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

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

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.

1. Фокин Г. А. Технологии сетевого позиционирования. Санкт-Петербург: 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. дис. … д-р. техн. наук. Санкт-Петербург. 2021. 499 с.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Фокин Г. А., Буланов Д. В., Волгушев Д. Б. Модельно-ориентированное проектирование систем радиосвязи на основе ПКР // Вестник связи. 2015. № 6. С. 26–30.

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

10. 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.

11. 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.

12. 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.

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

14. 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.

15. 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.

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

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

18. 3GPP TS 36.212 V17.1.0 (2022-03). Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding (Release 17).

19. 3GPP TS 38.211 V17.2.0 (2022-06). NR; Physical channels and modulation (Release 17).

20. 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.

21. 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).