System-level simulation of a third generation WCDMA geolocation network

Abstract

SYSTEM-LEVEL SIMULATION OF A THIRD GENERATION WCDMA WIRELESS GEOLOCATION NETWORK ÖZET Geniş bantlı CDMA ağlarında kullanılmak üzere, Matlab ve Simulink'te bir coğrafi yer saptama sisteminin simülasyonu yapıldı. Böyle bir sistemde, çeşitli yollar takip eden sinyalin gecikmesinin gezgin istasyon yerinin tahmininde büyük bir etkisi vardır. Öncelikle, 19 hücreli, 3 bölgeli, ve hücre yarıçapı 5 km olan bir topoloji için 8 dB standart sapmalı bir lognormal gölgeleme modeli kullanılarak yol kaybı, gölgeleme ve solma incelendi. Daha sonra, geniş bantlı CDMA sistem tarifine uygun olarak pilot sinyalin 40960 çiplik compleks Gold koduyla yayıldığı ve karekök üslü kosinüs filtresinden geçirilerek şekillendirildiği bir Simulink modeli yaratıldı. Çeşitli yolların yarattığı sinyal solmasının ve gürültünün etkisi de eklendi. Alıcıda, alınan sinyal bir alıcı filtresinden geçirildi ve gezgin istasyonun kendi oluşturduğu Gold koduyla bir anda 80 cipi işleyerek 480 zaman çerçevesi yaratacak şekilde korele edildi. Korelasyon sonucu elde edilen zirveler baz istasyondan olan uzaklığa eklenen çeşitli yola bağlı olan gecikmeyi belirledi. Matlab'de yaratılan coğrafi yer saptama sistemi, bu gecikme eklenmiş uzaklıkları kullanarak gezgin istasyonun yer tahminini yaptı. Bu tahmini oluşturmak için hiperbolik gelişteki zaman farkı tekniği kullanıldı. Konum tahmininde yapılan hata, COST-231 banliyö, şehir ve kırsal modelleri için CODIT, ATDMA, ITU Vehicular A ve ITU Vehicular B kanal modelleri kullanılarak hesaplandı. Banliyö ATDMA modeli için bu hatanın %90 olasılıkla 20m'den az, kırsal CODIT modeli içinse 110m'den az olduğu bulundu. Diğer modeler için bulunan hataların bu iki değer arasında değiştiği görüldü. Bir çip zamanının 78 metreye denk geldiği düşünülürse, bu kabul edilebilir bir hatadır. Karşılaştırma amaçlı olarak, 40960 çiplik, bir çip zamanının 73 metreye denk geldiği eski WCDMA tarifi de COST-231 banliyö modeli için CODIT kullanılarak değerlendirildi ve hatanın %90 olasılıkla lOOm'den az olduğu bulundu. vuıSenkronizasyon gerektirmeyen bu sistem, söz konusu şartlar altında geniş bantlı CDMA için uygun bir coğrafi yer saptama sistemidir. W-**-*,.<f f^K ^ » fa 4 ` ^x0^v'

SYSTEM-LEVEL SIMULATION OF A THIRD GENERATION WCDMA WIRELESS GEOLOCATION NETWORK ABSTRACT A wireless geolocation system for use in a WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) network was simulated in Matlab. In such a system, the multipath delays have a significant effect on the mobile location estimate. First, the path loss, shadowing, and fading models were analyzed for a 19-cell 3- sector topology with a 5-km cell radius, using lognormal shadowing with a standard deviation of 8 dB. Then, a Simulink end-to-end model was created according to WCDMA system specifications, where the pilot signal was spread using 38400-chip complex Gold spreading and shaped using a square-root raised cosine transmit filter. The effects of multipath fading and noise were added. At the receiver, the received signal was passed through a receive filter and correlated with the mobile station's locally generated Gold code. The delay in the peaks of the correlator determined which multipath delay was taken to be the distance from the base station. The geolocation system implemented in Matlab estimated the mobile location using the delay added propagation times. The hyperbolic time-difference-of- arrival approach was employed for forming an estimate of the mobile station. The estimation error was calculated for the COST-231 suburban, urban, and rural environments using CODIT, ATDMA, ITU Vehicular A, and ITU Vehicular B channel models. This error was found to be less than 20 m for the suburban ATDMA model and less than 110 m for the rural CODIT model 90% of the time. The estimation errors ranged between these values for the other combinations. These errors are acceptable considering that one chip time corresponds to 78 m. Also, for comparison, the former WCDMA specification of 40960-chip complex spreading was evaluated and in this case the error was found to be less than 100 m 90% of the time for the COST-231 suburban VImodel using the CODIT Macro Channel. In this case, one chip time corresponds to 73 m. This system does not require network synchronization and was found to be an acceptable geolocation system for WCDMA under the given conditions. vu