Estimação da direção de chegada (DOA) de sinais eletromagnéticos em canais reversos CDMA utilizando antenas inteligentes

Abstract

O grande esforço dos engenheiros de telecomunicações é a viabilização de métodos que permitam o uso eficiente do espectro de freqüências, que é um bem escasso. O Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA) e a técnica de processamento espacial utilizando arranjo de antenas são duas tecnologias que podem ser aplicadas para este fim. Neste contexto, a utilização de antenas inteligentes melhora a recepção ao mesmo tempo em que diminui as interferências. Para isto, é importante que a direção de chegada (DOA) dos sinais de interesse seja estimada. Neste trabalho de dissertação, inicialmente, a tecnologia de antenas inteligentes e o sistema celular CDMA são descritos. Em seguida, diversas técnicas de estimação de direção de chegada de sinais eletromagnéticos em canais reversos CDMA são estudadas e comparadas. Depois, três estimadores de DOA, utilizando o método de estimação de máxima verossimilhança (ML) com o algoritmo de máxima expectância (EM), aqui denominados de EM1, EMM e EMS, são apresentados e, seus desempenhos são comparados pelo erro médio absoluto das estimativas e pela variância do erro de estimação. É verificado, por meio de simulações em MATLAB, que o algoritmo EMM possui excelente desempenho em todos os cenários criados. Pelo resultado das simulações é possível concluir que o algoritmo EMM apresenta os melhores resultados em ambiente CDMA. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The great effort of communications engineers is to create methods that allows improve spectrum usage efficiency, that is a scarce resource. The Code Division Multiple Access (CDMA) and the spatial processing techniques using array of antennas are two enable technologies to achieve this task. In this context, the smart antennas technique can improve the reception of the signals of interest and can reduce the interferences at the same time. For this reason, it is important the estimation of the Direction of Arrival (DOA) of the signals of interest. In this dissertation, initially, the technology of smart antennas and the cellular CDMA system are described. Then, several Direction of Arrival estimation techniques of electromagnetic signals using the reverse channels CDMA are studied and compared. After that, three Direction of Arrival estimators are presented and their performances are compared for estimative absolute mean error and estimative variance error. These methods use the maximum likelihood (ML) approach with expectation maximization (EM) algorithm and are called EM1, EMM and EMS. It is verified, using simulations in MATLAB, the EMM algorithm has excellent performance in all created scenarios. In conclusion, the EMM algorithm using in reverse channel CDMA presents better results.