CELLULAR POSITIONING BY LOCATION FINGERPRINTING WITH THE AID OF PROPAGATION MODELS A dissertation submitted to the Department of Electronics & Telecommunications Engineering, University of Moratuwa in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science By W.H.M. P. WIJESINGHE , Supervised by: Prof. Dileeka Dias Department of Electronic and Telecommunication Engineering, University of Moratuwa, Sri Lanka 2008 92930 Abstract The Fingerprinting method or the Database Correlation Method (DCM) is a network based positioning technique which has shown superior accuracy. DCM is based on a pre-measured database of location dependent variables such as Received Signal Strength (RSS). The major challenge of the technique is the effort involved in forming the database, which prevents it being deployed in large, dynamic networks. The work presented in this thesis investigates the possibility of using network planning tool predictions instead of field measurements to create the fingerprint database for DCM. While the accuracy of this approach is lower than the DCM method with field measurements, further tuning of the predictions in order to improve the performance is proposed. The tuning method is defined as cell-wise calibration, which calibrates the predictions by using a lesser number of field measurements in a cell-by-cell basis. In addition, a novel fingerprint filtering approach and a fingerprint matching technique (a cost function) are proposed. The trial results show that, the performance of DCM using the proposed database is inferior to that using a measured database. However, the application of calibration process for predictions improves the performance up to an acceptable level. The calibration method, designed for the bad urban scenario is based on curve fitting whereas that for urban, suburban and rural environments is based on neural networks. In addition, the novel fingerprint filtering approach is robust for the bad urban environment while the novel cost function shows higher performance with the proposed database. The best positioning accuracy for the. bad urban environment is 200m in 80% of the estimates and that for the urban environment is 125m (80%). Remarkable performance improvement can be observed in the rural environment giving a positioning error less than 385m in 80% of the estimates. The performance in suburban environment is inferior to that-in both urban and rural, with an error less than 550m in 80% of the time. The proposed solution for positioning is best suited for the deployment in large dynamic networks as a network-based method to provide basic information services, such as nearest ATM machine, petrol. station or hospital, traffic information and location based advertising. , T h e w o r k p r e s e n t e d i n t h i s t h e s i s i n p a r t o r w h o l e h a s n o t b e e n s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r a c a d e m i c q u a l i f i c a t i o n a t a n y i n s t i t u t i o n . ~ . . . : . . J . . t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ········~ W . H . M . P u s h p i k a W i j e s i n g h e C a n d i d a t e D a t e : 0 3 . o 3 .~ooa I e n d o r s e t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . . . . B~ . . . . . . . - P r o f . ( M r s ) D i l e e k a D i a s S u p e r v i s o r 1 1 A C K N O W L E D G M E N T I w i s h t o c o n v e y m y h e a t i f e l t g r a t i t u d e t o e v e r y o n e w h o g a v e m e a h a n d i n s o m e w a y t o m a k e t h i s r e s e a r c h a s u c c e s s . I w o u l d a l w a y s c h e r i s h t h e i n v a l u a b l e i d e a s a n d t h e e n d l e s s g u i d a n c e g i v e n b y P r o f . ( M r s ) D i l e e k a D i a s i n s u p e r v i s i n g t h i s r e s e a r c h . H e r p a i n s t a k i n g e f f o r t a n d g r e a t a t t e n t i o n r e g a r d i n g t h i s r e s e a r c h . g u i d e d i t o n t h e p r o p e r p a t h o f s u c c e s s . M y a p p r e c i a t i o n e x t e n d s t o M r . K i t h s i r i S a m a r a s i n g h e . h e a d o f t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r o n i c s a n d T e l e c o m m u n i c a t i o n s E n g i n e e r i n g - U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a : D r . A j i t h P a s q u a ! . t h e c o o r d i n a t o r o f P G s t u d i e s : P r o f . R a n j i t h P e r e r a . t h e m e m b e r o f p r o g r e s s r e v i e w p a n e l f o r g u i d i n g m e t o w a r d s t h e s u c c e s s o f t h i s r e s e a r c h . A s p e c i a l t r i b u t e g o e s t o D i a l o g T e l e c o m L t d . f o r t h e f i n a n c i a l s p o n s o r s h i p o f t h i s r e s e a r c h a n d g r a n t i n g a c c e s s t o t h e i r n e t w o r k d a t a . M y g r a t i t u d e e x t e n d s t o w a r d s M r . D i n e s h T h a m o t h a r a m . A s s i s t a n t M a n a g e r . R a d i o N e t w o r k P l a n n i n g a n d a l l o t h e r e n g i n e e r s o f N e t w o r k p l a n n i n g d i v i s i o n f o r t h e i r a s s i s t a n c e i n o b t a i n i n g t e c h n i c a l i n f o r m a t i o n . I w o u l d a l s o b e g r a t e f u l t o D i a l o g - U o M M o b i l e C o m m u n i c a t i o n s R e s e a r c h L a b . i n c l u d i n g t h e b o a r d o f d i r e c t o r s a n d t h e l a b s t a f f . M y s i n c e r e t h a n k s g o t o a l l t h e n o n - a c a d e m i c s t a f T o f t h e d e p a r t m e n t i n c l u d i n g M r . T e r r e n c e f o r t h e i r h e l p r e n d e r e d t h r o u g h o u t t h i s r e s e a r c h . I n a d d i t i o n . I a p p r e c i a t e t h e k i n d c o o p e r a t i o n o f t h e s t a f f m e m b e r s o f t h e A d m i n i s t r a t i o n D i v i s i o n o n s u p p l y i n g v e h i c l e s f o r m e a s u r e m e n t c a m p a i g n s . I w o u l d e s p e c i a l l y g r a t e f u l t o M r . D a y a n a n d a . D r i v e r . U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a . f o r h i s d e d i c a t e d s e r v i c e d u r i n g t h e m e a s u r e m e n t c a m p a t g n s . I r e m e m b e r w i t h p l e a s u r e m y c o l l e a g u e S h a s h i k a f o r h e r f r i e n d l i n e s s a n d s u p p o r t i v e n e s s t h r o u g h o u t t h i s w o r k . A l l t h e i n d i v i d u a l s . i n c l u d i n g m y f r i e n d s . w h o h e l p e d m e i n n u m e r o u s w a y s t o m a k e t h i s r e s e a r c h a s u c c e s s . a r e a l s o a p p r e c i a t e d . F i n a l l y . I e x p r e s s m y g r a t e f u l n e s s t o w a r d s m y l o v i n g p a r e n t s f o r t h e i r e n c o u r a g e m e n t a n d t h e s u p p o r t r i g h t t h r o u g h o u t t h i s p e r i o d . v C O N T E N T S D e c l a r a t i o n A b s t r a c t D e d i c a t i o n A c k n o w l e d g m e n t L i s t o f F i g u r e s L i s t o f T a b l e s 1 I N T R O D U C T I O N 1 . 1 C u r r e n t s t a t u s i n t h e f i e l d o f c e l l u l a r p o s i t i o n i n g 1 . 2 L B S a p p l i c a t i o n s a n d P e r f o r m a n c e r e q u i r - e m e n t s 1 . 3 M o t i v a t i o n 1 . 4 R e s e a r c h O b j e c t i v e s a n d C o n t r i b u t i o n s 1 . 5 O r g a n i z a t i o n o f t h e T h e s i s 2 L I T E R A T U R E R E V I E W 2 . 1 C e l l u l a r P o s i t i o n i n g 2 . 1 . 1 P o s i t i o n i n g P a r a m e t e r s 2 . 1 . 2 P o s i t i o n i n g T e c h n i q u e s 2 . 1 . 3 P e r f o r m a n c e M e a s u r e s 2 . 2 F i n g e r p r i n t i n g M e t h o d 2 . 2 . 1 D a t a b a s e P r e p a r a t i o n 2 . 2 . 2 L o c a t i o n E s t i m a t i o n 2 . 2 . 3 R e l a t e d W o r k I . , - · - ' 2 . 4 R a d i o W a v e P r o p a g a t i o n M o d e l s a n d T o o l s 2 . 3 . 1 H a t a - O k u m u r a M o d e l 2 . 3 . 2 W a l f i s c h - I k e g a m i M o d e l 2 . 3 . 3 O u t d o o r & O u t d o o r - t o - I n d o o r C o v e r a g e i n u r b a n a t 1 . 8 G H z 2 . 3 . 4 C R C - P r e d i c t P r o p a g a t i o n M o d e l N e u r a l N e t w o r k T e c h n i q u e s 2 . 4 . 1 T h e m a t h e m a t i c a l r e p r e s e n t a t i o n o f a n e u r o n 2 . 4 . 2 N e u r a l N e t w o r k T o p o l o g y 2 . 4 . 3 T r a i n i n g a n e u r a l n e t w o r k 2 . 4 . 4 N e u r a l N e t w o r k s f o r C a l i b r a t i o n 3 M E T H O D O L O G Y 3 . I D a t a b a s e P r e p a r a t i o n 3 . 2 . , . , . ) . . ) 3 . 4 3 . 1 . 1 P r e d i c t e d D a t a b a s e 3 . 1 . 2 M e a s u r e d D a t a b a s e D e v i a t i o n A n a l y s i s 3 . 2 . 1 C e l l - w i s e A n a l y s i s 3 . 2 . 2 F i n g e r p r i n t - w i s e a n a l y s i s P o s i t i o n i n g A l g o r i t h m 3 . 3 . 1 F i n g e r p r i n t F i l t e r i n g 3 . 3 . 2 L o c a t i o n E s t i m a t i o n C a l i b r a t i o n P r o c e s s 3 . 4 . 1 N e u r a l N e t w o r k b a s e d A p p r o a c h 3 . 4 . 2 C u r v e F i t t i n g b a s e d A p p r o a c h V l 1 1 1 1 1 l V v V l 1 1 X 1 1 1 1 . , . ) 4 5 6 7 7 8 1 2 1 4 1 7 1 7 1 8 2 0 2 1 2 2 2 2 , . , . _ . ) ! " ' _ _ , 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 . , . , . ) . ) 3 5 3 5 3 6 3 6 3 6 3 9 4 3 4 5 · · r , . ' · · · " - · t 2 • ' 4 5 T E S T E N V I R O N M E N T 5 4 5 4 5 6 5 9 6 0 6 2 6 2 6 3 6 4 6 4 4 . 1 M e a s u r e m e n t S e t u p 4 . 2 U r b a n a r e a s e l e c t i o n 4 . 3 S u b u r b a n a r e a S e l e c t i o n 4 . 4 R u r a l a r e S e l e c t i o n 4 . 5 A n a l y s i s o f R S S v a r i a t i o n 4 . 5 . 1 L o c a t i o n - 1 - E N T C B a l c o n y 4 . 5 . 2 L o c a t i o n - 2 - U n i v e r s i t y F r o n t 4 . 5 . 3 L o c a t i o n - 3 4 . 5 . 4 I m p a c t o n D C M A l g o r i t h m R E S U L T S A N A L Y S I S 6 6 6 7 6 7 7 0 5 . 1 D e v i a t i o n A n a l y s i s , . 5 . 1 . 1 U r b a n E n v i r o n m e n t 5 . 1 . 2 S u b u r b a n E n v i r o n m e n t 5 . 1 . 3 R u r a l E n v i r o n m e n t 7 2 5 . 2 P e r f o r m a n c e o f D C M w i t h P r e d i c t e d D a t a b a s e 7 4 5 . 2 . 1 U r b a n 7 4 5 . 2 . 2 S u b u r b a n 7 8 5 . 2 . 3 R u r a l 8 0 5 . 3 P e r f o r m a n c e o f D C M w i t h M e a s u r e d D a t a b a s e 8 2 5 . 3 . 1 U r b a n 8 3 5 . 3 . 2 S u b u r b a n 8 7 5 . 3 . 3 R u r a l 8 9 5 . 4 P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n u s i n g P r e d i c t e d a n d M e a s u r e d D a t a b a s e s 9 1 5 . 4 . 1 U r b a n 9 1 5 . 4 . 2 S u b u r b a n 9 3 5 . 4 . 3 R u r a l 9 4 5 . 5 P e r f o r m a n c e o f d i f f e r e n t C a l i b r a t i o n T e c h n i q u e s 9 5 5 . 5 . 1 N e u r a l N e t w o r k T e c h n i q u e s 9 6 5 . 5 . 2 C u r v e F i t t i n g T e c h n i q u e s 1 0 0 5 . 5 . 3 C o m p a r i s o n o f C u r v e F i t t i n g & N e u r a l N e t w o r k s 1 0 4 5 . 6 O v e r a l l P e r f o r m a n c e A n a l y s i s 1 0 8 5 . 6 . 1 U r b a n 1 0 8 5 . 6 . 2 S u b u r b a n 1 1 1 5 . 6 . 3 R u r a l 1 1 2 5 . 6 . 4 O v e r a l l R e s u l t s 1 1 3 6 C O N C L U S I O N 1 1 6 1 1 6 1 1 7 1 1 8 1 1 8 6 . 1 C o n t r i b u t i o n s 6 . 2 T r i a l R e s u l t s 6 . 3 C o m m e r c i a l i z a t i o n A s p e c t s 6 . 4 F u t u r e W o r k R E F E R E N C E S A B B R I V I A T I O N S A p p e n d i x - A A p p e n d i x - B V I I 1 2 0 l y _ ) L I S T O F F I G U R E S F i g u r e 1 . 1 2 . 1 2 . 2 ) . . , ~·-' 2 . 4 2 . 5 2 . 6 2 . 7 2 . 8 2 . 9 C o m m e r c i a l L B S a p p l i c a t i o n s D i s t a n c e t o M S f r o m s e v e r a l B S s u s i n g p r o p a g a t i o n m o d e l s A n g l e o f a r r i v a l p a r a m e t e r i n G S M P r o p a g a t i o n T i m e m e a s u r e m e n t T D O A p a r a m e t e r G e o m e t r i c a l m e a n o f a l l i n t e r s e c t i o n p o i n t s i n g e o m e t r i c a l m e t h o d C i r c u l a r E r r o r P r o b a b i l i t y C u m u l a t i v e D i s t r i b u t i o n F u n c t i o n A B i o l o g i c a l N e u r o n M a t h e m a t i c a l R e p r e s e n t a t i o n o f a N e u r o n 2 . 1 0 M a t h e m a t i c a l N o t a t i o n f o r N e u r a l N e t w o r k s 3 . 1 . . , J . ) . . . . . . , . . , . ) , . ) 3 . 4 3 . 5 3 . 6 3 . 7 3 . 8 3 . 9 S u m m a r y o f M e t h o d o l o g y M e t h o d o l o g y f o r a s e l e c t e d e n v i r o n m e n t M e t h o d o l o g y f o r i n t e r f a c i n g t o p l a n n i n g t o o l G r i d T r a n s l a t o r P r o f o r P l a n e t E V F o r m a t o f t h e F i n g e r p r i n t D a t a b a s e M e t h o d o l o g y o f f i n g e r p r i n t c r e a t i o n f o r m e a s u r e d d a t a b a s e F a r a w a y e s t i m a t i o n w h e n f i l t e r i n g o n l y b y s e r v i n g c e l l R e s u l t s u s i n g n o v e l f i l t e r i n g a p p r o a c h S i g n i f i c a n c e o f C o s t F u n c t i o n - 3 3 . I 0 D i f f e r e n t a p p r o a c h e s o f P o s i t i o n i n g A l g o r i t h m 3 . 