب طول فیبر رسم می کنیم.

در مرحله بعد معادلات مربوطه را به دو روش عددی حل گرode45 و روش طیفی با بهره گرفتن از نرم افزار متلب حل نموده و نمودار توان پرتوهای پمپ و مولفه های استوکس رفت و برگشت را برحسب طول فیبر با این دو روش رسم می نماییم.

در نهایت می توان دید که نمودارهای رسم شده توان پمپ و مولفه دوم استوکس برحسب طول فیبر به روش تحلیلی، با نمودارهای مشابه به روش های عددی ode45 و روش طیفی بر هم منطبقند و نمودار رسم شده توان مولفه اول استوکسبه روش عددی ode45 با نمودار های مشابه با دو روش دیگر کاملا منطبق نیستند اما توافق خوبی با هم دارند.

هم چنین نمودار توان پمپ و مولفه های اول و دوم استوکس را که از طریق داده های تجربی مربوط به چیدمان آزمایشگاهی بدست آمده اند، با نمودارهای مشابه بدست آمده از روش های عددی مقایسه می نماییم. دیده می شود که نمودار تجربی نیز با نمودارهای رسم شده توسط روش های تحلیلی و عددی توافق نسبتا خوبی نشان می دهند. به گونه ای که برای مثال توان پمپ پیشرو در نمودار تجربی از مقدار حدود 5/4 واتدر ابتدای فیبر به مقدار 1 وات در انتهای فیبر می رسد. در حالی که سایر نمودارها متفقا این مقدار را  حدود  5/4 وات در ابتدای فیبر و 5/0 وات در انتهای فیبر پیش بینی می کنند.

مقدمه

علاقه تازه به لیزرها و تقویت کننده های فیبری بر اساس فیبرهایی با ناخالصی های عناصر کمیاب خاکی نگاه جدیدی را به روش های ساخت فیبرها القا می کند. استفاده از فیبرهای نوری به منظور کاهش دادن توان پمپ مورد نیاز برای تقویت کننده ها و لیزرهای فیبری اولین بار توسط اسنیتزر[1] و همکارانش در اوایل سال های 1960 نشان داده شد که توسط استون[2] و بروس[3] نیز در سال های 1970 دوباره بررسی شد. این بررسی ها از سال 1985 دوباره با جدیت مورد پیگیری قرار گرفت. تولد دوباره این شاخه به خاطر کاربرد لیزرهای فیبری و تقویت کننده های نوری در مخابرات نوری بوده است. این انگیزه تجاری در ترکیب با لیزرهای پمپ نیمرسانای پر توان و ترکیب کننده ها و جدا کننده های طول موج کم تلفات، باعث ایجاد پیشرفت های سریع در وسایل فعال فیبری شده اند.]3[

تمایل به ارتباطات فیبری، انگیزه ای قوی برای به کاربردن فیبرهای فعال و ترکیبات سازگار آن ها به وجود آورد. به خصوص اینکه برای متصل کردن اجزای فیبری فعال به فیبرهای مخابراتی آلائیده شده می توان از روش اتصال ذوبی[4] استفاده کرد که دارای تلفات و بازتاب پایین است و در تقویت کننده ها، اتصال مطمئن، اختلال و پارازیت[5] پایین و بهره بالا ایجاد می کند.]3[

بسیاری از یون های مختلف کمیاب خاکی از قبیل اربیوم، نئودمیوم و ایتریبیوم می توانند برای لیزرهای فیبری با توانایی عملکرد روی یکبازه وسیع طول موجی از 4/0 تا 4 میکرومتر استفاده شوند. اولین لیزرهای فیبری در سال 1961 با بهره گرفتن از فیبر با ناخالصی نئودمیوم[6]با قطر هسته 300 میکرومتر روی کار آمد. چندی پس از آنکه فیبرها در دسترس قرار گرفتند، در سال 1973 فیبرهای سیلیکای کم تلفات برای استفاده در پمپ های دیودی لیزرمورد استفاده قرار گرفتند.]2[

لیزرهای فیبری تا سال های1980 کاملا گسترش یافتند و سایر ناخالصی ها از قبیل هولمیوم، ساماریوم و تالیوم نیز مورد استفاده قرار گرفتند.]2[

در حقیقت استفاده از فیبرهای سیلیکا در طی سال های 1970، زمانی در مخابرات کاربردی شد که تلفات فیبر به اندازه قابل قبولی کاهش یافت. با ظهور تقویت کننده های نوری در دهه 1990، فواصل انتقال سیگنال ها با جبران تلفات تجمع یافته به صورت دوره ای تا چندین هزار کیلومتر افزایش یافت.]3[

تقویت کننده های با ناخالصی اربیوم[7] توجه زیادی را به خاطر ناحیه عملکرد طول موجی حدود 1.55 میکرومتر(ناحیه طول موجی مناسب برای مخابرات نوری) به خود جلب کرد.

شاخه اپتیک غیرخطی فیبرنوری نیز در طول سال های 1990 رشد کرد.]1[

در سال 1922 پراکندگی رامان که از آثار غیر خطی است توسط رامان[8]و همکارانش کشف شد و در سال 1930 مورد آزمایش قرار گرفت.

پراکندگی القایی رامان در فیبرهای رامان بسیار مفید است و باعث تولید طول موج های مختلف برای کاربردهای پزشکی و مخابرات نوری می شود.]18[

لیزرهای فیبری رامان با توجه به اولین توصیف کلاسیک آن به صورت تجربی با توان و بازده بالا به طور موفقیت آمیزی ساخته شد. ]19[

وارد نمودن ناخالصی هایی از قبیل فسفر و ژرمانیم (به صورت GeO2 وP2O5) در قسمتی از فیبر، باعث ایجاد اثرات غیرخطی مانند پراکندگی القایی رامان می شود و به جابجایی و تغییر طول موج پمپ به طول موج بلندتری می انجامد و نیز باعث گستردگی جابجایی فرکانسی و ایجاد بهره رامان بزرگ تر می شود .]18[ و ]19[

توسعه لیزرهای رامان در طول دهه 1990 صورت گرفت. با ظهور صفحات براگ فیبری، تعویض آینه های کاواکی با این صفحات امکان پذیر شد. ]1[

به خاطر کاربردهای صفحات براگ در مخابرات نوری، تکنیک هولوگرافی برای تولید این صفحات در ناحیه طول موجی 55/1 میکرومتر به سرعت روی کارآمد. در اوایل سال های 1990 کارهای قابل توجهی برای فهم مکانیزم فیزیکی خاصیت حساس به نور فیبرها انجام شد که باعث پیشرفت تکنیک هایی برای ایجاد تغییرات بزرگ در ضریب شکست شد. حوالی سال 1995 صفحات فیبری به صورت تجاری در دسترس قرار گرفتند و حوالی سال 1997 تبدیل به یک مولفه استاندارد تکنولوژی موج نوری شدند. ]2[

این تکنولوژی در دهه1990 طوری پیشرفت کرد که جزء اصلی لیزرهای فیبری شد. ]3[

بنابراین لیزرهای فیبری آبشاری رامان برای بسیاری کاربردهای مستقیم و غیر مستقیم از قبیل پمپ تقویت کننده های فیبری رامان و سایر لیزرهای فیبری بسیار سودمندند. ]19[

از طرفی استفاده از روش های عددی حل معادلات دیفرانسیل مربوط به توان لیزرهای فیبری آبشاری رامان نیز توسعه یافت و حل تحلیلی این معادلات با بهره گرفتن از تقریب های خاصی صورت گرفت.

روش های حل عددی موجود برای حل دستگاه معادلات به کار گرفته شد و روش های نوین حل عددی نیز ابداع شدند. از جمله این روش ها می توان به روش طیفی اشاره کرد که نسبت به روش های تفاضل محدود و المان محدود برتری دارد. چراکه خطای گسسته سازی کمی تولید می کند، دارای دقت بالا بوده و الگوریتم های عددی مورد استفاده در این روش برای انجام تبدیلات (مانند تبدیل سریع فوریه) در قالب کتابخانه های عددی در نرم افزار متلب قابل استفاده می باشد.]22[

از طرف دیگر روش های طیفی از نظر هندسه مساله، انعطاف پذیری پایین تری نسبت به سایر روش ها دارند و معمولا کاربرد آن ها پیچیده است. به علاوه بیان طیفی جواب در مسائلی که شامل ناپیوستگی در تابع و یا مشتق تابع هستند، مشکل است.]22[

به همین منظور در این بررسی علاوه بر استفاده از روش طیفی از روش تحلیلی حل معادلات دیفرانسیل مربوطه (روش تقریب اولیه) و از روش حل گر عددیode45 نیز استفاده می کنیم.

