Observed time difference of arrival based position estimation for LTE systems: simulation framework and performance evaluation

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.201382

Ключові слова:

, LTE, Positioning, Estimation, OTDoA, Time of arrival, Correlation, Monte-Carlo simulation, Multilateration, fading channels, geolocation

Анотація

Precise user equipment (UE) location is paramount for the reliable operation of location-based services provided by mobile network operators and other emerging applications. In this paper, the Long Term Evolution (LTE) network positioning performance based on mobile assist Observed Time Difference of Arrival (OTDoA) method is considered. The received signal time difference (RSTD) measurements are estimated by the UE using dedicated position reference signal (PRS) transmitted in the downlink frame where the reported time measurements are used by the network for location calculation. A simulation framework for the position estimation in LTE networks is presented where the LTE downlink communication link is implemented. The correlation-based method for the time of arrival measurement is used for the implementation of OTDoA. The simulation framework provides different configurations and adjustments for the system and network parameters for evaluating the performance of LTE positioning using OTDoA over multipath fading channels. Different simulation scenarios are conducted to identify the influence of various parameters of LTE system and positioning procedure setup on the positioning accuracy. Simulation results demonstrated that the positioning accuracy is highly affected by the channel fading condition where the accuracy of time of arrival measurements is deteriorated in severe fading environments; however, the positioning accuracy can be significantly improved by increasing the positioning sequences involved in the estimation process either in the frequency domain or in the time domain.

Біографії авторів

Abdulrahman Kh. Alhafid, University of Mosul Al Majmoaa str., Mosul, Iraq, 41002

Assistant Lecturer of Electrical Engineering/Electronics and Communications

Department of Electrical Engineering

College of Engineering

Sedki Younis, Ninevah University Al Majmoaa str., Mosul, Iraq, 41002

Lecturer of Computer & Communication Engineering

Department of Computer & Information Engineering

College of Electronics Engineering

Посилання

  1. Frattasi, S., Rosa, F. D. (2017). Mobile Positioning and Tracking. John Wiley & Sons. doi: https://doi.org/10.1002/9781119068846
  2. Xu, W., Dammann, A., Laas, T. (2019). Where are the Things of the Internet? Precise Time of Arrival Estimation for IoT Positioning. The Fifth Generation (5G) of Wireless Communication. doi: https://doi.org/10.5772/intechopen.78063
  3. Campos, R. S. (2017). Evolution of Positioning Techniques in Cellular Networks, from 2G to 4G. Wireless Communications and Mobile Computing, 2017, 1–17. doi: https://doi.org/10.1155/2017/2315036
  4. Rufa, J. R., Atkins, E. M. (2013). OTDOA/GPS Fusion for Urban UAS Navigation using Particle Filtering Techniques. AIAA Guidance, Navigation, and Control (GNC) Conference. doi: https://doi.org/10.2514/6.2013-4878
  5. Shamaei, K., Khalife, J., Kassas, Z. M. (2018). A joint TOA and DOA approach for positioning with LTE signals. 2018 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium (PLANS). doi: https://doi.org/10.1109/plans.2018.8373368
  6. Sivers, M., Fokin, G. (2015). LTE Positioning Accuracy Performance Evaluation. Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networks and Systems, 393–406. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-23126-6_35
  7. Lin, X., Bergman, J., Gunnarsson, F., Liberg, O., Razavi, S. M., Razaghi, H. S. et. al. (2017). Positioning for the Internet of Things: A 3GPP Perspective. IEEE Communications Magazine, 55 (12), 179–185. doi: https://doi.org/10.1109/mcom.2017.1700269
  8. Del Peral-Rosado, J. A., Lopez-Salcedo, J. A., Seco-Granados, G., Zanier, F., Crisci, M. (2012). Evaluation of the LTE positioning capabilities under typical multipath channels. 2012 6th Advanced Satellite Multimedia Systems Conference (ASMS) and 12th Signal Processing for Space Communications Workshop (SPSC). doi: https://doi.org/10.1109/asms-spsc.2012.6333065
  9. Radnosrati, K. (2018). On Timing-Based Localization in Cellular Radio Networks. No. 1808. Doctor’s degree Thesis, Linköping University. doi: https://doi.org/10.3384/lic.diva-148074
  10. Kong, S.-H., Kim, B. (2016). Error Analysis of the OTDOA From the Resolved First Arrival Path in LTE. IEEE Transactions on Wireless Communications, 15 (10), 6598–6610. doi: https://doi.org/10.1109/twc.2016.2586469
  11. Gadka, P. (2014). New First - Path Detector for LTE Positioning Reference Signals. UBICOMM 2014: The Eighth International Conference on Mobile Ubiquitous Computing, Systems, Services and Technologies, 99–104.
  12. Ryden, H., Razavi, S. M., Gunnarsson, F., Kim, S. M., Wang, M., Blankenship, Y. et. al. (2015). Baseline performance of LTE positioning in 3GPP 3D MIMO indoor user scenarios. 2015 International Conference on Location and GNSS (ICL-GNSS). doi: https://doi.org/10.1109/icl-gnss.2015.7217158
  13. Lee, K., Hwang, W., Ryu, H., Choi, H.-J. (2017). New TDOA-Based Three-Dimensional Positioning Method for 3GPP LTE System. ETRI Journal, 39 (2), 264–274. doi: https://doi.org/10.4218/etrij.17.0116.0554
  14. Hu, S., Berg, A., Li, X., Rusek, F. (2017). Improving the Performance of OTDOA Based Positioning in NB-IoT Systems. GLOBECOM 2017 - 2017 IEEE Global Communications Conference. doi: https://doi.org/10.1109/glocom.2017.8254510
  15. Hu, S., Li, X., Rusek, F. (2019). On Time-of-Arrival Estimation in NB-IoT Systems. 2019 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC). doi: https://doi.org/10.1109/wcnc.2019.8885551
  16. Berg, A. (2017). OTDOA based positioning in NB-IoT. Lund University.
  17. Radnosrati, K., Hendeby, G., Fritsche, C., Gunnarsson, F., Gustafsson, F. (2017). Performance of OTDOA positioning in narrowband IoT systems. 2017 IEEE 28th Annual International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC). doi: https://doi.org/10.1109/pimrc.2017.8292365
  18. Aatique, M. (1997). Evaluation of TDOA techniques for position location in CDMA systems. Virginia, 125.
  19. Del Peral-Rosado, J. A. (2014). Evaluation of the LTE positioning capabilities in realistic navigation channels. Universitat Autònoma de Barcelona.
  20. GPP TS 36.211 V12.3.0. (2014). LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation (3GPP TS 36.211 version 12.3.0 Release 12).
  21. GPP TS 36. 116 V13.0.1. (2016). LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Relay radio transmission and reception. (3GPP TS 36.116 version 13.0.1 Release 13).

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-06-30

Як цитувати

Alhafid, A. K., & Younis, S. (2020). Observed time difference of arrival based position estimation for LTE systems: simulation framework and performance evaluation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(9 (105), 20–28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.201382

Номер

Том 3 № 9 (105) (2020): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Abdulrhman Khalid Alhafid, Sedki Younis

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.