The adoption of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for public safety applications has skyrocketed in the last years. Leveraging on Physical Random Access Channel (PRACH) preambles, in this paper we pioneer a novel localization technique for UAVs equipped with cellular base stations used in emergency scenarios. We exploit the new concept of Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) modulation (tolerant to channel Doppler spread caused by UAVs motion) to build a fully standards-compliant OTFS-modulated PRACH transmission and reception scheme able to perform time-of-arrival (ToA) measurements. First, we analyze such novel ToA ranging technique, both analytically and numerically, to accurately and iteratively derive the distance between localized users and the points traversed by the UAV along its trajectory. Then, we determine the optimal UAV speed as a trade-off between the accuracy of the ranging technique and the power needed by the UAV to reach and keep its speed during emergency operations. Finally, we demonstrate that our solution outperforms standard PRACH-based localization techniques in terms of Root Mean Square Error (RMSE) by about 20% in quasi-static conditions and up to 80% in high-mobility conditions.


翻译:在过去几年里,无人驾驶航空飞行器(无人驾驶飞行器)用于公共安全应用的采用在过去几年中大肆飞跃。利用自然随机访问频道(PRACH)序言,在本文件中我们率先为配备应急情景中使用的蜂窝基地站的无人驾驶飞行器开发一种新型本地化技术。我们利用“Othogonal时空空间(OTFS)调制”的新概念(允许引导无人驾驶飞行器扩散的多普勒公司)来建立一个完全符合标准的、以OTFS调控的PRACH传输和接收计划,以便能够进行“到来时间(到A)”测量。首先,我们从分析和数字上分析这种新型的托阿公司测程技术,以便准确和迭接地得出本地用户与在紧急情况下被无人驾驶飞行器沿其轨道穿透的点之间的距离。然后,我们确定最佳的无人驾驶飞行器速度,作为一系列技术的准确性与无人驾驶飞行器在紧急行动期间达到并保持其速度所需的能力之间的交换。最后,我们证明我们的解决办法在“至高水平”情况下,将基于PRACH的当地化技术比标准水平提高到了“20”的20号。

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