پایان نامه جهت یابی سیگنال های پهن باند در سیستم های مخابراتی

فهرست:

چکیده 1

مقدمه. 2

فصل اول : اصول انتشار امواج

1-1- مقدمه. 4

1-2- انتشار امواج.. 4

1-3-سنسورهای آرایه ای.. 6

1-4- پردازش سیگنال آرایه خطی.. 7

1-4-1- فرضیات پایه. 7

1-4-1-1- میدان دور 7

1-4-1-2- سیگنال باند باریک.... 7

1-4-1-3- ایستائی.. 8

1-4-1-4- سیگنال های چندگانه. 8

1-4-1-5- نویز (Noise) 8

1-5- تبدیل مکان – زمان.. 9

1-6- سیگنال های تصادفی.. 10

فصل دوم: روش های پردازش سیگنال های باند باریک

2-1-مقدمه. 15

2-2-روش های مبتنی بر پایه طیف... 15

2-3-روش های شکل دهی پرتو. 15

2-3-1-روش شکل دهی پرتو متعارف... 15

2-3-2- روش کاپون.. 17

2-3-3- روش های مبتنی بر زیر فضا 19

2-3-4-معرفی روش .. 20

2-3-5- الگوریتم .. 21

2-3-6- معرفی روش .. 23

2-3-7-مدل داده ها 25

2-3-8- الگوریتم ESPIRIT.. 28

2-4-آنتن های آرایه ای.. 31

2-5- مدل سیگنال.. 35

2-6- ماتریس کوواریانس.... 36

فصل سوم: جهت یابی سیگنال های پهن باند

3-1- مقدمه. 39

3-2- معرفی سیگنال های باند پهن.. 39

3-3- معرفی تکنیک های مختلف جهت یابی سیگنال های باند پهن.. 41

3-3-1- مدلسازی داده های باند پهن.. 41

3-3-2- معرفی اجمالی روش های جهت یابی سیگنال های باند پهن با استفاده از بانک فیلتر. 42

3-3-3- مدل فرکانسی سیگنال باند پهن.. 44

3-3-4- الگوریتم های مختلف جهت یابی سیگنال های پهن باند. 47

3-3-5- روش های جهت یابی ناهمبسته. 47

3-3-6- روش های ناهمبسته فرکانسی.. 48

3-3-7- فرم دهنده بیم به روش کاپون.. 48

3-3-8- میانگین گیری حسابی.. 51

3-3-9- روش میانگین گیری هندسی.. 52

3-3-10- روش میانگین گیری هارمونیک.... 53

3-3-11- الگوریتم موزیک پهن باند. 53

3-3-12- الگوریتم وزن دهی مناسب زیرفضاها 55

3-3-13- محاسبه تخمین به روش .. 58

3-3-14- ملاحظات عملی در روش .. 60

3-3-15- روش های جهت یابی همبسته زیرفضایی( ) 62

3-3-16- روش ماتریس تمرکز قطری.. 62

3-3-17- روش زیرفضای چرخشی سیگنال.. 64

3-3-18- استفاده از ماتریس کانونی در روش .. 66

3-3-19-- روش وزن دهی متوسط به زیر فضاهای سیگنال( ) 67

فصل چهارم:‌الگوریتم TOPS

4-1- مقدمه. 70

4-2- مفاهیم پایه. 70

4-3- ارائه یک مدل ریاضی.. 71

4-4- توسعه الگوریتم  به فضای چند بعدی.. 76

4-5- تصویر در راستای زیرفضای سیگنال.. 78

4-6- الگوریتم محاسبه. 80

4-6-1- پیچیدگی محاسبات... 81

فصل پنجم:‌شبیه سازی  الگوریتم های تخمین DOA

برای آرایه های خطی.. 83

5-1- مقدمه. 84

5-2- الگوریتم های تخمین .. 84

5-2-1- معرفی اجمالی الگوریتم های به کار رفته در شبیه سازی.. 84

5-2-1-1-  بررسی الگوریتم MUSIC و Capon.. 85

5-2-1-2- الگوریتم همبستگی زیرفضای سیگنال( ) 86

5-2-1-3- ماتریس زیرفضای کانونی سیگنال ( ) 88

5-2-1-3-1- الگوریتم محاسبه روش .. 89

5-2-1-3-2-نکات مهم در محاسبه تخمین به روش .. 90

5-3- مدل سازی داده ها 91

5-3-1- خصوصیات منبع سیگنال ارسالی.. 91

5-3-2- مفروضات داده های دریافتی توسط آرایه آنتن.. 92

5-4- سناریوهای شبیه سازی شده..................................................................................................................................... 92

