Performance Bounds of Near-Field Velocity Estimation in ISAC Systems with Modular Linear Arrays. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Khalid_Thesis.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 7 January 2027. Download (15MB)

Arabic Abstract

يُعدّ تقدير السرعة حجرَ الأساس في التشكيل التنبؤي للحزم في المجال القريب الذي طُرح مؤخرًا. تستنبط هذه الورقة حدود كرامر–راو (CRBs) لتقدير كلٍّ من السرعة الشعاعية والسرعة المستعرضة بشكلٍ مشترك ضمن إطار التشكيل التنبؤي للحزم باستخدام مصفوفة خطية معيارية (MLA). نحصل على تعابير مغلقة الشكل تُبيّن التفاعل بين هندسة المصفوفة ودقة التقدير، وتُظهر أن زيادة مسافة الفصل بين الوحدات تُوسّع الفتحة الفعّالة وتُخفّض حد كرامر–راو للسرعة المستعرضة، بينما يظل حد كرامر–راو للسرعة الشعاعية غيرَ حساسٍ إلى حدٍّ كبير لهذه المسافة. علاوةً على ذلك، نُبيّن أن مصفوفة MLA يمكنها تحقيق الدقة نفسها التي تحققها مصفوفة خطية منتظمة متراصّة (ULA) مع عدد أقل من الهوائيات. ونُحلِّل كذلك تأثير عدم تطابق السرعة على كسب المصفوفة، ونُظهِر أن عدم دقة تقدير السرعة العرضية يؤدّي إلى تدهور أشد في الأداء مقارنةً بأخطاء السرعة الشعاعية.

English Abstract

Velocity estimation is a cornerstone of the recently introduced near-field predictive beamforming. This paper derives the Cramér–Rao bounds (CRBs) for joint radial and transverse velocity estimation within a predictive beamforming framework employing a modular linear array (MLA). We obtain closed-form expressions that characterize the interplay between array geometry and estimation accuracy, showing that increasing the inter-module separation enlarges the effective aperture and reduces the transverse-velocity CRB, while the radial-velocity CRB remains largely insensitive to this separation. Furthermore, we show that an MLA can achieve the same accuracy as a collocated ULA with fewer antennas and quantify the relation between inter-module spacing and antenna savings. The derived expressions are validated through simulations by comparing them with the mean-squared error (MSE) of the maximum likelihood estimator (MLE) reported in the literature.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Masood, Mudassir
Committee Co-Advisor:	Nasir, Ali
Committee Members:	Zerguine, Azzedine
Depositing User:	KHALID ALSHUMAYRI (g201767290)
Date Deposited:	08 Jan 2026 04:49
Last Modified:	08 Jan 2026 04:49
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144000