1 1 A p p r o a c h e s f o r c a l i b r a t i o n 3 . 1 2 T o p o l o g y o f C u s t o m N e u r a l N e t w o r k - I 3 . 1 3 T o p o l o g y o f C u s t o m N e u r a l N e t w o r k - 2 3 . 1 4 C u r v e f i t t i n g a p p r o a c h e s 4 . 1 C o m p l e t e m e a s u r e m e n t s e t u p 4 . 2 F o r m a t o f a m e a s u r e m e n t 4 . 3 R S S v a r i a t i o n o f a c e l l a t a l o c a t i o n o v e r 1 0 m e a s u r e m e n t s 4 . 4 A v e r a g e s i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n a t a l o c a t i o n 4 . 5 R S S a l o n g G a l l e r o a d i n u r b a n e n v i r o n m e n t 4 . 6 R S S v a r i a t i o n a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d i n u r b a n e n v i r o n m e n t V l l l P a g e 3 9 9 I I 1 1 1 3 1 5 1 6 2 4 2 5 2 6 2 9 3 0 3 1 3 2 . . , . . , . ) . ) 3 4 3 7 3 9 4 1 4 3 4 4 4 9 5 0 5 3 5 4 5 5 5 5 5 6 5 7 5 7 4 . 7 P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s a l o n g r o a d s i n u r b a n a r e a 5 8 4 . 8 M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s a l o n g t h e r o a d s i n u r b a n 5 8 4 . 9 P r e d i c t e d & M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n 5 9 4 . 1 0 R S S v a r i a t i o n o f a c e l l i n s u b u r b a n a r e a 6 0 4 . 1 1 P r e d i c t e d a n d m e a s u r e d F i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n 6 1 4 . 1 2 R S S v a r i a t i o n o f a c e l l i n r u r a l a r e a 6 1 4 . 1 3 A v e r a g e R S S v a r i a t i o n i n d i f f e r e n t h o u r s o f d a y - ! a t E N T C B a l c o n y 6 2 4 . 1 4 A v e r a g e R S S v a r i a t i o n i n d i f f e r e n t h o u r s o f d a y - 2 a t E N T C B a l c o n y 6 3 4 . 1 5 A v e r a g e R S S v a r i a t i o n i n d i f f e r e n t h o u r s o f t h e d a y a t U n i v e r s i t y f r o n t 6 3 4 . 1 6 A v e r a g e R S S v a r i a t i o n i n d i f f e r e n t h o u r s o f t h e d a y - 1 n e a r I T o f f i c e 6 4 4 . 1 7 E r r o r f o r c o n s e c u t i v e t e s t m e a s u r e m e n t s a t o n e l o c a t i o n w i t h i n a d a y 6 5 5 . 1 O r g a n i z a t i o n o f t h e P r e s e n t a t i o n o f R e s u l t s 6 6 5 . 2 S i g n a l S t r e n g t h C o m p a r i s o n o f a c e l l a l o n g G a l l e R o a d 6 8 5 . 3 R M S E p l o t f o r F i n g e r p r i n t s a l o n g G a l l e R o a d 6 8 5 . 4 R M S E H i s t o g r a m o f F i n g e r p r i n t s a l o n g G a l l e R o a d 6 9 5 . 5 R M S E p l o t o f f i n g e r p r i n t s a l o n g D u p l i c a t i o n R o a d 7 0 5 . 6 R M S E H i s t o g r a m o f f i n g e r p r i n t s a l o n g D u p l i c a t i o n R o a d 7 0 5 . 7 S i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l i n s u b u r b a n 7 1 5 . 8 R M S E p l o t o f F i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n 7 1 5 . 9 R M S E h i s t o g r a m o f F i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n 7 2 5 . 1 0 S i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l i n R u r a l 7 3 5 . 1 1 R M S E p l o t o f F i n g e r p r i n t s i n r u r a l 7 3 5 . 1 2 R M S E h i s t o g r a m o f F i n g e r p r i n t s i n r u r a l 7 3 5 . 1 3 E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d 7 4 5 . I 4 E r r o r C D F o f A p p r o a c h - B w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d 7 5 5 . 1 5 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d 7 5 5 . 1 6 E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n R o a d 7 6 5 . 1 7 E r r o r C D F o f A p p r o a c h - B w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n R o a d 7 7 5 . I 8 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n R o a d 7 7 5 . I 9 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n 7 8 5 . 2 0 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - 8 w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n 7 9 5 . 2 1 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n 7 9 5 . 2 2 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l 8 I 5 . 2 3 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - 8 w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l 8 1 I X 5 . 2 4 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l 8 2 5 . 2 5 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e r o a d 8 3 5 . 2 6 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - B w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e r o a d 8 3 5 . 2 7 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d 8 4 5 . 2 8 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d 8 5 5 . 2 9 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - B w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d 8 5 5 . 3 0 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d 8 6 5 . 3 1 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n 8 7 5 . 3 2 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - B w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n 8 7 5 . 3 3 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n 8 8 5 . 3 4 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l 8 9 5 . 3 5 E r r o r C D F o f a p p r o a c h - B w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l 8 9 5 . 3 6 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l 9 0 5 . 3 7 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d d a t a b a s e s - G a l l e r o a d 9 1 5 . 3 8 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d - D u p l i c a t i o n r o a d 9 2 5 . 3 9 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d - s u b u r b a n 9 3 5 . 4 0 E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d - R u r a l 9 4 5 . 4 1 E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g d i f f e r e n t n e u r a l n e t w o r k s - G a l l e r o a d 9 6 5 . 4 2 P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s - G a l l e r o a d 9 6 5 . 4 3 E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g n e u r a l n e t w o r k s - D u p l i c a t i o n r o a d 9 7 5 . 4 4 P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s - D u p l i c a t i o n r o a d 9 7 5 . 4 5 E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g d i f f e r e n t n e u r a l n e t w o r k s - S u b u r b a n 9 8 5 . 4 6 P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s - S u b u r b a n 9 8 5 . 4 7 E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g d i f f e r e n t n e u r a l n e t w o r k s - R u r a l 9 9 5 . 4 8 P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s - R u r a l 9 9 5 . 4 9 E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - G a l l e r o a d 1 0 0 5 . 5 0 P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g t e c h n i q u e s - G a l l e R o a d 1 0 1 5 . 5 1 E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g c u r v e f i t t i n g - D u p l i c a t i o n r o a d 1 0 1 5 . 5 2 P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - D u p l i c a t i o n r o a d 1 0 2 5 . 5 3 E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - S u b u r b a n 1 0 2 5 . 5 4 P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - S u b u r b a n 1 0 3 5 . 5 5 E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - R u r a l 1 0 3 5 . 5 6 P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - R u r a l 1 0 4 5 . 5 7 P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g & n e u r a l n e t w o r k s - G a l l e r o a d 1 0 4 X 5 . 5 8 C o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g & n e u r a l n e t w o r k s - D u p l i c a t i o n r o a d 1 0 5 5 . 5 9 C o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g & n e u r a l n e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - S u b u r b a n 1 0 6 5 . 6 0 C o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g & n e u r a l n e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - R u r a l I 0 7 5 . 6 1 O v e r a l l r e s u l t s a n a l y s i s - G a l l e r o a d I 0 9 5 . 6 2 O v e r a l l r e s u l t s a n a l y s i s - D u p l i c a t i o n r o a d I I 0 5 . 6 3 O v e r a l l r e s u l t s a n a l y s i s - S u b u r b a n I l l 5 . 6 4 O v e r a l l r e s u l t s a n a l y s i s - R u r a l 1 1 2 5 . 6 5 P l o t o f e s t i m a t e d l o c a t i o n s o f o n e t e s t t r i a l i n f o u r e n v i r o n m e n t s i n m a p s 1 1 5 . r X I L I S T O F T A B L E S T a b l e 1 . 1 1 . 2 3 . 1 3 . 2 4 . 1 4 . 2 4 . 3 5 . 1 5 . 2 5 . 3 5 . 4 5 . 5 5 . 6 5 . 7 5 . 8 5 . 9 F C C g u i d e l i n e s f o r l o c a t i o n a c c u r a c y P e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s o f s e l e c t e d L o c a t i o n B a s e d A p p l i c a t i o n s S c o r e v a l u e s a n d c o s t v a l u e s o f f i n g e r p r i n t s C h a r a c t e r i s t i c s o f C e l l - w i s e c a l i b r a t i o n a n d F i n g e r p r i n t - w i s e c a l i b r a t i o n S u m m a r y o f f i n g e r p r i n t s a n d t e s t p o i n t s i n u r b a n e n v i r o n m e n t S u m m a r y o f f i n g e r p r i n t s a n d t e s t p o i n t s i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t S u m m a r y o f f i n g e r p r i n t s a n d t e s t p o i n t s i n r u r a l e n v i r o n m e n t C e l l - w i s e a n a l y s i s - G a l l e R o a d C e l l - w i s e A n a l y s i s - D u p l i c a t i o n R o a d C e l l - w i s e a n a l y s i s - S u b u r b a n C e l l - w i s e A n a l y s i s - R u r a l R e s u l t s s u m m a r y u s i n g p r e d i c t e d d a t a b a s e R e s u l t s s u m m a r y w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n R o a d R e s u l t s s u m m a r y w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n R e s u l t s s u m m a r y w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - s u b u r b a n R e s u l t s s u m m a r y w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e r o a d P a g e J 4 3 8 4 5 5 8 6 0 6 1 6 7 6 9 7 1 7 2 7 6 7 8 8 0 8 2 8 4 5 . 1 0 R e s u l t s s u m m a r y w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d 8 6 5 . 1 1 R e s u l t s s u m m a r y w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n 8 8 5 . 1 2 R e s u l t s s u m m a r y w i t h m e a s u r e f i n g e r p r i n t s - R u r a l 9 0 5 . 1 3 C o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e r o a d 9 2 5 . 1 4 C o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d 9 3 5 . 1 5 C o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - s u b u r b a n 9 4 5 . 1 6 C o m p a r i s o n u s i n g p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l 9 5 5 . 1 7 R e s u l t s s u m m a r y o f c u r v e f i t t i n g & n e u r a l n e t w o r k s - G a l l e r o a d 1 0 5 X l l 5 . 1 8 R e s u l t s s u m m a r y o f c u r v e f i t t i n g a n d n e u r a l n e t w o r k s - D u p l i c a t i o n r o a d 1 0 6 5 . 1 9 R e s u l t s s u m m a r y o f c u r v e f i t t i n g a n d n e u r a l n e t w o r k s - S u b u r b a n I 0 7 5 . 2 0 R e s u l t s s u m m a r y o f c u r v e f i t t i n g a n d n e u r a l n e t w o r k s - R u r a l I 0 8 5 . 2 1 O v e r a l l r e s u l t s s u m m a r y - G a l l e r o a d 1 0 9 5 . 2 2 O v e r a l l r e s u l t s s u m m a r y - D u p l i c a t i o n r o a d 1 1 0 5 . 2 3 O v e r a l l r e s u l t s s u m m a r y - S u b u r b a n 1 1 1 5 . 2 4 O v e r a l l r e s u l t s s u m m a r y - R u r a l _ . 1 1 2 5 . 2 5 O v e r a l l r e s u l t s o f t h r e e e n v i r o n m e n t s 1 1 4 5 . 2 6 R e s u l t s c o m p a r i s o n w i t h o t h e r r e s u l t s i n l i t e r a t u r e 1 1 3 5 . 