تخمین دو بعدی جهت ورود سیگنال های مخابراتی براساس الگوریتم های music، esprit و انتشار دهنده
چکیده
تخمین جهت ورود سیگنال به آرایه در بسیاری از کاربردهای پردازش سیگنال مانند رادار و سیستم های ارتباطی بی سیم استفاده می شود. در این تحقیق با هدف بررسی و شبیه سازی روش های تخمین جهت ورود سیگنال دو بعدی برای سیگنال های همدوس و ناهمدوس در شرایط مختلف از قبیل میزان سیگنال به نویز، تعداد عناصر آرایه و میزان تفکیک زاویه ای، ابتدا ساختارهای آرایه ای مختلف و روش های تخمین زاویه ورود معرفی و مقایسه ای بین آن ها انجام می شود. سپس تعمیم روش های تخمین زاویه ورود به حالت دو بعدی با تمرکز بر سه روش متداول music، esprit و pm صورت می گیرد. در تخمین زاویه ورود دو بعدی دو روند کلی وجود دارد. در روش اول زوایای سمت و فراز توأما تخمین زده می شوند. در روش دوم از دو تخمین تک بعدی استفاده می شود که نسبت به روش اول پیچیدگی کمتری دارد. در این تحقیق، روش دوم مورد توجه قرار گرفته است. همچنین از آرایه آنتنی l شکل، به دلیل ساده بودن ساختار و عملکرد مناسب آن، استفاده شده است. دراین تحقیق، ابتدا سه روش تخمین doa دو بعدی مذکور در حالتی که سیگنال های برخوردی به آرایه از نوع باند باریک ناهمدوس باشند و در حضور نویز سفید و رنگی شبیه سازی و مقایسه می شوند. سپس شبیه سازی ها برای سیگنال های همدوس و همبسته انجام می گیرد. در شبیه سازی روش ها بر اساس نسبت های مختلف سیگنال به نویز، مشاهده می شود که در snr های پایین، music و در snr های بالا esprit بهترین عملکرد را دارد. در مقایسه این روش ها، بر اساس تأثیر تعداد عناصر آرایه، esprit دقت تخمین بالاتری را دارد و همچنین دیده می شود که تعداد عناصر آرایه تأثیر چندانی بر دقت تخمین pm ندارد. از نظر تفکیک زاویه ای نیز esprit بهترین عملکرد را از خود نشان می دهد. از نظر پیچیدگی محاسباتی، music و pm به ترتیب بیشترین و کمترین پیچیدگی محاسباتی را دارند. عملکرد سه روش مذکور در حالت سیگنال های همبسته و همدوس و همچنین در حضور نویز رنگی ضعیف می شود. برای حل این مشکل، از روش هموارسازی پیشرو-پسرو (fbss) برای از بین بردن همبستگی بین ستون های ماتریس کوواریانس استفاده شد و دیده می شود دقت تخمین روش های تخمین doa با استفاده از روش هموارسازی fbss بهبود قابل توجهی می یابد. در خصوص سیگنال های باندپهن، ابتدا سیگنال باندپهن به تعدادی سیگنال باندباریک در جزء های فرکانسی مختلف سیگنال باندپهن تقسیم می شود و با استفاده از روش rss، این سیگنال های باندباریک به فرکانس مرکزی سیگنال اصلی منتقل می شوند. سپس روش های music و esprit دو بعدی بر سیگنال باندباریک حاصل، اعمال می شود که نتایج حاصل از آن مشابه نتایج حالت باندباریک است. همین طور ملاحظه می شود که با افزایش تعداد جزء های فرکانسی سیگنال باند پهن، دقت تخمین افزایش قابل ملاحظه ای خواهد داشت.