sibsutisВестник СибГУТИThe Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Information Science1998-6920СибГУТИ10.55648/1998-6920-2023-17-1-52-65sibsutis-790Research ArticleСОДЕРЖАНИЕСОДЕРЖАНИЕИспользование SDR-технологии для задач сетевого позиционирования. Процедуры приема и обработки опорных сигналов LTEDevelopment of SDR-based Network Positioning Technology. LTE Reference Signals Reception and Processing Procedureshttps://orcid.org/0000-0002-5358-1895ФокинГ. А.FokinG. A.

Фокин Григорий Алексеевич, д.т.н., доцент, профессор кафедры радиосвязи и вещания

193232, Санкт-Петербург, пр. Большевиков д. 22, к. 1, а. 407/2

Grigoriy A. Fokin, Dr. of Sci. (Engineering), Docent; Professor of the Department of Radio Communication and Broadcasting

193232, Saint Petersburg, Bolshevikov Prospect 22

grihafokin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8147-4368ВолгушевД. Б.VolgushevD. B.

Волгушев Дмитрий Борисович, научный сотрудник

193232, Санкт-Петербург, пр. Большевиков д. 22, к. 1, а. 407/2

 

Dmitry B. Volgushev, Research assistant

193232, Saint Petersburg, Bolshevikov Prospect 22

d.volgushev@yandex.ruСанкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-БруевичаРоссияThe Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications (SPbSUT)Russian Federation2023050420231715265Copyright © Фокин Г.А., Волгушев Д.Б., 20232023Фокин Г.А., Волгушев Д.Б.Fokin G.A., Volgushev D.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsutis.ru/jour/article/view/790Введение

Введение. Поиск технических решений по повышению точности позиционирования устройств с использованием инфраструктуры базовых станций существующих и проектируемых сетей сотовой радиосвязи является актуальным направлением исследований и разработок в последнее десятилетие. Интерес к сетевому позиционированию обусловлен ненадежным приемом сигналов глобальных навигационных спутниковых систем в условиях плотной городской застройки. Инструментом экспериментальной апробации технических решений являются программные и аппаратные средства технологии программно-конфигурируемого радио SDR. Настоящая работа является продолжением исследования по использованию SDR-технологии для задач сетевого позиционирования в части вопросов, касающихся приема и обработки опорных сигналов стандарта LTE.

Материалы и методы

Материалы и методы. В работе приводится экспериментально апробированная последовательность процедур приема и обработки опорных сигналов LTE с целью сбора первичных разностно-дальномерных измерений для программной реализации на макете пользовательского устройства, построенного с использованием технологии программно-конфигурируемого радио SDR.

Результаты

Результаты. Программная реализация представленных процедур лежит в основе SDR-макета пользовательского устройства приема и обработки опорных сигналов стандарта LTE.

Обсуждение и заключения

Обсуждение и заключения. Апробация работы SDR-макета пользовательского устройства в лабораторных условиях с SDR-макетами базовых станций, а также в полевых условиях с базовыми станциями функционирующих сетей LTE позволяет осуществлять поиск технических решений по повышению точности определения местоположения.

Introduction. The search for technical solutions to improve the positioning accuracy of devices using the infrastructure of base stations of existing and planned cellular radio networks is an important area of research and development in the last decade. Interest in network positioning is due to the unreliable reception of signals from global navigation satellite systems in dense urban areas. The instrument for experimental approbation of technical solutions is the software and hardware of the SDR software defined radio technology. This work is a continuation of the research on the use of SDR technology for network positioning tasks in terms of issues related to the reception and processing of reference signals of the LTE standard. Materials and methods. The paper presents an experimentally tested sequence of procedures for receiving and processing LTE reference signals in order to collect primary differential-range measurements for software implementation on a mock-up of a user device built using SDR software defined radio technology. Results. The software implementation of the presented procedures underlies the SDR layout of the user device for receiving and processing reference signals of the LTE standard. Discussion and conclusions. Approbation of the operation of the SDR testbed of the user device in laboratory conditions with SDR testbeds of base stations, as well as in the field with base stations of functioning LTE networks, makes it possible to search for technical solutions to improve the accuracy of positioning.

