Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.164-169
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2005
Microphone array techniques are being used widely in wind tunnel measurements for identification of the distributed aerodynamic noise sources on the model being tested. Depending on the frequencies and sound levels, conventional beamforming algorithm has limitation in separating two adjacent sources. Several modifications to the classical beamforming have been developed to enhance way resolution and reduce sidelobe levels. In this Paper the robust adaptive beamforming and the CLEAN algorithm are used to compare to the result of conventional beamforming method. It is found that the CLEAN algorithm is capable of pin-pointing locations of multiple sources nearby, while these sources are unidentifiable with robust adaptive or conventional beamforming techniques.
Adaptive beamforming methods are known to suppress sidelobes and improve detection performance of weak signal by constructing weight vectors depending on the received signal itself. A standard adaptive beamforming like the MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) is very sensitive to mismatches between weight vectors and actual signal steering vectors. Also, a large computational complexity for estimating a stable covariance matrix is required when wideband beamforming for a large-scale array is used. In this paper, we exploit the WBRCB (Wideband Robust Capon Beamforming) method for stable and robust wideband adaptive beamforming of a passive large uniform line array sonar. To improve robustness of adaptive beamforming performance in the presence of mismatches, we extract a optimum mismatch parameter. WBRCB with extracted mismatch parameter shows performance improvement in beamforming using synthetic and experimental passive sonar signals.
We propose a robust adaptive beamforming algorithm for triplet array sonar. The proposed beamforming algorithm obtains robustness to mismatches, left/right discrimination, and has two steps. The first is a cardioid beamformer, which supports left/right discrimination of target signals. It applies the conventional delay-and-subtract to each triplet's signal with its rotation angle and obtains multiple cardioid beams. The second is a robust adaptive beamforming to minimize nearby interferences. We regard cardioid beams as input signals of a line array and apply an adaptive beamforming algorithm to the cardioid beams. Simulations results show that the proposed algorithm provides significantly better performance than the conventional algorithms, while supporting left/right discrimination of target signals.
Robust adaptive beamforming based on worst-case performance optimization is investigated in this paper. It improves robustness against steering vector mismatches by the approach of diagonal loading. A closed-form solution to optimal loading is derived after some approximations. Besides reducing the computational complexity, it shows how different factors affect the optimal loading. Based on this solution, a performance analysis of the beamformer is carried out. As a consequence, approximated closed-form expressions of the source-of-interest power estimation and the output signalto-interference-plus-noise ratio are presented in order to predict its performance. Numerical examples show that the proposed closed-form expressions are very close to their actual values.
Chen, Xueyan;Guo, Li;Dong, Chao;Lin, Jiaru;Li, Xingwang;Cavalcante, Charles Casimiro
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.1
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pp.21-40
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2018
In this paper, we propose the distributed robust beamforming design scheme in cognitive two-way amplify-and-forward (AF) relay networks with imperfect channel state information (CSI). Assuming the CSI errors follow a complex Gaussian distribution, the objective of this paper is to design the robust beamformer which minimizes the total transmit power of the collaborative relays. This design will guarantee the outage probability of signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) beyond a target level at each secondary user (SU), and satisfies the outage probability of interference generated on the primary user (PU) above the predetermined maximum tolerable interference power. Due to the multiple CSI uncertainties in the two-way transmission, the probabilistic constrained optimization problem is intractable and difficult to obtain a closed-form solution. To deal with this, we reformulate the problem to the standard form through a series of matrix transformations. We then accomplish the problem by using the probabilistic approach based on two sorts of Bernstein-type inequalities and the worst-case approach based on S-Procedure. The simulation results indicate that the robust beamforming designs based on the probabilistic method and the worst-case method are both robust to the CSI errors. Meanwhile, the probabilistic method can provide higher feasibility rate and consumes less power.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.9
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pp.148-156
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2014
In the MVDR (minimum variance distortionless response) adaptive array, its performance could be greatly deteriorated in the presence of steering vector errors as the desired signal is treated as an interference. This paper suggests an computationally simple adaptive beamforming method which is robust against these errors. In the proposed method, a minimization problem that is formulated according to the DCB (doubly constrained beamforming) principle is solved to find a solution vector, which is in turn projected onto a subspace to obtain a new steering vector. The minimization problem and the subspace projection are dealt with using some principal eigenpairs, which are obtained using a modified PASTd(projection approximation subspace tracking with deflation). We improve the existing MPASTd(modified PASTd) algorithm such that the computational complexity is reduced. The proposed beamforming method can significantly reduce the complexity as compared with the conventional ones directly eigendecomposing an estimate of the corelation matrix to find all eigenvalues and eigenvectors. Moreover, the proposed method is shown, through simulation, to provide performance improvement over the conventional ones.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.4A
