Analysis of Assisted GPS in LTE-Advanced networks and its applications to traditional and VTL based software receivers

Abstract

[ANGLÈS] The performance of GPS, and all GNSS, degrades significantly in urban canyons and in indoor environments. There has been significant research in order to enhance the performance of a GPS receiver in such challenging environment where the carrier to noise density ratio (C/No) drops significantly and when GPS signal is obstructed by the surrounding environment. Improving GPS receiver performance in GPS challenged environments has become one of the very important driving factors of ongoing research in the field of GPS technologies. This Thesis presents a GPS receiver architecture based on vector tracking loops. Traditional GPS receivers employ scalar tracking loops for tracking the satellite signals. Unlike scalar tracking loops, vector tracking loops process the signal in an aggregate way and can provide better tracking in degraded environments. The task of tracking and navigation is done in one algorithm by using the extended Kalman filter. With vector tracking approach, GPS receiver can take advantage of the redundancy of the GPS measurements that is not possible in the traditional GPS receiver architecture. Moreover, assistance data will be added in the receiver. For that purpose, the 3GPP LTE-Advanced Release 10 will be analyzed. This document describes a LTE positioning protocol that will be used in the forthcoming LTE-Advanced netwoks. In this Thesis, some information from one receiver with good environment will be used in other receiver with a worse environment in order to show the benefits of the assistance data in a vector tracking loop based algorithm.

[CASTELLÀ] El funcionamiento del GPS y de todos los GNSS empeora significativamente en áreas urbanas e interiores. Se han realizado numerosas investigaciones para mejorar el funcionamiento de los receptores GPS en este tipo de escenarios en los que la relación señal a ruido (C/No) decae significativamente cuando la señal GPS es obstruida. La mejora en el funcionamiento de los receptores GPS en este tipo de escenarios se ha convertido en uno de los factores más importantes en la investigación en este campo. Este Proyecto Final de Carrera presenta una arquitectura de receptor GPS basada en Vector Tracking Loops (VTL). Los receptores tradicionales usan Scalar Tracking Loops para hacer el tracking de las señales de los diferentes satélites. A diferencia de éstos, VTL procesa todas las señales a la vez y proporciona resultados de tracking mejores en peores escenarios. El proceso de unión de tracking y navegación en un solo algoritmo se realiza mediante el uso del Filtro de Kalman extendido. De esta manera, los receptores GPS pueden mejorar el posicionamiento a partir de la redundancia de los resultados obtenidos. En cambio, en los receptores tradicionales, al tratarse cada señal por separado, no es posible. Además, se realiza un análisis del estándar 3GPP LTE-Advanced Release 10. Este documento describe el protocolo de posicionamiento en redes LTE-Advanced. En este Proyecto Final de Carrera, se ha utilizado la información obtenida por un receptor con buena visibilidad del cielo para asistir a un receptor en un escenario peor. De esta manera, se han podido observar los beneficios obtenidos de integrar la asistencia GPS en un receptor basado en VTL.

[CATALÀ] El funcionament del GPS i de tots els GNSS empitjora significativament en àrees urbanes i interiors. S'han realitzat nombroses investigacions per millorar el funcionament d'un receptor GPS en aquest tipus d'escenaris on la relació senyal a soroll (C/No) decau significativament quan el senyal GPS és obstruït. La millora en el funcionament dels receptors GPS en aquest tipus d'escenaris s'ha convertit en un dels factor més importants a la investigació en aquest camp. Aquest Projecte Final de Carrera presenta una arquitectura de receptor GPS basada en Vector Tracking Loops (VTL). Els receptors tradicionals utilitzen Scalar Tracking Loops per fer el tracking dels senyals dels diferents satèl·lits. A diferència d'aquests, VTL processa tots els senyals a la vegada i proporciona uns resultats de tracking millor en escenaris pitjors. El procés d'unió entre tracking i navegació en un sol algoritme es realitza mitjançant l'ús del Filtre de Kalman estès. D'aquesta manera, els receptors GPS poden millorar el posicionament fent ús de la redundància dels resultats obtinguts. En canvi, als receptors tradicionals no és possible perquè els senyals es tracten per separat. A més a més, s'ha realitzat un anàlisi de l'estàndard 3GPP LTE-Advanced Release 10. Aquest document descriu el protocol de posicionament en xarxes LTE-Advanced. En aquest Projecte Final de Carrera, s'ha utilitzat la informació obtinguda per un receptor amb bona visibilitat del cel per assistir a un receptor en un pitjor escenari. D'aquesta manera, s'han pogut observar els beneficis obtinguts d'integrar l'assistència GPS en un receptor basat en VTL.