Loading...

RIS-Aided DOA Estimation and Localization

Shourezari, Ehsanollah | 2024

0 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 57103 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Karbasi, Mohammad
  7. Abstract:
  8. Estimating the direction of arrival (DOA) of an impinging signal from an RF scattering object, and subsequently determining its location when there is no line-of-sight (LOS) channel between the object and receiver, is a challenging issue in sensing and wireless communication systems. This thesis presents a modified multiple signal classification (MUSIC) algorithm, utilizing a single-element receive antenna and harnessing the capabilities of reconfigurable intelligent surfaces (RIS) to tackle this issue. It is demonstrated that by leveraging massive low-cost passive elements able to reflect signals with different phase shifts in consecutive snapshots, RIS can generate linearly independent signal components necessary for applying subspace methods. Next, we introduce a promising DOA-based localization algorithm for a multi-object scenario by exploiting at least three RISs and a single-element antenna receiver. With a similar idea to the localization algorithm, we propose a simple method for canceling the interference caused by paths which do not intersect RIS. We solve the data association problem raised in the localization process with an S -D assignment algorithm. To assess the accuracy of estimated parameters, we derive the Cramer-Rao lower bound (CRLB) for both DOA estimation and localization problems. As shown in the numerical results, the proposed DOA estimation algorithm's RMSE converges to the CRLB as the received SNR increases, and the localization algorithm can reach desirable accuracy within sufficiently large received SNRs and RISs mounted in suitable positions
  9. Keywords:
  10. Direction of Arrival (DOA)Estimation ; Localization ; Reconfigurable Intelligent Surface (RIS) ; Wireless Communication ; Data Association ; Cramer-Rao Bound ; Subspace Based Method Direction of Arrival (DOA) Estimation ; Passive Direction of Arrival (DOA)Estimation ; Line of Sight (LOS)Path

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه
    • روش‌های مختلف برای تعیین موقعیت
      • الگوریتم تعیین موقعیت بر مبنای زمان ارسال سیگنال‌ها (TOA)
      • الگوریتم تعیین موقعیت بر مبنای اخنلاف زمانی رسیدن سیگنال‌ها (TDOA)
      • الگوریتم تعیین موقعیت بر مبنای زاویه‌ی ورود سیگنال‌ها (A/DOA)
      • الگوریتم تعیین موقعیت بر مبنای توان سیگنال دریافتی (RSS)
      • روش انگشت‌نگاری یا تحلیل صحنه
      • الگوریتم تعیین موقعیت بر مبنای اختلاف فرکانسی سیگنال‌های دریافتی (FDOA)
      • روش‌های ترکیبی
    • مسئله‌ی توزیع داده
    • جهت‌یابی منابع رادیویی
      • روش‌های مبتنی بر حداکثر درست‌‌نمایی
      • روش تبدیل فوریه فضایی یا FFT
      • روش‌های مبتنی بر حسگری فشرده
      • روش‌‌های مبتنی بر همبستگی‌سنجی
      • روش‌های مبتنی بر زیرفضا
    • رئوس مطالب
  • مروری بر پژوهش‌های انجام شده در حوزه‌ی استفاده از RIS در زمینه‌های مختلف مخابراتی
    • مقدمه
    • ضرورت استفاده از RIS در سیستم‌های مخابراتی و حسگری
    • مروری بر پژوهش‌های مرتبط با RIS
    • جمع‌بندی
  • مدلسازی مسئله و استخراج الگوریتم جهت‌یابی و تعیین موقعیت
    • مقدمه
    • پیکره‌‌بندی مسئله و مدلسازی سیگنال دریافتی
    • جهت‌یابی تک‌المانه به کمک RIS
      • فرمول بندی الگوریتم SE-MUSIC
      • به دست آوردن حد CRLB برای مسئله‌ی جهت‌یابی
      • تعمیم الگوریتم SE-MUSIC به گیرنده‌ با آنتن‌های چندالمانی
      • بهینه‌سازی SNR دریافتی در گیرنده نسبت به ضرایب المان‌های RIS
    • تخمین موقعیت تک‌المانه به کمک RIS
      • جداسازی و بازیابی سیگنال‌های بازتاب‌شده از روی هر یک از RISها
      • به دست آوردن حد CRLB برای مسئله‌ی تخمین موقعیت
      • حذف اثر سیگنال‌های تداخلی مسیر LOS و مسیرهای غیر متقاطع با RIS
      • توزیع داده‌های به دست آمده از DOAهای تخمین زده شده
    • خلاصه‌ی فصل
  • شبیه‌سازی‌ها و نتایج عددی
    • مقدمه
    • تحلیل عملکرد الگوریتم ارائه شده برای جهت‌یابی
      • بررسی تاثیر تعداد المان‌های RIS بر روی دقت تخمین زاویه‌ی ورود
      • مقایسه‌ی عملکرد الگوریتم‌های مختلف در پیکره‌بندی ارائه شده
      • تاثیر طول تناوب تغییر (M) بر روی عملکرد الگوریتم
      • تاثیر فرکانس نمونه‌برداری (فرکانس تغییر فاز RIS) بر روی عملکرد الگوریتم
      • تعمیم الگوریتم‌ جهت‌یابی به گیرنده‌های آرایه‌ای
      • بهینه‌سازی SNR دریافتی پس از تخمین جهت سیگنال
    • تحلیل عملکرد الگوریتم ارائه شده برای تخمین موقعیت
      • عملکرد الگوریتم تخمین موقعیت در مکان‌های مختلف
      • تاثیر تعداد منابع بر دقت الگوریتم
      • تخمین موقعیت در صورت وجود تداخل‌های غیرگذرنده از RIS
    • جمع‌بندی
  • نتیجه‌گیری و پیشنهادات
    • پژوهش‌های پیشنهادی
  • پیوست‌ها
  • ‌ اثبات روابط موجود در فصل سوم پایان‌نامه
    • اثبات رابطه‌ی (3-9)
    • اثبات رابطه‌ی (3-17)
    • اثبات رابطه‌ی (3-30)
    • فرآیند مثلث‌یابی برای پیکره بندی مد نظر در شبیه‌سازی‌ها
  • ‌ شرح روابط به کار رفته برای به دست آوردن نتایج عددی
    • الگوریتم جهت‌یابی تک‌المانه مبتنی بر حداکثر درست‌نمایی
  • مراجع
...see more