4GLTEPSSSSSCRSPRSSDRпозиционированиепроцедурыопорные сигналы4GLTEPSSSSSCRSPRSSDRpositioningproceduresreference signalsИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-29-00528), https://rscf.ru/project/22-29-00528/.Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-29- 00528), https://rscf.ru/project/22-29-00528/.ReferencesФокин Г. А. Технологии сетевого позиционирования. Санкт-Петербург: СПбГУТ, 2020. 558 с.Fokin G.A. Tekhnologii setevogo pozitsionirovaniya [Network positioning technologies]. St. Petersburg, Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy universitet telekommunikatsiy im. prof. M.A. Bonch-Bruyevicha, 2020. 558 p.Фокин Г. А. Технологии сетевого позиционирования 5G. М.: Горячая Линия – Телеком, 2021. 456 с.Fokin G.A. Tekhnologii setevogo pozitsionirovaniya 5G [5G network positioning technologies]. Moscow, Goryachaya liniya–Telekom, 2021. 456 p.Фокин Г. А. Комплекс моделей и методов позиционирования устройств в сетях пятого поколения. дис. … д-р. техн. наук. Санкт-Петербург. 2021. 499 с.Fokin G.A. Kompleks modeley i metodov pozitsionirovaniya ustroystv v setyakh pyatogo pokoleniya. Dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni doktora tekhnicheskikh nauk [A set of models and methods for positioning devices in fifth-generation networks], Doctor’s degree dissertation, St. Petersburg, 2021. 499 p.Гельгор А. Л., Павленко И. И., Горлов А. И., Фокин Г. А., Попов Е. А., Лаврухин В. А., Сиверс М. А. Первичная синхронизация с базовыми станциями LTE // Электромагнитные волны и электронные системы. 2014. Т. 19, № 7. С. 54–62.Gelgor A.L., Pavlenko I.I., Gorlov A.I., Fokin G.A., Popov E.A., Lavrukhin V.A., Sivers M.A. Pervichnaya sinkhronizatsiya s bazovymi stantsiyami LTE [Primary synchronization with LTE base stations]. Electromagnetic waves and electronic systems, 2014, vol. 19, no. 7, pp. 54-62.Гельгор А. Л., Павленко И. И., Фокин Г. А., Горлов А. И., Попов Е. А., Лаврухин В. А., Сиверс М. А. Пеленгация базовых станций в сетях LTE // Электросвязь. 2014. № 9. С. 34–39.Gelgor A.L., Pavlenko I.I., Fokin G.A., Gorlov A.I., Popov E.A., Lavrukhin V.A., Sivers M.A. Pelengatsiya bazovykh stantsiy v setyakh LTE [Direction finding of base stations in LTE networks]. Electrosvyaz, 2014, no. 9, pp. 34-39.Фокин Г. А., Волгушев Д. Б., Харин В. Н. Использование SDR-технологии для задач сетевого позиционирования. Формирование опорных сигналов LTE // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2022. Т. 16, № 5. С. 28–47.Fokin G.A., Volgushev D.B., Kharin V.N. Ispol'zovaniye SDR tekhnologii dlya zadach setevogo pozitsionirovaniya. Formirovaniye opornykh signalov LTE [Using SDR technology for network positioning tasks. Formation of LTE reference signals]. T-Comm: Telecommunications and transport, 2022. vol. 16, no. 5, pp. 28-47.Фокин Г. А., Лаврухин В. А., Волгушев Д. А., Киреев А. В. Модельно-ориентированное проектирование на основе SDR // Системы управления и информационные технологии. 2015. № 2 (60). С. 94–99.Fokin G.A., Lavrukhin V.A., Volgushev D.A., Kireev A.V. Model'no-oriyentirovannoye proyektirovaniye na osnove SDR [Model-Based Design Based on SDR]. Control Systems and Information Technologies, 2015, no. 2 (60), pp. 94-99.Фокин Г. А., Буланов Д. В., Волгушев Д. Б. Модельно-ориентированное проектирование систем радиосвязи на основе ПКР // Вестник связи. 2015. № 6. С. 26–30.Fokin G.A., Bulanov D.V., Volgushev D.B. Model'no-oriyentirovannoye proyektirovaniye sistem radiosvyazi na osnove PKR [Model-Based Design of Radio Communication Systems Based on SDR]. Vestnik svyazi, 2015, no. 6, pp. 26-30.Фокин Г. А. Технологии программно-конфигурируемого радио. М.: Горячая Линия – Телеком, 2019. 316 с.Fokin G.A. Tekhnologii programmno-konfiguriruyemogo radio [Software Defined Radio Technologies]. Moscow, Goryachaya liniya-Telekom, 2019. 316 p.Фокин Г. А., Волгушев Д. Б. Использование SDR-технологии для задач сетевого позиционирования. Модели приема и обработки опорных сигналов LTE // Вестник СибГУТИ. 