Evaluation of a 5G-based radio localization system using 3GPP positioning signals

This thesis presents the design and experimental validation of a 5G New Radio (NR)- inspired Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) transceiver for high accuracy radio based ranging. The work investigates the entire transmission and reception chain, from signal generation to time of flight estimation, focusing on reproducible and hardware calibrated distance measurements. The system employs two Ettus Universal Software Radio Peripheral (USRP) X310 devices synchronized through a GPS-disciplined OctoClock, enabling sample level timing alignment between transmitter and receiver. The transmitted frame structure is based on Zadoff–Chu (ZC) sequences embedded in a Cyclic Prefix Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (CP-OFDM) waveform, designed to emulate 5G reference signals while allowing precise correlation-based delay estimation. A complete MATLAB based processing pipeline was developed to perform estimation and delay tracking across multiple frames.The performance evaluation is conducted entirely within a controlled simulation environment that reproduces the full OFDM transmission chain, including subcarrier allocation, synchronization signaling, noise conditions, and delay-based ranging. The simulated results illustrate how numerology, subcarrier density, and operating SNR influence the stability of the delay estimator, offering quantitative insight into the sensitivity of 5G-inspired waveforms for distance reconstruction.

Questa tesi presenta la progettazione e la validazione simulata di un trasmettitore ricevitore OFDM ispirato allo standard 5G NR per il ranging ad elevata accuratezza. Il lavoro analizza l’intera catena di trasmissione e ricezione, dalla generazione del segnale fino alla stima del tempo di volo, con l’obiettivo di ottenere misure di distanza riproducibili e calibrate dal punto di vista algoritmico. La struttura del frame trasmesso si basa su sequenze di Zadoff–Chu integrate in una forma d’onda CP-OFDM, progettata per emulare i segnali di riferimento del 5G e consentire una stima del ritardo basata su correlazione con risoluzione fine. È stata sviluppata un’intera pipeline di elaborazione in MATLAB per eseguire la stima e il tracciamento del ritardo su più frame consecutivi. La valutazione delle prestazioni è condotta interamente in un ambiente di simulazione controllato, che riproduce la catena OFDM completa, includendo l’allocazione delle sottoportanti, i meccanismi di sincronizzazione, le condizioni di rumore e il modello di ranging basato sul ritardo. I risultati evidenziano come la numerologia, la densità delle sottoportanti e il valore dello Signal-to- Noise Ratio (SNR) influenzino la stabilità dell’estimatore di ritardo, fornendo un’analisi quantitativa della sensibilità delle forme d’onda ispirate al 5G nella ricostruzione della distanza.