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研究生：	李奕賢 Li, I-Hsien
論文名稱：	窄頻物聯網之定位演算法開發與效能評估 Development and Evaluation of Positioning Algorithms in NB-IoT
指導教授：	陳昭羽 Chen, Chao-Yu
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 工程科學系 Department of Engineering Science
論文出版年：	2019
畢業學年度：	107
語文別：	中文
論文頁數：	86
中文關鍵詞：	窄頻物聯網、觀測到達時間差、定位、功率延遲概觀、到達時間
外文關鍵詞：	NB-IoT, observed time difference of arrival (OTDOA), positioning, power delay profile (PDP), time-of-arrival (ToA)
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在本論文中，我們提出了一種新的到達時間演算法，適用於窄頻物聯網物理層中的定位技術，該算法通過估測功率延遲概觀的第一個有效的峰值來估計發送的窄頻定位參考訊號的到達時間。我們通過接收頻域上的窄頻定位參考訊號，經由快速傅立葉反轉換成時域上的功率延遲概觀以及雜訊功率進行估測。在典型的窄頻物聯網環境中，由於訊號雜訊比極低，所以估測雜訊功率的準確性在估測到達時間中是至關重要的。快速傅立葉轉換過程中，我們也提出降低複雜度之方法，使用較少點的快速傅立葉轉換，經由Sinc內插法可以與多點的快速傅立葉轉換在到達時間誤差性能相當接近且複雜度較小，模擬結果顯示，所提出的到達時間估測方法在各種情況下的表現都優於傳統方法。

In this thesis, we propose a new time-of-arrival (ToA) algorithm for positioning in physical layer of narrowband internet-of-things (NB-IoT) technology. This algorithm estimates the ToA of transmitted narrowband positioning reference signals (NPRSs) by detecting the first valid tap of estimated power delay profile (PDP). We estimate the PDP as well as the noise power in the time domain via IFFT transformation of received frequency domain NPRSs.
The accuracy of the estimated noise power is crucial in the ToA estimation since the SNR is extremely low in typical NB-IoT scenarios. The simulations show that the proposed ToA estimation method outperforms the conventional method and performs well in various scenarios.

摘要v
Extended Abstract vii
Table of Contents xxiii
List of Figures xxv
List of Tables xxxi
Dedication xxxiii
介紹1
1 研究背景與動機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 章節組織. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
背景知識3
1 正交分頻多工系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1 單載波調變與多載波調變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 頻譜效率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 保護區間與循環前綴. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 正交分頻多工系統流程架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 窄頻物聯網. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 窄頻物聯網佈署. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 窄頻物聯網資源區塊架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3 窄頻物聯網的窄頻定位參考訊號. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1 窄頻定位參考訊號產生. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2 窄頻定位參考訊號映射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
文獻中估測到達時間與觀測到達時間差定位法13
1 估測到達時間之傳統作法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2 到達時間之定位作法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3 觀測到達時間差定位法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1 參考訊號時間差. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 雙曲線方程式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
本論文提出的估測到達時間與低複雜度之方法19
1 基線法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 低複雜度之方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.1 低複雜度之方法一. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2 低複雜度之方法二. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 低複雜度之方法三. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4 低複雜度之方法四. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 複雜度之計算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4 低複雜度方法之模擬結果分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
模擬環境與結果分析31
1 模擬環境參數設定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2 模擬軟體架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3 Link-Level之模擬結果分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1 估測ToA之誤差. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2 估測距離之誤差. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4 System-Level之模擬結果分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
結論83
Bibliography 85

                                    

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校內：2024-12-31公開
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