title: SDR-based Localization Receiver
Creators: name: Hufnagl, Christoph
Publisher: name: TU Wien
Year: 2022
Subjects: subject: Software Defined Radio
subject: SDR
subject: Synchronization
subject: Lokalization

description: Die Lokalisierung von Objekten in Innenräumen ist Gegenstand moderner wissenschaftlicher Arbeiten. Die meisten Infrastruktur-basierten Lokalisierungstechniken für Innenräume erfordern Funkverbindungen, die nicht durch Objekte abageschattet werden. Hindernisse, welche die Sichtlinie in der Nähe der Empfänger der Infrastruktur blockieren, verringern die Lokalisierungsgenauigkeit. In realistischen Szenarien, wie der Lokalisierung von Objekten in Lagerhallen oder Lebensmittelgeschäften, ist die Sichtlinie auf die Gänge zwischen den Regalen limitiert. Um Lokalisierungsalgorithmen zu erforschen, müssen Daten an vielen Punkten kohärent gesammelt werden. Daher ist eine große Anzahl von Basisstationen erforderlich. Die Verringerung der Kosten dieser Basisstationen ist ein Schlüsselfaktor für die groß angelegte Datenerfassung und die Entwicklung solcher Lokalisierungssysteme. Eine kosteneffiziente Methode zum Aufbau von Basisstationen ist die Verwendung von Software-defined Radios. Diese verwenden nicht spezialisierte Funkchips, die als Radio-Frontends für Basisstationen verwendet werden können. Die Lokalisierungssysteme erfordern jedoch ein hohes Maß an Synchronisation, das von Software-defined Radios nicht ohne Weiteres erreicht werden kann. Daher ist eine Methode zur Synchronisierung der Basisstationen erforderlich. In dieser Arbeit wird eine Synchronisationsmethode entwickelt, mit der die Daten der Basisstationen mit Subsample-Genauigkeit synchronisiert werden. Zu diesem Zweck wurde eine Leiterplatte entworfen, mit der alle dazu notwendigen Signale über ein einziges Kabel zwischen den Basisstationen ausgetauscht werden können. Es wird ein Lokalisierungssystem vorgeschlagen, welches leicht einsetzbar, kosteneffizient und ausreichend skalierbar ist, um Daten in großem Umfang sammeln zu können. Schließlich wurde ein Prototyp des Lokalisierungssystems gebaut und die Leistung des Synchronisationskonzeptes bewertet. Simulationen haben gezeigt, dass das vorgeschlagene System die Zeitbasen von Aufzeichnungen bis zu einer Genauigkeit von 490 ps aneinander angleichen kann. Der Prototyp litt jedoch unter den Problemen des Software-defined Radios und erreichte daher nur eine Genauigkeit von 2.4 ns.
description: Localizing objects in indoor environments is the subject of recent scientific work. Most infrastructure-based indoor localization techniques require line-of-sight radio links or radio links that come close to line-of-sight conditions. Obstacles that block the line of sight near the infrastructure's access points decrease the localization accuracy. In realistic scenarios, such as localizing objects in storage halls or convenience stores, the line-of-sight is limited to aisles between shelves. To perform research on localization algorithms, data need to to be collected on many points coherently. Hence, a large amount of base stations is required. Reducing the cost of those base stations is a key factor for large scale data collection and for the development of such localization systems. A cost-efficient method for building base stations is making use of software defined radios. They feature general purpose radio chips which can be used as radio frontends for base stations. However, localization systems require a high level of synchronization that cannot be achieved out of the box by software defined radios in a straight-forward manner. Therefore, a method for synchronizing the base station is required. In this work, a synchronization method is developed that can align the data of the base stations with subsample accuracy. For this purpose, a printed circuit board is designed that allows for the exchange of all necessary signals between the base stations by the use of a single cable. A localization system will be proposed that is easily deployable, cost efficient and sufficiently scaleable for large scale data collection. Finally, a prototype of the localization system is built and the performance of the synchronization concept evaluated. Simulations have shown that the proposed system can align recordings up to 490 ps. However, the prototype suffered from issues of the software defined radio and reached an accuracy of 2.4 ns.