OFDM Range Estimation
Laufzeit- und Positionsbestimmung mit OFDM-Signalen
Projektbeschreibung
Das Thema des Projektes ist die Laufzeitbestimmung mittels orthogonaler Frequenzmultiplex (OFDM)-Signale, wodurch sich die Position des Senders ermitteln lässt. Für die Übertragung des OFDM-Signals und somit auch die Laufzeitschätzung werden mindestens ein Sender und ein Empfänger benötigt, wofür zwei USRP X310 Software Defined Radio (SDR) zum Einsatz kamen. Die Library des Herstellers für die Anwendungen MATLAB bzw. GNU Radio ermöglichen das Ansteuern der USDR X310. Mit diesem Aufbau kann eine Übertragung des OFDM-Signals gestartet werden, wofür auf der Senderseite ein Frame, bestehend aus Headerdaten und Nutzdaten befüllt ist, aufgebaut und über das orthogonale Frequenzmultiplexverfahren an den Empfänger übertragen wird. Der Empfänger muss sich dafür auf das empfangene Signal synchronisieren und es danach demodulieren. Wird zusätzlich die Zeit, die die Übertragung benötigt, gemessen kann daraus die Laufzeit des Signals bestimmt werden, was wiederum Auskunft auf die Distanz zwischen Sender und Empfänger gibt.
Orthogonales Frequenzmultiplexing
Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (OFDM) ist ein Modulationsverfahren zur drahtlosen Übertragung von Daten über mehrere orthogonale Trägerfrequenzen. Aufgrund dieser Orthogonalität tritt zwischen den Unterkanälen keine Interferenz auf, wodurch viele Probleme, die bei herkömmlichen Frequenzmultiplexverfahren auftreten, vermieden werden. OFDM ist das derzeitige Übertragungsverfahren der Wahl sowohl für LTE als auch für die neueren Wi-Fi-Standards, da es eine hohe spektrale Effizienz, Robustheit und eine relativ einfache Hardware-Implementierung bietet. Bei OFDM hat jeder Träger seine eigene Amplitude und Phase, die die binären QAM-Informationen enthalten. Das Signal wird in einzelne „Symbole“ aufgeteilt, die die OFDM-Datenträger sind.
Positionsbestimmung
Die gestellte Aufgabe ist es, die Position des Senders auf einer Ebene zu bestimmen. Diese Ebene wird von den Empfängern wie in der Abbildung gezeigt definiert. Die Funktionsweise ist die, dass ein Signal an alle Empfänger gesendet wird und die jeweilige Laufzeit zum Empfänger gemessen wird. Die Laufzeit multipliziert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit ergibt die Distanz von Sender zu Empfänger. Werden drei Empfänger verwendet, kann somit die Position des Senders auf der Ebene bestimmt werden.
