Evaluation of the LTE positioning capabilities in realistic navigation channels

• Autores: José Antonio Del Peral Rosado
• Directores de la Tesis: Gonzalo Seco Granados (dir. tes.), José Antonio López Salcedo (dir. tes.), Francesca Zanier (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2014
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ana García Armada (presid.), Ronald Raulefs (secret.), Davide Dardari (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de las telecomunicaciones
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TESEO  DDD 
• Resumen

  • En comunicaciones móviles, los avances de nuevas tecnologías están principalmente impulsados por el incremento en las velocidades de transmisión. Uno de estos avances es el uso de señales multiportadora que permiten una distribución flexible y eficiente de recursos en tiempo y frecuencia. Diversos sistemas utilizan esta característica para combinar funcionalidades de comunicaciones con posicionamiento, debido a la creciente demanda de servicios de datos y localización en dispositivos móviles. Sin embargo, la principal degradación en interiores y escenarios urbanos se produce por el efecto del canal multicamino, que induce un considerable sesgo en la estimación de distancias. Por lo tanto, es necesario contrarrestar el multicamino para alcanzar el máximo rendimiento en posicionamiento. Esta tesis aborda el potencial de las señales multiportadora en comunicaciones móviles para la estimación de distancias en canales severos, caracterizados por denso multicamino. Para ello, se considera el caso práctico del estándar de comunicaciones Long Term Evolution (LTE). Este estándar es de especial interés ya que define una señal multiportadora OFDM dedicada para posicionamiento mediante diferencias en los tiempos de llegada observados (OTDoA), llamada señal de referencia de posicionamiento (PRS). Por lo tanto, la primera parte de la tesis evalúa la precisión de posicionamiento alcanzable utilizando la PRS en LTE con receptores convencionales, como el filtro adaptado o las técnicas basadas en la correlación. La contribución principal de la tesis se encuentra en la segunda parte, con la introducción de la estimación conjunta del tiempo de retardo y la respuesta del canal. Ésta es una solución óptima para señales multiportadora, ya que la estimación de canal se puede implementar fácilmente en el dominio frecuencial. Sin embargo, la mayoría de los algoritmos de estimación conjunta se centran en aplicaciones de comunicaciones, sin considerar la precisión extrema de la estimación de retardo requerida para posicionamiento. Por lo tanto, en esta tesis se propone una innovadora parametrización del canal para caracterizar el multicamino cercano. Este modelo de estimación de canal se basa en el tiempo de retardo y términos equiespaciados junto a un término arbitrario, con una posición variable entre los dos primeros términos equiespaciados. Este nuevo método híbrido se adopta en el estimador de máxima verosimilitud conjunto (JML) del tiempo de retardo para mejorar la estimación de la distancia en presencia de multicamino cercano. La optimalidad del estimador se confirma ya que su varianza alcanza la cota de Cramér-Rao. El rendimiento de este estimador de distancias se compara con los estimadores convencionales en condiciones realistas de navegación. Estas condiciones se caracterizan mediante modelos de canal estándar adoptados en LTE, ruido Gaussiano blanco aditivo (AWGN) y los anchos de banda de LTE. Los resultados en las estimaciones del tiempo de retardo se utilizan para determinar el orden óptimo del modelo de los estimadores, y para evaluar la máxima precisión en la estimación de distancias. Se muestra una mejora importante mediante el estimador JML propuesto en entornos con multicamino cercano. En la última parte de la tesis, el objetivo es validar el rendimiento del estimador de distancias con señales LTE reales. Para ello, se desarrolla un receptor software-defined radio (SDR) para el posicionamiento OTDoA en LTE. Se utiliza un escenario preliminar con cuatro estaciones base sincronizadas para validar el sistema de posicionamiento. A continuación, se obtiene la envolvente del error producido por multicamino (MPEE) en los estimadores JML para los casos de señal emulada y simulada. El trabajo se completa con la validación del rendimiento del nuevo estimador conjunto de distancias, utilizando el receptor SDR en un canal urbano emulado. Los resultados obtenidos muestran la mejora en la precisión de las distancias del nuevo estimador en canales de navegación realistas.