5-4-1- سناریوی شماره 1. 92

فصل ششم:  نتیجه‌گیری و پیشنهادات

6-1- نتیجه‌گیری............................................................................................................................................................. 122

6-2- پیشنهادات ............................................................................................................................................................. 123

مراجع.. 121 

چکیده 1

مقدمه. 2

فصل اول : اصول انتشار امواج

1-1- مقدمه. 4

1-2- انتشار امواج.. 4

1-3-سنسورهای آرایه ای.. 6

1-4- پردازش سیگنال آرایه خطی.. 7

1-4-1- فرضیات پایه. 7

1-4-1-1- میدان دور 7

1-4-1-2- سیگنال باند باریک.... 7

1-4-1-3- ایستائی.. 8

1-4-1-4- سیگنال های چندگانه. 8

1-4-1-5- نویز (Noise) 8

1-5- تبدیل مکان – زمان.. 9

1-6- سیگنال های تصادفی.. 10

فصل دوم: روش های پردازش سیگنال های باند باریک

2-1-مقدمه. 15

2-2-روش های مبتنی بر پایه طیف... 15

2-3-روش های شکل دهی پرتو. 15

2-3-1-روش شکل دهی پرتو متعارف... 15

2-3-2- روش کاپون.. 17

2-3-3- روش های مبتنی بر زیر فضا 19

2-3-4-معرفی روش .. 20

2-3-5- الگوریتم .. 21

2-3-6- معرفی روش .. 23

2-3-7-مدل داده ها 25

2-3-8- الگوریتم ESPIRIT.. 28

2-4-آنتن های آرایه ای.. 31

2-5- مدل سیگنال.. 35

2-6- ماتریس کوواریانس.... 36

فصل سوم: جهت یابی سیگنال های پهن باند

3-1- مقدمه. 39

3-2- معرفی سیگنال های باند پهن.. 39

3-3- معرفی تکنیک های مختلف جهت یابی سیگنال های باند پهن.. 41

3-3-1- مدلسازی داده های باند پهن.. 41

3-3-2- معرفی اجمالی روش های جهت یابی سیگنال های باند پهن با استفاده از بانک فیلتر. 42

3-3-3- مدل فرکانسی سیگنال باند پهن.. 44

3-3-4- الگوریتم های مختلف جهت یابی سیگنال های پهن باند. 47

3-3-5- روش های جهت یابی ناهمبسته. 47

3-3-6- روش های ناهمبسته فرکانسی.. 48

3-3-7- فرم دهنده بیم به روش کاپون.. 48

3-3-8- میانگین گیری حسابی.. 51

3-3-9- روش میانگین گیری هندسی.. 52

3-3-10- روش میانگین گیری هارمونیک.... 53

3-3-11- الگوریتم موزیک پهن باند. 53

3-3-12- الگوریتم وزن دهی مناسب زیرفضاها 55

3-3-13- محاسبه تخمین به روش .. 58

3-3-14- ملاحظات عملی در روش .. 60

3-3-15- روش های جهت یابی همبسته زیرفضایی( ) 62

3-3-16- روش ماتریس تمرکز قطری.. 62

3-3-17- روش زیرفضای چرخشی سیگنال.. 64

3-3-18- استفاده از ماتریس کانونی در روش .. 66

3-3-19-- روش وزن دهی متوسط به زیر فضاهای سیگنال( ) 67

فصل چهارم:‌الگوریتم TOPS

4-1- مقدمه. 70

4-2- مفاهیم پایه. 70

4-3- ارائه یک مدل ریاضی.. 71

4-4- توسعه الگوریتم  به فضای چند بعدی.. 76

4-5- تصویر در راستای زیرفضای سیگنال.. 78

4-6- الگوریتم محاسبه. 80

4-6-1- پیچیدگی محاسبات... 81

فصل پنجم:‌شبیه سازی  الگوریتم های تخمین DOA

برای آرایه های خطی.. 83

5-1- مقدمه. 84

5-2- الگوریتم های تخمین .. 84

5-2-1- معرفی اجمالی الگوریتم های به کار رفته در شبیه سازی.. 84

5-2-1-1-  بررسی الگوریتم MUSIC و Capon.. 85

5-2-1-2- الگوریتم همبستگی زیرفضای سیگنال( ) 86

5-2-1-3- ماتریس زیرفضای کانونی سیگنال ( ) 88

5-2-1-3-1- الگوریتم محاسبه روش .. 89

5-2-1-3-2-نکات مهم در محاسبه تخمین به روش .. 90

5-3- مدل سازی داده ها 91

5-3-1- خصوصیات منبع سیگنال ارسالی.. 91

5-3-2- مفروضات داده های دریافتی توسط آرایه آنتن.. 92

5-4- سناریوهای شبیه سازی شده..................................................................................................................................... 92