2022. № 3 (59). С. 62–83.Fokin G.A., Volgushev D.B. Ispol'zovaniye SDR-tekhnologii dlya zadach setevogo pozitsionirovaniya. Modeli priyema i obrabotki opornykh signalov LTE [Development of SDR-based network positioning technology. LTE reference signals reception and processing models]. Vestnik SibGUTI, 2022, no. 3 (59), pp. 62-83.Shamaei K., Khalife J., Kassas Z. Performance characterization of positioning in LTE systems // Proceedings of the 29th international technical meeting of the satellite division of the institute of navigation (ION GNSS+ 2016). 2016. P. 2262–2270.Shamaei K., Khalife J., Kassas Z. Performance characterization of positioning in LTE systems. Proceedings of the 29th international technical meeting of the satellite division of the institute of navigation (ION GNSS+ 2016), 2016, pp. 2262-2270.Shamaei K., Kassas Z. M. Receiver Design and Time of Arrival Estimation for Opportunistic Localization With 5G Signals // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2021. V. 20, № 7. P. 4716–4731.Shamaei K., Kassas Z.M. Receiver Design and Time of Arrival Estimation for Opportunistic Localization With 5G Signals. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2021, vol. 20, no. 7, pp. 4716- 4731.Shamaei K. Exploiting Cellular Signals for Navigation: 4G to 5G. University of California, Irvine, 2020.Shamaei K. Exploiting Cellular Signals for Navigation: 4G to 5G. University of California, Irvine, 2020.Shamaei K., Khalife J., Kassas Z. M. Comparative results for positioning with secondary synchronization signal versus cell specific reference signal in LTE systems // Proc. International Technical Meeting of the Institute of Navigation, 2017. P. 1256–1268.Shamaei K., Khalife J., Kassas Z.M. Comparative results for positioning with secondary synchronization signal versus cell specific reference signal in LTE systems. Proceedings of the 2017 International Technical Meeting of the Institute of Navigation, 2017, pp. 1256-1268.Shamaei K., Khalife J., Kassas Z. M. Exploiting LTE Signals for Navigation: Theory to Implementation // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2018. V. 17, № 4. P. 2173– 2189.Shamaei K., Khalife J., Kassas Z.M. Exploiting LTE Signals for Navigation: Theory to Implementation. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2018, vol. 17, no. 4, pp. 2173-2189.Kassas Z. M., Shamaei K., Khalife J. SDR for navigation with LTE signals. Patent US11187774B2. United States. University of California. Publication 30.11.2021.Kassas Z.M., Shamaei K., Khalife J. SDR for navigation with LTE signals. Patent US11187774B2. United States. University of California. Publication 30.11.2021.3GPP TS 36.211 V16.7.0 (2021-12). Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation (Release 17).3GPP TS 36.211 V16.7.0 (2021-12). Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation (Release 17).3GPP TS 36.212 V17.1.0 (2022-03). Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding (Release 17).3GPP TS 36.212 V17.1.0 (2022-03). Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding (Release 17).3GPP TS 38.211 V17.2.0 (2022-06). NR; Physical channels and modulation (Release 17).3GPP TS 38.211 V17.2.0 (2022-06). NR; Physical channels and modulation (Release 17).Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2022619804 Российская Федерация. Программный модуль первичной обработки опорных сигналов стандарта LTE при позиционировании устройств / Г. А. Фокин, Д. Б. Волгушев; № 2022618875; заявл. 16.05.2022; опубл. 26.05.2022.Fokin G.A., Volgushev D.B. Programmnyy modul' pervichnoy obrabotki opornykh signalov standarta LTE pri pozitsionirovanii ustroystv [Software module for primary processing of reference signals of the LTE standard when positioning devices]. Certificate of state registration of the computer program 2022619804. Application 2022618875, submitted on 05.16.2022, published on 05.26.2022.Cell Search, MIB and SIB1 Recovery. LTE Toolbox. MathWorks. [Электронный ресурс]. URL: https://www.mathworks.com/help/lte/ug/cell-search-mib-and-sib1recovery.html (дата обращения: 31.03.2023).Cell Search, MIB and SIB1 Recovery. LTE Toolbox. MathWorks. available at: https://www.mathworks.com/help/lte/ug/cell-search-mib-and-sib1-recovery.html (accessed 31.03.2023).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.