Adaptive Beam-forming Algorithms for Smart Antenna Systems

Abstract

Adaptive beamforming based on specific needs to select the appropriate criteria or algorithms by changing the weight vector of antenna elements. In this thesis, various evolutionary algorithms are used to adapt the weights of the smart antenna arrays to maximize the output power of the signal in desired direction and minimize the power in the unwanted direction. Uniform linear array is considered (ULA). Numerical results are presented to verify the improved convergence of the algorithms. Simulation results using different sets of antenna elements and different spacing between the antenna array elements. The thesis focuses on adaptive algorithms used to compute the complex weights like Least Mean Squares (LMS) and Recursive Least Squares (RLS) algorithms. In Least Mean Square algorithm, the convergence speed of the algorithm depends on the step size, which depends on the correlation matrix. With large eigen values spread, it converges slowly in a dynamic channel environment. This problem is solved by recursive least square algorithm. These two algorithms are compared for their rate of convergence, beam width and acquisition and tracking of desired signal. Simulation results show that the better adaptive beamforming algorithms for smart antenna systems in mobile communications.

تشكيل الشعاع المتكيف يعتمد على إحتياجات محددة لإختيار المعيار أو الخوارزمية المناسبة وذلك بتغيير متجه الوزن لعناصر الهوائيات. في هذه الأطروحة أستخدمت خوارزميات مختلفة ومتطورة لتكييف أوزان مصفوفات الهوائيات الذكية وذلك لذيادة قدرة الخرج للإشارة في الإتجاه المرغوب وتقليلها في الإتجاه غير المرغوب. تم إعتبار المصفوفة على أنها مصفوفة خطية منتظمة ومن ثم تم تقديم النتائج العددية لتحقيق نتائج الخوارزميات. نتائج المحاكاة استخدمت مجموعة من عناصر الهوائيات ومسافات مختلفة بين عناصر المصفوفة. هذه الأطروحة ركزت على الخوارزميات التكيفية المستخدمة لحساب الأوزان المركبة مثل خوارزميتي LMS RLS. في خوارزمية LMS سرعة تقارب الخوارزمية تعتمد على حجم الخطوة الذي يعتمد على مصفوفة الإرتباط ،الذي يعطي تقارب بطئ مع القيم الكبيرة لمعاملات التحول الخطي، هذه المشكلة تم حلها بإستخدام خوارزمية RLS . هاتان الخوارزميتان تم مقارنة التقارب بالنسبة لهما ،عرض الشعاع المتشكل وتتبعهما للإشارة المرغوبة. نتائج المحاكاة تعرض خوارزميات تشكيل الشعاع المتكيف لأنظمة الهوائي الذكي في الإتصالات المتنقلة.