5-4-1- سناریوی شماره 1. 92

فصل ششم:  نتیجه‌گیری و پیشنهادات

6-1- نتیجه‌گیری............................................................................................................................................................. 122

6-2- پیشنهادات ............................................................................................................................................................. 123

مراجع.. 121

منبع:

Stoica, P., and R. Moses, Spectral Analysis of Signals, Prentice Hall, 2005.

Roy, R., and T. Kailath, ‘‘ESPRIT-Estimation of Signal Parameters Via Rotational Invariance Techniques,’’ IEEE Trans. on Signal Processing, Vol. 37, No. 7, July 1989,pp. 984–995.

Schmidt, R., ‘‘Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation,’’ IEEE Trans.on Antennas and Propagation, Vol. AP-34, No. 3, March 1986, pp. 276–280.

Zatman, M., ‘‘How Narrow Is Narrowband?’’ IEE Proc.-Radar, Sonar Navig., Vol. 145, No. 2, April 1998, pp. 85–91.

Chandran, S., and M. K. Ibrahim, ‘‘DOA Estimation of Wide-Band Signals Based on Time-Frequency Analysis,’’ IEEE J. of Oceanic Engineering, Vol. 24, No. 1, January 1999, pp. 116–121.

Wax, M., and T. Kailath, ‘‘Spatio-Temporal Spectral Analysis by Eigen-Structure Methods,’’ IEEE Trans. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-32, No. 4, August 1984, pp. 817–827.

Wang, H., and M. Kaveh, ‘‘Coherent Signal-Subspace Processing for the Detection and Estimation of Angles of Arrival of Multiple Wide-Band Sources,’’ IEEE Trans. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-33, August 1985, pp. 823–831.

Doron, M., and A. Weiss, ‘‘On Focusing Matrices for Wide-Band Array Processing,’’ IEEE Trans. on Signal Processing, Vol. 40, No. 6, June 1992, pp. 1295–1302.

Hung, H., and M. Kaveh, ‘‘Focusing Matrices for Coherent Signal-Subspace Processing,’’ IEEE Trans. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-36, No. 8, August 1988, pp. 1272–1282

T.S. Lee, ‘‘Efficient Wide-Band Source Localization Using Beamforming Invariance Technique,’’ IEEE Trans. on Signal Processing, Vol. 42, June 1994, pp. 1376–1387.

F. Selleno, “Robust Wideband DOA Estimation,” 13th workshop on Statistical Signal Processing, July 2005, pp. 277-282.

W. J. Zeng, and X. L. Li, “High-Resolution Multiple Wideband and Nonstationary Source Localization With Unknown Number of Sources,” IEEE Trans. on Signal Processing, Vol. 58, June 2010, pp. 3125–3136.

M. Wax, and J. Sheinvald,  “Direction Finding of Coherent Signals via Spatial Smoothing for Uniform Circular Arrays”,  IEEE Trans. Antannas Propagat., vol. 42, May. 1994, pp. 613-620.

P. Chumchong, K. Ichige, and H. Arai, “Spatial-Smoothing-Like Processing of Array Steering vectors for High Resolution DOA Estimation,” Proceeding of the 6th European Radar Conference, OCT. 2009. pp. 421–424.

D. Q. Jun, W. Y. Liang, and Z. Y. Shun, “An Adaptive Weighted Spatial Smoothing Algorithm Utilizing Virtual Beamforming,”  IEEE International Radar Conference, May 2005.

Yoon, Y.-S., ‘‘Direction-of-Arrival Estimation for Wideband Sources Using Sensor Arrays,’’ Ph.D. thesis, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, 2004.

HSIENSENSEN., ‘‘Focussing Matrices for Coherent Signal-Subspace Processing, ‘‘ STUDENT MEMBER IEEE, IEEE TRANSACTIONS ON ACOUSTICS,SPEECH. AND SIGNAL PROCESSING.VOL.36.NO.X. AUGUST 1988.

