Preview

Вестник СибГУТИ

Расширенный поиск

Использование SDR-технологии для задач сетевого позиционирования. Модели приема и обработки опорных сигналов LTE

https://doi.org/10.55648/1998-6920-2022-16-3-62-83

Полный текст:

Аннотация

Анализ состояния проблемы позиционирования пользовательских устройств UE с использованием инфраструктуры базовых стаций eNB сетей подвижной радиосвязи LTE по открытым зарубежным источникам показывает высокую актуальность и востребованность данного направления исследований. В настоящей работе приводится анализ состояния проблемы, а также формализация моделей приема и обработки опорных сигналов LTE для макета пользовательского устройства, построенного с использованием технологии программно-конфигурируемого радио.

Ключевые слова


Об авторах

Г. А. Фокин
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Россия

Фокин Григорий Алексеевич – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры радиосвязи и вещания СПбГУТ.

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



Д. Б. Волгушев
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Россия

Волгушев Дмитрий Борисович - научный сотрудник СПбГУТ.

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



Список литературы

1. Фокин Г. А. Технологии сетевого позиционирования. Санкт-Петерб.: СПбГУТ, 2020. 558 с.

2. Фокин Г. А. Технологии сетевого позиционирования 5G. М.: Горячая Линия – Телеком, 2021. 456 с.

3. Фокин Г. А. Комплекс моделей и методов позиционирования устройств в сетях пятого поколения. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.12.13. Санкт-Петербург. 2021. 499 с.

4. Zekavat R., Buehrer R. M. Handbook of position location: Theory, practice and advances. John Wiley & Sons, 2019. 1376 p.

5. Campos R. S., Lovisolo L. RF Positioning: Fundamentals, Applications, and Tools. Artech House, 2015. 369 p.

6. Sand S., Dammann A., Mensing C. Positioning in Wireless Communications Systems. Wiley, 2014. 276 p.

7. del Peral-Rosado J. A. Evaluation of the LTE positioning capabilities in realistic navigation channels. Universitat Autònoma de Barcelona, 2014.

8. del Peral-Rosado J. A., López-Salcedo J. A., Seco-Granados G., Zanier F., Crisci M. Preliminary analysis of the positioning capabilities of the positioning reference signal of 3GPP LTE // Proc. European Workshop on GNSS Signals and Signal Processing, 2011.

9. del Peral-Rosado J. A., López-Salcedo J. A., Seco-Granados G., Zanier F., Crisci M. Achievable localization accuracy of the positioning reference signal of 3GPP LTE // Proc. International Conference on Localization and GNSS, 2012. P. 1–6.

10. del Peral-Rosado J. A., López-Salcedo J. A., Seco-Granados G., Zanier F., Crisci M. Analysis of positioning capabilities of 3GPP LTE // Proc. 25th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS 2012), 2012. P. 650–659.

11. del Peral-Rosado J. A., López-Salcedo J. A., Seco-Granados G., Zanier F., Crisci M. Evaluation of the LTE positioning capabilities under typical multipath channels // Proc. 6th Advanced Satellite Multimedia Systems Conference (ASMS) and 12th Signal Processing for Space Communications Workshop (SPSC), 2012. P. 139–146.

12. del Peral-Rosado J. A., López-Salcedo J. A., Seco-Granados G., Zanier F., Crisci M. Joint channel and time delay estimation for LTE positioning reference signals // Proc. 6th ESA Workshop on Satellite Navigation Technologies (Navitec) & European Workshop on GNSS Signals and Signal Processing, 2012. P. 1–8.

13. del Peral-Rosado J. A., López-Salcedo J. A., Seco-Granados G., Zanier F., Crisci M. Joint maximum likelihood time-delay estimation for LTE positioning in multipath channels // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2014. № 1. P. 1–13.

14. del Peral-Rosado J. A. et al. Software-defined radio LTE positioning receiver towards future hybrid localization systems // Proc. 31st AIAA International Communications Satellite Systems Conference, 2013. P. 14–17.

15. del Peral-Rosado J.A. et al. Comparative results analysis on positioning with real LTE signals and low-cost hardware platforms // Proc. 7th ESA Workshop on Satellite Navigation Technologies and European Workshop on GNSS Signals and Signal Processing (Navitec), 2014. P. 1–8.

16. del Peral-Rosado J. A., López-Salcedo J. A., Seco-Granados G., Crosta P., Zanier F., Crisci M. Downlink synchronization of LTE base stations for opportunistic ToA positioning // Proc. International Conference on Localization and GNSS (ICL-GNSS), 2015. P. 1–6.

17. Bartolucci M., Del Peral-Rosado J. A., Estatuet-Castillo R., Garcia-Molina J. A., Crisci M., Corazza G. E. Synchronization of low-cost open source SDRs for navigation applications // Proc. 8th ESA Workshop on Satellite Navigation Technologies and European Workshop on GNSS Signals and Signal Processing (Navitec), 2016. P. 1–7.