در پایان این روش ها را با ارائه نمودار با یکدیگر مقایسه می نماییم.

به این ترتیب خلاصه فصول این بررسی به قرار زیر است:

در فصل اول به کلیاتی در مورد فیبرها، نحوه تولید و ساخت، خواص نوری آن ها و برخی آثار غیرخطی که هنگام انتشار موج نوری در آن ها پدید می آید می پردازیم.

فهرست مطالب:

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- بیان مسئله تحقیق……………………………………………………………………………………………. 2

1-2- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق…………………………………………………………………………. 4

1-3- اهداف تحقیق………………………………………………………………………………………………… 5

1-4 سوالات تحقیق………………………………………………………………………………………………… 5

5-1- فرضیه های تحقیق………………………………………………………………………………………….. 6

1-6- روشها و فنون اجرایی تحقیق…………………………………………………………………………….. 6

1-7- ادبیات یا پیشینه تحقیق…………………………………………………………………………………….. 7

1-8- منابع مورد استفاده…………………………………………………………………………………………… 7

فصل دوم: ادبیات موضوع و پیشینه تحقیق

مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………… 9

2-1- تقسیم بندی انواع منابع انرژی…………………………………………………………………………… 10

2-2- سوختهای زیستی (BIO-FUELS) و مزایای استفاده از آن …………………………………… 11

2-3- وضعیت تولید سوختهای زیستی در ایران ……………………………………………………………. 13

2-4-  پروسه تولید مورد استفاده در این طرح………………………………………………………………. 15

2-4-1- تولید اتانول از Biomass…………………………………………………………………………… 16         

2-4-2- تولید اتانول از باگاس………………………………………………………………………………….. 17

2-5- خواص اتانول……………………………………………………………………………………………….. 18

2-6- انواع اتانول (الكل اتیلیك)……………………………………………………………………………….. 18

2-7- كاربرد اتانول (الكل اتیلیك)……………………………………………………………………………… 19

2-8- روند تغییرات تولید اتانول در دنیا………………………………………………………………………. 20

2-9- كالای جایگزین…………………………………………………………………………………………….. 21         

2-10- اتانول به عنوان سوخت………………………………………………………………………………….. 21

2-11- مزایای زیست محیطی اتانول…………………………………………………………………………… 23

2-12- محصولات جنبی ناشی از تولید اتانول……………………………………………………………….. 24

2-13- مزایای افزودن 10% اتانول به بنزین…………………………………………………………………… 25

2-14- مزایای مهم اتانول در مقایسه با MTBE…………………………………………………………… 26

2-15- بازار جهانی اتانول ………………………………………………………………………………………. 26

2-16- تولیدكنندگان عمده اتانول ……………………………………………………………………………… 28

2-17- جایگزینی اتانول با MTBE در بنزین……………………………………………………………… 29

2-18- بررسی ظرفیت تولید اتانول در كشور………………………………………………………………… 32

2-19- بررسی میزان واردات اتانول به كشور………………………………………………………………… 34

2-20- معرفی مكان پروژه (كشت و صنعت هفت تپه خوزستان)………………………………………. 34

2-21- ویژگیهای استان خوزستان………………………………………………………………………………. 35

2-21-1- آبهای خوزستان……………………………………………………………………………………….. 35

2-21-2- آب و هوا………………………………………………………………………………………………. 35

2-21-3 – وضعیت بارندگی…………………………………………………………………………………….. 35

2-21-4 مدت روشنایی و انرژی خورشیدی…………………………………………………………………. 35

2-22- گیاه نیشكر…………………………………………………………………………………………………. 36

2-23- وضعیت تولید نیشكر در ایران…………………………………………………………………………. 36         

2-24- مزیت‌های نسبی هفت تپه خوزستان………………………………………………………………….. 37

2-25- كشت و صنعت هفت تپه خوزستان………………………………………………………………….. 38

2-25-1 تاریخچه تأسیس كارخانه……………………………………………………………………………… 38

2-25-2- كشت و برداشت نیشكر در هفت تپه…………………………………………………………….. 39

2-25-3-تولید نیشكر در كارخانه………………………………………………………………………………. 40

2-25-4- فرآورده‌های جانبی تولید شكر…………………………………………………………………….. 41         

فصل سوم: مبانی نظری و متدولوژی تحقیق

مقدمه………………………………………………………………………………………………………………….. 44

3-1- مبانی نظری نحوه سنجش هزینه های اجتماعی………………………………………………………. 45

3-2- مروری بر مطالعات انجام شده ومبانی تئوریک……………………………………………………… 45

3-3- مروری بر روش های ارزشگذاری بر محیط زیست……………………………………………….. 46

3-3-1- روش هزینه فرصت از دست رفته(Opportunity Cost Approach)…………….. 46

3-3-2- روش واکنش – دز (Dose-Response Approach)………………………………….. 47

3-3-3- روش هزینه جایگزینی (Replacement Cost)…………………………………………….. 47

3-3-4- روش مخارج پیشگیری یا رفتار تعدیلی………………………………………………………….. 47

3-3-5- تقاضای انتسابی (Ascribe Demand)……………………………………………………….. 47

3-3-6- روش هزینه سفر (Teravel Cost Method)………………………………………………. 48

3-3-7- روش هزینه بیماری …………………………………………………………………………………… 48

3-3-8- روش قیمت گذاری لذت گرایی (Hedonic Pricing Method)……………………… 49

3-3-9- روش رفراندوم (Referendum Method)…………………………………………………. 51

3-3-10- روش ارزش گذاری مشروط (Contingent Valuation Method)………………. 51

3-3-11- روش VSL (Value Of Statistical life)……………………………………………… 51

3-3-12- دیه………………………………………………………………………………………………………. 52

3-3-13- روش درآمد…………………………………………………………………………………………… 52

3-3-14- روش بیمه……………………………………………………………………………………………… 53

3-3-15- پولی کردن اثرات خارجی منفی و مثبت ……………………………………………………….. 53

 

 

