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Tipo: Dissertação
Título: Centralized and distributed LCMP beamforming based on the block conjugate gradient method
Autor(es): Santos, Yuri Ribeiro dos
Primeiro Orientador: Ribeiro, Moisés Vidal
Co-orientador: Martins, Wallace Alves
Membro da banca: Duque, Carlos Augusto
Membro da banca: Ferreira, Daniel Basso
Resumo: Esta dissertação investiga a recepção de múltiplos sinais de interesse (do inglês, signals of interest)(SOIs) em meio a sinais de interferência (do inglês, interfering signals)(ISs) usando uma rede colaborativa de nós espacialmente distribuídos que formam um arranjo de antenas virtual. Com foco em beamforming de recepção para o enlace Terra-satélite, apresentam-se beamformers de mínima potência com restrições lineares (do inglês, linearly constrained minimum power)(LCMP) tanto centralizados quanto distribuídos, cada um utilizando o método do gradiente conjugado em blocos. O beamformer LCMP centralizado destina-se a cenários nos quais um nó de fusão central estima os vetores de pesos. Por outro lado, o beamformer LCMP distribuído é desenvolvido incorporando o protocolo de consenso de média (do inglês, average consensus)(AC) ao método do gradiente conjugado em blocos, permitindo que cada nó estime seus vetores de pesos a partir de seus próprios dados brutos e trocas limitadas de informações, eliminando assim a necessidade de um nó de fusão central. Para reduzir ainda mais a complexidade computacional e a comunicação de dados entre nós, o B mini-batch é incorporado ao beamformer LCMP distribuído proposto. Realizam-se simulações numéricas tanto em cenário planar, com distribuições regulares de nós, quanto em cenário espacial, com distribuições aleatórias de nós, representando uma rede de satélites em enxame. Os resultados numéricos indicam que ambos os beamformers LCMP, centralizados e distribuídos, convergem à medida que o número de amostras aumenta, e que seu desempenho permanece consistente entre os cenários considerados. Para o beamformer LCMP distribuído, os resultados numéricos mostram que o aumento da conectividade da rede reduz o tempo de execução, e que o B mini-batch pode reduzi-lo substancialmente com um impacto razoável na taxa de erro de símbolo. Os resultados numéricos revelam ainda que, quando o espaçamento entre nós excede meio comprimento de onda, a eficiência do feixe é limitada por níveis elevados de lóbulos laterais, enquanto as restrições sobre SOIs e ISs permanecem satisfeitas. Adicionalmente, os resultados numéricos confirmam que os beamformers LCMP propostos gerenciam efetivamente múltiplos SOIs na presença de ISs. Por fim, mostra-se que os beamformers LCMP propostos se reduzem aos beamformers de resposta com potência mínima sem distorção (do inglês, minimum power distortionless response)(MPDR) sob uma única restrição de ganho unitário na ausência de sinais interferentes.
Abstract: This dissertation investigates the reception of multiple signals of interest (SOIs) amid interfering signals (ISs) using a collaborative network of spatially distributed nodes that form a virtual antenna array. Focusing on receiver beamforming for the Earthto-satellite link, both centralized and distributed linearly constrained minimum-power (LCMP) beamformers are presented, each using the block conjugate gradient method. The centralized LCMP beamformer is intended for scenarios in which a central fusion node estimates the weight vectors. In contrast, the distributed LCMP beamformer is developed by incorporating the average consensus (AC) protocol into the block conjugate gradient method, enabling each node to estimate its weight vectors from its own raw data and limited information exchange, thereby eliminating the need for a central fusion node. To further reduce computational complexity and inter-node data communication, the B mini-batch is incorporated into the proposed distributed LCMP beamformer. Numerical simulations are performed for both a planar scenario with regular node distributions and a spatial scenario with random node distributions, representing a swarm satellite network. The results indicate that both centralized and distributed LCMP beamformers converge as the number of snapshots increases, and that their performance remains consistent across the scenarios considered. For the distributed LCMP beamformer, numerical results show that increased network connectivity reduces execution time, and that the B mini-batch can substantially reduce it with a reasonable impact on symbol error rate. Numerical results further reveal that when the inter-node spacing exceeds half-wavelength, beam efficiency is limited by elevated side lobe levels, while the constraints on SOIs and ISs remain satisfied. Additionally, the numerical results confirm that the proposed LCMP beamformers effectively manage multiple SOIs in the presence of ISs. Finally, it is shown that the proposed LCMP beamformers reduce to the minimum power distortionless response (MPDR) beamformers under a single unity-gain constraint in the absence of interfering signals.
Palavras-chave: Beamforming
Processamento de sinais em arranjo
Arranjo virtual de antenas
Consenso de média
Gradiente conjugado em bloco
Array signal processing
Virtual antenna array
Average consensus
Block conjugate gradient
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: eng
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
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Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20495
Data do documento: 24-Fev-2026
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações)



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