This dissertation deals with spatial signal processing of distributed source estimation using an antenna array where a typical example of the distributed source model results from a wireless channel with multipath local scattering. The work is primarily motivated by the promising application of antenna arrays at the base stations of a cellular system to improve the system capacity. Specifically, the problems covered in this dissertation are mainly related to the description of spatially distributed sources and direction of arrival (DOA) estimation of the distributed sources. Two main topics studied in depth are DOA estimation of coherently distributed sources and that of incoherently distributed sources.
For a coherently distributed source model, we consider the estimation of two-dimensional (azimuth and elevation) DOA using a pair of uniform circular arrays. We propose a low-complexity estimation algorithm, called the sequential one-dimensional (SOS) searching algorithm by concentrating only on the estimation of DOA`s. The SOS algorithm has a basis on the eigenstructure between the steering matrix and signal subspace, and utilizes a preliminary estimate. The proposed algorithm exhibits as good an estimation performance as the maximum likelihood method for coherently distributed sources.
For an incoherently distributed source model, we consider the problem of estimating the DOA`s. The performance of most subspace-based high-resolution DOA estimation algorithms degrades and ML-based DOA estimation techniques require a high-dimensional nonlinear optimization problem, when the spatial covariance matrix has full-rank as in the case of an incoherently distributed source. We propose a novel estimation method based on the conventional beamforming approach, which estimates the DOA from a spatial maximum peak of the output power: the proposed method is on the average computationally more attractive than the conventional ML-based methods and provides better performance than the subspace-based methods requiring the source number.
이 논문에서는 여러길 국소산란이 일어나는 무선채널의 전형적인 보기인 퍼진 신호원 모형에서 안테나 배열을 쓴 신호원 추정을 다룬다.
이 연구는 시스템 용량을 크게 하기 위해 이동통신 시스템의 기지국에서 배열 안테나를 쓸 때 중요하다. 이 논문에서 다루는 문제는 공간적으로 퍼진 신호원들의 뜻과 퍼진신호원의 신호도착방향 추정인 바, 그 구체적인 두 주제는 동기적으로 퍼진 신호원의 신호도착방향 추정과 비동기적으로 퍼진 신호원의 신호도착방향 추정이다.
먼저, 동기적으로 퍼진 신호원 모형에서 고른원형배열 안테나 한 짝을 써서 2차원 신호도착방향 (수평각과 수직각) 추정 문제를 살펴보고, 순차 1차원 찾기 방법이라 이름붙인 추정 방법을 제안한다. 제안한 방법은 조종행렬과 신호부공간 사이의 고유얼개를 바탕으로 하고, 전처리단계에서 얻은 초기값을 쓴다. 퍼진신호 추정 2차원 문제를 1차원으로 간단하게 푸는 제안한 방법의 신호도착방향 추정 성능이 최대우도 방법만큼 좋다.
다음으로, 비동기적으로 퍼진 신호원 모형에서 고른선형배열을 쓰는 신호도착방향 추정문제를 살펴본다. 비동기적으로 퍼진 신호원에서 공간 공분산 행렬의 차수가 클 때, 부공간 방법들의 성능은 떨어지고 최대우도 방법들은 고차 비선형 최적화 문제를 풀어야 한다. 이 논문에서는 빔형성기법을 바탕으로 한 새로운 신호도착방향 추정방법을 제안한다. 제안한 방법은 다른 방법들보다 계산이 간단하고, 신호원 수를 먼저 알아야 하는 부공간 방법들보다는 신호원 수를 모를 때 평균적으로 성능이 좋다. 제안한 방법과 여분평균공분산정합 (RACM) 방법의 점근성능을 이끌어 내어 견주어 본다. 제안한 방법의 점근성능은 여분평균공분산정합보다 좋다.
