Time delay based location estimation in cooperative relay networks

Abstract

Konum tabanlı sistemlerin günlük hayatta birçok alanda geliştirilmesi ile kablosuz ağlarda düğümlerin konumlarının kestirilmesi büyük bir önem kazanmıştır. Bu çerçevede literatürde birçok çalışmalar yapılmıştır. Ancak işbirlikçi röle ağlarında konum kestiriminin incelenmesi hakkında çok az çalışma mevcuttur. Bu tezde işbirlikçi röle ağlarında konum kestirimi başarımı analiz edilmiş ve sonuçlar elde edilmiştir. Analizlerde sinyallerin tek yoldan ve çok yoldan iletilme durumları dikkate alınarak her iki farklı ortam için kestirim doğruluğu incelenmiştir. Bölüm I? de; tek yol haberleşme ortamında işbirlikçi röle ağlarda haberleşme sinyallerinin zaman gecikmesi tabanlı konum kestirimi için Cramer ?Rao düşük limitleri tanımlanarak kestirim performansı incelenmiştir. İşbirlikçi röle ağlarda bir çok röle stratejisi bulunmaktadır. Bu tez kapsamında güçlendir-ve-ilet (AF) ve kodçöz-ve-ilet (DF) röle stratejilerinin konum kestirimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ayrıca, işbirlikçi ağlarda ? röle düğümlerinin referans olduklarını varsayarak - hedef düğümün konumunun bilinip bilinmemesinin kaynak düğümün konumunun kestirimindeki etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, DF röle stratejisinin AF?e göre daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Ayrıca, hedef düğümün konumunun bilinmesi; kestirim hatasının düşürülmesine çok büyük etkisi olmaktadır. Bölüm II? de ise; hedef düğümün konumunun bilindiği varsayımı altında çok yollu haberleşme ortamında AF ve DF stratejilerinin kullanılması durumlarında konum kestirimi başarımları ölçülmüştür. Benzetim sonuçlarına göre; alınan sinyallerdeki güçlü çok yol komponentlerinin konum kestiriminde kullanılması hata düşürülmesine katkı sağlamaktadır. Ayrıca, AF stratejide 7?den fazla komponentin kullanılmasının kestirim hatasını düşürmeye etkisinin olmadığı fark edilmiştir. Fakat DF stratejisinde daha fazla çok yol komponentinin kullanılmasıyla kestirimin hatasının daha fazla düştüğü saptanmıştır.Node localization in wireless networks is crucial for supporting advanced location-based services (LBSs) and improving the performance of network algorithms such as routing schemes. In this thesis, we study the fundamental limits for time delay based location estimation in cooperative relay networks. The analyses are performed under both single-path and multipath environments in two chapters. In Chapter I, the theoretical limits are investigated in single-path environment by obtaining Cramer-Rao Lower Bound (CRLB) expressions for the unknown source location under different relaying strategies when the location of the destination is known and unknown. More specifically, the effects of amplify-and-forward (AF) and decode-and-forward (DF) relaying strategies on the location estimation accuracy are studied. Furthermore, the CRLB expressions are derived for the cases where the location of only source as well as both source and destination nodes are unknown considering the relays as reference nodes. In addition, the effects of the node topology on the location estimation accuracy of the source node are investigated. The results reveal that the relaying strategy at relay nodes, the number of relays, and the node topology can have significant impacts on the location accuracy of the source node. Additionally, knowing the location of the destination node is crucial for achieving accurate source localization in cooperative relay networks. In Chapter II, the CRLB expressions are derived in a multipath environment under AF and DF strategies by considering the location of the destination is known. In the simulations, the effects of NLOS components on the location estimation accuracy are investigated. The results show that processing multipath components (MPCs) improves the location estimation accuracy.