2 7 C o m p a r i s o n o f c u r r e n t r e s u l t s a n d F Y P r e s u l t s o f t h r e e e n v i r o n m e n t s 1 1 5 X 1 1 1 C h a p t e r 1 I n t r o d u c t i o n B e i n g s m a l l a n d h a n d y . t h e m o b i l e p h o n e h a s b e c o m e a r e g u l a r p a r t i n d a y t o d a y l i f e . a n d t h e a d d i t i o n o f n o v e l a p p l i c a t i o n s a n d c a p a b i l i t i e s m a k e s i t e v e n m o r e p e r s o n a l a n d t r u s t e d . A s a r e s u l t t h e m o b i l e s e r v i c e p r o v i d e r s a r e s t r i v i n g t o i n t r o d u c e v a l u e a d d e d f e a t u r e s t o a t t r a c t p o t e n t i a l c u s t o m e r s . L o c a J i o n - a w a r e s e r v i c e i s o n e s u c h a p p l i c a t i o n . w h i c h o f f e r s e n o r m o u s p o s s i b i l i t i e s t o b r i n g i n n o v e l s e r v i c e s f o r 2 G a n d 3 G m o b i l e n e t w o r k s . F o r s o m e L o c a t i o n B a s e d S e r v i c e s ( L B S ) i t i s s u f f i c i e n t t o d e t e r m i n e t h e c e l l o f t h e m o b i l e t e r m i n a l b u t o t h e r s e r v i c e s s u c h a s e m e r g e n c y c a l l s o r n a v i g a t i o n s y s t e m s r e q u i r e m o r e a c c u r a t e p o s i t i o n d e t e r m i n a t i o n t e c h n i q u e s . U n f o r t u n a t e l y . t h e G S M N e t w o r k l a c k s p o s i t i o n i n g f u n c t i o n a l i t y ; h e n c e a s e p a r a t e p o s i t i o n i n g t e c h n o l o g y s h o u l d b e i n t e g r a t e d t o t h e n e t w o r k . O n t h e o t h e r h a n d . G l o b a l P o s i t i o n i n g S y s t e m ( G P S ) h a s p r o v e n t o b e t h e m o s t a c c u r a t e w i t h a n a v e r a g e a c c u r a c y l e s s t h a n 1 O m . H o w e v e r . s o m e c h a l l e n g i n g i s s u e s r e g a r d i n g G P S p o s i t i o n i n g e x i s t s u c h a s t h e n o n - a v a i l a b i l i t y o f G P S e n a b l e d m o b i l e d e v i c e s . t h e p o o r e s t i m a t i o n i n h a r s h e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s a n d t h e p o o r i n d o o r c o v e r a g e . \ v h i c h m a k e t h e s y s t e m i n a p p r o p r i a t e f o r c o m m e r c i a l a p p l i c a t i o n s s u c h a s l o c a l i z e d i n f o r m a t i o n s e r v i c e s . T h u s . t h e e s t i m a t i o n o f t h e u s e r ' s l o c a t i o n f r o m d a t a t h a t i s i n h e r e n t l y a v a i l a b l e i n t h e c e l l u l a r n e t w o r k . a l s o k n o w n a s c e l l u l a r p o s i t i o n i n g , h a s b e c o m e a k e y t e c h n o l o g y m m o b i l e c o m m u n i c a t i o n s . 1 . 1 C u r r e n t s t a t u s i n t h e f i e l d o f c e l l u l a r p o s i t i o n i n g T h e m a r k e t f o r l o c a t i o n - b a s e d s e r v i c e s h o l d s e n o r m o u s p o t e n t i a l . T h e a b i l i t y t o t e l l u s e r s w h e r e t h e y a r e . a n d h o w t o g e t w h e r e t h e y w a n t t o g o a s w e l l a s h o w l o n g i t w i l l t a k e t o g e t t h e r e a n d w h a t e l s e i s c l o s e b y c a n e n h a n c e a w i d e a r r a y o f a p p l i c a t i o n s . I n a d d i t i o n . L B S t o o l s h a v e t h e a b i l i t y t o c r e a t e g e o - f e n c e s . t h e a l e r t s i s s u e d v i a S M S o r v o i c e w h e n a u s e r h a s e n t e r e d o r e x i t e d a s p e c i f i e d a r e a [ l ] . H o w e v e r . t h e r e a l i t y o f t h i s L B S g l o r y r e l i e s h e a v i l y o n p r e c i s e l o c a t i o n d e t e r m i n a t i o n t e c h n i q u e s . ( ' h a p t e r I - I n t r o d u c t i o n I n t h e U n i t e d S t a t e s . p e o p l e f a c i n g a c r i t i c a l e m e r g e n c y s i t u a t i o n c a n r e q u e s t a s s i s t a n c e t h r o u g h d i a l i n g 9 1 1 e m e r g e n c y a s s i s t a n c e s e r v i c e s . M o s t o f t h e s e s c a l l s a r e m a d e f r o m m o b i l e p h o n e s w i t h t h e u s e r b e i n g u n a w a r e o f h i s o r h e r w h e r e a b o u t s . H e n c e . F e d e r a l C o m m u n i c a t i o n C o m m i s s i o n ( F C C ) h a s i m p o s e d . t h r o u g h E - 9 1 1 m a n d a t e . t h e m o b i l e o p e r a t o r s t o p r e c i s e l y l o c a t e t h e c a l l e r s r e q u e s t i n g e m e r g e n c y a s s i s t a n c e v i a 9 1 1 [ 2 . ~l P h a s e I I o f t h i s r e g u l a t i o n i m p o s e s a c c u r a c y l e v e l s f o r d i f f e r e n t l o c a t i o n t e c h n o l o g i e s b a s e d o n t h e i r i m p l e m e n t a t i o n a s s e t o u t b y T a b l e 1 . 1 [ 2 ] . T h i s w a s t h e w a k e u p c a l l f o r h i g h e n t h u s i a s m i n c e l l u l a r p o s i t i o n i n g . , T a b l e 1 . 1 : F C C g u i d e l i n e s f o r l o c a t i o n a c c u r a c y S o u r c e : [ 2 ] T y p e o f l o c a t i o n s o l u t i o n H a n d s e t - b a s e d N e t w o r k - b a s e d 6 7 % o f l o c a t i o n s m u s t b e < 5 0 m < 1 0 0 m 9 5 % o f l o c a t i o n s · m u s t b e < 1 5 0 m < 3 0 0 m /~~ . . · " · • ' . . F u r t h e r m o r e . a r e c o m m e n d a t i o n h a s b e e n i s s u e d f o r t h e o p t i m a l p l a n n i n g a n d i m p l e m e n t a t i o n o f e m e r g e n c y w i r e l e s s l o c a t i o n s e r v i c e , c a l l e d E - 1 1 2 . f o r t h e E u r o p e a n U n i o n i n 2 0 0 4 [ 4 ] . A c c o r d i n g l y , i n o r d e r t o p r o v i d e e f f e c t i v e s e n / I C e . l o c a t i o n a c c u r a c y s h o u l d b e 5 0 m o r l e s s i n u r b a n c o r r i d o r s / c e n t e r s a n d t h e r e q u i r e m e n t s f o r a c c u r a c y d i m i n i s h a s t h e d i s t a n c e f r o m u r b a n c e n t e r s i n c r e a s e s . i . e . t h e n e e d f o r h i g h a c c u r a c y i s l e s s s t r i n g e n t i n r u r a l e n v i r o n m e n t s [ 4 ] . A s a r e s u l t . s e v e r a l c o m m e r c i a l p o s i t i o n i n g s y s t e m s h a v e b e e n d e v e l o p e d a l l o v e r t h e w o r l d , n a m e l y . C e l l P o i n t [ 5 ] . S n a p T r a c k [ ( l ] , E r i c s s o n M o b i l e P o s i t i o n i n g S y s t e m [ 7 ] a n d B T - C e l l n e t [ g ] . w h i c h a r e b a s e d o n A s s i s t e d G P S ( A - G P S ) a n d E n h a n c e O b s e r v e d T i m e D i f f e r e n c e ( E - O T D ) p o s i t i o n i n g m e t h o d s . T h e f a c t s t h a t t h e s e c o m m e r c i a l s y s t e m s a r e h i g h l y e x p e n s i v e a n d t h e u p g r a d e s t o b e d o n e i n t h e n e t w o r k i n d e p l o y m e n t p r e v e n t t h e m b e i n g p u r c h a s e d b y m o s t o f t h e m o b i l e o p e r a t o r s i n c o u n t r i e s l i k e u s . H e n c e t h e r e e x i s t s a n e e d t o c o m e - u p w i t h m o r e a c c u r a t e a n d c o s t e f f e c t i v e s o l u t i o n f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n i n c e l l u l a r n e t w o r k s . A t e c h n i q u e b a s e d o n e x i s t i n g r a d i o s i g n a l d a t a f r o m a s e r i e s o f b a s e s t a t i o n s w o u l d b e a f e a s i b l e s o l u t i o n . H o w e v e r , 2 C h a p t e r I - I n t r o d u c t i o n s i g n i f i c a n t s i g n a l l e v e l v a r i a t i o n s a n d m u l t i - p a t h e f i e c t s h a v e p r o v e d a m a j o r o b s t a c l e i n m a n y d e v e l o p m e n t s . 1 . 2 L B S a p p l i c a t i o n s a n d P e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s S o m e o f t h e a p p l i c a t i o n s t h a t h a v e t a k e n m a j o r a t t e n t i o n i n c o m m e r c i a l l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 1 . 1 . . / N e a r e s t s e r v i c e v n e w s " F i g u r e 1 . 1 : C o m m e r c i a l L B S a p p l i c a t i o n s I n f o r m a t i o n s e r v i c e s a r e d e f i n e d t o p r o v i d e t h e n e a r e s t s e r v i c e s u c h a s A T M m a c h i n e . p e t r o l s t a t i o n o r h o s p i t a L t o p r o v i d e t r a t 1 i c i n f o r m a t i o n a n d f o r a d v e r t i s i n g p u r p o s e s . N a v i g a t i o n s e r v i c e s c o u l d p r o v i d e s t r e e t - b y - s t r e e t t u r n - b y - t u r n d i r e c t i o n s t o a d e s t i n a t i o n w h i l e t r a c k i n g s e r v i c e s i n c l u d e l o n e - w o r k e r t r a c k i n g i n h i g h r i s k l o c a t i o n s . c r i m i n a l t r a c k i n g a n d c h i l d t r a c k i n g s e r v i c e s t o a l e r t w h e n t h e c h i l d m o v e s a w a y f r o m a p r e - d e f i n e d a r e a . M o n i t o r i n g a p p l i c a t i o n s , l i k e f i e l d f o r c e a u t o m a t i o n . m o b i l e w o r k e r m a n a g e m e n t a n d t a x i f l e e t m a n a g e m e n t a r e p r o m i s i n g i n m o s t o f t h e i n d u s t r i e s . T h e r e l i a b i l i t y o f t h e a b o v e m e n t i o n e d a p p l i c a t i o n s r e l y o n t h e p e r f o r m a n c e o f t h e p o s i t i o n i n g t e c h n o l o g y . A c c u r a c y a n d y i e l d a r e t h e t w o p r i n c i p a l m e a s u r e m e n t s o f t h e p e r f o r m a n c e o f l o c a t i o n t e c h n o l o g i e s . A c c u r a c y r e f e r s t o t h e r a d i u s i n w h i c h a l o c a t i o n t e c h n o l o g y c a n p i n p o i n t t h e l o c a t i o n o f a m o b i l e p h o n e . w h i l e y i e l d r e f e r s t o 3 ( ' h a p t e r 1 - I n t r o d u c t i o n t h e l o c a t i o n t e c h n o l o g y ' s a b i l i t y t o o b t a i n a l o c a t i o n f i x . e x p r e s s e d a s a p e r c e n t a g e s u c c e s s r a t e [ ' > ] . I n a d d i t i o n , t h e p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s o f a p p l i c a t i o n s a r e p a r t i a l l y d e p e n d e n t o n w h e r e t h e M o b i l e S t a t i o n ( M S ) t o b e l o c a t e d h a p p e n s t o b e a t t h a t t i m e . T h i s r e p r e s e n t s w h e t h e r t h e M S i s i n s i d e a b u i l d i n g ( i n d o o r ) , o r o u t s i d e i n u r b a n . s u b u r b a n o r r u r a l e n v i r o n m e n t . T a b l e 1 . 2 s u m m a r i z e s t h e p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s o f a b o v e m e n t i o n e d a p p l i c a t i o n s . b a s e d o n r e s e a r c h c o n d u c t e d a m o n g k e y a p p l i c a t i o n d e v e l o p e r s [ l J ] . T a b l e 1 . 2 : P e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s o f s e l e c t e d L o c a t i o n B a s e d A p p l i c a t i o n s " S o u r c e : [ 9 ] I n d o o r U r b a n S u b u r b a n R u r a l A c c u r a c ! Y i e l d A c c u r a c y Y i e l d A c c u r a c y Y i e l d Accurac~ Y i e l d ( m ) ( % ) ( m ) ( % ) ( 1 1 1 ) ( % ) ( m ) ( '~'o) I n f o r m a t i o n S e r v i c e s - B a s i c 5 0 - I 0 0 8 0 5 0 0 8 0 1 0 0 0 8 0 5 0 0 0 8 0 - E n h a n c e d 2 0 - 5 0 9 0 5 0 9 0 5 0 9 0 5 0 - I 0 0 9 0 N a v i g a t i o n 1 0 9 5 1 0 9 9 . 9 1 0 9 9 . 9 2 0 9 9 . 9 F i e l d f o r c e a u t o m a t i o n / w o r k f o r c e m a n a g e m e n t 5 0 9 5 5 0 9 5 5 0 9 5 1 0 0 9 5 L o n e - w o r k e r t r a c k i n g 5 0 9 9 . 9 5 0 9 9 , 9 5 0 9 9 . 9 1 0 0 9 9 . 9 T a x i d i s p a t c h n / a n 1 a 5 0 9 0 5 0 9 0 5 0 9 0 C h i l d t r a c k i n g 5 0 9 9 . 9 5 0 9 9 . 9 5 0 - 1 0 0 9 9 . 9 5 0 - 1 0 0 9 9 . 9 M e d i c a l a l e r t 5 0 9 9 . 9 5 0 9 9 . 9 5 0 - I 0 0 9 9 . 9 5 0 - 1 0 0 9 9 . 9 1 . 3 M o t i v a t i o n A r a n g e o f c e l l u l a r p o s i t i o n i n g t e c h n o l o g i e s h a v e b e e n r e s e a r c h e d a l l o v e r t h e w o r l d . y e t n o n e o f t h e m h a v e p r o v e n s u p e r i o r i n t e r m s o f a c c u r a c y f o r a l l e n v i r o n m e n t s w o r l d w i d e [ 1 0 - 2 8 ] . T h i s o p e n s t h e p a t h t o r e s e a r c h o n p r e c i s e l o c a t i o n e s t i m a t i o n t e c h n o l o g i e s . I n a d d i t i o n , t h e l a c k o f e v i d e n c e i n r e s e a r c h i n g o n c e l l u l a r p o s i t i o n i n g t e c h n i q u e s f o r i m p r o v e d a c c u r a c y i n l o c a l e n v i r o n m e n t p r o v i d e s a s t r o n g m o t i v a t i o n t o r e s e a r c h o n s u c h t e c h n i q u e s a p p l i c a b l e f o r l o c a l c o n t e x t . 4 C h a p t e r 1 - I n t r o d u c t i o n D u r i n g t h e a u t h o r ' s f i n a l y e a r p r o j e c t d o n e a s a p a r t i a l f u l f i l l m e n t o f t h e B . S c . d e g r e e , d i f f e r e n t c e l l u l a r p o s i t i o n i n g t e c h n i q u e s w e r e i n v e s t i g a t e d a n d t h e a c c u r a c i e s o f t h r e e o f t h e m . n a m e l y . t h e G e o m e t r i c a l M e t h o d . S t a t i s t i c a l M e t h o d a n d t h e D a t a b a s e C o r r e l a t i o n M e t h o d ( D C M ) , w e r e v e r i f i e d i n l o c a l e n v i r o n m e n t [ _ 0 ] . C o n s e q u e n t l y , t h e D a t a b a s e C o r r e l a t i o n M e t h o d w a s p r o v e n t o b e m o r e a c c u r a t e i n a l l t h r e e e n v i r o n m e n t s . u r b a n , s u b u r b a n a n d r u r a l . E v e n t h o u g h t h e d a t a b a s e c o r r e l a t i o n m e t h o d h a s t h e p o t e n t i a l f o r h i g h e r a c c u r a c i e s i n a l l t h r e e l o c a l e n v i r o n m e n t s , t h e d i f f i c u l t y o f c r e a t i n g t h e d a t a b a s e w i t h f i e l d t e s t / m e a s u r e m e n t s h a s b e c o m e a b i g c h a l l e n g e w h e n d e p l o y i n g t h i s t e c h n i q u e i n l a r g e . d y n a m i c n e t w o r k s . T h u s . t h e r e e x i s t a n e e d t o c o m e - u p w i t h a r e m e d y f o r t h i s d e p l o y m e n t c h a l l e n g e a n d t h a t p a v e d t h e p a t h f o r t h i s p a r t i c u l a r r e s e a r c h . 