Loading...
Direction of Arrival Estimation and Digital Beamforming in the Presence of Mutual Coupling Effects and Implementation
Emadi, Mohammad | 2013
826
Viewed
- Type of Document: Ph.D. Dissertation
- Language: Farsi
- Document No: 43995 (05)
- University: Sharif University of Technology
- Department: Electrical Engineering
- Advisor(s): Haj Sadeghi, Khosrow
- Abstract:
- Different beamforming methods are prevalent in wireless and mobile communication systems. However, a lot of practical issues, such as the quality of these methods in compact arrays and the huge computational burden are the major defects of the proposed methods. These problems restrict most of the algorithms to the theoretical domain and render them anappropriate for commercial applications. Therefore, the major focus of this thesis is on the practical issues in the implementation of the digital beam steering and direction of arrival estimation systems for linear, circular and random array configurations. To do so, compact arrays with super directivity are presented and considered. Different methods for mutual coupling compensation in these arrays are scrutinized, and based on the iteration methods; a new iterative algorithm for null steering is presented. In addition, a new method for finding the direction of arrival of a known signal in the presence of multipath effect with a small computational burden is proposed. Furthermore, for applications with very low available computational resources, a new method based on sparse signal processing is introduced and compared with other conventional algorithms. All the presented methods could be implemented in the commonplace hardware proposed in the final part of this thesis
- Keywords:
- Mutual Coupling ; Smart Antenna System ; Beamforming ; Null Steering ; Direction of Arrival (DOA)Estimation
- محتوي پايان نامه
- view
- فصل 1 مقدمه
- فصل 2 شکلدهی دیجیتالی پرتو و صفر
- 2-1 انواع آرایه
- 2-2 شکلدهی پرتو و روشهای آن
- 2-2-1 مدل سيگنال
- 2-2-2 روش معمول شکلدهی پرتو [19]
- 2-2-3 شکل دهنده پرتو بهینه با استفاده از DOA سیگنال مطلوب
- 2-2-4 آرایههای با جهت دهی بالا
- شکل 2-8 جهتدهی بر حسب زاویه سمت برای آرایه خطی با 11 عنصر، =/
- شکل 2-9 جهتدهی بر حسب زاویه سمت برای آرایه خطی با 11 عنصر، =/
- شکل 2-10 چیدمان دایروی با 7 عنصر و شعاع 10 متر در فرکانس 5/4 مگاهرتز
- شکل 2-11 جهت دهی آرایه برای چیدمان دایروی بالا
- شکل 2-12 آرایه با چیدمان تصادفی در مربعی به ابعاد 10 متر
- شکل 2-13 ضریب آرایه برای چیدمان فوق
- 2-2-1 روش جاروب صفر
- 2-2-2 شکلدهی پرتو به روش آماری بهینه:
- 2-2-3 روش تکراری تازه برای حذف تداخل
- شکل 2-15 ایده اصلی الگوریتم تکراری
- شکل 2-16 مقایسه روشهای تکراری مرتبه اول و روش معمول شکلدهی پرتو بهینه با 10 تکرار متشکل از چهار عنصر خطی با فاصله ای برابر نصف طول موج
- شکل 2-17 مقایسه روشهای تکراری مرتبه دوم و روش معمول شکلدهی پرتو بهینه با 10 تکرار متشکل از چهار عنصر خطی با فاصله ای برابر نصف طول موج
- شکل 2-18 مقایسه روشهای تکراری چبیچف و روش معمول شکلدهی پرتو بهینه با 10 تکرار متشکل از چهار عنصر خطی با فاصله ای برابر نصف طول موج