3-4- حرکت به سمت تخصیص بهینه اجتماعی وترغیب بکارگیری انرژی های پایدار……………. 54

3-5- توسعه پایدار………………………………………………………………………………………………… 56

3-6- اندیشه توسعه پایدار………………………………………………………………………………………. 58

3-7- مفهوم پایداری…………………………………………………………………………………………….. 59

3-8- موانع تحقق پایداری ……………………………………………………………………………………… 60

3-9- اهداف کارکردی توسعه پایدار………………………………………………………………………….. 61

3-10- الزامات توسعه پایدار……………………………………………………………………………………. 61

3-11- تحلیل های موجود در مورد توسعه پایدار …………………………………………………………. 62

3-12- پروتکل کیوتو…………………………………………………………………………………………….. 63

3-13- استفاده از MTBE در بنزین و اثرات زیست محیطی آن……………………………………… 64

3-14- بررسی میزان آلاینده ها و هزینه های اجتماعی آنها………………………………………………. 64

3-14-1- تأثیرات MTBE بر سلامت انسان………………………………………………………………. 65

3-14-2- ورود MTBE به منابع آب………………………………………………………………………. 65

3-14-3- سرنوشت MTBE در منابع آب…………………………………………………………………. 65

3-14-4- ورود MTBE به خاک……………………………………………………………………………. 66

3-15- روش های ارزیابی طرحهای سرمایه گذاری………………………………………………………….. 66

3-15-1- روش ارزش فعلی خالص…………………………………………………………………………. 66

3-15-2- روش نرخ بازده داخلی IRR…………………………………………………………………….. 67

3-15-3- روش نسبت منافع به هزینه ها…………………………………………………………………….. 68

3-15-4- روش شاخص سودآوری…………………………………………………………………………… 68

فصل چهارم: برآورد الگو و  تحلیل فرضیه

مقدمه…………………………………………………………………………………………………………… 70

4-1- تحلیل جایگاه صنعت در سیاست های کلان اقتصادی کشور…………………………………….. 71

4-2- برآورد سرمایه گذاری مورد نیاز طرح…………………………………………………………………. 72

4-2-1- برآورد سرمایه ثابت……………………………………………………………………………………. 73

4-2-1-1- زمین و ساختمان سازی……………………………………………………………………………. 73

4-2-1-2- تاسیسات و تجهیزات جانبی……………………………………………………………………… 74

4-2-1-3- تجهیزات اصلی پروسه تولید……………………………………………………………………… 75

4-2-1-4- هزینه وسائل اداری…………………………………………………………………………………. 75

4-2-1-5- هزینه وسائل نقلیه عمومی…………………………………………………………………………. 76

4-2-1-6- دانش فنی و مدیریت پروژه………………………………………………………………………. 76

4-2-1-7- هزینه های قبل از بهره برداری…………………………………………………………………… 76

4-2-2- برآورد هزینه های تولید……………………………………………………………………………….. 77

4-2-2-1- هزینه حقوق و دستمزد پرسنل…………………………………………………………………… 77

4-2-2-2- مواد اولیه……………………………………………………………………………………………… 78

4-2-2-3- هزینه تعمیر و نگهداری……………………………………………………………………………. 79

4-2-2-4- هزینه های سالانه انرژی……………………………………………………………………………. 79

4-2-2-5- سایر هزینه ها………………………………………………………………………………………… 79

4-2-2-6- هزینه بیمه…………………………………………………………………………………………….. 79

4-2-2-7- هزینه استهلاک………………………………………………………………………………………. 80

4-2-3- قیمت فروش……………………………………………………………………………………………. 80

4-2-4- محاسبه سرمایه در گردش…………………………………………………………………………….. 81

4-2-5- برآورد کل سرمایه گذاری طرح……………………………………………………………………… 81

4-3- خروجی های نرم افزار کامفار و تفسیر آنها………………………………………………………….. 82

4-4- آنالیز حساسیت…………………………………………………………………………………………….. 82

4-5- نسبت سود خالص به کل فروش……………………………………………………………………….. 84

4 -6- ارزش حال خالص (NPV) به کل حجم سرمایه گذاری………………………………………… 85

4 –7- صورت خلاصه طرح با مالیات………………………………………………………………………… 86

4-8- حساسیت IRR نسبت به تغییر نرخ تنزیل…………………………………………………………… 89

4-9-  مقایسه اقتصادی استفاده از MTBE واتانول در بنزین………………………………………….. 105

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………. 108

5-1- بررسی استراتژیکی جایگزینی MTBE با بیواتانول………………………………………………. 110

5-2- نتایج حاصل از تحقیق……………………………………………………………………………………. 111

5-3- پیشنهادات …………………………………………………………………………………………………. 113

5-3-1- پیشنهادهای حاصل تحقیق…………………………………………………………………………… 113

5-3-2- پیشنهاد برای مطالعات آتی………………………………………………………………………….. 114

پیوستها وضمائم…………………………………………………………………………………………………… 115

منابع ومآخذ……………………………………………………………………………………………………….. 120

چکیده ا نگلیسی………………………………………………………………………………………………….. 123

چکیده:

یکی از مهمترین مسائلی که به طور روزمره کلیه کشورهای جهان با آن سروکار دارند ،مسئله تامین انرژی می باشد.کاهش ذخایر منابع فسیلی و افزایش قیمت نفت و فرآورده های آن از یک سو ولزوم توجه به کاهش آلودگی های زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی از سوی دیگر ،کشورهای جهان را ترغیب به استفاده از انرژیهای تجدید شونده وپاک نموده است.از جمله منابع تجدیدشونده که امروزه مورد توجه بسیاری از کشورهای اروپایی وآمریکایی قرار گرفته است،سوخت های زیستی (Biofuels)می باشند.یکی از مهمترین انواع سوخت های زیستی ،بیواتانول (Bioethanol) می باشد که از ضایعات محصولات کشاورزی همچون نیشکر ،گندم ،ذرت و چغندر قند تولید می گردد.

در تحقیق حاضر بعد از معرفی وبیان ویژگیهای سوخت های زیستی وبویژه بیواتانول به ارزیابی اقتصادی تولید بیواتانول با بهره گرفتن از ضایعات نیشکر کشت وصنعت هفت تپه خوزستان که یکی از تولید کنندگان عمده شکر در کشور می باشد ،پرداخته شده است .نرم افزار مورد استفاده در این تحقیق ،نرم افزار (COMFAR) می باشد که از جمله مهمترین نرم افزار های مورد استفاده شرکتهای مشاور سرمایه گذاری برای امکان سنجی (Feasibility Study) طرح ها می باشد.

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- بیان مسئله تحقیق

استفاده روز افزون از سوخت های فسیلی افزایش قیمت محصولات نفتی و کاهش ذخایر موجود سبب گسترش تحقیقات در زمینه منابع جدید و تجدید پذیر انرژی و تلاش در جهت کاهش تکیه بر سوخت های فسیلی از جمله نفت و محصولات نفتی شده است .

از جمله منابع تجدید پذیر انرژی که میتواند جایگزینی برای سوخت های فسیلی شود و امروزه بسیار مورد توجه کشورهای اروپایی و آمریکایی قرار گرفته است “سوخت های زیستی” می­باشند که خود به چند گروه از جمله “بیواتانول” تقسیم می شوند .

بیواتانول یکی از انواع الکلها با فرمول  C2H5OH می باشد که به آن نامهای گوناگونی نظیر الکل اتیلیک ،الکل غلات و… نسبت داده میشود . اتانول دومین عنصر از سری الکلهای آلیفاتیک است که کاملا در آب و حلالهای آلی حل میشود و بسیار آبدوست میباشد . اتانول مایعی بیرنگ با بویی مطبوع میباشد و اغلب اتانولی که در صنعت از آن استفاده میشود الکل 95% یا الکل 95 درجه گویند که 95% آن الکل و 5% آن آب است و از نظر شیمیایی از نقطه انجمادی برابر 115- درجه سلسیوس و نقطه جوشی معادل 78 درجه سلسیوس و وزن مخصوصی برابر79. 0 g/ml در 20 درجه سلسیوس برخوردار است. بیواتانول از تبخیر مؤلفه های قندی بیوماس به وجود می ­آید و امروزه بیشتر از محصولات نشاسته ای و قندی تهیه میشود . با پیشرفته شدن فناوری از بیوماس سلولزی مانند درختان و سبزه ها نیز برای تهیه اتانول استفاده میشود .مواد اولیه ای که برای تولید بیواتانول مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از :

– ضایعات کشاورزی از قبیل پسمانده مواد و محصولات مانند ساقه ها ، برگها وسبوس غلات .

– ضایعات جنگلی مانند بریده ها و خاک اره های نجاری ، درختان مرده و شاخه های درختان .

– ضایعات جامد شهری شامل زباله های خانگی و محصولات کاغذی .

– ضایعات صنعتی مانند فرآورده های کاغذ سازی و مایع سیاه .

– مواد انرژی زا مثل درختان بارشد سریع و علف هایی که به طور مشخص برای این کار تولید میشوند .

بیواتانول سوختی است که از ضایعات محصولات کشاورزی (منابع تجدید پذیر ) توسط فرایند تخمیری تولید میگردد . از جمله این محصولات کشاورزی میتوان به نیشکر گندم جو برنج چغندر قند ذرت و … اشاره نمود. اتانول در صنایع سوختی غذایی دارویی آرایشی و بهداشتی کاربرد دارد اما استفاده از آن به عنوان سوخت کامل یا ترکیبی با بنزین به سرعت در حال افزایش است. کشورهای اروپایی در نظر دارند 10% سوخت مصرفی در بخش حمل و نقل جاده ای خود را از سوخت های زیستی تامین کنند . سایر کشور های دنیا از جمله برزیل آفریقای جنوبی چین و هند فعالیت های زیادی را برای جایگزینی سوخت های زیستی به جای سوخت های فسیلی آغاز کرده اند.

قابل ذکر است امروزه اتانول به روش های زیر در بنزین به کار می رود :

1– دوبار فرموله کردن بنزین

2– مخلوط نمودن اتانول با بنزین با در صدهای مختلف

3– اکسیژنه نمودن بنزین جهت کنترل مونوکسید کربن

از سویی سالیانه میلیونها تن ضایعات کشاورزی در کشور تولید میشود که قسمت عمده آن معدوم میگردد . بنابراین در صورتی که بتوان با روشی این ضایعات را به ماده ای سوختی تبدیل نمود صرفه های اقتصادی فراوانی برای کشور دارد . همچنین در صورتی که قیمت تمام شده محاسبه شده اتانول داخلی با منبع اولیه نیشکر پایین تر از قیمت کشور های اروپایی که مصرف کننده عمده این ماده هستند باشد میتوان برای صادرات این ماده نیز آینده ای در نظر گرفت .

در تحقیق حاضر تلاش می گردد ضمن معرفی اجمالی روش تولید بیواتانول از ضایعات کشاورزی (منبع اولیه باگاس نیشکر) به مطالعه موردی ضایعات کشت وصنعت هفت تپه خوزستان جهت تخمین میزان تولید بیواتانول دراین واحد و مباحث مربوط به هزینه – فایده آن بپردازیم .