1 . 4 R e s e a r c h O b j e c t i v e s a n d C o n t r i b u t i o n s T h e p r i n c i p a l o b j e c t i v e o f t h i s r e s e a r c h i s t o f i n d a m o r e p r a c t i c a l m e t h o d o f a p p l y i n g t h e D a t a b a s e C o r r e l a t i o n M e t h o d f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n i n c e l l u l a r n e t w o r k s . w i t h l e s s f i e l d m e a s u r e m e n t s . I n o r d e r t o d o t h i s , t h e u s e o f t h e o r e t i c a l p r o p a g a t i o n m o d e l s a n d / o r N e t w o r k P l a n n i n g T o o l s t o c r e a t e a f i n g e r p r i n t d a t a b a s e i n l o c a l m o b i l e n e t w o r k w i l l b e i n v e s t i g a t e d . W h i l e t h e a c c u r a c y o f t h i s a p p r o a c h m a y b e l o w e r t h a n t h e D C M m e t h o d w i t h f i e l d m e a s u r e m e n t s , f u r t h e r t u n i n g o f t h e r e s u l t s i n o r d e r t o i m p r o v e a c c u r a c y w i l l b e s t u d i e d . T h e m a j o r c o n t r i b u t i o n s i n c l u d e : • S u r v e y o n f i n g e r p r i n t i n g m e t h o d s f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n i n c e l l u l a r n e t w o r k s . • S t u d y c o m p r e h e n s i v e l y t h e p r o p a g a t i o n m o d e l i n g d o n e b y S e r v i c e P r o v i d e r s a n d t h e t o o l s u s e d . • D e v e l o p t h e D C M b y o b t a i n i n g f i n g e r p r i n t s t h r o u g h a n a p p r o p r i a t e p r o p a g a t i o n m o d e l a n d v e r i f y t h e a c c u r a c i e s o f t h e m e t h o d i n a l l t h r e e e n v i r o n m e n t s , u r b a n , s u b u r b a n a n d r u r a l . • C a r r y o u t d r i v e t e s t s i n t h r e e d i f f e r e n t e n v i r o n m e n t s t o o b t a i n s a m p l e t e s t d a t a f o r d e v i a t i o n a n a l y s i s , c a l i b r a t i o n a n d l o c a t i o n e s t i m a t i o n p h a s e s . • A n a l y z e t h e d e v i a t i o n s o f t h e p r e d i c t i o n s f r o m a c t u a l m e a s u r e m e n t s . 5 . C h a p t e r / - I n t r o d u c t i o n • S t u d y t h e d e v i a t i o n o f a c c u r a c y f r o m t h e D C M i m p l e m e n t e d b y f i e l d t e s t m e a s u r e m e n t s . • D e s i g n a n d d e v e l o p a c a l i b r a t i o n m e t h o d t o t u n e t h e c r e a t e d d a t a b a s e i n o r d e r t o m i n i m i z e t h e a b o v e d e v i a t i o n . T h i s i n c l u d e s c a l i b r a t i n g t h e p r e d i c t i o n s u s i n g l e s s e r n u m b e r o f f i e l d t e s t m e a s u r e m e n t s . 1 . 5 O r g a n i z a t i o n o f t h e T h e s i s " T h i s d i s s e r t a t i o n i s a s y s t e m a t i c s t u d y f o r a p p l y i n g l o c a t i o n f i n g e r p r i n t i n g m e t h o d f o r c e l l u l a r p o s i t i o n i n g w i t h t h e a i d o f p r o p a g a t i o n m o d e l s . C h a p t e r - 2 i s d e v o t e d f o r t h e l i t e r a t u r e r e v i e w o f c e l l u l a r p o s i t i o n i n g t e c h n i q u e s . s p e c i a l l y f i n g e r p r i n t i n g m e t h o d . r a d i o w a v e p r o p a g a t i o n m o d e l s a n d t o o l s . a n d t h e t e c h n i q u e s u s e d f o r c a l i b r a t i o n s u c h a s n e u r a l n e t w o r k s . N e x t . i n C h a p t e r - 3 . t h e m e t h o d o l o g y a p p l i e d i n a c h i e v i n g t h e r e s e a r c h o b j e c t i v e s i s p r e s e n t e d c o m p r e h e n s i v e l y . T h i s i s f o l l o w e d b y a d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f t h e e n v i r o n m e n t s . u s e d f o r t e s t i n g t h e d e v e l o p e d m e t h o d s f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n . C h a p t e r - S i s d e v o t e d f o r a n i n c l u s i v e a n a l y s i s o f t h e o u t c o m e s o f t h i s w o r k a n d f i n a l l y . C h a p t e r - 6 c o n c l u d e s b y d i s c u s s i n g t h e a c h i e v e m e n t s . c o m m e r c i a l i z a t i o n a s p e c t s a n d f u t u r e w o r k . 6 2 . 1 C e l l u l a r P o s i t i o n i n g C h a p t e r - 2 L i t e r a t u r e R e v i e w C e l l u l a r p o s i t i o n i n g i s m e r e l y t h e e s t i m a t i o n o f t h e l o c a t i o n s o f M o b i l e S t a t i o n s ( f \ 1 S ) u s i n g l o c a t i o n s e n s i t i v e p a r a m e t e r s . W h i l e t h i r d g e n e r a t i o n m o b i l e n e t w o r k s a r e e n r i c h e d w i t h p o s i t i o n i n g f u n c t i o n a l i t y . G S M n e t w c 5 r k s s h o u l d b e i n t e g r a t e d w i t h a s e p a r a t e p o s i t i o n i n g u n i t a s p o s i t i o n i n g f u n c t i o n a l i t y i s d e f i c i e n t i n G S M . C e l l u l a r p o s i t i o n i n g c a n b e a c h i e v e d i n v a r i e t y o f w a y s . A l l o f t h e s e v a n o u s t e c h n i q u e s d i f f e r i n a c c u r a c y , c o s t , a n d e a s e o f i m p l e m e n t a t i o n . B e c a u s e o f t h i s o p e r a t o r s h a v e t o w e i g h t h e t r a d e o f f ' s a m o n g s e v e r a l m e t h o d s . W h i l e a l l o f t h e s e m e t h o d s a p p l y t o t e r r e s t r i a l c e l l u l a r s y s t e m s , s o m e r e q u i r e m o d i f i c a t i o n s t o n e t w o r k i n f r a s t r u c t u r e o n l y . w h e r e a s o t h e r s r e q u i r e n e w t e c h n o l o g y i n t h e s u b s c r i b e r u n i t s a s w e l l . B a s i c a l l y . a l l c e l l u l a r p o s i t i o n i n g t e c h n i q u e s h a v e t w o r o l e s , n a m e l y . P a r a m e t e r M e a s u r e m e n t ( L o c a t i o n M e a s u r e m e n t ) a n d P o s i t i o n D e t e r m i n a t i o n ( L o c a t i o n E s t i m a t i o n ) . T h e s e f u n c t i o n s a r e p e r f o r m e d b y e i t h e r M S o r n e t w o r k . C o n s e q u e n t l y . c e l l u l a r p o s i t i o n i n g s y s t e m s a r e d i v i d e d i n t o t h r e e c a t e g o r i e s b a s e d o n t h e r o l e o f t h e M S a n d t h e n e t w o r k . T h o s e a r e M o b i l e b a s e d s o l u t i o n s . n e t w o r k b a s e d s o l u t i o n s a n d m o b i l e - a s s i s t e d n e t w o r k b a s e d s o l u t i o n s . I n m o b i l e b a s e d s o l u t i o n s . b o t h p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t a n d l o c a t i o n d e t e r m i n a t i o n a r e p e r f o r m e d b y t h e M S . S t i l l , s o m e a s s i s t i n g i n f o r m a t i o n ( B S c o o r d i n a t e s ) m i g h t b e n e e d e d f r o m t h e n e t w o r k t o e n a b l e l o c a t i o n d e t e r m i n a t i o n i n t h e M S . M o b i l e - b a s e d i m p l e m e n t a t i o n d o e s n o t s u p p o r t l e g a c y h a n d s e t s [~ 1 ] . O n t h e o t h e r h a n d . i n n e t w o r k - b a s e d i m p l e m e n t a t i o n o n e o r m o r e b a s e s t a t i o n s ( B S s ) m a k e t h e p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t s a n d s e n d t h e m e a s u r e m e n t r e s u l t s t o a l o c a t i o n c e n t r e w h e r e t h e p o s i t i o n i s c o m p u t e d . T h i s d o e s n o t r e q u i r e a n y c h a n g e s t o e x i s t i n g h a n d s e t s . w h i c h i s a s i g n i f i c a n t a d v a n t a g e c o m p a r e d t o m o b i l e - b a s e d o r m o s t m o b i l e - a s s i s t e d s o l u t i o n s [ 3 1 ] . 7 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e r i e H · W h e n t h e M S m a k e s p o s i t i o n i n g m e a s u r e m e n t s a n d s e n d s t h e r e s u l t s t o a p o s i t i o n i n g e l e m e n t l o c a t e d i n t h e n e t w o r k f o r p o s i t i o n d e t e r m i n a t i o n , t h e s y s t e m i s c a l l e d m o b i l e - a s s i s t e d n e t w o r k b a s e d s o l u t i o n . T h u s . t h e c o m p u t a t i o n a l b u r d e n i n m o b i l e - b a s e d i m p l e m e n t a t i o n i s t r a n s f e r r e d t o t h e p o s i t i o n i n g e l e m e n t : h o w e v e r , s i g n a l i n g d e l a y a n d s i g n a l i n g l o a d i n c r e a s e . e s p e c i a l l y w h e n t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n i n f o r m a t i o n s h o u l d b e a v a i l a b l e a t t h e M S . 2 . 1 . 1 P o s i t i o n i n g P a r a m e t e r s / A . C ' e l l I D C e l l - 1 0 i s t h e s i m p l e s t p o s i t i o n i n g p a r a m e t e r . w h i c h g i v e s c e l l s e c t o r i n f o r m a t i o n o f s e r v i n g c e l l i n c e l l u l a r n e t w o r k s . I n c u r r e n t c e l l u l a r n e t w o r k s . c o v e r a g e i s p r o v i d e d b y a n u m b e r o f d i s t r i b u t e d c e l l s . E a c h c e l l i s n o r m a l l y d i v i d e d i n t o t h r e e s e c t o r s . C e l l s i z e v a r i e s f r o m 3 0 0 m t o 3 k m i n u r b a n a r e a s a n d 3~20 k m i n s u b u r b a n / r u r a l a r e a s . H e n c e . t h e a c c u r a c y o f a p o s i t i o n i n g m e t h o d . w h i c h g i v e s t h e l o c a t i o n o f t h e B S a s t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n , i s b a s e d o n t h e c o v e r a g e a r e a o f t h e c e l l . T h i s p a r a m e t e r i s a d v a n t a g e o u s i n t h e w a y t h a t i t d o e s n ' t r e q u i r e a i r i n t e r f a c e r e s o u r c e s a n d h a n d s e t m o d i f i c a t i o n s i n m e a s u r e m e n t p r o c e d u r e r 1 4 ] . C e l l T O o f t h e s e r v e c e l l c o u l d b e o b t a i n e d i n t h e i d l e m o d e o f t h e h a n d - s e t . B . T i m i n g A d v a n c e ( T A ) T i m i n g A d v a n c e i s a p a r a m e t e r u s e d t o s y n c h r o n i z e t h e t i m e f r a m e o f e a c h m o b i l e s t a t i o n a t t h e B S . I t g i v e s a d i s t a n c e e s t i m a t e b e t w e e n t h e B S a n d t h e M S . T A i s c a l c u l a t e d a t t h e B S a n d s e n t i t b a c k t o t h e M S . w h i c h i s t h e n m a d e a v a i l a b l e i n t h e N e t w o r k M e a s u r e m e n t R e p o r t ( N M R ) a t t h e m o b i l e . T i m i n g A d v a n c e v a l u e r a n g e s f r o m 0 t o 6 3 a n d e a c h v a l u e r e p r e s e n t s a r a n g e o f d i s t a n c e f r o m M S t o B S , w h e r e t h e m o b i l e c a n l o c a t e . T h i s d i s t a n c e r a n g e i s g i v e n b y E q u a t i o n ( 2 . 1 ) . 1 1 S S O . ( T A ~-) : s ; d : s ; S S O . ( T A + - ) J A > 0 2 2 ( 2 . 1 ) 0 : s ; d : s ; 2 7 5 m ; T A = 0 S i n c e t h e T A v a l u e i s k n o w n o n l y i n t h e d e d i c a t e d m o d e ( c a l l o n ) t h i s c a n n o t b e u s e d t o l o c a t e a M S i n i d l e m o d e . T h e a c c u r a c y o f t h e p o s i t i o n i n g m e t h o d . t h a t c o n s i d e r s T A a l o n e . d e c r e a s e s w h e n t h e M S i s f a r a w a y f r o m t h e B S . T h e r e f o r e . T A i s u s e d c o m b i n a t i o n w i t h t h e o t h e r m e t h o d s t o i m p r o v e t h e a c c u r a c y [~2]. 8 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e w ( · . R e c e i v e d S i g n a l S t r e n g t h ( R S S ) I n c e l l u l a r e n v i r o n m e n t M S c a n m e a s u r e s i g n a l s f r o m s e v e r a l s u r r o u n d i n g B S s . T h e s e s i g n a l s t r e n g t h m e a s u r e m e n t s p r o v i d e a d i s t a n c e e s t i m a t e b e t w e e n t h e M S a n d B S ( w i t h t h e a i d o f p r o p a g a t i o n m o d e l s ) a n d t h e M S m u s t l i e o n a c i r c l e c e n t e r e d a t t h e B S ( W i t h t h e u s e o f C e l l - I D t h e B S l o c a t i o n c o u l d b e i d e n t i f i e d ) . " / M S s h o u l d ! o c \ l t e w i t h i n t h e " " i n t e r s e c t i n g a r e a I ~"' ,~, / / J , , / / " "~:\',,, ' • . . . F i g u r e 2 . 