A novel array signal processing technique for multipath channel parameter estimation

Abstract

üOZETË Ë Ë ËşË ËCOKLUYOL KANAL PARAMETRE KESTIRIMI ICIN YENIşË ËË Ë Ëş ËğËBIR DIZI SINYAL ISLEME TEKNIGIMehmet Burak GüldoğanugElektrik ve Elektronik Mühendisli¯i Bülümü Yüksek Lisansu g ou u uTez Yüneticisi: Prof. Dr. Orhan ArıkanoTemmuz 2006Mobil haberleşme, radar, sonar ve uzaktan algılama gibi bir cok ünemli uygula-s şomada, dizi sinyal işleme tekniklerinden faydalanılır. Bu tezde, Carpraz BelirsizlikşsFonksiyonu - Yün Bulma (CBF-YB) adında yeni bir dizi işleme tekniğio ş s ggeliştirilmiştir. CBF-YB tekniği, bir algılayıcı dizisine gelen sinyallerden her-s s ş gbirinin geliş yününü (GY), zaman gecikmesini ve Doppler kaymasını yinelemelis ouubir şekilde kestirir. Herbir algılayıcı cıktısındaki CBF hesaplaması, yinelemelerins ş şbaşlangış noktasını oluşturur. Daha sonra, CBF'lerin faz uyumsuz bir şekildes c s ş sentegrasyonunu kullanarak, gecikme-Doppler alanındaki en güclü sinyal tespituş uedilir ve tüm algılayıcılarda elde edilen tepe noktalarında güzlemlenen fazlar esasu oalınarak en güşlü sinyalin GY'si kestirilir. GY'yi bulduktan sonra, en güclüuc u uş usinyalin gecikme ve Doppler kaymasını kestirmek işin, uyumlu entegre edilmiş dizic sşıktısının CBF'si hesaplanır. Takiben, dizideki herbir algılayıcı işin, aygılayıcıdac ş cgüzlemlenmesi gereken en güşlü sinyalin bir kopyası oluşturulur ve bir sonrakio uc u syinelemeyi başlatmak işin algılayıcı şıktısından şıkarılır. Faz uyumsuz olaraks c c centegre edilmiş CBF'ler uzerinde algılanabilecek tepe noktası kalmayıncayasş ükadar yinelemeler devam eder. Sentetik olarak oluşturulmuş sinyaller kul-s slanılarak onerilen teknik ile MUSIC tabanlı tekniğin karşılaştırılması yapılmıştır.ü g ss sivEk olarak, algoritmanın peformansı, literatürdeki yaklaşımların sinyal yollarınıu sayırmada sınırlı kabiliyetlere sahip olduğu gerşek yüksek-enlem iyonosfer verilerig c uuzerinde test edilmiştir. Geniş bir yelpazede yapılan kıyaslamalara güre, CBF-ü s s o şYB tekniği karmaşık dizi işleme uygulamalarında standartları belirleyebilecekg s sgüşlü bir adaydır.uc uAnahtar Kelimeler: Dizi sinyal işleme, geliş yünü (GY), MUSIC, zaman gecikmesis s ouve Doppler kayması kestirimi, carpraz belirsizlik fonksiyonuşv

ABSTRACTA NOVEL ARRAY SIGNAL PROCESSINGTECHNIQUE FOR MULTIPATH CHANNELPARAMETER ESTIMATIONMehmet Burak GüldoğanugM.S. in Electrical and Electronics EngineeringSupervisor: Prof. Dr. Orhan ArıkanJuly 2006Many important application areas such as mobile communication, radar, sonarand remote sensing make use of array signal processing techniques. In this thesis,a new array processing technique called Cross Ambiguity Function - DirectionFinding (CAF-DF) is developed. CAF-DF technique estimates direction of ar-rival (DOA), time delay and Doppler shift corresponding to each impinging sig-nals onto a sensor array in an iterative manner. Starting point of each iteration isCAF computation at the output of each sensor element. Then, using incoherentintegration of the computed CAFs, the strongest signal in the delay-Doppler do-main is detected and based on the observed phases of the obtained peak acrossall the sensors, the DOA of the strongest signal is estimated. Having foundthe DOA, CAF of the coherently integrated sensor outputs is computed to ï¬ndaccurate delay and Doppler estimates for the strongest signal. Then, for eachsensor in the array, a copy of the strongest signal that should be observed at thatsensor is constucted and eliminated from the sensor output to start the next it-eration. Iterations continue until there is no detectable peak on the incoherentlyintegrated CAFs. The proposed technique is compared with a MUSIC basediiitechnique on synthetic signals. Moreover, performance of the algorithm is testedon real high-latitude ionospheric data where the existing approaches have limitedresolution capability of the signal paths. Based on a wide range of comparisons,it is found that the proposed CAF-DF technique is a strong candidate to deï¬nethe new standard on challenging array processing applications.Keywords: Array signal processing, direction of arrival (DOA), MUSIC, delayand Doppler estimation, cross ambiguity functioniv