Positioning is recognized as an important feature of fifth generation (\abbrFiveG) cellular networks due to the massive number of commercial use cases that would benefit from access to position information. Radio based positioning has always been a challenging task in urban canyons where buildings block and reflect the radio signal, causing multipath propagation and non-line-of-sight (NLOS) signal conditions. One approach to handle NLOS is to use data-driven methods such as machine learning algorithms on beam-based data, where a training data set with positioned measurements are used to train a model that transforms measurements to position estimates. The work is based on position and radio measurement data from a 5G testbed. The transmission point (TP) in the testbed has an antenna that have beams in both horizontal and vertical layers. The measurements are the beam reference signal received power (BRSRP) from the beams and the direction of departure (DOD) from the set of beams with the highest received signal strength (RSS). For modelling of the relation between measurements and positions, two non-linear models has been considered, these are neural network and random forest models. These non-linear models will be referred to as machine learning algorithms. The machine learning algorithms are able to position the user equipment (UE) in NLOS regions with a horizontal positioning error of less than 10 meters in 80 percent of the test cases. The results also show that it is essential to combine information from beams from the different vertical antenna layers to be able to perform positioning with high accuracy during NLOS conditions. Further, the tests show that the data must be separated into line-of-sight (LOS) and NLOS data before the training of the machine learning algorithms to achieve good positioning performance under both LOS and NLOS conditions. Therefore, a generalized likelihood ratio test (GLRT) to classify data originating from LOS or NLOS conditions, has been developed. The probability of detection of the algorithms is about 90\% when the probability of false alarm is only 5%. To boost the position accuracy of from the machine learning algorithms, a Kalman filter have been developed with the output from the machine learning algorithms as input. Results show that this can improve the position accuracy in NLOS scenarios significantly. / Radiobasserad positionering av användarenheter är en viktig applikation i femte generationens (5G) radionätverk, som mycket tid och pengar läggs på för att utveckla och förbättra. Ett exempel på tillämpningsområde är positionering av nödsamtal, där ska användarenheten kunna positioneras med en noggrannhet på ett tiotal meter. Radio basserad positionering har alltid varit utmanande i stadsmiljöer där höga hus skymmer och reflekterar signalen mellan användarenheten och basstationen. En ide att positionera i dessa utmanande stadsmiljöer är att använda datadrivna modeller tränade av algoritmer baserat på positionerat testdata – så kallade maskininlärningsalgoritmer. I detta arbete har två icke-linjära modeller - neurala nätverk och random forest – bli implementerade och utvärderade för positionering av användarenheter där signalen från basstationen är skymd.% Dessa modeller refereras som maskininlärningsalgoritmer. Utvärderingen har gjorts på data insamlad av Ericsson från ett 5G-prototypnätverk lokaliserat i Kista, Stockholm. Antennen i den basstation som används har 48 lober vilka ligger i fem olika vertikala lager. Insignal och målvärdena till maskininlärningsalgoritmerna är signals styrkan för varje stråle (BRSRP), respektive givna GPS-positioner för användarenheten. Resultatet visar att med dessa maskininlärningsalgoritmer positioneras användarenheten med en osäkerhet mindre än tio meter i 80 procent av försöksfallen. För att kunna uppnå dessa resultat är viktigt att kunna detektera om signalen mellan användarenheten och basstationen är skymd eller ej. För att göra det har ett statistiskt test blivit implementerat. Detektionssannolikhet för testet är över 90 procent, samtidigt som sannolikhet att få falskt alarm endast är ett fåtal procent.\newline \newline%För att minska osäkerheten i positioneringen har undersökningar gjorts där utsignalen från maskininlärningsalgoritmerna filtreras med ett Kalman-filter. Resultat från dessa undersökningar visar att Kalman-filtret kan förbättra presitionen för positioneringen märkvärt.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:liu-149055 |
| Date | January 2018 |
| Creators | Malmström, Magnus |
| Publisher | Linköpings universitet, Reglerteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0031 seconds