On models and methods for direction of arrival estimation of signals in digital wireless communication systems

Orientador: Amauri LopesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Nesta tese tratamos do problema de estimação de direção de chegada de sinais digitalmente modulados, especificamente encontrado no enlace reverso de sistemas de comunicação semfiomultiusuário em que a estação rádio-base é composta por um arranjo de antenas, posicionadas de acordo com alguma geometria pré-definida. Os objetivos principais da tese são: esclarecer detalhes normalmente não tratados na descrição dos modelos de dados considerados na literatura existente, em especial, a respeito das condições de enlace e do sistema receptor necessárias para suportar a validade dos modelos empregados; agrupar alguns dos métodos de estimação existentes mais relevantes para o contexto tratado e avaliar suas vantagens e desvantagens; e introduzir o método de estimação desenvolvido nas pesquisas do período de doutorado, o qual representa a contribuição maior da tese em termos de metodologia. A solução proposta é fundamentada no critério da máxima verossimilhança e as análises de desempenho feitas através de simulações numéricas mostram que o estimador fornece resultados com qualidade próxima ao limite definido pelo limitante de Cramér-Rao. Algumas características importantes do método são: i) capacidade de operar com qualquer número de fontes se o número de antenas for maior ou igual a dois e o número de snapshots for suficientemente maior que a cardinalidade do espaço de sinal; ii) a qualidade da estimação não é afetada pela separação angular entre as fontes; e iii) possibilidade de operar com arranjos descalibradosAbstract: This thesis deals with the problem of estimating the direction of arrival of digitally modulated signals, specifically found in the uplink of multiuser wireless communication systems where the base station uses an antenna array. The main objectives of the thesis are: to clarify some details normally not treated in the description of the data models assumed in the existing literature, specially, on link and receiver conditions that are necessary to validate the employed models; to present some of the most relevant estimation methods to the current context and to evaluate their advantages and disadvantages; and to introduce the estimation method developed in the researches during the doctoral period, which represents the greater contribution of the thesis in terms of metodology. The proposed solution is fundamented in the maximum likelihood criterion and the performance analysis done through numerical simulations show that the estimator yields results with a quality close to that defined by the Cramér-Rao bound. Some important characteristics of the method are: i) capacity to operate with any number of sources if the number of antennas is greater than or equal to two and the number of snapshots is sufficiently greater than the cardinality of the signal space; ii) the estimation quality does not depend on the angle separation between sources; and iii) possibility to operate with uncalibrated arraysDoutoradoTelecomunicações e TelemáticaDoutor em Engenharia Elétric

A study on the application of bio-inspired algorithms to the problem of direction of arrival estimation

The classical solution to the problem of estimating the direction of arrival (DOA) of plane waves impinging on a sensor array is based on the application of the maximum likelihood method. This approach leads to the problem of optimizing a cost function which is non-linear, non-quadratic, multimodal and variant with respect to the signal-noise ratio (SNR). The methods proposed in the literature to solve this problem fail for a wide set of SNR values. This work presents the results obtained from a study on the application of natural computing algorithms to the DOA estimation problem. Computational simulations show that four of the analyzed algorithms find the global optimum for a broad range of SNR values with computational efforts lower than that associated with an exaustive search.A solução clássica para o problema de estimação dos ângulos de chegada (DOA) de sinais incidindo em um arranjo de sensores é a aplicação do método de máxima verossimilhança. Este método leva ao problema de otimização de uma função custo não-linear, não-quadrática, multimodal e variante com a relação sinal-ruído (SNR). Os métodos propostos para tal tarefa, presentes na literatura, falham em uma ampla gama de valores de SNR. Este trabalho apresenta os resultados de um estudo sobre a aplicação de ferramentas pertencentes à computação natural ao problema de estimação DOA. Simulações demonstram que quatro dos algoritmos analisados alcançam o ótimo global para uma ampla faixa de valores de SNR, com esforços computacionais inferiores àquele exigido por uma busca exaustiva.60962

