Phân tích hiệu suất của các phương pháp ước lượng DoA cho các hệ thống sử dụng ADC phân giải thấp
Tóm tắt: 99
| 
PDF: 50 
##plugins.themes.academic_pro.article.main##
Author
Từ khóa:
DoA
low-resolution ADC
MUSIC
SPICE
Bartlett
CRLB
Tóm tắt
Ước lượng hướng đến (Direction of Arrival – DoA) là một nhiệm vụ cốt lõi trong xử lý tín hiệu mảng, đóng vai trò thiết yếu trong các ứng dụng như radar, sonar và truyền thông không dây. Để giảm độ phức tạp phần cứng, chi phí và tiêu thụ điện năng, các bộ chuyển đổi tương tự–số (ADC) có độ phân giải thấp đã được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong các hệ thống đa ăng-ten. Bài báo này tập trung phân tích các kỹ thuật ước lượng DoA dành cho các hệ thống sử dụng ADC độ phân giải thấp. Đồng thời, nó cũng xây dựng biểu thức giới hạn dưới Cramér–Rao (CRLB) nhằm đánh giá giới hạn hiệu suất lý thuyết của các phương pháp này. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng ADC với 2 đến 3 bit lượng tử hóa mang lại sự cân bằng tối ưu giữa hiệu suất và hiệu quả phần cứng, trở thành lựa chọn thực tiễn cho nhiều hệ thống hiện đại. Kết quả này cung cấp gợi ý trong thiết kế các nền tảng tiết kiệm năng lượng và chi phí.
Tài liệu tham khảo
-
[1] H. L. Van Trees, Optimum Array Processing (Detection, Estimation, and Modulation Theory, Part IV). New York, NY, USA: Wiley, 2002.
[2] S. S. Haykin, J. Litva, and T. J. Shepherd, Eds., Radar Array Processing. Berlin, Germany: Springer-Verlag, 1993.
[3] S. Sedighi, B. S. Mysore R, M. Soltanalian, and B. Ottersten, "On the performance of one-bit DoA estimation via sparse linear arrays,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 69, pp. 6165–6182, 2021, doi: 10.1109/TSP.2021.3122290.
[4] D. K. W. Ho and B. D. Rao, "Antithetic dithered 1-bit massive MIMO architecture: Efficient channel estimation via parameter expansion and PML,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 67, no. 9, pp. 2291–2303, May 2019.
[5] O. Orhan, E. Erkip, and S. Rangan, "Low power analog-to-digital conversion in millimeter wave systems: Impact of resolution and bandwidth on performance,” arXiv preprint arXiv:1502.01980, 2015.
[6] J. Mo and R. W. Heath Jr., "Capacity analysis of one-bit quantized MIMO systems with transmitter channel state information,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 63, no. 20, pp. 5498–5512, Oct. 2015.
[7] F. Yeganegi, A. Eamaz, and M. Soltanalian, "Low-rank matrix sensing with dithered one-bit quantization,” in Proc. IEEE Int. Symp. Inf. Theory (ISIT), 2024, pp. 527–532.
[8] M. Chen, Q. Li, X. P. Li, L. Huang, and M. Rihan, "One-bit DoA estimation for deterministic signals based on ℓ2,1-norm minimization,” IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 60, no. 2, pp. 2438–2444, Apr. 2024, doi: 10.1109/TAES.2023.3348084.
[9] M. Chen, Q. Li, L. Huang, L. Feng, and M. Rihan, "One-bit Cramér–Rao bound of direction of arrival estimation for deterministic signals,” IEEE Trans. Circuits Syst. II, Exp. Briefs, vol. 71, no. 2, pp. 957–961, Feb. 2024, doi: 10.1109/TCSII.2023.3309788.
[10] B. Shi et al., "Impact of low-resolution ADC on DOA estimation performance for massive MIMO receive array,” IEEE Syst. J., vol. 16, no. 2, pp. 2635–2638, Jun. 2022, doi: 10.1109/JSYST.2021.3139449.
[11] B. Shi, Q. Zhang, R. Dong, Q. Jie, S. Yan, F. Shu, and J. Wang, "DOA estimation for hybrid massive MIMO systems using mixed-ADCs: Performance loss and energy efficiency,” IEEE Open J. Commun. Soc., vol. 4, pp. 1383–1395, 2023.
[12] F. Yeganegi, A. Eamaz, T. Esmaeilbeig, and M. Soltanalian, "Deep learning-enabled one-bit DoA estimation,” in Proc. IEEE Sensor Array Multichannel Signal Process. Workshop (SAM), Corvallis, OR, USA, 2024, pp. 1–5, doi: 10.1109/SAM60225.2024.10636650.
[13] J. Max, "Quantizing for minimum distortion,” IRE Trans. Inf. Theory, vol. 6, no. 1, pp. 7–12, Mar. 1960.
[14] M. Bartlett, "Smoothing periodograms from time-series with continuous spectra,” Nature, vol. 161, pp. 686–687, 1948, doi: 10.1038/161686a0.
[15] F. Gao and A. B. Gershman, "A generalized ESPRIT approach to direction-of-arrival estimation,” IEEE Signal Process. Lett., vol. 12, no. 3, pp. 254–257, Mar. 2005.
[16] P. Stoica, P. Babu, and J. Li, "SPICE: A sparse covariance-based estimation method for array processing,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 59, no. 2, pp. 629–638, Feb. 2011.
[17] P. Vallet, X. Mestre, and P. Loubaton, "Performance analysis of an improved MUSIC DoA estimator,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 63, no. 23, pp. 6407–6422, Dec. 2015.
[18] S. M. Kay, Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory. Englewood Cliffs, NJ, USA: Prentice-Hall, 1993.
Xem thêm
##plugins.themes.academic_pro.article.sidebar##
Đã Xuất bản
Sep 30, 2025
Download
Cách trích dẫn
Nguyen-Duy-Nhat, V., và H. Nguyen-Le. “Phân tích hiệu suất của các phương pháp ước lượng DoA Cho các hệ thống sử dụng ADC phân giải thấp”. Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, vol 23, số p.h 9A, Tháng Chín 2025, tr 42-46, doi:10.31130/ud-jst.2025.23(9A).238.