1 : D i s t a n c e t o M S f r o m s e v e r a l B S s u s i n g p r o p a g a t i o n m o d e l s : : ; ; o u r c c : i 2 9 j T h e r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h s f r o m s e r v i n g c e l l a n d t h e n e i g h b o r i n g c e l l ( s ) a r e a v a i l a b l e i n t h e N M R a t t h e m o b i l e . B y u s i n g t h i s i n f o r m a t i o n a t t h e m o b i l e i t s e l f o r b y t r a n s m i t t i n g t h e m b a c k t o t h e n e t w o r k , e i t h e r a t e r m i n a l b a s e d s o l u t i o n o r a n e t w o r k b a s e d s o l u t i o n c a n b e i m p l e m e n t e d . R e c e i v e d S i g n a l S t r e n g t h o f t h e s e r v e c e l l a n d n e i g h b o r i n g c e l l s c o u l d b e o b t a i n e d t h r o u g h t h e B r o a d c a s t C o n t r o l C h a n n e l ( B C C H ) i n i d l e m o d e a s w e l l . D . A n g l e o f A r r i v a l ( A O A . ) / I i f ( " " / r · , , , , B S w i t h d i r e c t i o n a l a n t e n n a / ' ' ' ~ ' 1 ' · l ~~ F i g u r e 2 . 2 : A n g l e o f a r r i v a l p a r a m e t e r i n G S M S o u r c e : [ 2 9 1 9 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e r i e H ' A O A p a r a m e t e r d e f i n e s t h e a n g l e o f a r r i v a l o f a s i g n a l f r o m a M S a t s e v e r a l B S s a n d c o u l d b e m e a s u r e d t h r o u g h t h e u s e o f a n t e n n a a r r a y s . I f a h a n d s e t i s w i t h i n l i n e - o f - s i g h t . t h e a n t e n n a a r r a y c a n d e t e r m i n e t h e d i r e c t i o n o f t h e i n c o m i n g s i g n a l f r o m t h a t h a n d - s e t . A s e c o n d b a s e s t a t i o n w i t h t h e s a m e t e c h n o l o g y w o u l d t h e n a l s o l o c a t e t h e d i r e c t i o n o f t h e h a n d s e t a n d p i n p o i n t t h e M S l o c a t i o n w i t h t h e u s e o f d a t a f r o m t h e f i r s t b a s e s t a t i o n a n d a s s u m i n g 2 - 0 g e o m e t r y a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 2 [ 2 9 ] . L i n e o f s i g h t b e t w e e n t h e M S a n d t h e B S s i s e s s e n t i a l f o r a c c u r a t e m e a s u r e m e n t o f t h e A O A . H e n c e . i t i s c l e a r l y n o t a p a r a m e t e r o f c h o i c e i n d e n s e u r b a n a r e a s w h e r e l i n e o f " s i g h t s c e n a r i o i s s e l d o m p r e s e n t . H o w e v e r , t h e A O A c o u l d b e u s e d a s a l o c a t i o n s e n s i t i v e p a r a m e t e r i n r u r a l a n d s u b u r b a n a r e a s a n d i t i s a n a d v a n t a g e t o b e a b l e t o l o c a t e a M S u s i n g m e a s u r e m e n t s f r o m a m i n i m u m o f t w o B S s [ J 1 J . A m a j o r b a r r i e r t o i m p l e m e n t p o s i t i o n i n g t e c h n i q u e s b a s e d o n A O A i n e x i s t i n g G S M n e t w o r k s i s t h e n e e d f o r a n a n t e n n a a r r a y a t e a c h B S . I t w o u l d b e v e r y e x p e n s i v e t o b u i l d a n o v e r l a y o f A O A s e n s o r s t o e x i s t i n g c e l l u l a r n e t w o r k . H o w e v e r . s i n c e i t i s a n e t w o r k - b a s e d m e t h o d a n d s u p p o r t s l e g a c y h a n d s e t s . i t i s d e v e l o p e d b y s e v e r a l c o m p a n i e s a s a n E - 9 1 1 s o l u t i o n [ J l ] . I n a d d i t i o n . a p p l y i n g A O A p a r a m e t e r i n p o s i t i o n i n g t e c h n i q u e s m a y i n t r o d u c e a c a p a c i t y i s s u e s i n c e l l u l a r n e t w o r k s a s t h e m e a s u r e m e n t s t a k e n a t s e v e r a l B S s f r o m a s i n g l e M S r e q u i r e s t i m e s y n c h r o n i z a t i o n . T h i s w i l l r e s u l t i n t h e d i f f i c u l t y t o s e r v e a l a r g e n u m b e r o f s i m u l t a n e o u s u s e r s . E . P r o p a g a t i o n T i m e T h i s i s t h e o n e - w a y p r o p a g a t i o n t i m e o f a s i g n a l t r a n s m i t t e d b y t h e M S a n d r e c e i v e d a t m u l t i p l e B S s . A l t e r n a t i v e l y ; t h e m e a s u r e m e n t o f t h e r o u n d - t r i p t i m e o f a s i g n a l g i v e s a r e s u l t t w i c e t h a t o f t h e o n e - w a y m e a s u r e m e n t . T h e m e a s u r e m e n t o f o n e - w a y p r o p a g a t i o n t i m e r e q u i r e s t h e k n o w l e d g e o f t h e e x a c t t i m e a t w h i c h t h e M S t r a n s m i t s a n d t h e B S s s h o u l d h a v e v e r y s t a b l e a n d a c c u r a t e c l o c k s . B u t . t h e m e a s u r i n g o f r o u n d - t r i p - t i m e d o e s n o t r e l y o n s u c h s y n c h r o n i z a t i o n b e t w e e n t h e m o b i l e a n d b a s e s t a t i o n . a n d i s t h e c o m m o n m e a n s o f m e a s u r i n g p r o p a g a t i o n t i m e [ l 8 ] . S i n c e s i g n a l s t r a v e l w i t h a k n o w n v e l o c i t y . t h e d i s t a n c e c a n b e d i r e c t l y c a l c u l a t e d f r o m t h e p r o p a g a t i o n t i m e . G e o m e t r i c a l l y . t h i s p r o v i d e s a c i r c l e , c e n t e r e d a t t h e B S . o n w h i c h t h e M S m u s t l i e . B y u s i n g a t l e a s t t h r e e B S s t o r e s o l v e a m b i g u i t i e s . t h e M S " s p o s i t i o n i s g i v e n b y t r i l a t e r a t i o n . 1 0 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e H ' .~-'J' 1 r · n . ~t"'",, ' • A . 8 . . : , . • r F i g u r e 2 . 3 : P r o p a g a t i o n T i m e m e a s u r e m e n t ' - ' o u r c c : [ l < \ 1 S i n c e t h e i n a c c u r a c y i n t i m i n g s y n c h r o n i z a t i o n t r a n s l a t e s d i r e c t l y t o a n i m p r e c i s e l o c a t i o n , t h e s y n c h r o n i z a t i o n o f t h e n e t w o r k b a s e s t a t i o n s i s v e r y i m p o r t a n t w h e n u s i n g p r o p a g a t i o n t i m e a s t h e l o c a t i o n s e n s i t i v e p a r a m e t e r . T h i s i s p u r e l y a p p l i c a b l e f o r a n e t w o r k b a s e d s o l u t i o n , w h e r e t h e p r o p a g a t i o n t i m e i n f o r m a t i o n a t s e v e r a l b a s e s t a t i o n s i s t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n . F . T i m e D i f f e r e n c e o f A r r i v a l ( T D O A ) ! h i s i s t h e t i m e d i f f e r e n c e o f t h e a r r i v a l o f a s i g n a l f r o m t h e M S a t a p a i r o f B S s . T h i s c a n b e d e r i v e d b y m e a s u r i n g t h e T i m e o f A r r i v a l ( T O A ) o f t h e s i g n a l a t e a c h B S a n d s e n d i n g t h e m t o a c e n t r a l s i t e t o c o m p u t e t h e t i m e d i f f e r e n c e s . \ T D O A m e a s u r e m e n t d e f i n e s a h y p e r b o l i c l o c u s a r o u n d t h e B S o n w h i c h t h e m o b i l e t e l e p h o n e m u s t l i e . T h e i n t e r s e c t i o n o f t h e t w o h y p e r b o l i c l o c i ( u s i n g t h r e e B S s ) w i l l d e f i n e t h e p o s i t i o n o f t h e m o b i l e t e l e p h o n e a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 4 . A • D • ' • l . . F i g u r e 2 . 4 : T D O A p a r a m e t e r S o u r c e : 1 1 8 1 1 1 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e 1 r A t h i r d T D O A m e a s u r e m e n t c a n b e u s e d t o r e s o l v e t h e a m b i g u i t y o f t h e h y p e r b o l a e i n t e r s e c t i n g a t t w o l o c a t i o n s . T h e s y n c h r o n i z a t i o n o f t h e b a s e s t a t i o n s i s a n i m p o r t a n t i s s u e i n i m p l e m e n t i n g p o s i t i o n i n g s y s t e m s u s i n g T D O A p a r a m e t e r . T h i s i s a l s o p u r e l y a p p l i c a b l e f o r n e t w o r k b a s e d s o l u t i o n w h e r e a d d i t i o n a l h a r d w a r e i s n e e d e d a t t h e B S t o i m p l e m e n t L I S . 2 C J ] . 2 . 1 . 2 P o s i t i o n i n g T e c h n i q u e s / P o s i t i o n i n g t e c h n i q u e s i n c e l l u l a r n e t w o r k s c o u l d b e c l a s s i f i e d i n t o t h r e e m a J o r c l a s s e s b a s e d o n t h e a p p r o a c h u s e d . T h e y a r e ; • G e o m e t r i c a l M e t h o d s • S t a t i s t i c a l M e t h o d s • F i n g e r p r i n t i n g M e t h o d s T h i s s e c t i o n r e v i e w s t h e e x i s t i n g l i t e r a t u r e o n f i r s t t w o a p p r o a c h e s w h i l e t h e t h i r d a p p r o a c h i s c o m p r e h e n s i v e l y d i s c u s s e d i n S e c t i o n 2 . 2 a s i t i s t h e b a s i s f o r t h e r e s e a r c h w o r k p r e s e n t e d i n t h i s t h e s i s . A . G e o m e t r i c a l M e t h o d s G e o m e t r i c a l m e t h o d i s a t r a d i t i o n a l p o s i t i o n i n g a p p r o a c h t o l o c a t i o n e s t i m a t i o n b a s e d o n s t a n d a r d g e o m e t r y . G e o m e t r i c a l a l g o r i t h m s f o r m c i r c l e s . h y p e r b o l a e o r a n g l e s c e n t e r e d a t t h e b e a r a b l e b a s e s t a t i o n s a n d e s t i m a t e t h e l o c a t i o n b y i n t e r s e c t i n g t h o s e i n 2 - d i m e n s i o n . T r i l a t e r a t i o n a n d t r i a n g u l a t i o n a r e t h e b a s i c g e o m e t r y u s e d i n t h e s e m e t h o d s . D i f f e r e n t p o s i t i o n i n g p a r a m e t e r s d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2 . 1 . 1 c a n b e u s e d i n t r i a n g u l a t i o n a n d t r i l a t e r a t i o n . T v v o m e a s u r e m e n t s o f a n g l e o f a r r i v a l p a r a m e t e r f r o m t h e M S a t t w o d i f f e r e n t B S s c o u l d b e t r i a n g u l a t e d t o e s t i m a t e t h e l o c a t i o n o f t h e m o b i l e a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 2 [ . 1 ] ] . I n a d d i t i o n . t h e d i s t a n c e e s t i m a t e . w h i c h i s c o m p u t e d u s i n g t h e r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h a n d p r o p a g a t i o n m o d e l s s u i t a b l e f o r t h e e n v i r o n m e n t o r u s i n g t h e p r o p a g a t i o n t i m e p a r a m e t e r b e t w e e n B S a n d M S . d e f i n e s a c i r c l e a r o u n d t h e B S o n w h i c h t h e M S m a y l o c a t e . T h e n t h e p o s i t i o n o f t h e M S c o u l d b e e s t i m a t e d b y t r i l a t e r a t i n g t h r e e s u c h 1 2 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e Revie~t' r a n g e c i r c l e s a t t h r e e b e a r a b l e c e l l s a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 . T h e o r e t i c a l l y . t h i s w o u l d g i v e a s i n g l e i n t e r s e c t i o n p o i n t . b u t d u e t o m u l t i - p a t h e f f e c t s a n d t h e c o n s t r a i n t s i n p r o p a g a t i o n m o d e l s . s e v e r a l i n t e r s e c t i o n p o i n t s w i l l r e s u l t . I n s u c h c a s e s . t h e g e o m e t r i c a l m e a n o f a l l t h e i n t e r s e c t i o n p o i n t s c o u l d b e t a k e n a s t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 5 [ 2 9 ] . ¢ 1 l . . . . . : a / - - - - - , A c t u a l location~/-- X { / I " ~- ~k----~ I - . , - " . 1 1 - - - - - - - - - - / ' \ • - 1 1 ' - - " 1 + - - - - - S e r v m g c e / \ , I - ,·~~/ -~ 2 --- - - - : _ _ _ E s t i m a t e d ; f - - - · - l o c a t i o n F i g u r e 2 . 