Improved direction of arrival estimation for ultra-wideband channels. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Awadalla(g201402500).pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

عن طريق الجمع بين تقنيات التحسس المضغوط (Compressive Sensing) و استخدام نسخ محسنة من خوارزميات تقدير زوايا الوصول (Direction of Arrival)، تقدم هذه الرسالة طريقة جديدة يمكن تطبيقها على قنوات النطاق العريض جدا (Ultra-Wideband). تقدم الرسالة نتائج المحاكاة الحاسوبية للطريقة المقترحة للتحقق من كيفية عمل هذا النظام. الجزء الأول من هذا البحث يركز على استعمال تقنيات استخلاص (CS) للحصول على الاستجابة النبضية للقناة بدقة عالية للقنوات ذات النطاق العريض جدا (UWB) للأنظمة وحيدة المداخل و متعددة المخارج (SIMO). تتم عملية التوسيع باستعمال خوارزمية (CoSaMP) التي تستعمل حلول خطية باستخدام بيانات منقوصة للحصول على تقدير البيانات المضغوطة.التحسس المضغوط يمكن نظام تقدير زوايا الوصول للعمل على العينات المفردة و يخفف الحاجة الى محولات اشارات متصلة الى رقمية (ADC) ذات سرعة عالية. في هذه الرسالةتعرض طريقة جديدة لتحديد الاتجاهات عن طريق الدمج بين الخوارزميات الجبرية التقليدية لتحديد الأتجاهات (ESPRIT) و تجميع تقديرات زوايا الوصول (DOA) في نطاق الزوايا-التأخير. التجميع يتم باستخدام خوارزمية محسنة من خوارزمية المتوسطات (K-Means) لتضمين طاقة الأشعة الواصلة لكل معمامل تأخير. تمت في هذه الرسالة مناقشة و استعراض نتائج مختلف المراحل لتنفيذ هذه الطريقة بالمحاكاة الحاسوبية تحت افتراض قنوات (UWB). الطريقة المقترحة تقدم معلومات اضافية مقارنة بالطرق التقليدية لتحديد الأتجاه (Direction Finding) في توصيف قنوات (UWB) بتحديد زوايا الوصول (DOA) لمختلف الأشعة و أوقات الوصول (Time of Arrival) المقابلة. أجريت مقارنة بين أداء هذه الطريقة و أداء الطرق التقليدية مثل خوارزمية تقدير زوايا الوصول (MUSIC).

English Abstract

By combining the techniques of Compressive Sensing (CS) and utilizing an optimized version of a current DOA estimation algorithms, a framework of a new method for DF applicable for UWB channels is proposed. Computer Simulations are carried out in this research to verify the system operation. The first part of this research focuses on the application of CS extraction techniques to obtain a high-resolution Channel Impulse Response (CIR) of an UWB SIMO transmission environment. Expansion is achieved using Compressive Sampling Matching Pursuit (CoSaMP) algorithm that utilizes a linear solution for the under-fitted data model to find an estimation of the compressed data samples. CS framework enables the DOA estimator to work on a sample-by-sample basis while relaxing the need for a high sample rate ADCs. A new DF method is deduced by combing conventional algebraic algorithm for DF (ESPRIT) and clustering the space of DOA estimates found in the Angle-Delay domain. Clustering is achieved using a modified K-means algorithm to include the incoming rays’ respective powers per index delay. ESPRIT algorithm is deployed in a sample-by-sample over the antenna array samples by using the extracted CIRs vectors instead of the received signal strengths. Various functional blocks of the new DF method are described and their simulation results under UWB assumptions are stated and discussed. This method provides an additional amount of details over the conventional DF methods in characterizing UWB channels by describing DOA of different rays and their respective time of arrivals (delays). A comparison of performance of this method with the performance of the conventional MUSIC DOA algorithm is conducted.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Abu-Al-Saud, Wajih
Committee Members:	Mitu, Sheikh and AL-GHADHBAN, SAMIR
Depositing User:	AWADALLA SALAHELDIN AWADALLA SALIH (g201402500)
Date Deposited:	13 Jun 2017 08:47
Last Modified:	31 Dec 2020 08:27
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140372