در بخش دیگر این تحقیق به بررسی صرفه های اقتصادی ناشی از جایگزینی بیواتانول تولیدی با (درجه خلوص99.5%)MTBE  موجود در بنزین تولید داخل میپردازیم. شرکت کشت وصنعت نیشکرهفت تپه خوزستان وکارخانه نیشکرهفت تپه ،درسال1339تاسیس شده است وامروز زیر مجموعه وزارت جهاد کشاورزی است.این شرکت تاکنون توانسته نقش بسیاربالایی درتولید شکرایران ایفا نماید.کارخانه با ظرفیتی بیش از صد هزار تن در سال ،  10در صد شکر مورد نیاز کشور را تولید میکند . کشت و صنعت هفت تپه 13000 هکتار زمین زیر کشت و زمینهای بسیار زیاد کشت نشده دارد . در این مساحت ، سالانه بین 100 تا 120 تن در هکتار نیشکر برداشت می شود. در کارخانه نیشکرهفت تپه علاوه بر شکر سفید فراورده های دیگری به دست می آید که عبارتند از:                                                                         1– باگاس با تفاله نیشکر: باقیمانده ساقه نیشکر پس از آن که عصاره آن گرفته شد به نام باگاس معروف است که از آن به منظور تولید کاغذ فیبر و تخته استفاده میگردد . باگاس به عنوان یکی از عوامل آلوده کننده محیط زیست شناخته شده است و حاوی مواد لیگنوسلولزی بوده که این ترکیبات جزء ترکیبات  پلی ساکارید و غیر قابل تجزیه توسط باکتری ها می­باشند. با بهره گرفتن از روش مشروح در این تحقیق امکان تولید اتانول از  ضایعات مجتمع های تولید نیشکر وجود دارد که این روش به صورت گسترده در برزیل آمریکا و کانادا جهت تولید اتانول جایگزین سوخت کاربرد دارد .

2- ملاس: به باقیمانده شربت غلیظ پس از پخت های متعدد نیشکر که دارای مواد قندی است و امکان خارج نمودن آن به صورت کریستال شکر نمیرود ملاس گفته میشود . ملاس نیشکر به دلیل داشتن ترکیبات معدنی بیش از اندازه از لحاظ تولید کنند گان اتانول غیر صنعتی مطلوب نمی ­باشد. لذا یکی از کاربردهای ملاس نیشکر تولید اتانول صنعتی برای جایگزینی در سوخت است .

سعی میشود این  طرح کاملا  با کاربرد علمی و صنعتی برای هر دو گروه پژوهشگران در انرژی های تجدید پذیر و سرمایه گذاران در ایده های نو جهت استفاده ارائه گردد.

2-1- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق

با توجه به پایان پذیری انرژی های فسیلی و افزایش روزافزون قیمت آن وآلودگی های زیست محیطی و پایین آمدن ظرفیت تولید این نوع سوخت ها در ایران و حتی در جهان جستجوی منابع جایگزین به لحاظ اقتصادی مهم میباشد.پیل های سوخت هیدروژن و سوخت های بیواتانول ، از گزینه های جایگزینی برای بنزین میباشد که هیچ یک از این دو مورد برای محیط زیست در مقایسه با بنزین مشکلی ایجاد نمیکنند.تکنولوژی پیل سوخت هیدروژن بسیار گران است و برای بهره گیری انبوه نیاز به تحقیقات بسیاری دارد . ولی بیو اتانول ماده ارزان قیمت تر است و میتوان آنرا از ضایعات و پسماندها تهیه کرد .

با توجه به مواد اولیه قابل دسترس، کشورهای مختلف از مواد متفاوتی برای این کار استفاده میکنند به طور مثال در برزیل از نیشکر و در آمریکا از ذرت و در سوئد و کانادا از ضایعات چوب و در ایتالیا از ضایعات فرایند تولید نوشیدنی ها و در ایران از ملاس چغندر و نیشکر نیز یاد می­ شود. البته از  اتانول به عنوان جایگزینی برای ماده  MTBE استفاده می­ کنند.

ماده MTBEبرای افزایش عدد اکتان بنزین ، بهبود احتراق و بهبود خاصیت ضد تقه آن مورد استفاده قرار می­گیرد. این ماده اکسید کننده ­ای است که اکسیژن داخل بنزین را بین 2 تا 7. 2 درصد تنظیم میکند و آرام سوزی بنزین را افزایش می­دهد . همچنین باعث کاهش مواد آروماتیکی که نوعی مواد مضر هستند می­ شود. البته چند سالی است که گزارشهای مختلفی در مورد آلودگی آبهای زیر زمینی، هوا و خاک به وسیله این ماده آلی منتشر شده است .

در اروپا از ابتدای سال 2006 میلادی اضافه کردن 2 % بیواتانول به بنزین مصرفی در  جایگاه های سوخت اجباری شده است. حذف MTBE و جایگزینی بیواتانول در اکثر ایالات آمریکا اجرایی شده است . در ایران بالغ بر 40 کارخانه تولید کننده الکل وجود دارد که با مشکلات زیادی روبرو هستند و اغلب دچار فرسودگی تجهیزات اند و همگی برای تولید الکل ، از ملاس استفاده می­ کنند. در حال حاضر بزرگترین کارخانه در ایران سالانه 33 میلیون لیتر الکل بیواتانول تولید میکند جایگزینی حتی 5% از بنزین توسط اتانول (یا حداقل ترکیبی از بنزین و اتانول) در موتورهای فعلی اتومبیل ها، نه تنها مشکلی ایجاد  نمی­ کند بلکه باعث کاهش 12.7 درصدی واردات بنزین خواهد شد .

میدانیم که بیواتانول یک جایگزین تجدید پذیر برای سوخت های فسیلی است.بنابراین تحقیق در زمینه این نوع صنعت با در نظر گرفتن حجم بالای ضایعات کشاورزی در ایران (نهاده اولیه) و بررسی صرفه های اقتصادی ناشی از آن امری حیاتی بشمار می رود وبا  مطالعه موردی کشت  و صنعت هفت تپه می توان این روش را به سایر نقاط و واحدهای عمده کشاورزی در ایران بسط داد.

3-1- اهداف تحقیق

1- معرفی سوخت های زیستی (BIO FUELS)

2- معرفی صنعت تولید بیواتانول.

1.1 تاریخچه­ی معادلات انتگرال……………….. 2

2.1 دسته بندی معادلات انتگرال………………. 4

1.2.1 معادلات انتگرال فردهلم…………….. 4

2.2.1 معادلات انتگرال ولترا……………… 4

3.1 عملگرها……………………………… 5

4.1 معادلات انتگرال خطی……………………. 5

1.4.1 معادلات انتگرال خطی منفرد………….. 5

5.1 معادلات انتگرال غیر خطی………………… 6

1.5.1 معادلات انتگرال فردهلم غیر خطی……… 6

2.5.1 معادلات انتگرال ولترای غیر خطی……… 7

6.1 معادلات انتگرو – دیفرانسیل……………… 7

7.1 گسسته سازی انتگرال با رویه کوادراتور……. 8

فصل 2 تقریب و درونیایی……………………. 9

1.2 مساله­ی درونیایی………………………. 10

1.1.2 درونیایی لاگرانژ………………….. 12

2.2 کوادراتورهای عددی…………………….. 13

1.2.2 چند کوادراتور عددی……………….. 15

3.2 دستور استفاده شده…………………….. 19

فصل 3 روش گام­های متغیر……………………. 23

فصل 4 روش بلوکی………………………….. 30

فصل 5 حل معادلات انتگرال ولترای خطی به روش بلوکی 36

1.5 روش حل ……………………………… 37

2.5 مثال­های عددی…………………………. 41

 

فصل 6 حل عددی معادلات انتگرال ولترای خطی به روش کوادراتور با گام­های متغیر……………………………………………. 45

1.6 روش کوادراتور ذوزنقه­ی تکراری با گام­های متغیر… 47

2.6 روش کوادراتور سیمپسون تکراری با گامهای متغیر… 48

3.6 روش بلوکی با گام­های متغیر……………… 50

 

فصل 7 نتایج و مثال­های عددی………………… 53

1.7 مثال­ها و نتایج……………………….. 54

2.7 نتیجه گیری…………………………… 60

آ حل تحلیلی معادالت انتگرال ولترا به روش تقریب سری نیومن     61

ب کاربردهای معادلات انتگرال………………… 62

 

فهرست جداول

1.7 جواب معادله­ 1.7 با روش کوادراتور ذوزنقه­ای تکراری (T) و روش کوادراتور ذوزنقه­ای تکراری با گام متغیر (VT) و گره­های (N) 55