Perfil de sensibilidade a antimicrobianos de bactérias isoladas no ambiente hospitalar

A comissão de controle de infecção e Epidemiologia Hospitalar do Hospital Santa Cruz prioriza atitudes educacionais contínuas focadas no perfil de sensibilidade de bactérias isoladas que causam infecção ou colonização e divulga sistematicamente esta publicação para auxiliar nas condutas institucionais

Optimum filtering on direction of arrival estimation of plane waves using array of sensors

Orientador: Amauri LopesDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: Esta dissertação trata do problema de estimação de direção de chegada (DOA) de ondas planas usando um arranjo linear uniforme de sensores. Estamos interessados em situações nas quais a relação sinal-ruido 'e baixa e o espaçamento angular entre as fontes de sinal 'e pequeno. Baseamos nossa proposta nos m'etodos MODE, MODEX e MODEX Modificado, que sao metodos eficientes existentes na literatura. Inspirados em conceitos de filtragem linear e no criterio da maxima verossimilhança, propomos um procedimento que ameniza o efeito do ruido no resultado da estimação. Este procedimento consiste em filtrar os dados recebidos e modificar adequadamente a função de verossimilhan¸ca utilizada no processo de obtenção das estimativas. Simulações numericas mostram que o desempenho do metodo proposto 'e melhor que aqueles correspondentes aos m'etodos MODE, MODEX e MODEX Modificado, alcançando menores valores de erro quadratico medio e de polarizaçãoAbstract: This work deals with the problem of estimating the direction of arrival (DOA) of plane waves using a uniform linear array of sensors. We are concerned with situations where the signal-to-noise ratio is low and the signal sources are spatially close. Our proposal is based on MODE, MODEX and Modified MODEX, that are efficient methods proposed in the literature. Inspired in concepts of linear filtering and in the maximum likelihood criterion, we propose a procedure that reduces the effect of noise in the estimation result. This procedure consists on filtering the received data and on modifying the likelihood function used to obtain the estimates. Numerical simulations show that the performance of the proposed method is better than those of MODE, MODEX and Modified MODEX methods, achieving lower mean square error and lower biasMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestre em Engenharia Elétric

Práticas com Ferramentas de Gestão Ambiental

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Práticas com Ferramentas de Gestão Ambiental

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The Impact of the Parameter Estimation Strategy in the CRS Method

International Congress of The Brazilian Geophysical Society and do not necessarily represent any position of the SBGf, its officers or members. Electronic reproduction or storage of any part of this paper for commercial purposes without the written consent of The Brazilian Geophysical Society is prohibited

Common‐offset common‐reflection‐surface attributes estimation with differential evolution

International audienc

Parameter estimation from non-hyperbolic reflection traveltimes for large aperture common midpoint gathers

International audienceAs far as superficial seismic reflection events are concerned, the classical normal moveout (NMO) process, which leads to the construction of seismic zero-offset (or stacked) sections, encounters several difficulties due to the large data aperture. One of these difficulties is that the hyperbolic approximation of the reflection traveltime in common midpoint (CMP) gathers is no longer valid when offset largely exceeds the target depth. Recently, Fomel and Kazinnik proposed a novel, multi-parameter, non-hyperbolic formula for the traveltime of such reflection events. This formula, which will be referred to here as the FK traveltime after the authors, is exact for reflectors whose shape can be described by a hyperbola, and shows promising accuracy for long offsets and/or curved reflectors. It also depends on the same set of parameters as the common reflection surface (CRS) traveltime. In this paper, we propose strategies for estimating these CRS parameters based on the FK traveltime using large aperture data. However, in contrast to traditional CRS processing, and due to their widespread use, only common midpoint (CMP) gathers will be considered for the parameter searches. We will begin with a sensitivity analysis, showing the impact of each parameter on the traveltime. Based on this analysis, we will propose a two-step estimation strategy, that could lead to improved seismic images, especially for very shallow, high aperture events. We will then highlight, through synthetic examples and discussions, the strengths and limitations of this strategy