EE401: Advanced Comm. Theory

1 Aim

The aim of this coursework is to implement and compare the main classical & modern localisation algorithms of wireless signals.

2 Software

• PC (operating system Windows 10 or Mac OS)

• MATLAB

• Personal data file that should be downloaded from the shared Box link.

3 Tasks

With reference to Figure 1, consider a transmitter (Tx) located at an unknown location rm  ∈ R3×1 on the x-y plane (i.e., unknown range ρ and azimuth θ).  Furthermore, consider 4 receivers (Rx) at known locations with Cartesian coordinates r1, r2, r3, r4 given in meters as follows

The objective is to estimate rm  or  (ρ, θ) based on the environment described in the fol- lowing 4 tasks under the line-of-sight (LOS) condition.

Figure 1: Illustration of R2  localisation with distributed Rxs

Some of the system parameters used for the provided data are summarised below:

Task-1: Time-based Localisation

Consider that all 4 Rxs use a single isotropic antenna with unity gain:

• Time of Arrival (TOA) Localisation

Assume the transmission time instant t0 of the Tx signal is known by the Rxs, i.e. Tx & Rxs are synchronised. Provided with a data set of 256 samples and the transmission time instant t0 = 20Ts, estimate the Tx’s location using TOA localisation.

• Time Diference of Arrival (TDOA) Localisation

Assume the transmission time instant t0 is unknown and cannot be estimated.  Using the same data file as above, estimate the Tx’s location using TDOA localisation.

Task-2: Received Signal Strength (RSS) Localisation

Consider that all 4 Rxs use a single isotropic antenna with unity gain and the transmit power PTx = 150 dBm. Using the data file provided for this task, estimate the Tx’s location using RSS localisation.

Task-3: Direction of Arrival (DOA) Localisation

Consider that all 4 Rxs use a Uniform Circular Array (UCA) formed by 6 omnidirectional antennas (see Figure 2) whose geometry with respect to its own reference point is given below in meters

2

rUCA =  l

0.1250    0.0625    −0.0625    −0.1250     −0.0625     0.0625

0         0.1083     0.1083            0           −0.1083    −0.1083

0             0              0                 0                 0                0

3  5 .

(2)

Using the data file provided for this task, estimate the Tx’s location using DOA local- isation.

Figure 2: Illustration of R2  DOA localisation with distributed UCAs

Task-4: Large Aperture Array Localisation

Consider that all 4 Rxs use a single isotropic antenna with unity gain, they form a dis- tributed array of 4 elements. Using the data file provided for this task, estimate the Tx’s location using large aperture array localisation.

4 Deliverables

1.  MATLAB file(s) - with brief comments. That is four MATLAB script files (one per task) where the system parameters are defined and a number of MATLAB functions (with comments) are called.

2.  A pdf file with the results, including positioning circles/hyperbolic curves, of the above four tasks supported by 2-5 lines of brief comments per task.