2.7 جواب معادله­ 1.7 با روش کوادراتور سیمپسون تکراری (S) 57

3.7 جواب معادله­ 1.7 با روش کوادراتور سیمپسون تکراری با گام متغیر (VS)……………………………………. 58

4.7 جواب معادله­ 1.7 با روش بلوکی (B) و روش بلوکی با گام متغیر (VB)……………………………………….. 59

 

چکیده                                                                

یافتن جواب تحلیلی برای معادلات انتگرال جز در موارد خاص، مشکل یا عملاً غیر ممکن است؛ به همین علت حل عددی این معادلات حائز اهمیت است. در روش­های کوادراتور معمولی برای حل معادلات انتگرال، لازه انتگرال گری (a,b) به  زیربازه مساوی با طول گام   افراز می­ شود. دراین پژوهش قصد داریم بازه انتگرال گیی را به  زیر بازه با گامهای متغیر تقسیم نموده که تقریب بهتری در جهت حل معادلات انتگرال خطی ولترا نسبت به کوادراتور معمولی به دست می­دهد. همچنین یکی دیگر از روش­های عددی در حل معادلات انتگرال ولترا روش بلوکی است. این روش در اصل یک فرایند برونیایی است که نیاز به مقدار شروع ندارد. بعلاوه این روش دارای امتیازاتی چون سادگی کاربرد، محاسبه­ی چندین مقدار مجهول به طور همزمان و کارایی برای بازه­های بزرگتر از یک رانیز دارد می­باشد. دراین پایان نامه، یک روش کلی برای تشکیل دستگاه­های بلوکی در حل معادلات انتگرال ولترا بیان شده و بعضی حالات خاص، خصوصاً روش بلوکی لینز در حل معادلات انتگرال ولترا نتیجه خواهد شد.

مقدمه

1 .1 تاریخچه‌ معادلات انتگرال

معادلات انتگرال یکی از مهمترین شاخه­های ریاضی کاربردی است، که به‌واسطه‌ی تبدیل مسائل معادلات دیفرانسیل با مقادیر مرزی و اولیه به این معادلات ، اهمیت بسیاری دارند. بویس ریموند[1] اولین کسی بود که نام معادلات انتگرال را بروی این دسته از معادلات قرارداد [1] ، ولی در عمل لاپلاس[2] اولین کسی بود که در سال 1782 ، برای حل معادلات دیفرانسیل ، معادله‌ی انتگرال

را مطرح نمود[1] . به دنبال آن، فوریه [3] در سال 1811، برای حل مسائل حرارت، آبل[4] در سال 1823، در حل مسائل مکانیکی ، پواسون [5] در سال 1826، در تئوری مغناطیس و لیوویل [6] در سال 1823، در حل برخی معادلات دیفرانسیل، از معادلات انتگرال استفاده کردند . نیومن[7] در سال 18701، مساله دیریکله (تعیین تابع f روی سطح S که درمعادله ی لاپلاس صدق کند) ، را تبدیل به یک معادله انتگرال نمود و نیز پوانکاره [8] در سال 1895 ، در بهبود حل معادلات انتگرال بسیار تاثیر گذار بود وی معادله انتگرال

را که متناظر با معادله ی دیفرانسیل با مشتقات جزئی

که منسوب به معادله ی حرکت موج می باشد ، مورد بررسی قرار داد ولترا در سال 1896، برای اولین بار نظریه ی عمومی معادلات انتگرال را ارائه نمود[1].

در سال 1900 ، ریاضی دان سوئدی به نام فردهلم یک دسته بندی کلی از معادلات انتگرال خطی به فرم

(1. 1)

را ارائه نمود که شامل دسته بندی خاص از معادلات ولترا نیز بودند. در  ادامه هیلبرت به تحقیق در مورد معاملات انتگرال پرداخت و برای حل این معادلات، فضای هیلبرت را تعریف نمود[1].

یکی از کارهای مهم ایشان ، فرموله کردن مسائل معادلات دیفرانسیل معمولی و جزئی با شرایط مرزی و اولیه به صورت یک معادله انتگرال بود و به این ترتیب حرکتی نو در حل این گونه معادلات به وجود آمد. به علاوه اصطلاح نوع اول و دوم که امروزه در معادلات انتگرال به کار می رود، اولین بار توسط هیلبرت پیشنهاد داده شد.

بسیاری از مسائل مهم ریاضیات و فیزیک به معادلات انتگرال منتهی می شوند سیستم های دینامیکی هم چون معادلات دیفرانسیل، معادلات انتگرال ، کنترل بهینه و غیره  در تمامی زمینه های علوم مهندسی، مدل سازی  و پیش بینی مانند تئوری های آنالیز تابعی و فرایندهای تصادفی به کار می روند. نظر به اینکه حل تحلیلی رده هایی از معادلات انتگرال، به علت پیچیدگی و صرف وقت و هزینه، مقدور نیست یا حل آنها به آسانی امکان پذیر نیست لذا از رویکردهای

مقدمه………………………………………… 2

1-1 دولت و رشد اقتصادی………………………………………… 2

1-2 ضرورت انجام مطالعه……………………………………….. 3

1-3 هدف مطالعه……………………………………….. 4

1-4 ضرورت دخالت دولت در اقتصاد……………………………………….. 4

1-5 وظایف کلی دولت………………………………………… 5

1-6 کلیاتی در مورد سیاست اقتصادی………………………………………… 6

1-6-1 اهداف سیاست اقتصادی………………………………………… 6

1-6-2 تقسیم ­بندی اهداف سیاست اقتصادی………………………………………… 7

1-7 تعریف نااطمینانی و بی­ثباتی اقتصادی………………………………………… 8

1-7-1 نااطمینانی سیاست­های اقتصادی………………………………………… 8

فصل دوم : مروری بر مبانی نظری

مقدمه………………………………………..10

2-1نظریات مکاتب اقتصادی در مورد نقش دولت در اقتصاد………………………. 12

2-1-1 مکتب کلاسیک…………………………………………. 12

2-1-2 مکتب کینزی………………………………………… 12

2-1-3 مکتب پولیون……………………………………….. 13

2-1-4 مکتب کلاسیک­های جدید……………………………………….. 14

2-1-5 مکتب کینزین­های جدید………………………………………14

2-2 مبانی نظری رشد اقتصادی………………………………………… 16

2-2-1 الگوی هارود……………………………………….. 16

الف- معادلۀ هارود به عنوان یک امر بدیهی…………………………………… 17

ب – معادله هارود به عنوان راه رشد تعادلی……………………………………. 18

2-2-2 الگوی دومار ……………………………………….18

2-2-3 الگوی رشد نئوکلاسیک…………………………………………. 19

2-2-4 تئوری­های رشد درونزا ……………………………………….23

الف- مدل رشدAK…………………………………………

ب- مدل­هاى درونزاى مبتنى بر تحقیق و توسعه………………………….. 26

فصل سوم : مروری بر مبانی تجربی

مقدمه……………………………………….. 29

3-1 مطالعات خارجی………………………………………… 30

3-2مطالعات مربوط به ایران……………………………………….. 42

فصل چهارم : ساخت شاخص نااطمینانی سیاست­های دولت

مقدمه……………………………………….. 48

4-1مراحل ساخت شاخص نااطمینانی سیاست­های دولت……………… 49

4-1-1 آزمون LM-TEST…………………………………………

4-1-2 برآورد الگوی ARCH وGARCH…………………………………………

4-1-3 تعیین ضریب اهمیت هر متغیر……………………………………….. 53

4-1-4 رتبه ­بندی سری زمانی نوسانات متغیرها…………………………… 55

4-1-5 ترکیب سری زمانی واریانس­ها و ساخت شاخص…………………… 55

فصل پنجم : تصریح و برآورد مدل رشد

مقدمه……………………………………….. 58

5-1 تصریح مدل رشد اقتصادی………………………………………… 59

5-2 متغیرهای مدل رشد اقتصادی………………………………………… 63

5-2-1 نسبت سرمایه ­گذاری خصوصی به تولید ناخالص داخلی………… 63

5-2-2 نسبت سرمایه ­گذاری دولتی به تولید ناخالص داخلی…………….. 64

5-2-3 متوسط سطح تحصیلات نیروی کار…………………………………. 66

5-2-4 نرخ رشد صادرات نفت و گاز………………………………………. 67

5-2-5 نااطمینانی سیاست­های اقتصادی دولت……………………………. 68

5-3 بررسی پایایی متغیرها………………………………………. 68

5-4 برآورد ضرایب تابع رشد اقتصادی………………………………………… 71

 

 

5-5 برآورد ضرایب تابع پویای کوتاه­مدت رشد اقتصادی…………………….. 73

5-6 نتیجه ­گیری و تفسیر ضرایب………………………………………… 76

5-6-1 نسبت سرمایه ­گذاری خصوصی به تولید ناخالص داخلی……………. 76

5-6-2 نسبت سرمایه ­گذاری دولتی به تولید ناخالص داخلی……………….. 76

5-6-3 سرمایه انسانی………………………………………… 76

5-6-4 نرخ رشد صادرات نفت و گاز………………………………………. 76

5-6-5 شاخص نااطمینانی سیاست­های اقتصادی دولت…………………… 77

5-7 پیشنهادات………………………………………… 77

فهرست منابع و مآخذ……………………………………….. 78

پیوست­ها :

پیوست1: نتایج کامپیوتری بررسی پایایی متغیرها ……………………….83

پیوست 2 : نتایج حاصل از برآورد مدل رشد……………………………….. 89

پیوست3: نتایج حاصل از برآورد الگوهای ARCH وGARCH……………….