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pp.399-406
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2011
Adaptive beamformers, which utilize a priori information on the arrival angle of the desired signal. suppress interferences while maximizing their gains in the desired signal direction. However, if there exist errors in the direction information, they can suffer from severe performance degradation since the desired signal is treated as an interference. A robust adaptive beamforming method is presented which exploits the signal-blocking structure of the Duvall beamformer. The proposed method finds an interference signal space directly from correlations of received signals and then obtains a weight vector such that it is orthogonal to the space. Applying the weight vector to two sub arrays which consist of one less sensors than the original uniform lineal array (ULA), the beamformer efficiently estimates the arrival angle of the desired signal. Its computational complexity is lower than existing methods, which require matrix inversion or eigendecomposition.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.11
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pp.4483-4501
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2015
In this paper, we investigate a security transmission scheme at the physical layer for cooperative wireless relay networks in the presence of a passive eavesdropper. While the security scheme has been previously investigated with perfect channel state information(CSI) in the presence of a passive eavesdropper, this paper focuses on researching the robust cooperative relay beamforming mechanism for wireless relay networks which makes use of artificial noise (AN) to confuse the eavesdropper and increase its uncertainty about the source message. The transmit power used for AN is maximized to degrade the signal-to-interference-plus-noise-ratio (SINR) level at the eavesdropper, while satisfying the individual power constraint of each relay node and worst-case SINR constraint at the desired receiver under a bounded spherical region for the norm of the CSI error vector from the relays to the destination. Cooperative beamforming weight vector in the security scheme can be obtained by using S-Procedure and rank relaxation techniques. The benefit of the proposed scheme is showed in simulation results.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.48
no.5
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pp.115-122
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2011
Adaptive arrays suffer from severe performance degradation when there are errors in the steering vector. The DCRCB (doubly constrained robust Capon beamformer) overcomes such a problem, introducing a spherical uncertainty set of the steering vector together with a norm constraint. However, in the standard DCRCB, it is a difficult task to determine the bound for the uncertainty, the radius of the spherical set, such that a near best solution is obtained. A novel beamforming method is presented which has no difficulty of the uncertainty bound setting, employing a recursive search for the steering vector. Though the basic idea of recursive search has been known, the conventional recursive method needs to set a parameter for the termination of the search. The proposed method terminates it by using distances to the signal subspace, without the need for parameter setting. Simulation demonstrates that the proposed method has better performance than the conventional recursive method and than the non-recursive standard DCRCB, even the one with the optimum uncertainty bound.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.6
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pp.2204-2224
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2021
This paper studies secure wireless transmission from a multi-antenna transmitter to a single-antenna intended receiver overheard by multiple eavesdroppers with considering the imperfect channel state information (CSI) of wiretap channel. To enhance security of communication link, the artificial noise (AN) is generated at transmitter. We first design the robust joint optimal beamforming of secret signal and AN to minimize transmit power with constraints of security quality of service (QoS), i.e., minimum allowable signal-to-interference-and-noise ratio (SINR) at receiver and maximum tolerable SINR at eavesdroppers. The formulated design problem is shown to be nonconvex and we transfer it into linear matrix inequalities (LMIs). The semidefinite relaxation (SDR) technique is used and the approximated method is proved to solve the original problem exactly. To verify the robustness and tightness of proposed beamforming, we also provide a method to calculate the worst-case SINR at eavesdroppers for a designed transmit scheme using semidefinite programming (SDP). Additionally, the secrecy rate maximization is explored for fixed total transmit power. To tackle the nonconvexity of original formulation, we develop an iterative approach employing sequential parametric convex approximation (SPCA). The simulation results illustrate that the proposed robust transmit schemes can effectively improve the transmit performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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