5 : G e o m e t r i c a l m e a n o f a l l i n t e r s e c t i o n p o i n t s i n g e o m e t r i c a l m e t h o d S , • u r c e : I A p p l i c a t i o n o f g e o m e t r i c a l t e c h n i q u e i n l o c a t i o n e s t i m a t i o n i s d e s c r i b e d i n [ 2 t J ] t o g e t h e r w i t h a c c u r a c y r e s u l t s i n t h r e e d i f f e r e n t e n v i r o n m e n t s . T h e r e s u l t s o f t h a t w o r k s h o w s . t h e 8 0 % a c c u r a c y o f g e o m e t r i c a l m e t h o d l i e s i n t h e r a n g e o f 5 0 0 m i n u r b a n . I O O O m i n s u b u r b a n a n d 1 5 0 0 m i n r u r a l e n v i r o n m e n t . T h i s i s a l o w a c c u r a c y l e v e l f o r m o s t o f t h e l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s i m m e r g i n g t o d a y . B . S t a t i s t i c a l M e t h o d s T h e s e c o n d a p p r o a c h , w h i c h i s b a s e d o n s t a t i s t i c a l m o d e l i n g . w a s f i r s t p r o p o s e d b y T e e m u R o o s . P e t r i M y l l y m a k i a n d H e n r y T i r r i i n t h e i r p a p e r . A S t a t i s t i c a l M o d e l i n g A p p r o a c h t o L o c a t i o n E s t i m a t i o n [ 1 0 ] . T h e b a s i c i d e a o f t h i s m e t h o d i s t h e c o n s t r u c t i o n o f a s t a t i s t i c a l m o d e l w h i c h d e s c r i b e s t h e d i s t r i b u t i o n o f s i g n a l s t r e n g t h a t a n y g i v e n l o c a t i o n . a n d t o u s e t h e m o d e l t o e s t i m a t e t h e m o b i l e u n i t ' s l o c a t i o n w h e n t h e s i g n a l s t r e n g t h i s o b s e r v e d . T h e a p p r o a c h i s s t r o n g l y l i n k e d w i t h p r o p a g a t i o n m o d e l i n g . T h e u s e o f s t a t i s t i c a l m o d e l i n g g i v e s s e v e r a l f e a s i b l e s o l u t i o n s o v e r o t h e r a p p r o a c h e s l i k e g e o m e t r i c a l a p p r o a c h . T h e k e y p o i n t i n g e o m e t r i c a l a p p r o a c h i s m a p p i n g m e a s u r e d s i g n a l p r o p e r t i e s t o t h e l o c a t i o n . I n c o n t r a s t t o t h i s . s t a t i s t i c a l m o d e l i n g a p p r o a c h e m p h a s i z e s p r o p a g a t i o n m o d e l i n g . i n w h i c h t h e d e p e n d e n c y o f t h e m e a s u r e d 1 3 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i n 1 · s i g n a l p r o p e r t i e s o n t h e l o c a t i o n v a r i a b l e i s c o n s i d e r e d . H e r e . t h e l o c a t i o n e s t i m a t i o n p r o b l e m i s s o l v e d a s i n f e r e n c e - p r o b l e m . w h i c h i s t h e k i n d o f r e a s o n i n g t y p i c a l o f s t a t i s t i c s i n g e n e r a l [ I 0 ] . I n t h i s a p p r o a c h . f i r s t , a p r o p a g a t i o n m o d e l i s s e l e c t e d f o r r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h a t a d i s t a n c e d f r o m t h e t r a n s m i t t e r . a n d t h e n . t h e p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n o f t h e r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h a r o u n d a s p e c i f i c a r e a i s d e f i n e d . T h e n i t r e q u i r e s a c a l i b r a t i o n o f p r o p a g a t i o n p a r a m e t e r s a p p e a r i n g i n t h e p r o p a g a t i o n m o d e l e q u a t i o n , w i t h r e s p e c t t o t h e e n v i r o n m e n t . T h i s i s a l s o a s t a t i s t i c a l e s t i m a t i o n p r o c e s s . w h i c h u s e s a h u g e / a m o u n t o f f i e l d t e s t d a t a r e l a t i v e t o a p a r t i c u l a r e n v i r o n m e n t [ 3 3 ] . A f t e r e s t i m a t i n g t h e p r o p a g a t i o n p a r a m e t e r s . l o c a t i o n e s t i m a t i o n f o r a p a r t i c u l a r s e t o f o b s e r v e d s i g n a l s t r e n g t h s a t a s p e c i f i c l o c a t i o n c a n b e d o n e a s a n i n v e r s e . o r e l s e . a n i n f e r e n c e p r o b l e m . S i m u l a t i o n r e s u l t s o f t h i s m e t h o d f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n a r e g i v e n i n [ 1 0 ] a n d [ 3 3 ] . i n w h i c h t h e p o s i t i o n i n g e r r o r i s l e s s t h a n 6 2 0 m i n 9 5 % o f t h e e s t i m a t e s . F u r t h e r m o r e . a n e n h a n c e m e n t t o i n i t i a l w o r k i n [ l O J h a s b e e n p r o p o s e d i n [ 3 . : 1 - ] . i n w h i c h a d i r e c t i o n a l p r o p a g a t i o n m o d e l i s c o n s i d e r e d . A c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s d e m o n s t r a t e d i n [ 3 . : 1 - ] t h e b e s t v a l u e o f t h e a v e r a g e e r r o r i s a r o u n d 3 4 0 m . I n a d d i t i o n . t h e s t a t i s t i c a l m o d e l i n g a p p r o a c h h a s b e e n t e s t e d i n l o c a l c o n t e x t a n d t h e r e s u l t s a r e p r e s e n t e d i n [ 3 0 ] . A c c o r d i n g l y , t h e p o s i t i o n i n g e r r o r i n l o c a l u r b a n e n v i r o n m e n t i s l e s s t h a n 3 7 5 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s . A d i f f e r e n t a p p r o a c h f o r s t a t i s t i c a l e s t i m a t i o n h a s b e e n p r o p o s e d i n [ 3 5 ] . w h i c h h e l p s t o r e d u c e t h e e r r o r c a u s e d b y t h e e f f e c t o f s i g n a l f l u c t u a t i o n s b y a c t i n g a s a f i l t e r f o r h a n d l i n g s i g n a l f l u c t u a t i o n s . T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e b e s t a v e r a g e a c c u r a c y i s a r o u n d 2 6 0 m . 2 . 1 . 3 P e r f o r m a n c e M e a s u r e s C o m m o n l y u s e d a c c u r a c y m e a s u r e s i n l o c a t i o n e s t i m a t i o n s h o u l d b e k n o w n i n o r d e r t o c o m p a r e a n d u n d e r s t a n d t h e p e r f o r m a n c e o f d i f f e r e n t p o s i t i o n i n g t e c h n o l o g i e s . T h i s s e c t i o n r e v i e w s o n d i f f e r e n t m e a s u r e s a v a i l a b l e i n l i t e r a t u r e f o r t h i s p u r p o s e . 1 4 . ) C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e H · A . P o s i t i o n i n R e r r o r P o s i t i o n i n g e r r o r i s t h e E u c l i d e a n d i s t a n c e b e t w e e n t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n a n d t r u e l o c a t i o n a s g i v e n i n E q u a t i o n ( 2 . 2 ) 1 , , , d = - y ( x , - x c ) - + ( y , - Y e t + ( z , - z c t ( 2 . 2 ) W h e r e . E ( X e . } ' e . Z e ) - e s t i m a t e d l o c a t i o n T(x 1 .y~ozr) - c o r r e s p o n d i n g t r u e 1 o c a t i o n T h e e r r o r i n t h e a l t i t u d e i s o f t e n i g n o r e d i n c e l l u l a r p o s i t i o n i n g . I n a d d i t i o n . t h e t r u e l o c a t i o n m i g h t b e r e p l a c e d w i t h t h e l o c a t i o n c a l c u l a t e d w i t h t h e G P S r e c e i v e r [ 3 6 ] . B . C i r c u l a r E r r o r P r o b a b i l i t y ( C E P ) C i r c u l a r e r r o r p r o b a b i l i t y o r c i r c u l a r e r r o r p r o b a b l e ( C E P ) i s t h e r a d i u s o f a c i r c l e c e n t e r e d a t t h e t r u e p o s i t i o n . c o n t a i n i n g t h e p o s i t i o n e s t i m a t e w i t h a c e r t a i n p r o b a b i l i t y . U s u a l l y t h e r a d i u s o f t h e 5 0 % ( R 5 0 ) p r o b a b i l i t y i s u s e d , b u t 6 7 % ( R 6 7 ) a n d 9 5 % ( R 9 5 ) p r o b a b i l i t i e s a r e o f t e n q u o t e d a s i n F i g u r e 2 . 6 . " . _ ' -;,~.;l·i . \ . \ 1 d • • , . . . . . . _ _ _ u C)~ / o . . . . . . _ _ r . . - " 0 / I " / . " " " " " - · - , 0 l ! 1 1 < 0 : p , · , · · L h l l l o 1 . v ) t l l l l a t i o n F i g u r e 2 . 6 : C i r c u l a r E r r o r P r o b a b i l i t y S o u r c e 1 3 6 1 R 5 0 e q u a l s t h e m e d i a n o f t h e p o s i t i o n i n g e r r o r d i s t r i b u t i o n . A b i t s i m i l a r m e a s u r e i s t h e a r i t h m e t i c m e a n w h i c h e q u a l s t h e s u m o f t h e p o s i t i o n i n g e r r o r s o f t h e s a m p l e s d i v i d e d b y t h e n u m b e r o f s a m p l e s . T h e m e d i a n i s a m u c h b e t t e r m e a s u r e t h a n t h e a r i t h m e t i c m e a n f o r h i g h l y a s y m m e t r i c a l d i s t r i b u t i o n s a n d h e n c e m o r e a p p l i c a b l e i n m o b i l e p o s i t i o n i n g [ 3 6 ] . I n c a s e o f t h r e e - d i m e n s i o n a l a c c u r a c y , a c o m m o n m e a s u r e i s S p h e r i c a l E r r o r P r o b a b i l i t y ( S E P ) . w h i c h a l s o t a k e s t h e e r r o r i n t h e a l t i t u d e i n t o a c c o u n t . 1 5 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e 1 r ( ' . ( ' u m u l a t i v e D i s t r i b u t i o n F u n c t i o n ( C D F ) C u m u l a t i v e D i s t r i b u t i o n F u n c t i o n ( C D F ) i s o f t e n u s e d i n v i s u a l i z i n g t h e p o s i t i o n i n g e r r o r . A g e n e r a l i m p r e s s i o n o f t h e e r r o r d i s t r i b u t i o n c a n b e o b t a i n e d q u i c k l y b y l o o k i n g a t t h e C D F g r a p h . T h e X - a x i s r e p r e s e n t s t h e p o s i t i o n i n g e r r o r i n m e t e r s a n d t h e p e r c e n t a g e o f a l l s a m p l e s i s d e p i c t e d i n t h e Y - a x i s . l ( H l ' ; f < ' . : / F i g u r e 2 . 7 : C u m u l a t i v e D i s t r i b u t i o n F u n c t i o n S o u r c . . : : I J ( J I \ . : ' 1 T t • t M e d i a n . R 6 7 a n d R 9 5 v a l u e s c a n b e a p p r o x i m a t e d f r o m t h e C D F g r a p h b y o c u l a r e s t i m a t i o n . D . R o o t M e a n S q u a r e ( R M S ) E r r o r T h e R o o t M e a n S q u a r e e r r o r i s d e f i n e d b y E q u a t i o n ( 2 . 3 ) . R . M . S . = _ ! _ f d , 2 n i = l ( 2 . 3 ) W h e r e . n - N u m b e r o f p o s i t i o n s a m p l e s d l - P o s i t i o n i n g e r r o r o f i 1 1 1 s a m p l e T h i s m e a s u r e r e p r e s e n t s t h e w h o l e e r r o r d i s t r i b u t i o n w i t h o n e v a l u e a n d h e n c e m o r e c o m p r e h e n s i v e . C o n s e q u e n t l y . t h e m o s t i l l u s t r a t i v e m e a s u r e i s C D F b e c a u s e i t s h o w s t h e w h o l e e r r o r d i s t r i b u t i o n . w h i l e t h e n u m e r i c a l v a l u e s a r e u s e d t o s i m p l i f y t h e r e p r e s e n t a t i o n [ 3 6 ] . 1 6 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e t t ' 2 . 2 F i n g e r p r i n t i n g M e t h o d F i n g e r p r i n t i n g m e t h o d f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n i n m o b i l e n e t w o r k s i s a l s o k n o w n a s D a t a b a s e C o r r e l a t i o n M e t h o d ( D C M ) . T h i s t e c h n i q u e w a s f i r s t p r o p o s e d b y H e i k k i L a i t i n e n . J a a k k o L a h t e e n m a k i a n d T e r o N o r d s t r o m i n t h e i r p a p e r . " " D a t a b a s e C o r r e l a t i o n M e t h o d f o r G S M L o c a t i o n " , [ l : 2 ] . F i n g e r p r i n t i n g T e c h n i q u e r e l i e s o n a p r e - m e a s u r e d d a t a b a s e o f a l o c a t i o n d e p e n d e n t v a r i a b l e . I n G S M n e t w o r k s . l o c a t i o n d e p e n d e n t v a r i a b l e w o u l d b e e i t h e r t h e R e c e i v e d S i g n a l S t r e n g t h ( R S S ) o r t h e C h a n n e l I m p u l s e R e s p o n s e ( C I R ) . A n g l e o f A r r i v a l c a n a l s o b e c o n s i d e r e d . b u t i t / r e q u i r e s a d d i t i o n a l h a r d w a r e t o p e r f o r m t h e m e a s u r e m e n t . T h e k e y i d e a o f D C M i s t o s t o r e t h e s i g n a l i n f o r m a t i o n s e e n b y t h e M S . w i t h i n t h e c o v e r a g e a r e a . i n a d a t a b a s e a s s i g n a l i n f o r m a t i o n s a m p l e s c a l l e d F i n R e r p r i n t s [ l : 2 ] . A f i n g e r p r i n t c o n s i s t s o f s i g n a l i n f o r m a t i o n s e e n a t a l o c a t i o n t o g e t h e r w i t h t h e l o c a t i o n c o o r d i n a t e . T h e m e a s u r e d s i g n a l i n f o r m a t i o n a t t h e l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d i s c o m p a r e d w i t h t h e f i n g e r p r i n t s s t o r e d i n t h e d a t a b a s e a n d t h e l o c a t i o n c o o r d i n a t e o f t h e b e s t m a t c h i n g f i n g e r p r i n t i s t a k e n a s t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n . D C M i s a g e n e r a l a p p r o a c h f o r p o s i t i o n i n g a n d c a n b e a p p l i e d f o r a n y c e l l u l a r n e t w o r k o r W L A N . S i n c e t h i s m e t h o d d o e s n o t a s s u m e a n y l i n e - o f - s i t e p r o p a g a t i o n c o n d i t i o n . i t i s r o b u s t f o r u r b a n e n v i r o n m e n t s . w h e r e t h e m u l t i - p a t h p h e n o m e n o n i s d i r e c t l y a p p l i e d . I n g e n e r a L f i n g e r p r i n t i n g t e c h n i q u e i n v o l v e s t w o p h a s e s . . / D a t a b a s e p r e p a r a t i o n ( O f f - l i n e p h a s e ) . / L o c a t i o n e s t i m a t i o n ( O n - l i n e p h a s e ) 2 . 2 . 1 . D a t a b a s e P r e p a r a t i o n T h e h e a r t o f t h e f i n g e r p r i n t i n g m e t h o d i s t h e d a t a b a s e w h i c h c o n s i s t s o f p r e - m e a s u r e d s a m p l e s o f l o c a t i o n s e n s i t i v e p a r a m e t e r s . H e n c e , m u c h a t t e n t i o n s h o u l d b e g i v e n f o r d a t a b a s e p r e p a r a t i o n . R S S h a s b e e n c h o s e n a s t h e l o c a t i o n s e n s i t i v e p a r a m e t e r i n [ l : 2 ] . T h e n , t h e d a t a b a s e c o n s i s t s o f R S S f i n g e r p r i n t s w i t h i n t h e a r e a . A s i n g l e f i n g e r p r i n t i s m a d e u p o f ; C e l l I D o f a l l b e a r a b l e c e l l s 1 7 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e 1 1 ' R S S o f a l l h e a r a b l e c e l l s G P S c o o r d i n a t e o f t h e m e a s u r e d l o c a t i o n T h e f i n g e r p r i n t s c a n b e f o r m e d u s i n g e i t h e r r e a l m e a s u r e m e n t s o r p r e d i c t i o n s f r o m p l a n n i n g t o o l s . T h e o r i g i n a l w o r k h a s u s e d r e a l m e a s u r e m e n t f o r t h i s p u r p o s e . A m e t h o d o f c o l l e c t i n g f i n g e r p r i n t s i s a l s o p r o p o s e d i n [ 1 2 ] . T h e r e , t h e m e a s u r e m e n t s a r e t a k e n a t a v e r y l o w s p e e d a l o n g t h e s e l e c t e d r o u t e s a n d t w o m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s p e r s e c o n d a r e t a k e n o n a v e r a g e . B e s i d e s , a m o r e f e a s i b l e a p p r o a c h f o r c o l l e c t i n g d a t a b a s e " f i n g e r p r i n t s i s p r o p o s e d i n [ 3 0 ] . T h e n o v e l m e t h o d a v e r a g e s t h e s i g n a l s t r e n g t h s o f t e n c o n s e c u t i v e m e a s u r e m e n t s a l o n g t h e r o u t e w h i l e t h e m e d i a n v a l u e o f t e n G P S c o o r d i n a t e s i s t a k e n a s t h e l o c a t i o n c o o r d i n a t e . F u r t h e r , i t p r o p o s e s a s l i d i n g w i n d o w a p p r o a c h , s u c h t h a t t h e l a s t f i v e m e a s u r e m e n t s o f o n e f i n g e r p r i n t c o n t r i b u t e t o t h e f i r s t f i v e m e a s u r e m e n t s o f t h e n e x t f i n g e r p r i n t . T h i s h e l p s t o i n c r e a s e t h e f i n g e r p r i n t r e s o l u t i o n . 