پیوست4: داده ­های آماری………………………………………… 98

چکیده:

نااطمینانی نسبت به سیاست­های اقتصادی دولت موجب می­ شود که صاحبان سرمایه نتوانند بازده بلندمدت سرمایه خود را با اطمینان کافی محاسبه کنند. لذا افزایش نااطمینانی سیاست­های اقتصادی دولت موجب کاهش ارزش مورد انتظار بازده سرمایه، کاهش سطح سرمایه ­گذاری و لذا ایستایی و رکود اقتصادی خواهد شد.

در این مطالعه اثر نااطمینانی حاصل از سیاست­های اقتصادی دولت بر رشد اقتصادی در ایران طی دورۀ 1386-1340 با بهره گرفتن از تکنیک­های همجمعی و تصحیح خطا مورد ارزیابی قرار گرفته است. متغیر مورد استفاده جهت ارزیابی اثر نااطمینانی سیاست­های اقتصادی دولت بر رشد اقتصادی یک شاخص ترکیبی بوده که از متغیرهای مخارج دولتی(اعم از جاری و عمرانی)، درآمد مالیاتی، حجم نقدینگی و حاشیۀ نرخ ارز  و با بهره گرفتن از الگوهای  ARCHوGARCH  حاصل شده است.

نتایج بررسی حکایت از آن دارد که افزایش نااطمینانی سیاست­های اقتصادی دولت باعث کاهش رشد اقتصادی در دورۀ مورد بررسی شده است. به طوری که در مدل­های بلندمدت و کوتاه­مدت اثر این شاخص بر رشد اقتصادی منفی و معنی­دار است. بر این اساس می­توان به دولت پیشنهاد کرد که جهت افزایش رشد اقتصادی می ­تواند از طریق ایجاد ثبات رویه در اجرای سیاست­های اقتصادی و ایجاد محیط باثبات و امن اقتصادی در جامعه عمل کند.

فصل اول: کلیات

مقدمه:

نرخ رشد اقتصادی از جمله مواردی است که مورد توجه اغلب اقتصاد­دانان و سیاست­گذاران اقتصادی است، زیرا طبق نظریۀ کوزنتس[1] نرخ رشد اقتصادی از مهم­ترین عوامل تاثیرگذار بر توزیع درآمد و در نتیجه رفاه اجتماعی انسانها است. لیکن با وجود اهمیت بسیار زیاد آن، عوامل تعیین­کنندۀ نرخ رشد یک کشور هنوز یکی از مباحث ناشناخته اقتصاد است؛ به طوری که در مدل­های اولیه رشد اقتصادی عوامل تعیین­کنندۀ رشد به عواملی چون افزایش ذخیرۀ سرمایه، جمعیت وکارایی فنی محدود می­شد[2]؛ در حالی که یکی از مباحث مهم در توضیح دهندگی رشد اقتصادی سیاست­ های اقتصادی است که توسط دولت­ها وضع می شود. سیاست­های اقتصادی دولت با ایجاد یک محیط باثبات و تشویق سرمایه ­گذاری موجب تسریع روند سرمایه ­گذاری و افزایش رشد اقتصادی خواهند شد.

1-1- دولت و رشد اقتصادی

مطالعات مربوط به نقش دولت در اقتصاد را به طور کلی می­توان در دو گروه طبقه ­بندی کرد. برخی ازمطالعات( دنیل و بارو1990)[1] به بررسی رابطه اندازۀ دولت و رشد اقتصادی پرداخته­اند و برخی دیگر از این مطالعات (فیشر، لنسینک والمار، گرجی و مدنی)[2] به اثرات نامطلوب سیاست­گذاری دولت بر روی رشد اقتصادی توجه داشته اند. گروه اول متغیر هزینه­ های دولت به تولید ناخالص داخلی را به عنوان شاخصی از اندازۀ دولت و مقیاس فعالیت­های دولت دراقتصاد در نظرگرفته­اند وگروه دوم انحراف معیار متغیرهای بودجه­ای نظیر مالیات ها و مخارج دولتی را به عنوان شاخصی از بی­ثباتی فعالیت­های دولت در اقتصاد بررسی کرده ­اند. در تقسیم ­بندی دیگری فعالیت­های دولت را می­توان به سه گروه نقش بودجه­ای،    تصدی­های دولت و اختلال­های ناشی از فعالیت­های غیر بودجه­ای تقسیم کرد[3]. مطالعۀ حاضر به بررسی اثرات نامطلوب سیاست­های دولت بر اقتصاد درقالب نقش بودجه­ای دولت می ­پردازد. دولت مرکز ثقل قدرت، اداره و تنظیم امور مختلف است که برای تحقق اهداف خود، وظایفی را بر عهده می­گیرد. اقتصاددانان مهمترین وظایف دولت را در وظایف ذاتی آن شامل امنیت، بهداشت وآموزش می­دانند. برخی این وظایف را برای دولت کافی ندانسته و برای حفظ تعادل اقتصادی، دخالت دولت در اقتصاد را به دلیل شکست بازار ضروری می­دانند.

چگونگی دخالت دولت در اقتصاد و تعیین وظایف آن یکی از مسائل مهم از بدو شکل­ گیری اندیشه اقتصادی مدرن بوده است و نظریه­پردازان اقتصادی دیدگاه ­های متفاوتی در این مورد داشته ­اند.

2-1- ضرورت انجام مطالعه

گروه سیاسی حاکم بر اقتصاد ایران قبل و بعد از انقلاب همواره فراتر از محدودۀ کلاسیک ایفای نقش کرده است و به همین دلیل آثار مثبت و منفی بسیاری بر اقتصاد برجای گذاشته است که ارزیابی و شناسایی نحوۀ تأثیرگذاری عملکرد دولت برای برنامه ­ریزی و اصلاح اشتباهات گذشته و عملکرد بهتر در آینده ضروری به نظر می­رسد. در واقع تغییرات سیاست­های اقتصادی دولت گاه اثر مثبت و گاه اثر منفی بر رشد اقتصادی داشته است ولی آنچه که مهم است تغییرات مداوم و غیر­قابل پیش ­بینی این      سیاست­هاست، که همواره اثر مخربی بر رشد اقتصادی و توسعه پایدار کشور داشته است  (گرجی و مدنی)[1]، قابل پیش ­بینی بودن سیاست­ها و اعتبار دولت با کاهش نا­اطمینانی باعث رشد اقتصادی بیشتر می­ شود[2].

لذا با توجه به اهمیت موضوع شناخت نحوۀ تأثیر­گذاری نا­اطمینانی حاصل از اجرای سیاست­های اقتصادی دولت و شدت و جهت آن بر رشد اقتصادی ایران ضروری به نظرمی­رسد.

3-1- هدف مطالعه

در این مطالعه هدف بررسی تأثیر نوسانات و نا­اطمینانی حاصل از سیاست­های اقتصادی دولت (اعم از پولی، مالی و ارزی) بر روی رشد اقتصادی است. نظریه­ هایی که رابطۀ بین ثبات سیاست­های اقتصادی و رشد اقتصادی را بررسی می­ کنند غالباٌ دامنۀ کار را به بررسی تأثیر مستقیم ثبات سیاست­های اقتصادی بر رشد اقتصادی محدود می­ کنند. اما علاوه بر رابطۀ مستقیم بین این دو پدیده، باید به تأثیر غیر­مستقیم   نا­اطمینانی سیاست­های دولت بر رشد اقتصادی، از کانال عواملی که این رشد را تعیین می­ کنند (مانند سرمایه ­گذاری ، تورم، رشد جمعیت، و توزیع درآمد) نیز توجه داشت. رشد اقتصادی مستلزم جوی است که در آن بخش خصوصی بتواند برای فعالیت­های خود برنامه ­ریزی کرده و سرمایه خود را درگیر    فعالیت­های بلند­مدت کند، به ویژه پروژه­ های ساختاری و پایه­ای که موتور رشد اقتصادی و تحولات تکنولوژیکی می­باشند. این پروژه­ ها غالباٌ مستلزم سرمایه ­گذاری سنگین بوده  و تنها در افق­های بلند­مدت سودآور می­باشند. نا­اطمینانی نسبت به سیاست­های اقتصادی دولت موجب می­ شود که صاحبان سرمایه نتوانند بازده بلند­مدت سرمایۀ خود را با اطمینان کافی محاسبه کنند. افزایش نا­اطمینانی سیاست­های اقتصادی موجب کاهش ارزش مورد انتظار بازده سرمایه، کاهش سطح سرمایه ­گذاری و لذا ایستایی و رکود اقتصادی می­گردد. در بلند­مدت رشد اقتصادی مستلزم آزادی اقتصادی، ثبات سیاسی و قابل پیش ­بینی بودن سیاست­های اقتصادی است.