18. Müller P., del Peral-Rosado J. A., Piché R., Seco-Granados G. Statistical Trilateration with Skew-t Distributed Errors in LTE Networks // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2016. V. 15, № 10. P. 7114–7127.

19. del Peral-Rosado J. A., López-Salcedo J. A., Zanier F., Seco-Granados G. Position Accuracy of Joint Time-Delay and Channel Estimators in LTE Networks // IEEE Access. 2018. V. 6. P. 25185–25199.

20. del Peral-Rosado J. A., Seco-Granados G., Kim S., López-Salcedo J. A. Network Design for Accurate Vehicle Localization // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2019. V. 68, № 5. P. 4316–4327.

21. del Peral-Rosado J. A., López-Salcedo J. A., Kim S., Seco-Granados G. Feasibility study of 5G-based localization for assisted driving // Proc. International Conference on Localization and GNSS (ICL-GNSS), 2016. P. 1–6.

22. Shamaei K. Exploiting Cellular Signals for Navigation: 4G to 5G. University of California, Irvine, 2020.

23. Kassas Z. M., Shamaei K., Khalife J. SDR for navigation with LTE signals. Patent US11187774B2. United States. University of California. Publication 30.11.2021.

24. Shamaei K., Khalife J., Kassas Z. Performance characterization of positioning in LTE systems // Proc. 29th international technical meeting of the satellite division of the institute of navigation (ION GNSS+), 2016. P. 2262–2270.

25. 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.

26. Shamaei K., Khalife J., Kassas Z. M. Ranging precision analysis of LTE signals // Proc. 25th European Signal Processing Conference (EUSIPCO), 2017. P. 2719–2723.

27. Shamaei K., Khalife J., Souradeep B., Kassas Z. M. Computationally efficient receiver design for mitigating multipath for positioning with LTE signals // Proc. 30th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+), 2017. P. 3751–3760.

28. Shamaei K., Khalife J., Kassas Z. M. Pseudorange and multipath analysis of positioning with LTE secondary synchronization signals // Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2018. P. 1–6.

29. Shamaei K., Kassas Z. LTE receiver design and multipath analysis for navigation in urban environments // NAVIGATION Journal of the Institute of Navigation. 2018. V. 65, № 4. P. 655–675.

30. 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.

31. Abdallah A. A., Shamaei K. Kassas Z. M. Performance characterization of an indoor localization system with LTE code and carrier phase measurements and an IMU // Proc. International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 2019. P. 1–8.

32. Shamaei K., Morales J. J., Kassas Z. M. A framework for navigation with LTE time-correlated pseudorange errors in multipath environments // Proc. IEEE 89th Vehicular Technology Conference (VTC2019-Spring), 2019. P. 1–6.

33. Kassas Z. M., Maaref M., Morales J. J., Khalife J. J., Shamei K. Robust Vehicular Localization and Map Matching in Urban Environments Through IMU, GNSS, and Cellular Signals // IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine. 2020. V. 12, № 3. P. 36–52.

34. Abdallah A. A., Shamaei K., Kassas Z. M. Assessing real 5G signals for opportunistic navigation // Proc. 33rd International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+), 2020. P. 2548–2559.

35. 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.

36. Shamaei K., Kassas Z. M. A joint TOA and DOA acquisition and tracking approach for positioning with LTE signals // IEEE Transactions on Signal Processing. 2021. V. 69. P. 2689–2705.

37. Knutti F., Sabathy M., Driusso M., Mathis H., Marshall C. Positioning using LTE signals // Proc. of Navigation Conference in Europe, 2015. P. 1–8.

38. Driusso M., Babich F., Knutti F., Sabathy M., Marshall C. Estimation and tracking of LTE signals time of arrival in a mobile multipath environment // Proc. 9th International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (ISPA), 2015. P. 276–281.

39. Driusso M., Marshall C., Sabathy M., Knutti F., Mathis H., Babich F. Vehicular Position Tracking Using LTE Signals // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2017. V. 66, № 4. P. 3376–3391.

40. Xu W., Huang M., Zhu C., Dammann A. Maximum likelihood TOA and OTDOA estimation with first arriving path detection for 3GPP LTE system // Transactions on Emerging Telecommunications Technologies. 2016. V. 27, № 3. P. 339–356.

41. 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.

42. 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.

43. Фокин Г. А. Технологии программно-конфигурируемого радио. М.: Горячая Линия – Телеком, 2019. 316 с.

44. Фокин Г. А. Методика идентификации прямой видимости в радиолиниях сетей мобильной связи 4-го поколения с пространственной обработкой сигналов // Труды Научно-исследовательского института радио. 2013. № 3. С. 78–82.

45. Фокин Г. А. Имитационное моделирование процесса распространения радиоволн в радиолиниях сетей мобильной связи 4-го поколения с пространственной обработкой сигналов // Труды Научно-исследовательского института радио. 2013. № 3. С. 83–89.

46. Фокин Г. А. Комплексная имитационная модель для позиционирования источников радиоизлучения в условиях отсутствия прямой видимости // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4, № 1. С. 85–101.

