An algorithm for femtocell positioning based on signal strength measurements

João Martins Minas da

Key information

Authors:

João Martins Minas da (João Martins Minas da Piedade)

Supervisors:

José Eduardo Charters Ribeiro da Cunha Sanguino (José Eduardo Charters Ribeiro da Cunha Sanguino); António José Castelo Branco Rodrigues (António José Castelo Branco Rodrigues)

Published in

05/28/2013

Abstract

Femtocells deployment has various technical challenges. A major one is the interference between a given femtocell and surrounding cells. To minimize this effect in network planning, so that an efficient coverage may be achieved, it is important to know the location of femtocells. Because femtocells are essentially indoor devices their positioning is also relevant for many location-based services, particularly those related to emergencies. In the present thesis an algorithm for femtocell positioning was developed. The construction and validation of the algorithm relied on data from mobile terminal positions and signal power measurements. This information was used in conjunction with propagation models and lateration methods to yield the latitude and longitude coordinates of a given femtocell. The algorithm includes a module for estimating the position of mobile terminals which do not have GPS capabilities. The performance of two lateration methods (Hyperbolic and Circular) was tested using in both cases Received Signal Code Power (RSCP) and Received Signal Strength Indication (RSSI) parameters. The influence of using mobile coordinates from GPS positioning or estimated by the above mentioned module was also evaluated. A implementação de femtocélulas tem vários desafios técnicos. Um dos mais importantes está relacionado com a interferência entre uma dada femtocélula e as células de diferentes tipos existentes na sua vizinhança. Para minimizar este efeito durante o planeamento de uma rede e alcançar, assim, uma cobertura eficiente, é importante conhecer a localização das femtocélulas com a maior exactidão possível. Uma vez que as femtocélulas são essencialmente dispositivos de interior, o seu posicionamento é também relevante para muitos serviços baseados em localização, particularmente os relacionados com emergências. A presente tese teve por tema o desenvolvimento de um algoritmo para posicionamento femtocélulas. A construção e validação do algoritmo foi baseada em dados de posicionamento de terminais móveis e medições de potência de sinal. Esta informação foi utilizada juntamente com modelos de propagação e métodos de lateração para obter a latitude e longitude de uma determinada femtocélula. O algoritmo inclui um módulo para estimar a posição de terminais móveis sem capacidades GPS. Testou-se o desempenho de dois métodos de lateração (Hiperbólica e Circular), usando em ambos os casos parâmetros “Received Signal Code Power” (RSCP) e “Received Signal Strength Indication” (RSSI). Foi também avaliado o efeito do uso de coordenadas de terminais móveis provenientes de posicionamento GPS ou estimadas pelo módulo acima mencionado. O melhor desempenho correspondeu ao algoritmo combinando Lateração Circular e RSCP. Este método foi sempre capaz de localizar as femtocélulass dentro dos requisitos impostos pela norma FCC 911, quando as coordenadas dos terminais móveis eram baseadas em dados de posicionamento GPS. Apesar dos erros serem significativamente maiores quando esta capacidade não existia nos terminais móveis, as estimativas obtidas podem ainda ser consideradas úteis. Convém, finalmente, referir que o algoritmo desenvolvido na presente tese constitui uma solução muito barata para obter o posicionameno de femtocélulas, uma vez que não exige grandes alterações na arquitectura da rede (por exemplo, novos servidores de localização).