4-1- ضرورت دخالت دولت در اقتصاد

در یک جمع­بندی از نظریات مکاتب مختلف مهمترین توجیه دخالت­های دولت، تلاش در جهت رفع کاستی­های بازار، ثبات­سازی و ایجاد بستر مناسب برای سرمایه ­گذاری خصوصی و رفع نا­اطمینانی­های اقتصادی می­باشد. در غیر این صورت دخالت­های دولت بیش از آنکه موجب رفع موانع، اختلالات بازار و بی­ثباتی­ها شود، خود با تبدیل به عامل اختلال، فضای نا­امنی و بی­ثباتی را گسترش داده و رشد اقتصادی را پایین نگه خواهد داشت.

بروز اختلالات و نوسانات دائمی در اقتصاد و عملکرد ضعیف و کند تعدیل کننده­ های خودکار(مثل مکانیسم نرخ بهره و قیمت­ها) مهمترین دلیل دخالت دولت در اقتصاد است. به عبارتی در میان اهداف متعددی که دولت­ها با دخالت در اقتصاد دنبال می­ کنند شاید تأمین ثبات و رشد اقتصادی از اهمیتی خاص برخوردار باشد.

5-1- وظایف کلی دولت

به طور کلی پنج وظیفه مشترک و اساسی برای همه دولت ها می توان در نظر گرفت:

– پی ریزی ساختار قانون.

– ایجاد فضای سیاست گذاری باثبات، از جمله ثبات اقتصاد کلان.

– سرمایه­ گذاری در خدمات اساسی اجتماعی و زیر ساخت­ها.

– پشتیبانی از گروه­ های آسیب ­پذیر.

– حفاظت از محیط زیست.

در مورد وظیفۀ دوم دولت یعنی ایجاد فضای سیاست­گذاری باثبات اقتصاد کلان می توان گفت برای ایجاد ثبات در اقتصاد اجرای سیاست­های دولت لازم است. بدون اجرای سیاست­های دولت، اقتصاد دستخوش نوسانات فراوانی خواهد شد و ممکن است درگیر دوره­ های طولانی بیکاری و تورم شود، مشکل جدی­تر زمانی بروز می­ کند که بیکاری و تورم ممکن است همزمان بروز کند. لذا برای ایجاد ثبات و امنیت در اقتصاد سیاست­های دولت لازم الاجرا است؛ ولی ممکن است اجرای خود این سیاست­ها مسبب بی­ثباتی و نا­­­­­­­اطمینانی شود.

 ثبات سیاست­های اقتصادی دولت پیش­شرط تأمین توسعه اقتصادی بلند­مدت و پایدار است. آزادی سیاسی، آزادی اقتصادی و ثبات سیاست­های اقتصادی سه بعد اصلی هر نظام سیاسی می­باشند که شالودۀ سیاسی مدیریت اقتصاد را تشکیل می­دهند. از میان این سه عامل (آزادی سیاسی، آزادی اقتصادی و ثبات سیاست­های اقتصادی) نقش ثبات سیاست­های اقتصادی دولت در رشد اقتصادی بحث ­برانگیزتر است. در تعریف یک محیط اقتصاد کلان با­ثبات، بر پنج شاخص نرخ تورم، نرخ ارز، نرخ بهره، وضعیت مالی دولت و وضعیت تراز پرداخت­ها تأکید می­ شود.[1]    

در حالی که دخالت دولت در اقتصاد و به کارگیری سیاست­های اقتصادی  می ­تواند منجر به افزایش در میزان رشد گردد، بر مسئلۀ تثبیت اقتصادی نیز اثر کرده و تعدیل در نوسان­های اقتصادی را ایجاد      می­ کند، به عبارت دیگر واکنش­های متغیرهای خودکار اقتصادی (مثل نرخ بهره، نرخ ارز و قیمت­ها) در واکنش به نوسان­های عارض شده کافی نیستند و لزوم به کارگیری سیاست­های فعال پولی ، مالی و ارزی در جهت تعدیل نوسان­های ایجاد شده در اقتصاد ضروری به نظر می­رسد.

6-1- کلیاتی در مورد سیاست اقتصادی

دولت­ها برای تأمین هدف­های خود از جمله رشد و توسعۀ اقتصادی، افزایش اشتغال، مبارزه با تورم و رفاه جامعه از ابزارها و سیاست­های اقتصادی استفاده می­ کنند. استفاده از ابزارهای اقتصادی برای رسیدن به اهداف اقتصادی معین را سیاست اقتصادی می­گویند.

یک سیاست اقتصادی تنها به تصمیم ­گیری سیاسی محدود نمی­ شود و هر سیاست اقتصادی شامل چهار مرحلۀ برنامه ­ریزی، تصمیم­گیری، اجرا و نظارت می­باشد. ثبات اقتصاد کلان که نتیجه سیاست­های اقتصادی سیاست­گذاران کشور می­باشد، در مدیریت کارآمد اقتصادی بخش خصوصی موثر است[1].

1-6-1- اهداف سیاست اقتصادی

قبل از اعمال یک سیاست اقتصادی باید هدف اعمال سیاست شفاف باشد. به طور کلی هدف نهایی همه سیاست­های اقتصادی ارتقای رفاه ملی محسوب می­ شود ولی اغلب اهداف واسطه­ای که تا رسیدن به هدف نهایی مطرح می­شوند، مثل افزایش اشتغال، کاهش تورم و رشد اقتصادی بالاتر مدنظر سیاست­گذاران اقتصادی می­باشند. در واقع این اهداف واسطه، ابزاری در راه نیل به اهداف بالاتر هستند. رشد مستمر و پایدار مستلزم اجرای سیاست­های مناسب و پایدار است. تغییر دولت­ها و سیاست­گذاران اقتصادی بی شک سیاست­ها و برنامه ­های اقتصادی را نیز تغییر خواهد داد و این تغییرات مداوم خود عاملی در گسترش   بی­ثباتی و نا­اطمینانی در اقتصاد می­باشد.

2-6-1- تقسیم ­بندی اهداف سیاست اقتصادی 

گاهی سیاست­گذار از اعمال یک سیاست اقتصادی چندین هدف را دنبال می­ کند و مسلماٌ چنین مجموعه هدف­هایی در ارتباط با یکدیگرند. در یک جمع­بندی کلی، با وجود همه تفاوت­هایی که در فهرست کردن جمع­بندی هدف­ها وجود دارد، این هدف­ها را می­توان به صورت نمودار 1-1 خلاصه کرد.

2-Fisher Stanley(1993)

1-Fischer(1993) &Hadjimichael(1994(

 گرجی و مدنی(1382)-1

2-Robert Lenesink,Hong Bo,Elmar Sterken(1999) 

 
 
Keywords: Speech Coding & Compression, Real Time Implementation, DSP,
TMS320C5402, DSK Board
 
چکیده   
کدک صحبت استاندارد G.728 ، یک کدک کم تاخیر است که صحبت با کیفیت عالی را در نرخ بیت 16 kbps ارائه می دهد و برای شبکه های تلفن ماهواره ای و اینترنت و موبایل که به تاخیر زیاد حساس هستند ، مناسب است. در این رساله به پیاده سازی بلادرنگ اینکدر و دیکدر  G.728 بصورت دوطرفه کامل ( Full Duplex ) بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازیم .
روشی ترکیبی برای برنامه نویسی TMS ارائه می شود که در آن  زمان وپیچیدگی برنامه نویسی نسبت به برنامه نویسی دستی به 30%  کاهش می یابد . در این روش پس از برنامه نویسی           و  شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم کدک به زبان C ، با بهره گرفتن از نرم افزار                                ( Code Composer Studio ) CCS ، برنامه به زبان اسمبلی ترجمه شده و بهینه سازی دستی در کل کد اسمبلی صورت می گیرد . سپس بعضی از توابع مهم برنامه از نظر MIPS ، بصورت دستی به زبان اسمبلی بازنویسی می شوند تا برنامه بصورت بلادرنگ قابل اجرا گردد . در پایان                  نتایج این پیاده سازی ارائه می شود .
 
