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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85536| Type: | Tese |
| Title: | A study on the angle-of-arrival estimation problem from three complementary perspectives: challenges, particularities, and applications |
| Title in English: | A study on the angle-of-arrival estimation problem from three complementary perspectives: challenges, particularities, and applications |
| Authors: | Santos, Michel Gonzaga dos |
| Advisor: | Freitas Júnior, Walter da Cruz |
| Keywords in Brazilian Portuguese : | Teoria da estimativa;Sistemas MIMO;Comunicação e sensoriamento integrados;Sistemas de comunicação móvel |
| Keywords in English : | Estimation theory;MIMO Systems;Integrated sensing and communication;Mobile communication systems |
| Knowledge Areas - CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
| Issue Date: | 2025 |
| Citation: | SANTOS, Michel Gonzaga dos. A study on the angle-of-arrival estimation problem from three complementary perspectives: challenges, particularities, and applications. 2025. 110 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tencologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025. |
| Abstract in Brazilian Portuguese: | Esta tese de doutorado condensa os resultados dos estudos desenvolvidos ao longo deste programa de doutorado. Ela inicia com um capítulo introdutório, que apresenta o embasamento teórico necessário para sustentar os tópicos abordados ao longo do trabalho. Os demais capítulos estão interligados por meio do tema central desta tese: o problema de estimação do ângulo de chegada (AoA) em sistemas sem fio, o qual é explorado sob três perspectivas distintas, porém complementares. A principal motivação para a elaboração deste documento é sustentar o argumento de que uma compreensão clara do problema de estimação do AoA é um elemento-chave para o avanço das tecnologias previstas para a sexta geração (6G) e além, ao estabelecer uma ponte entre os domínios de comunicação e sensoriamento por radar. Nesse sentido, adquirir uma compreensão aprofundada das nuances desse problema é de grande importância, pois fornece a base para a plena exploração do potencial de ambos os serviços. Primeiramente, o problema é analisado sob uma perspectiva puramente comunicacional, na qual é proposta uma nova abordagem de estimação de AoA para o refinamento de feixes analógicos, explorando o domínio da polarização em redes de comunicação multiple-input multiple-output (MIMO) operando em altas frequências. Em seguida, o problema de estimação conjunta do AoA e frequência Doppler é investigado sob a ótica do sensoriamento. Ao considerar redes de sensoriamento biestáticas e multiestáticas, a estimação desses dois parâmetros permite capacidades de localização de alvos dentro do sistema. Nesse contexto, o Cramér-Rao lower bound (CRLB) é empregado para avaliar o desempenho dos estimadores individuais em diferentes configurações de cenário. Por fim, o problema de estimação de AoA e ângulo de partida (AoD) é examinado em uma rede biestática de sensoriamento e comunicação integrados (ISAC). Assumindo transmissão em downlink, argumenta-se que a qualidade de serviço (QoS) dos sistemas de comunicação e sensoriamento pode ser aprimorada por meio de uma alocação adequada de recursos espaço–temporais. Para esse fim, é formulado um problema de otimização com o objetivo de melhorar conjuntamente a taxa de soma média no tempo—considerando um determinado número de usuários (UEs) — e o CRLB associado ao AoA e ao AoD do alvo passivo de interesse. Além disso, as principais conclusões a cerca dos capítulos anteriores, bem como perspectivas para trabalhos futuros, são apresentadas no capítulo de conclusão. |
| Abstract: | This PhD dissertation condenses the outcomes of the studies developed over the course of this doctoral program. It begins with an overview chapter that provides the theoretical background required to support the topics addressed throughout the thesis. The remaining chapters are connected through the central theme of this thesis: the angle of arrival (AoA) estimation problem in wireless systems, which is explored under three distinct yet complementary perspectives. The main motivation for writing this document is to support the argument that a clear understanding of the AoA estimation problem is a key enabler for advancing the technologies envisioned for 6th generation (6G) and beyond, by bridging the communication and radar sensing domains. Accordingly, gaining insight into the nuances of this problem is of great importance, as it provides the foundation for fully exploiting the potential of both services. First, the problem is examined from a purely communication perspective, in which a novel AoA estimation approach for analog beam refinement is proposed, exploiting the polarization domain in high-frequency multiple-input multiple-output (MIMO) communication networks. Subsequently, the joint AoA and Doppler frequency estimation problem is investigated from a sensing perspective. By considering bistatic and multistatic sensing networks, the joint estimation of these two parameters enables target localization capabilities within the system. In this context, the Cramér-Rao lower bound (CRLB) is employed to assess the performance of the individual estimators under different scenario setups. Finally, the AoA and angle of departure (AoD) estimation problem is examined in a bistatic integrated communication and sensing (ISAC) network. Assuming downlink transmission, it is argued that the quality-of-service (QoS) of both sensing and communication systems can be improved through a proper allocation of space–time resources. To this end, an optimization problem is formulated to jointly enhance the time-averaged communication sum-rate—assuming a given number of users (UEs)—and the CRLB associated with the AoA and AoD of the passive target of interest. Additionally, the main conclusions derived from these chapters, along with directions for future research, are summarized in the Conclusion chapter. |
| Description in Brazilian Portuguese: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85536 |
| Author's ORCID: | https://orcid.org/0009-0006-8163-2115 |
| Author's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/8125904673465798 |
| Advisor's Lattes: | http://lattes.cnpq.br/0694425837735193 |
| Access Rights: | Acesso Aberto |
| Appears in Collections: | DETE - Teses defendidas na UFC |
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