Miriam A. Doron and Anthony J. Weiss, Senior Member, IEEE  ‘‘On Focusing Matrices for Wide-Band Array Processing‘‘IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 40. NO. 6, JUNE 1992

SANDEEP SANTOSH, O.P.SAHU, MONIKA AGGARWAL Senior Lecturer, Department of Electronics and Communication Engineering ‘‘An Overview of Different Wideband Direction of Arrival(DOA) Estimation methods"

Dehghani,Mahmud Reza.,2005 "Presented in Partial Fulfillment of the Reqirements for the Degree of Master of Applied Science(Electrical Engineering) at Concordia University , Monttreal, Quebec,Canada.

H. WANG, STUDENT MEMBER, IEEE, AND M. KAVEH, SENIOR MEMBER, IEEE,".Coherent Signal-Subspace Processing for the Detection and Estimation of Angles of Arrival sf Multiple Wide-Band Sources. IEEE TRANSACTIONS ON ACOUSTICS, SPEECH, AND SIGNAL PROCESSING, VOL. ASSP-33, NO. 4, AUGUST 1985.

Nicholas Roseveare"WIDEBAND DIRECTION-OF-ARRIVAL ESTIMATION METHODS" ,FOR UNATTENDED ACOUSTIC SENSORS Department of Electrical and Computer Engineering.

Vom Fachbereich 18,"Advanced Direction-of-Arrival Estimation and Beamforming Techniques for Multiple Antenna Systems", M¨arz 1980 in Hachenburg, Deutschland.

Almquist Gustav, 2005" High Resolution Direction of Arrival Estimation for Uniform Linear Arrays in Presence of Radar ", Master of Science Thesis.

Krishnaraj Varma ,"Time-Delay-Estimate Based Direction-of-Arrival Estimation for Speech in Reverberant Environments".

Toygarb_R_NC, JULY 2006" Optimization of non-uniform planar array geometry for direction of arrival estimation",A Thesis submitted of graduare school of natural and applied sciences of middle east technical university.

Valaee ,Shahrokh ,May 1994, "Array Processing for Detection and locatization of Narrowband, Wideband and Distributed Sources". Departmet of Electrical eng Mcgill university,montreal.

M. Viberg and B. Otlerslon, “Sensor Processing Based on Subspace Fitting”, IEEE Trans. Signal Processing, Vol 39, No 5, PP. 1110-1121, May 1991.

J.A Carlzow, “Direction of Arrival Estimation Using Signal Subspace Modelling”, IEEE Trans, om Aerospace and Electronic Systems, Vol, 28, No, 1, Jan. 1992.

G. Bienvenu and L – Kopp, “Optimality of high Resolution Array Processing using the Eigensystem Approach”, IEEE Trans Acoust, Speech, Signal Procssing, Vol, 31, pp. 1235-1248, 1983.

R. O. Schmidt, “Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation”, IEEE Trans – on Antenna and Prop, Vol, 34, pp. 276-280, Mar, 1986.

J.A. Cadzow, “A High Resolution Direction of Arrival Algorithm for Narrowband Coherent and Incoherent Sources”, IEEE Trans . Acoust., Speech, Signal Processing, Vol. ASSP-36, PP. 965-979, Jul. 1988.

J. capon, “High – resolution Frequency – wavenumber Spectrum Analysis”, Proc. IEEE, Vol. 57, pp. 1408-1418, Aug. 1969.

K.M. Buckley and L.J. Griffiths, “An Adaptive Generalized Sidelobe Canceller with Derivative Constraints”, IEEE, Trans . on Antennas and Propagation, Vol. App – 34, No. 3, pp. 3111-316, 1986.

O.L. frost, “An Algorithm for Linearly Constrained Adaptive Array Proccecing”, Proc. Of the IEEE, Vol. 60, No, 8, pp. 926-935, Aug. 1972.

B.D Van Veen and K.M. Buckley, “Beamforming: A Versatile Approach to Spatial Filtering”, IEEE ASSP Magazine, pp. 4-24, Apr. 1988.

S. Haykin, editor, Array Signal Processing, Prentice – Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1985.

S.U. Pillai, Array Signal Processing. Springer – Verlag, 1989.

H. Krim and J.G Cozzens, “Detection and Parameter Estimation of Correlated Signals in Noise”, Ph.D. thesis, Northeastern Univ., Jun. 1991.

M. Viberg and B. Ottersten, “Sensor Array Processing Based on Subspace Fitting” IEEE Trans. Signal Processig Vol. 39, No. 5. Pp. 1110-1121, May 1991.

J. A. Cadzow, “Direction of Arrival Estimation Using Signal Subspace Modeling”, IEEE Trans. On Aeropsace and Electronic Systems, Vol. 28, No. 1, Jan. 1992.