کلمات کلیدی
 
کدینگ و فشرده سازی صحبت ، پیاده سازی بلادرنگ ، DSP ، TMS320C5402 ، برد DSK
فهرست
– مقدمه                                             4
فصل 1 : بررسی و مدل سازی سیگنال صحبت                        
1-1- معرفی سیگنال صحبت                               6
1-2- مدل سازی پیشگویی خطی                            10
1-2-1- پنجره کردن سیگنال صحبت                   11
1-2-2- پیش تاکید سیگنال صحبت                    13
1-2-3- تخمین پارامترهای LPC                                              14
 
فصل 2 : روش ها و استانداردهای کدینگ صحبت
2-1- مقدمه                                      15
2-2- روش های کدینگ                                   19
2-2-1- کدرهای شکل موج                       21
2-2-2- کدرهای صوتی                              22       2-2-3- کدرهای مختلط                           24
الف- کدرهای مختلط حوزه فرکانس                   27
ب- کدرهای مختلط حوزه زمان                       29
 
فصل 3 : کدر کم تاخیر LD-CELP                       
3-1- مقدمه                                      34
3-2- بررسی کدرکم تاخیر LD-CELP                      36
3-2-1- LPC معکوس مرتبه بالا                  39
3-2-2- فیلتر وزنی شنیداری                       42
3-2-3- ساختار کتاب کد                       42

 

3-2-3-1- جستجوی کتاب کد                         43
3-2-4- شبه دیکدر                            45
3-2-5- پست فیلتر                            46
فصل 4 : شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم به زبان C                   
4-1- مقدمه                                       49
4-2- ویژگی های برنامه نویسی ممیزثابت                         50
4-3- ساده سازی محاسبات الگوریتم                          53
4-3-1- تطبیق دهنده بهره                         54
4-3-2- محاسبه لگاریتم معکوس                          58
4-4- روندنمای برنامه                                 59
4-4-1- اینکدر                               63
4-4-2- دیکدر                                69
فصل 5 : پیاده سازی الگوریتم برروی DSP          
5-1- مقدمه                                      74
5-2- مروری بر پیاده سازی بلادرنگ                          75
5-3- چیپ های DSP                                76
5-3-1- DSP های ممیزثابت                         77
5-3-2- مروری بر DSP های خانواده TMS320          78
5-3-2-1- معرفی سری TMS320C54x               79
5-4- توسعه برنامه بلادرنگ                             81
5-5- اجرای برنامه روی برد توسعه گر C5402 DSK                 82
5-5-1- بکارگیری ابزارهای توسعه نرم افزار                 84
5-5-2- استفاده از نرم افزارCCS                      86
5-5-3- نتایج پیاده سازی                         94
5-6- نتیجه گیری و پیشنهاد                          97
– ضمائم
   – ضمیمه (الف) : دیسکت برنامه های شبیه سازی ممیز ثابت به زبان C و
پیاده سازی کدک به زبان اسمبلی                                                                                         – ضمیمه (ب) : مقایسه برنامه نویسی C و اسمبلی                         98
– مراجع                                         103
– مقدمه
امروزه در عصر ارتباطات و گسترش روزافزون استفاده از شبكه های تلفن ،موبایل و اینترنت در جهان ومحدودیت پهنای باند در شبكه های مخابراتی ، كدینگ و فشرده سازی صحبت امری اجتناب ناپذیر است . در چند دهه اخیر روش های كدینگ مختلفی پدیدآمده اند ولی بهترین و پركاربردترین آنها كدك های آنالیزباسنتز هستند كه توسط Atal & Remedeدر سال 1982 معرفی شدند [2] . اخیرا مناسبترین الگوریتم برای كدینگ صحبت با كیفیت خوب در نرخ بیت های پائین و زیر 16 kbps ، روش پیشگویی خطی باتحریک كد (CELP) می باشد كه در سال 1985 توسط Schroeder & Atal معرفی شد [8] و تا كنون چندین استاندارد مهم كدینگ صحبت بر اساس CELP تعریف شده اند .
در سال 1988 CCITT برنامه ای برای استانداردسازی یک كدك 16 kbps با تاخیراندك و      كیفیت بالا در برابر خطاهای كانال آغاز نمود و برای آن كاربردهای زیادی همچون شبكه PSTN ،ISDN ،تلفن تصویری و غیره در نظر گرفت . این كدك در سال 1992 توسط Chen et al.    تحت عنوان LD-CELP معرفی شد[6] و بصورت استاندارد G.728 در آمد[9] و در سال 1994 مشخصات ممیز ثابت این كدك توسط ITU ارائه شد[10] . با توجه به كیفیت بالای این كدك كه در آن صحبت سنتزشده از صحبت اولیه تقریبا غیرقابل تشخیص است  و كاربردهای آن در شبكه های تلفن و اینترنت و ماهواره ای در این گزارش به پیاده سازی این كدك می پردازیم .
در فصل اول به معرفی وآنالیز سیگنال صحبت پرداخته می شود و در فصل دوم روش ها و استانداردهای كدینگ بیان می شوند . در فصل سوم كدك LD-CELP را بیشتر بررسی می كنیم و در فصل چهارم شبیه سازی ممیز ثابت الگوریتم به زبان C را بیان می نمائیم. ودر پایان در فصل 5 به نحوه پیاده سازی بلادرنگ كدكG.728 بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازیم.
معرفی سیگنال صحبت
صحبت در اثر دمیدن هوا از ریه ها به سمت حنجره و فضای دهان تولید می‏شود. در طول این مسیر در انتهای حنجره، تارهای صوتی[1] قرار دارند. فضای دهان را از بعد از تارهای صوتی ، لوله صوتی[2]  می‏نا مند كه در یک مرد متوسط حدود cm 17 طول دارد . در تولید برخی اصوات تارهای صوتی كاملاً باز هستند و مانعی بر سر راه عبور هوا ایجاد نمی‏كنند كه این اصوات را اصطلاحاً اصوات بی واك [3]  می‏نامند. در دسته دیگر اصوات ، تارهای صوتی مانع خروج طبیعی هوا از حنجره می‏گردند كه این باعث به ارتعاش درآمدن تارها شده و هوا به طور غیر یكنواخت و تقریباً پالس شكل وارد فضای دهان می‏شود. این دسته از اصوات را اصطلاحاً باواك[4]  می‏گویند.
فركانس ارتعاش تارهای صوتی در اصوات باواك را فركانس Pitch و دوره تناوب ارتعاش تارهای صوتی را پریود Pitch می‏نامند. هنگام انتشار امواج هوا در لوله صوتی، طیف فركانس این امواج توسط لوله صوتی شكل می‏گیرد و بسته به شكل لوله ، پدیده تشدید در فركانس های خاصی رخ می‏دهد كه به این فركانس های تشدید فرمنت[5]  می‏گویند.
از آنجا كه شكل لوله صوتی برای تولید اصوات مختلف، متفاوت است پس فرمنت ها برای اصوات گوناگون با هم فرق می‏كنند. با توجه به اینكه صحبت یک فرایند متغییر با زمان است پس پارامترهای تعریف شده فوق اعم از فرمنت ها و پریود Pitch در طول زمان تغییر می‏كنند به علاوه مد صحبت به طور نامنظمی از باواك به بی واك و بالعكس تغییر می‏كند. لوله صوتی ، همبستگی های زمان-كوتاه  ، در حدود 1 ms ، درون سیگنال صحبت را در بر می‏گیرد. و بخش مهمی از كار كدكننده های صوتی مدل كردن لوله صوتی به صورت یک فیلتر زمان-كوتاه می‏باشد. همان طور كه شكل لوله صوتی نسبتاً آهسته تغییر می‏كند، تابع انتقال این فیلتر مدل كننده هم نیاز به تجدید[6] ، معمولاً در هر 20ms یکبارخواهد داشت.
در شكل (1-1 الف) یک قطعه صحبت باواك كه با فركانس 8KHz نمونه برداری شده است  دیده می‏شود. اصوات باواك دارای تناوب زمان بلند به خاطر پریود Pitch هستند كه نوعاً   بین 2ms تا 20ms می‏باشد. در اینجا پریود Pitch در حدود 8ms یا 64 نمونه است. چگالی طیف توان این قطعه از صحبت در شكل (1-1 ب) دیده می‏شود[3].