2 . 2 . 2 L o c a t i o n E s t i m a t i o n L o c a t i o n e s t i m a t i o n a l g o r i t h m i n f i n g e r p r i n t i n g m e t h o d i s a s i m p l e c o r r e l a t i o n a l g o r i t h m , w h i c h m a t c h e s t h e m e a s u r e d s i g n a l s a m p l e a t t h e l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d , w i t h t h e f i n g e r p r i n t s s t o r e d i n t h e d a t a b a s e , a n d o u t p u t s t h e l o c a t i o n o f t h e b e s t m a t c h i n g f i n g e r p r i n t a s t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n . T h e n u m b e r o f c o m p a r i s o n s c a n b e r e d u c e d b y f i l t e r i n g t h e f i n g e r p r i n t s u s i n g o t h e r p a r a m e t e r s s u c h a s s e r v i n g c e l l a n d t i m i n g a d v a n c e [ 3 6 ] . I n [ 1 2 ] , t h e f i n g e r p r i n t m a t c h i n g w a s b a s e d o n t h e l e a s t m e a n s q u a r e a p p r o a c h , w h i c h u s e s t o c a l c u l a t e a c o s t f o r e a c h f i n g e r p r i n t . d ( k ) = I c r - g i ( k ) ) 2 + p ( k ) ( 2 . 4 ) W h e r e j ; i s t h e s i g n a l s t r e n g t h o f t h e m e a s u r e d s a m p l e o n t h e i t h c e l L g / k ) i s t h e s i g n a l s t r e n g t h o f t h e k t h f i n g e r p r i n t o n t h e s a m e c e l l . T h e s u m m a t i o n i s t a k e n o v e r t h e h e a r a b l e c e l l s t h a t a r e f o u n d i n b o t h o f t h e f i n g e r p r i n t s . A p e n a l t y t e r m p ( k ) i s i n t r o d u c e d f o r e a c h c e l l t h a t i s f o u n d i n o n l y o n e o f t h e f i n g e r p r i n t s . T h e d a t a b a s e f i n g e r p r i n t w i t h t h e l o w e s t v a l u e f o r d ( k ) i s s e t t o b e t h e b e s t m a t c h f o r t h e m e a s u r e d s a m p l e . 1 8 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e \ ' i e H · T h e t r a i l r e s u l t s i n u r b a n a n d s u b u r b a n a r e a s i n F i n l a n d [ 1 2 ] s h o w t h a t t h e a b o v e a l g o r i t h m c a n p r o v i d e a p o s i t i o n i n g e r r o r l e s s t h a n 9 0 m ( 9 0 % ) i n u r b a n w h e r e a s t h e e r r o r f o r s u b u r b a n i s 1 9 0 m ( 9 0 % ) . S o m e w h a t d i f f e r e n t a p p r o a c h i s p r e s e n t e d i n [ 2 3 ] . I n s t e a d o f u s i n g t h e L M S , a n o t h e r m e t h o d ( E X P ) m o t i v a t e d b y t h e G a u s s i a n p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n i s i n t r o d u c e d a s s h o w n i n ! i o n ' . 5 ) . p = - J P f , \ ' ! ' * p f ' e n 1 - a ( k ) , I / - r ; ( k ) ' n I T I e - ( :_I_~)- * 1 n e - ( . I c c r .~.1111 ) - ( 2 . 5 ) W h e r e P E x P i s t h e p r o b a b i l i t y c o m p u t e d f o r n c e l l s t o m a t c h t h e m e a s u r e d s a m p l e w i t h t h e k 1 1 1 d a t a b a s e f i n g e r p r i n t a n d P r c n i s t h e p e n a l t y t e r m c o n s i s t s o f a l l t h e p e n a l t y c o n t r i b u t i o n s c o m p u t e d f o r c e l l s . w h i c h d o n o t e x i s t i n t h e d a t a b a s e f i n g e r p r i n t . f i s t h e s i g n a l s t r e n g t h o f t h e m e a s u r e d s a m p l e o n t h e i 1 1 1 c e l L g / k ) i s t h e s i g n a l s t r e n g t h o f t h e k 1 1 1 d a t a b a s e f i n g e r p r i n t o n t h e s a m e c e l l a n d g ( k ) m i n i s t h e w e a k e s t s i g n a l l e v e l i n t h e d a t a b a s e f i n g e r p r i n t . T h e p a r a m e t e r a c h a r a c t e r i z e s t h e d e v i a t i o n b e t w e e n t h e s i g n a l s t r e n g t h v a l u e s . T h e d a t a b a s e f i n g e r p r i n t w i t h t h e h i g h e s t p r o b a b i l i t y P i s s e t t o b e t h e b e s t m a t c h f o r t h e m e a s u r e d s a m p l e . T h e p o s i t i o n i n g t r i a l c a r r i e d o u t i n t h e u r b a n a r e a o f G e r m a n y y i e l d s p o s i t i o n i n g a c c u r a c y o f 9 8 m ( 6 7 % ) f o r L M S a p p r o a c h a n d 8 3 m ( 6 7 % ) f o r E X P a p p r o a c h w h e r e a s t h a t o f s u b u r b a n a r e a i s 6 0 2 m ( 6 7 % ) f o r L M S a n d 6 0 7 m ( 6 7 % ) f o r E X P a p p r o a c h . I n a d d i t i o n a d i f f e r e n t w a y o f c a l c u l a t i n g t h e p e n a l t y t e r m f o r E q u a t i o n ( 2 . 3 ) 1 s p r o p o s e d i n [ : i 6 ] . T h e m o d i f i e d e q u a t i o n i s g i v e n i n E q u a t i o n ( 2 . 6 ) . d ( k ) = I u ; - g i ( k ) ) 2 + l : C f , - l m a J 2 + I U m a " - g t ( k ) f ( 2 . 6 ) J W h e r e . f i s t h e R S S o f t h e i 1 1 1 c e l l i n t h e m e a s u r e d s a m p l e , g / k ) i s c o r r e s p o n d i n g R S S \ a l u e o f t h e k 1 1 1 d a t a b a s e f i n g e r p r i n t , . ! ; i s t h e R S S o f t h e f 1 1 b e a r a b l e c e l l i n t h e m e a s u r e d s a m p l e w h i c h i s n o t h e a r a b l e i n t h e k 1 1 1 d a t a b a s e f i n g e r p r i n t g j ( k ) i s t h e R S S o f t h e 1 1 1 1 b e a r a b l e c e l l i n t h e d a t a b a s e f i n g e r p r i n t w h i c h i s n o t h e a r a b l e i n t h e r e q u i r e d l o c a t i o n a n d l m a x r e p l a c e s t h e m i s s i n g s i g n a l s t r e n g t h v a l u e s . 1 9 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e H ' T h e t r i a l r e s u l t s p r e s e n t e d i n [ 3 6 ] d e m o n s t r a t e s t h a t t h e p o s i t i o n i n g e r r o r i s l e s s t h a n 6 7 m i n 6 7 % o f t h e t i m e a n d l e s s t h a n 2 7 7 m i n 9 5 % o f t h e t i m e i n u r b a n e n v i r o n m e n t o f F i n l a n d . M o r e r e c e n t a p p r o a c h e s i n v o l v e t h e a p p l i c a t i o n o f N e u r a l N e t w o r k s ( N N ) f o r f i n g e r p r i n t m a t c h i n g [ : 2 2 . 2 8 . 3 7 1 . I n [ 3 7 ] , a m u l t i - l a y e r p e r c e p t r o n a r c h i t e c t u r e w i t h 2 2 i n p u t s . 2 h i d d e n l a y e r s a n d 2 o u t p u t s h a s b e e n p r o p o s e d f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n i n f i n g e r p r i n t i n g m e t h o d s . T h e w o r k d o n e i n [ 2 - 1 - 1 i s b a s e d o n a F e e d f o r w a r d n e u r a l n e t w o r k . w h i c h h a s b e e n t r a i n e d u s i n g E x t e n d e d K a l m a n F i l t e r i n g / M e t h o d . I n [ 2 5 1 . t h e p o s i t i o n i n g u s i n g N N h a s b e e n t a c k l e d i n t w o w a y s ; a s a f u n c t i o n a p p r o x i m a t i o n p r o b l e m a n d a s a m u l t i - c l a s s c l a s s i f i c a t i o n p r o b l e m . 2 . 2 . 3 R e l a t e d W o r k A s e x p l a i n e d i n S e c t i o n 1 A , t h e m a j o r o b j e c t i v e o f t h i s r e s e a r c h i s t o i n v e s t i g a t e t h e p o s s i b i l i t y o f u s i n g p r o p a g a t i o n s m o d e l s / t o o l s t o f o r m t h e f i n g e r p r i n t d a t a b a s e i n l o c a l c o n t e x t a n d c o m e u p w i t h a m o r e p r a c t i c a b l e s o l u t i o n f o r d e p l o y m e n t o f f i n g e r p r i n t i n g t e c h n i q u e i n l a r g e d y n a m i c n e t w o r k s . N u m b e r o f r e s e a r c h h a s b e e n c a r r i e d o u t i n t h i s r e g a r d a n d t h i s s e c t i o n r e v i e w s t h e m b r i e f l y . T h e w o r k p r e s e n t e d i n [ 2 3 ] i n v o l v e s t h e u s e o f p r o p a g a t i o n m o d e l s ( H a t a - O k u m u r a f o r s u b u r b a n / r u r a l s c e n a r i o a n d E x t e n d e d W a l f i s c h - I k e g a m i m o d e l f o r u r b a n s c e n a r i o ) f o r t h e f o r m a t i o n o f d a t a b a s e . T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p o s i t i o n i n g e r r o r i s l e s s t h a n 2 8 2 m ( 9 5 % ) i n u r b a n w h i l e t h a t i s l e s s t h a n 1 0 2 3 m ( 9 5 % ) i n s u b u r b a n / r u r a l . A p r e d i c t i o n m o d e l b a s e d o n O u t d o o r a n d O u t d o o r - t o - i n d o o r c o v e r a g e i n u r b a n a r e a s a t 1 . 8 G H z . h a s b e e n u s e d i n [ 3 7 ] t o f o r m t h e f i n g e r p r i n t d a t a b a s e . F u r t h e r . t h e p r e d i c t e d d a t a h a s b e e n c a l i b r a t e d w i t h t h e a i d o f a n e u r a l n e t w o r k . T h e N N u s e d f o r c a l i b r a t i o n c o n s i s t s o f 2 4 i n p u t s a n d 2 2 o u t p u t s . T h e i n p u t s c o r r e s p o n d t o t h e p r e d i c t e d R S S v a l u e s f o r a l l t h e c e l l s ( 2 2 ) w i t h i n t h e a r e a a n d t h e l o c a t i o n c o o r d i n a t e s w h i l e t h e o u t p u t s c o r r e s p o n d t o t h e c o r r e c t e d R S S v a l u e s o f 2 2 c e l l s . T h i s i n c l u d e s o n l y o n e N N f o r c a l i b r a t i o n o f t h e p r e d i c t i o n i n t h e w h o l e a r e a . S i n c e t h e n u m b e r o f i n p u t s a n d t h e o u t p u t s a r e h i g h . t h e c o m p u t a t i o n a l b u r d e n i n v o l v e d i n t r a i n i n g p h a s e i s l a r g e . I n a d d i t i o n . t h e s t r u c t u r e o f t h e N N c h a n g e s w h e n n e w c e l l s a r e a d d e d t o t h e n e t w o r k . w h i c h r e q u i r e s t r a i n i n g o f t h e N N a g a i n f o r w h o l e e n v i r o n m e n t c a l i b r a t i n g a l l p r e d i c t i o n s a n d r e p l a c i n g o f t h e d a t a b a s e w i t h n e w l y , c a l i b r a t e d v a l u e s . H e n c e t h e 2 0 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e r i e H ' m a i n t e n a n c e l o a d i s h i g h w i t h t h i s t y p e o f a s t r u c t u r e . A p o s i t i o n i n g t r i a l c a r r i e d o u t i n a n u r b a n e n v i r o n m e n t i n G e r m a n y h a s s h o w n t h a t t h e p o s i t i o n i n g e r r o r i s l e s s t h a n 1 7 5 m i n 6 7 % o f t h e t i m e w h i l e t h a t i s l e s s t h a n 2 2 0 m i n 9 5 % o f t h e t i m e . 2 . 