Divers algorithmes de positionnement basés sur l’intensité du signal reçu et/ou (la différence de) temps/direction d’arrivée pour les scénarios 2D et 3D

Various Positioning Algorithms based on Received Signal Strength and/or Time/Direction (Difference) of Arrival for 2D and 3D Scenarios

• Auteur / Autrice : Minh Hoang Le
• Direction : Dirk T. M. Slock
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 31/01/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut EURECOM (Sophia-Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Härri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Rossi, Maria-João Rendas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nel Samama, Luc Deneire

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vraisemblance

Moindres carrés

Systèmes de communication sans fil

Algorithmes

Localisation (informatique)

Mots clés libres

Localisation

Intensité du signal reçu

Différence de temps d’arrivée

Différence de direction d’arrivée

Méthode des moindres carrés

Maximum de vraisemblance

Localization

Least-Square method

Maximum Likelihood

Résumé

Localisation a fasciné les chercheurs pendant des siècles et a motivé un grand nombre d'études et de développements dans le domaine des communications. Le but du positionnement est de localiser le dispositif mobile. Les algorithmes de positionnement peuvent être divisés en 3 méthodes : Trilatération, Multilatération et Triangulation. La trilatération utilise les distances entre le dispositif mobile et toutes les stations de base pour estimer la position du mobile. Ces distances peuvent être estimées par le Temps d'Arrivée (ToA) ou l'Intensité du Signal Reçu (RSS). Dans la multilatération, la localisation est basée sur la Différence de Temps d'Arrivée (TDoA) des deux ToAs. La Triangulation, quand à elle, utilise les directions des signaux incidents. La Direction d'Arrivée (DoA) de chaque onde incidente est comptée pour résoudre le problème de positionnement. Chaque DoA est exprimée par un angle dans les scénarios 2D, et par une paire d'angles dans les scénarios 3D. Il existe des différences notables entre le positionnement au niveau du réseau et l'autopositionnement. Dans le positionnement au niveau du réseau, le dispositif mobile est directement localisé sur la base des DoA des signaux incidents ; tandis que dans l'autopositionnement, sa position est estimée par la Différence de Direction d'Arrivée (DdoA) entre chaque paire de signaux incidents, car la DoA de chaque signal arrivant au dispositif mobile est ambiguë. Dans cette thèse, nous étudions toutes les approches de localisation ci-dessus. Nous nous focaliserons ici plus particulièrement sur la Triangulation, qui comporte de nombreux sous-scénarios à analyser. Les résultats sont obtenus par des simulations MATLAB.

Localization has fascinated the researchers for centuries and has motivated a large amount of studies and developments in communications. The aim of positioning problems is to determine the position of the mobile device. Positioning algorithms can be divided into 3 methods: Trilateration, Multilateration and Triangulation. Trilateration utilizes the distances between the mobile device and all the base stations around to estimate the mobile position. These distances can be estimated via the Time of Arrival (ToA) or the Received Signal Strength (RSS). In Multilateration, the position location is based on measured quantities whose values are a function of the Time Difference of Arrival (TDoA) of the two ToAs. As for Triangulation, the directions of the incident signals play the most crucial role in the localization. Thus, it is also referred to as Direction-based Localization. The Direction of Arrival (DoA) of each incident wave is taken into account to solve the positioning problem. Each DoA is expressed by a single angle in 2D scenarios, and a pair of angles in 3D scenarios. There are noticeable differences between Network-Positioning and Self-Positioning. In Network-Positioning, the mobile device is directly localized based on the DoAs of the incident signals; meanwhile, in Self-Positioning, its position is estimated by the Direction Difference of Arrival (DDoA) between each pair of incident signals, because the DoA of each signal arriving to the Mobile Device is ambiguous. In this dissertation, we study all the localization approaches described above. Our spotlight is for Triangulation, which has many sub-scenarios to analyze. The results are obtained by MATLAB simulations.