47. Фокин Г. А. Сценарии позиционирования в сетях 5G // Вестник связи. 2020. № 2. С. 3–9.

48. Фокин Г. А. Сценарии позиционирования в сетях 5G // Вестник связи. 2020. № 3. С. 13–21.

49. Фокин Г. А., Кучерявый А. Е. Сетевое позиционирование в экосистеме 5G // Электросвязь. 2020. № 9. C. 51–58.

50. Фокин Г. А. Использование методов сетевого позиционирования в экосистеме 5G // Электросвязь. 2020. № 11. С 29–37.

51. OpenCellid. [Электронный ресурс]. URL: https://opencellid.org/ (дата обращения: 29.09.2022).

52. Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича. [Электронный ресурс]. URL: https://www.sut.ru/ (дата обращения: 29.09.2022).

53. Сиверс М. А., Фокин Г. А., Духовницкий О. Г. Позиционирование абонентских станций в сетях мобильной связи LTE разностно-дальномерным методом // Системы управления и информационные технологии. 2015. Т. 59, № 1. С. 55–61.

54. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022617912, 26.04.2022. Программный модуль комплекса функций представления и преобразования форматов оценок координат при позиционировании в сетях мобильного широкополосного беспроводного доступа (МШБД) / В. О. Аксенов, Г. А. Фокин. Правообладатель ООО «Лаборатория инфокоммуникационных сетей». Заявка № 2022616360 от 11.04.2022.

55. Дворников С. В., Фокин Г. А., Аль-Одхари А. Х., Федоренко И. В. Оценка влияния свойств сигнала PRS LTE на точность позиционирования // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2017. № 4. С. 94–103.

56. Дворников С. В., Фокин Г. А., Аль-Одхари А. Х., Федоренко И. В. Исследование зависимости геометрического фактора топологии для разностно-дальномерного метода позиционирования // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2017. № 2. С. 86–93.

57. Дворников С. В., Фокин Г. А., Аль-Одхари А. Х., Федоренко И. В. Исследование зависимости значения геометрического фактора снижения точности от топологии пунктов приема // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2018. № 2. С. 99‒104.

58. 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.

59. 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.

60. Борисов Е. Г., Машков Г. М., Фокин Г. А. Экспериментальный стенд оценки точности позиционирования на основе программно-конфигурируемого радио // Сборник научных статей V международной научно-технической и научно-методической конференции «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании», 2016. С. 120–125.

61. 3GPP TS 36.211 V16.7.0 (2021-12). Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation (Release 17).

62. 3GPP TS 36.212 V17.1.0 (2022-03). Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding (Release 17).

63. Drozdova V. G., Kalachikov A. A. SDR Based Evaluation of the Initial Cell Search In 5G NR OpenAirInterface Implementation // Proc. XV International Scientific-Technical Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE), 2021. P. 248–251.

64. Петров В. П., Якушев И. Ю. Современные технологии в системе MIMO // Вестник СибГУТИ. 2019. № 2. С. 94–108.

65. Калачиков А. А., Безгодкин Р. О., Петров И. А., Винников А. А. Исследование модели канала связи MIMO на основе открытого пакета моделирования // Вестник СибГУТИ. 2021. № 4 (56). С. 43–55.

66. van de Beek J. J., Sandell M., Borjesson P. O. ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems // IEEE Transactions on Signal Processing. 1997. V. 45, № 7. P. 1800–1805.

67. Fischer S. Observed time difference of arrival (OTDOA) positioning in 3GPP LTE. Qualcomm White Pap. July. 2014. P. 1–62.

68. Hofer M., McEachen J., Tummala M. Vulnerability Analysis of LTE Location Services // Proc. 47th Hawaii International Conference on System Sciences. 2014. P. 5162–5166.

69. Speth M., Fechtel S. A., Fock G., Meyr H. Optimum receiver design for wireless broad-band systems using OFDM. I // IEEE Transactions on Communications. 1999. V. 47, № 11. P. 1668–1677.

70. Speth M., Fechtel S. A., Fock G., Meyr H. Optimum receiver design for OFDM-based broadband transmission. II. A case study // IEEE Transactions on Communications. 2001. V. 49, № 4. P. 571–578.

71. Yang B., Letaief K. B., Cheng R. S., Cao Z. Timing recovery for OFDM transmission // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2000. V. 18, № 11. P. 2278–2291.


Рецензия

Для цитирования:


Фокин Г.А., Волгушев Д.Б. Использование SDR-технологии для задач сетевого позиционирования. Модели приема и обработки опорных сигналов LTE. Вестник СибГУТИ. 2022;(3):62-83. https://doi.org/10.55648/1998-6920-2022-16-3-62-83

For citation:


Fokin G.A., Volgushev D.B. Development of SDR-based network positioning technology. LTE reference signals reception and processing models. The Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Informatics. 2022;(3):62-83. (In Russ.) https://doi.org/10.55648/1998-6920-2022-16-3-62-83

Просмотров: 105


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1998-6920 (Print)