Uyarlamalı huzme biçimlendirme
Adaptive beamforming
Yazar: HARUN ÜNALDI
Danışman: DOÇ. DR. IŞIN ERER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Telekomünikasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Adaptif antenler = Adaptive antennas ; Adaptif filtreler = Adaptive filters ; Anten dizileri = Antenna arrays ; Kafes algoritması = Lattice algorithm ; Sinyal-gürültü oranı = Signal-noise rate ; İşaret işleme = Signal processing

Özet:
İlk çalışmaları 1950'li yıllarda başlayan uyarlamalı filtreler bir çok alanda uygulama bulmuştur. Uyarlamalı huzme biçimlendirme teknikleri de uyarlamalı filtrelere paralel olarak gelişim göstermiştir. Uyarlamalı anten dizilerini kullanan akıllı antenler son yıllarda sayısal teknolojinin hızlı gelişimiyle birlikte kablosuz haberleşmede anahtar teknoloji olmuştur.Kablosuz haberleşmede çok hızlı artan kullanıcı sayısına hizmet verebilmek için, kapasiteyi artıran önemli teknolojilerden SDMA teknolojisi sabit antenler yerine akıllı antenler ya da uyarlamalı anten dizilerini kullanmaktadır. Uyarlamalı anten dizileri, sahip oldukları uyarlamalı işaret işleyici birim sayesinde anten dizisi huzme biçimini istenen kullanıcı yönünde maksimum ışımaya sahip olacak şekilde yönlendirirken aynı zamanda değişik yönlerden gelen diğer kullanıcı işaretlerini mümkün olduğu kadar zayıflatmaya çalışır. Bu sistem yazılım kontrolüyle çalışır, anten dizisinin herhangi bir yöne, mekanik olarak yönlendirilmesi söz konusu değildir.Uyarlamalı anten dizilerinde, işaret işleyici birimde kullanılan değişik kriterlere göre çalışan bir çok uyarlamalı algoritma mevcuttur. Aynı zamanda değişik tekniklere göre çalışan uyarlamalı huzme biçimlendirme yöntemleri de yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında huzme biçimlendirme yöntemleri ve kullanılan uyarlamalı algoritmalar üzerinde durulmuş, bu algoritma ve yöntemler, performansları bilgisayar simülasyonlarıyla değerlendirilerek birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Anten dizisi olarak Düzgün Doğrusal Dizi (ULA) yapısı kullanılmıştır. Referans işareti kullanan LMS ve RLS algoritmalarıyla elde edilen huzme biçimleri simülasyonlarla sunulmuştur. Aynı zamanda bir çok avantajı beraberinde getiren, Kafes kestiricilerle huzme biçimlendirme yöntemi anlatılmış ve performansı simülasyonlarla değerlendirilmiştir.Ayrıca referans işaretine ihtiyaç duymayan LCMV huzme biçimlendirme yöntemlerinden Genelleştirilmiş Yan Lob Engelleyici huzme biçimlendirici, LMS ve RLS algoritmalarıyla gerçekleştirilerek simülasyon sonuçları değerlendirilmiştir. Alternatif bir yöntem olarak ise Kafes kestirici algoritması Genelleştirilmiş Yan Lob Engelleyici yapısının uyarlamalı kısmında kullanılmış, simülasyon sonuçlarından interferans işaretleri geliş açılarını yakalayan düzgün huzme biçimleri verdiği görülmüştür.

Abstract:
Adaptive filters, emerged in late 1950s, have been applied to many different fields. Adaptive beamforming techniques have evolved subsequently to the improvements in adaptive filters. With rapid development of digital technology, smart antennas which use adaptive antenna arrays have been a key technology in wireless communications.SDMA, one of the emerging capacity improving technologies, uses smart antennas or adaptive arrays instead of fixed antennas to serve the increasing demand in wireless communications. Adaptive arrays are used to maximize the radiation in the desired direction by using their adaptive signal processor unit while weakening the signals of interferers which arrive from different angles. This cancelling system is based on software control, antenna arrays are not mechanically steered to any direction.At the signal processor unit of adaptive arrays, based on different performance criteria, an extensive amount of adaptive algorithms are used. There are many adaptive beamforming methods based on different techniques. In this thesis, adaptive algorithms for adaptive beamforming are investigated. These methods are also compared by evaluating their performance via computer simulations. In the simulations, ULA is chosen as the antenna array geometry. The beamforms obtained by the LMS and RLS algorithms using a reference signal are illustrated. Moreover, the lattice estimator, which has some desirable properties, is adapted to beamforming and its performance is evaluated by simulations.The Generalized Sidelobe Canceller, which is a different way of realizing of blind adaptive LCMV beamforming, is implemented with LMS and RLS algorithms and the simulation results are evaluated. As an alternative method, the lattice estimator is used at the adaptive side of the Generalized Sidelobe Canceller. It is shown by the simulation results that the lattice estimator as Generalized Sidelobe Canceller forms beams which properly intercept the arrival angles of interference signals.