- شکل 2-19 مقایسه روشهای تکراری چبیچف و روش متعارف شکلدهی پرتو بهینه با 50 تکرار متشکل از چهار عنصر خطی با فاصله ای برابر نصف طول موج
- 2-3 جمع بندی و کارهای آتی
- فصل 3 تزویج متقابل
- شکل 3-1 استفاده از تیغه در یک slot-array برای کاهش اثر تزویج متقابل [38]
- 3-1 روش دقیق اندازه گیری ماتریس تزویج متقابل
- 3-2 پارامتر های موثر در کارکرد سیستم از منظر فیزیکی
- 3-2-1 تأثیر نوع آنتن بر روی مشخصات آرایه
- 3-2-2 بررسی تأثیر ارتفاع آرایه از سطح زمین
- شکل 3-7 مقایسه دوقطبی یا تکقطبی بودن عناصر در الگوی تشعشعی یک آرایه 4 تایی با فواصل 3λ/10 بالای زمینی با هدایت محدود
- شکل 3-8 نمای آرایه و صفحه زمین در محیط FEKO
- شکل 3-9 الگوی تشعشعی سه بعدی آرایه آنتنهای تکقطبی با سه ارتفاع مختلف از زمین الف) 4m ب) 8m ج) 12m
- شکل 3-10 الگوی تشعشعی آرایه حاصل از چهار عنصر تکقطبی در صفحه =,-. برای سه ارتفاع مختلف از سطح زمین
- 3-2-3 تأثیر فاصله بین عناصر
- 3-3 حذف اثر متقابل بین عناصر به روش مدار باز
- 3-4 بررسی آرایههای غیر منطبق
- شکل 3-13 نحوه تأثیر روش مدار باز برای حذف اثر متقابل بین عناصر آرایه شامل چهار آنتن دوقطبی، بر الگوی تشعشعی آرایه
- 3-4-1 روش پارامتر پراکندگی
- 3-4-2 مقایسه روشهای مدار باز و پارامتر پراکندگی در آرایههای منطبق و غیر منطبق
- 3-4-3 مقایسه روشهای پارامتر پراکندگی و روش کالیبراسیون خارجی در آرایههای غیر منطبق
- شکل 3-15 مقایسه روشهای پارامتر پراکندگی و کالیبراسیون خارجی جهت حذف تزویج متقابل با استفاده از الگوریتم MUSIC
- شکل 3-16 آرایه در مواجهه با منعکس کننده های نزدیک
- شکل 3-17 مقایسه روشهای کالیبراسیون خارجی و پارامتر پراکندگی در حضور پدیده چندمسیری
- شکل 3-18 چیدمان آرایه دایروی در فرکانس 25 تا 30 مگاهرتز
- شکل 3-19 VSWR آنتنها با مدار تطبیق و بدون استفاده از آن
- شکل 3-20 نتایج حاصل از استفاده از آنتن منطبق و غیر منطبق
- شکل 3-21 آرایه در کنار چندین منعکس کننده در اتاق آنتن
- شکل 3-22 مقایسه اندازه گیری روشهای کالیبراسیون خارجی و پارامتر پراکندگی در آرایه غیر منطبق (نتایج عملی)
- 3-5 جمع بندی و کارهای آتی
- فصل 4 تخمین زاویه ورود
- 4-2 روشهای مبتنی بر پایه طیف
- 4-3 روشهای پارامتریک
- 4-4 ارایه روش تازه مبتنی بر روش ML
- جدول 4-1 مقايسه روشهای مختلف حل مسئله تخمین تأخیر زمانی
- شکل 4-3 نمای کلی سیگنالهای دریافتی
- شکل 4-4 مقایسه و
- شکل 4-5 بلوک دیاگرام روش پیشنهادی
- شکل 4-6 مقایسه روش پیشنهادی و روشهای SML و GESSE
- شکل 4-7 مقایسه روش پیشنهادی و روش Wax در حضور پدیده چندمسیری با فاصله عنصر .
- شکل 4-8 مقایسه روش پیشنهادی و روش Wax در حضور پدیده چندمسیری با فاصله عنصر .
- شکل 4-9 مقایسه حجم محاسباتی روش پیشنهادی و روشهای دیگر
- 4-5 تخمین DOA با استفاده از روش OMP
- 4-5-1 تشریح الگوریتم
- 4-5-2 بررسی همگرایی
- 4-5-3 نتایج شبیهسازی
- شکل 4-10 ضریب انسجام متقابل برای آرایه خطی
- شکل 4-11 دقت روش OMP برای اهداف مختلف
- شکل 4-12 دقت روش دنتزیگ برای اهداف مختلف
- شکل 4-13 احتمال آشکارسازی روش OMP برای آشکارسازی اهداف مختلف
- شکل 4-14 دقت الگوریتمهای مختلف در تشخیص دو هدف همدوس بر حسب قدرت تفکیک
- شکل 4-15 دقت الگوریتمهای مختلف در تشخیص دو هدف ناهمدوس بر حسب قدرت تفکیک
- 4-6 جمع بندی و کارهای آتی
- فصل 5 سخت افزار پیاده سازی شده در پروژه
- فصل 6 جمع بندی و کارهای آتی