Emprego de antenas adaptativas para a estimação de dados em ambiente CDMA

Abstract

Este trabalho fundamenta-se em propor e avaliar o desempenho de um modelo receptor adaptativo, com utilização de arranjo de sensores, a ser empregado em meios de multiplicidade de acesso via divisão por códigos (CDMA) para fins de estimação de dados. Inicialmente é apresentado um estudo sobre arranjos de antenas, desenvolvendo-se o equacionamento de um arranjo linear e uniforme (ULA). Enfatiza-se o emprego deste para fins de separação espacial de usuários, sendo relatadas e ilustradas algumas formas de conformação de feixe. A seguir, o trabalho aborda o emprego de algoritmos adaptativos, especialmente o método de Wiener e filtro de Mínima Média Quadrática (LMS), para arranjos de sensores, originando os tão conhecidos arranjos adaptativos. Prosseguindo, aborda-se o problema de estimação da direção de chegada (DOA), sendo ilustrados alguns métodos amplamente difundidos na literatura especializada. Algumas simulações de espectro espacial de potência são realizadas, visando a avaliar, principalmente, a capacidade de resolução e a imunidade em relação ao ruído. É apresentado, então, uma metodologia de estimação de DOA como resultado secundário de arranjos adaptativos. Na continuidade, são mostradas algumas características da técnica de espalhamento espectral, essencial para a implementação do acesso múltiplo por divisão no código. Neste contexto, discute-se o problema de sincronismo nas aplicações CDMA, sendo apresentado um algoritmo de detecção de atrasos, baseado em correlação temporal. Finalmente, exibe-se o receptor CDMA adaptativo proposto, avaliado sob diferentes situações de ruído, interferência, controle de potência e quantidade de sensores. É dado tratamento especial às situações de acompanhamento de usuários em movimento, no qual se enfoca a capacidade do receptor em adaptar seu diagrama de radiação às condições de mudança de direção das fontes de sinal. Por meio das simulações, constata-se que, tendo como única informação disponível os códigos de espalhamento, o receptor mostra-se capaz de recuperar o sinal original, separar espacialmente as fontes de interesse e rastrear os usuários do sistema, quando estes se encontravam em movimento. Os resultados apresentados são extremamente satisfatórios. Percebeu-se uma alta imunidade do modelo em relação ao aumento de ruído de fundo do ambiente e uma considerável robustez em relação à interferência co-canal. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work founds in proposing and evaluating the performance of an adaptive receptor model, applying array of sensors, for use in code division multiple access (CDMA) mediums for data estimation. First, a basic study about antenna arrays is presented, followed by the development of the algebraic equations of the linear uniform array (ULA). It is emphasized the use of these arrays for spatial separation, along with some considerations and illustrations of beamforming techniques. Moving forward, the thesis approaches the employment of adaptive algorithms, especially the Wiener and Least Mean Square (LMS) filters, in array of sensors, resulting in the widely known adaptive arrays. Next, the problem of direction of arrival (DOA) estimation is attended, with several well recognized methods being displayed. Some simulations of power spatial spectrum are made, aiming to evaluate, mainly, the resolution ability and the noise immunity. Thus, a methodology applying adaptive algorithms for DOA estimation with array of sensors is signalized as a secondary result. The spread spectrum technique, along with its features and peculiarities, is showed on the continuity, emphasizing the use of the Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) for CDMA mediums. Under this context, the synchronization problem is raised and treated, culminating in the presentation of an algorithm, based on temporal correlation, for delay detection. This algorithm was applied in the proposed receptor model. Finally, a CDMA adaptive receptor model is proposed, exhibited and tested under different conditions of noise, interference, power control and number of sensors. Special treatment is dedicated to the tracking of mobile users, where it is witnessed the aptness of the model in adapting its radiation pattern for dynamic situations. Through the simulations, it is showed that the receptor model is able to spatially separate the sources, recover the original signal and track the mobile users, having as sole previous information the code sequence of the sources itself. The attained results are pretty satisfactory. The model came up to be highly immune to medium noise and considerably robust to co-channel interference.