3 R a d i o W a v e P r o p a g a t i o n M o d e l s a n d T o o l s A P r o p a g a t i o n M o d e l i s a m a t h e m a t i c a l f o r m u l a t i o n f o r c h a r a c t e r i z a t i o n o f r a d i o w a v e p r o p a g a t i o n w i t h i n t h e e n v i r o n m e n t , a s a f u n c t i o n o f f r e q u e n c y . d i s t a n c e a n d o t h e r e n v i r o n m e n t a l p a r a m e t e r s s u c h a s . t e r r a i n p r o f i l e . c l U t t e r , e t c [ 3 8 ] . P r o p a g a t i o n M o d e l s a r e u s e f u l i n p r e d i c t i n g t h e p a t h l o s s o r t h e r e c e i v e d p o w e r o f t h e s i g n a l s t r a n s m i t t e d b y a f a r a w a y t r a n s m i t t e r . a t a s p e c i f i c l o c a t i o n . T h e m e c h a n i s m s w h i c h g o v e r n r a d i o w a v e p r o p a g a t i o n a r e c o m p l e x a n d d i v e r s e . T h e y c a n b e a t t r i b u t e d t o t h r e e b a s i c p h e n o m e n a . n a m e l y . r e f l e c t i o n , d i f f r a c t i o n a n d s c a t t e r i n g . R e f l e c t i o n o c c u r s w h e n t h e r a d i o w a v e i m p i n g e s u p o n o b s t r u c t i o n s w h o s e d i m e n s i o n s a r e v e r y l a r g e c o m p a r e d t o t h e w a v e l e n g t h o f t h e r a d i o w a v e . D i f f r a c t i o n e x p l a i n s h o w t h e r a d i o w a v e s c a n t r a v e l i n u r b a n a n d r u r a l e n v i r o n m e n t s w i t h o u t a l i n e - o f - s i g h t p a t h . S c a t t e r i n g o c c u r s w h e n t h e r a d i o p a t h c o n t a i n s o b j e c t s w i t h d i m e n s i o n s t h a t a r e o n t h e o r d e r o f t h e w a v e l e n g t h s o r l e s s o f t h e p r o p a g a t i o n w a v e [ 3 9 ] . P r o p a g a t i o n m o d e l s c a n b e e i t h e r E m p i r i c a l o r D e t e r m i n i s t i c o r a c o m b i n a t i o n o f t h e s e t w o . W h i l e t h e e m p i r i c a l m o d e l s a r e b a s e d o n t h e m e a s u r e m e n t s . d e t e r m i n i s t i c m o d e l s d e a l w i t h t h e f u n d a m e n t a l p r i n c i p l e s o f r a d i o w a v e p r o p a g a t i o n . E m p i r i c a l m o d e l s i m p l i c i t l y t a k e a l l t h e e n v i r o n m e n t a l i n f l u e n c e s i n t o a c c o u n t , w h i c h i s t h e m a j o r a d v a n t a g e . H o w e v e r t h e a c c u r a c y o f t h e s e m o d e l s d e p e n d s n o t o n l y o n t h e a c c u r a c y o f t h e m e a s u r e m e n t s . b u t a l s o o n t h e s i m i l a r i t i e s b e t w e e n t h e e n v i r o n m e n t t o b e a n a l y z e d a n d t h e e n v i r o n m e n t w h e r e t h e m e a s u r e m e n t s a r e c a r r i e d o u t [ 4 0 ] . O n t h e o t h e r h a n d . d e t e r m i n i s t i c m o d e l s c a n b e a p p l i e d t o d i f f e r e n t e n v i r o n m e n t s w i t h o u t a f f e c t i n g t h e a c c u r a c y s i n c e t h e y a r e b a s e d o n t h e p r i n c i p l e s o f p h y s i c s . B u t t h e d e t e r m i n i s t i c a l g o r i t h m s a r e v e r y c o m p l e x a n d l a c k c o m p u t a t i o n a l e f f i c i e n c y [ 4 0 ] . T h e p r e d i c t i o n m o d e l s a r e c l a s s i f i e d i n t o t w o m a j o r c a t e g o r i e s o n t h e b a s i s o f t h e r a d i o e n v i r o n m e n t . T h e y a r e I n d o o r p r o p a g a t i o n m o d e l s a n d O u t d o o r P r o p a g a t i o n m o d e l s . F u r t h e r , i n r e s p e c t o f t h e s i z e o f t h e c o v e r a g e a r e a . t h e o u t d o o r p r o p a g a t i o n 2 1 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e 1 · i e 1 1 ' m o d e l s a r e s u b d i v i d e d i n t o t w o a d d i t i o n a l c l a s s e s . m a c r o c e l l a n d m i c r o c e l l p r e d i c t i o n m o d e l s [ 4 0 ] . · h c s s o m e " ' l l \ i r o n m e n t a n d a a r c g 1 v c n 1 1 1 2 . 3 . 1 H a t a - O k u m u r a M o d e l T h i s i s a t o t a l l y e m p i r i c a l m o d e l w h i c h u s e s f o u r p a r a m e t e r s . n a m e l y . t h e f r e q u e n c y " ( f ) . d i s t a n c e ( d ) . b a s e s t a t i o n A n t e n n a h e i g h t ( h 8 s ) a n d t h e h e i g h t o f t h e m o b i l e a n t e n n a ( h \ l l s ) , f o r t h e e s t i m a t i o n o f t h e p r o p a g a t i o n l o s s [ 4 1 ] . T h e m e d i a n P a t h L o s s e q u a t i o n o f H a t a - O k u m u r a m o d e l i s g i v e n i n X T h e m o d e l p r e d i c t i o n s a r e m a i n l y a p p l i c a b l e f o r m a c r o c e l l u l a r e n v i r o n m e n t s , w h i c h i s u s u a l l y t h e c a s e i n m o s t s u b u r b a n a n d r u r a l e n v i r o n m e n t s . U r b a n e n v i r o n m e n t m a i n l y c o n s i s t s o f m i c r o c e l l s : h e n c e t h i s m o d e l i s n o t v a l i d . 2 . 3 . 2 W a l f i s c h - J k e g a m i M o d e l T h e d o m i n a n t P r o p a g a t i o n M e c h a n i s m i n W a l f i s c h - I k e g a m i M o d e l i s t h e p r o p a g a t i o n o Y e r t h e r o o f t o p s w i t h d i f f r a c t i o n i n t o s t r e e t c a n y o n s [ 4 1 4 2 ] . T h i s m o d e l i s m a i n l y s u i t a b l e f o r m e d i u m c e l l s i n b u i l t - u p a r e a s . T h e m o d e l a l l o w s i m p r o v e d p a t h - l o s s e s t i m a t i o n b y c o n s i d e r i n g t h e p r o f i l e o f t h e e n v i r o n m e n t i n c l u d i n g : - H e i g h t s o f b u i l d i n g s - W i d t h s o f r o a d s - b u i l d i n g s e p a r a t i o n - R o a d o r i e n t a t i o n w i t h r e s p e c t t o t h e d i r e c t r a d i o p a t h H o w e v e r t h i s m o d e l i s s t i l l s t a t i s t i c a l a n d n o t d e t e r m i n i s t i c b e c a u s e a t o p o g r a p h i c a l d a t a b a s e o f t h e b u i l d i n g s c a n n o t b e c o n s i d e r e d . \ t o r e d e t a i l s o n W a l f i s c h - I k e g a m i M o d e l i n c l u d i n g p a t h l o s s e q u a t i o n a r e g i v e n i n \ 2 2 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e H ' 2 . 3 . 3 O u t d o o r a n d O u t d o o r - t o - I n d o o r C o v e r a g e i n u r b a n a r e a s a t 1 . 8 G H z T h i s i s a r u n - t i m e e n i c i e n t t h r e e - d i m e n s i o n a l p r o p a g a t i o n m o d e l f o r t h e p r e d i c t i o n o f o u t d o o r - t o - i n d o o r c o v e r a g e o f s m a l l m a c r o c e l l s i n u r b a n a r e a s a t 1 . 8 G H z b a s e d o n h i g h r e s o l u t i o n b u i l d i n g d a t a [4~]. ( ) u t d o o r P r e d i c t i o n m e t h o d T h e m o d e l h a s b e e n d e s i g n e d t o p r e d i c t t h e c o v e r a g e f o r s m a l l m a c r o c e l l s i n d e n s e u r b a n a r e a s w h e r e t h e B S a n t e n n a i s m o u n t e d a b o v e t h e r o o f t o p l e v e l . I n s u c h c a s e . t h e p r o p a g a t i o n p a t h s a r e d i v i d e d i n t o t w o m o d e l s f o r a n a l y s i s , 1 ' 1 a m e l y , V e r t i c a l P l a n e \ 1 o d e l ( V P M ) a n d M u l t i - p a t h M o d e l ( M P M ) . I f t h e v e g e t a t i o n o b s t r u c t s t h e p r o p a g a t i o n p a t h o f e a c h r a y . a n a d d i t i o n a l v e g e t a t i o n l o s s i s c o m p u t e d b a s e d o n a \ e g e t a t i o n m o d e l f o r t h e e n v i r o n m e n t . T h e e f f e c t o f t h e t e r r a i n h e i g h t v a r i a t i o n i s c o n s i d e r e d b y u s i n g t h e e f f e c t i v e a n t e n n a h e i g h t a n d t h e a b s o l u t e b u i l d i n g h e i g h t \ \ h e n d i f f r a c t i o n l o s s e s a r e c a l c u l a t e d . ( ) u t d o o r - t o - J n d o o r P r e d i c t i o n M e t h o d A n i m p o r t a n t f e a t u r e o f t h i s m o d e l i s t h e p r e d i c t i o n o f p r o p a g a t i o n a t i n d o o r a r e a s t i · o m O u t d o o r B S s . T h e m o d e l u s e s t w o a p p r o a c h e s t o p r e d i c t i n d o o r c o v e r a g e f r o m o u t d o o r B S s . T h e f i r s t a p p r o a c h i s a n e m p i r i c a l m o d e L w h e r e t h e i n d o o r c o v e r a g e a t g r o u n d f 1 o o r i s d e r i v e d f r o m t h e o u t d o o r p a t h l o s s o u t s i d e t h e b u i l d i n g a t a h e i g h t o f . 2 m a n d t h e p r e d i c t i o n s f o r t h e h i g h e r f 1 o o r s a r e d e r i v e d u s i n g a h e i g h t g a i n m o d e l . l h e n a s e m i - e m p i r i c a l m o d e l i s u s e d i n c l u d i n g m o r e d e t e r m i n i s t i c c o m p o n e n t s s u c h a s a n g l e o f i n c i d e n c e , a s a f u r t h e r r e f i n e m e n t . 2 . 3 . 4 C R C - P r e d i c t P r o p a g a t i o n M o d e l C R C - P r e d i c t i s a V H F / U H F P r o p a g a t i o n P r e d i c t i o n M o d e L u s e d f o r e s t i m a t i n g r a d i o - ; i g n a l s t r e n g t h s o n t e r r e s t r i a l p a t h s a t V H F a n d U H F . g i v e n a t r a n s m i t t e r l o c a t i o n , p o w e r . a n d a r e c e i v e r l o c a t i o n ( s ) [ 4 4 ] . S i n c e t r a n s m i s s i o n p a t h s a r e o f t e n o b s t r u c t e d h y t e r r a i n . t h e m o d e l c a n o p e r a t e o n a t o p o g r a p h i c d a t a b a s e c o n s i s t i n g o f t e r r a i n d a t a l l l c o u n t t h e e f f e c t o f t h e o b s t r u c t i o n . T h e c a l c u l a t i o n i n c l u d e s d i f f r a c t i o n l o s s e s d u e t o t e r r a i n o b s t a c l e s ( e . g . H i l l s . t r e e s . b u i l d i n g s . e t c . ) . T h e d i f f r a c t i o n c a l c u l a t i o n i s d o n e h \ s t a r t i n g a t t h e t r a n s m i t t i n g a n t e n n a a n d f i n d i n g t h e r a d i o f i e l d a t p r o g r e s s i v e l y 2 3 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e w g r e a t e r d i s t a n c e s . A t e a c h s t e p . t h e f i e l d a t a p o i n t i s f o u n d b y a n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n O \ e r t h e f i e l d v a l u e s f o u n d i n t h e p r e v i o u s s t e p . C R C - P r e d i c t m o d e l i s t h e m o s t w i d e l y u s e d p r o p a g a t i o n p r e d i c t i o n m o d e l i n t h e s u i t e o f P l a n e t E V N e t w o r k P l a n n i n g T o o l s . T h e m o d e l e q u a t i o n i s g i v e n i n T h e s p e c i a l f e a t u r e s o f t h i s m o d e l i n c l u d e ; i f T h e m o d e l d y n a m i c a l l y t a k e s t h e t e r r a i n p r o f i l e ( t h r o u g h t h e d i f f r a c t i o n l o s s ) " o f t h e a r e a i n t o a c c o u n t a n d p r o v i d e s t h e f a c i l i t y o f o p t i m i z i n g t h e m o d e l f o r s p e c i f i c a r e a b y t u n i n g f o r t h e l o c a l t e r r a i n p r o f i l e . i f A l s o i n c l u d e s t h e c l u t t e r i n f o r m a t i o n o f t h e e n v i r o n m e n t t o c a l c u l a t i o n i f C a n b e o p t i m i z e d f o r a s p e c i f i c e n v i r o n m e n t 2 . - t N e u r a l N e t w o r k T e c h n i q u e s : \ n e u r a l n e t w o r k i s a n i n t e l l e c t u a l a b s t r a c t i o n w h i c h w o u l d e n a b l e a c o m p u t e r t o \ \ O r k i n a s i m i l a r w a y t o t h a t i n w h i c h t h e h u m a n b r a i n w o r k s [ 4 . 5 ] . I t h a s b e e n c k \ e l o p e d a s a t o o l t o m i m i c s o m e u n i q u e c h a r a c t e r i s t i c s o f a h u m a n b r a i n s u c h a s t h e a b i l i t y t o l e a r n g e n e r a l m e c h a n i s m s f r o m p r e s e n t a t i o n o f a r e d u c e d s e t o f e x a m p l e s . o r t o r e t r i e v e c o r r e c t i n f o r m a t i o n f r o m m i s s i n g o r d i s t o r t e d i n p u t d a t a . T h e b i o l o g i c a l n e u r o n h a s t w o p a r t s . D e n d r i t e s a n d S y n a p s e s . D e n d r i t e s a r e e \ t e n s i o n s o f a n e u r o n w h i c h c o n n e c t t o o t h e r n e u r o n s t o f o r m a n e u r a l n e t w o r k ' ' h c r e a s t h e s y n a p s e s a r e t h e g a t e w a y s w h i c h c o n n e c t t o d e n d r i t e s t h a t c o m e f r o m o t h e r n e u r o n s . F i g u r e 2 . 8 d e p i c t s t h e s t r u c t u r e o f a b i o l o g i c a l n e u r o n . ' I , • ·~:; • • ; p . ; ( J l ~I ' - , F i g u r e 2 . 8 : A B i o l o g i c a l N e u r o n S o u r c e : 2 4 ! C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e H ' N e u r o n r e c e i v e s i n f o r m a t i o n f r o m o t h e r n e u r o n s , p r o c e s s e s i t a n d t h e n r e l a y s t h i s i n f o r m a t i o n t o o t h e r n e u r o n s . I t i n t e g r a t e s t h e p u l s e s t h a t a r r i v e a n d w h e n t h i s i n t e g r a t i o n e x c e e d s a c e r t a i n l i m i t n e u r o n i n t u r n e m i t s a p u l s e . D e n d r i t e s m o d i f y t h e a m p l i t u d e o f t h e p u l s e s t r a v e l i n g t h r o u g h t h e m . T h i s m o d i f i c a t i o n v a r i e s w i t h t i m e , a s t h e n e t w o r k ' l e a r n s ' . T h e n e u r a l n e t w o r k s t o r e s i n f o r m a t i o n i n t h e p a t t e r n o f c o n n e c t i o n w e i g h t s . W h e n a c o n n e c t i o n ( d e n d r i t e ) i s v e r y s t r o n g , t h e i m p o r t a n c e o f t h e n e u r o n f r o m w h i c h t h i s c o n n e c t i o n c o m e s h a s a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e n e t w o r k . / 2 . 4 . 1 T h e m a t h e m a t i c a l r e p r e s e n t a t i o n o f a n e u r o n A f i r s t - o r d e r m a t h e m a t i c a l m o d e l f o r a n e u r o n i s s h o w n i n F i g u r l ' 2 ( ) . T h e n e u r o n i t s e l f o n l y p e r f o r m s a c c u m u l a t i o n a n d t h r e s h o l d i n g t o r i n c o m i n g p u l s e s . W h e n a p u l s e c o m e s f r o m a c o n n e c t i o n , i t i s f i r s t m u l t i p l i e d b y a n u m b e r c a l l e d t h e w e i g h t o f t h e c o n n e c t i o n w h i c h a s s i g n s a c e r t a i n i m p o r t a n c e t o t h e c o n n e c t i o n , a n d t h e n a c c u m u l a t e s t h e o v e r a l l r e s u l t . T h e a c c u m u l a t e d r e s u l t i s p a s s e d t h r o u g h a t h r e s h o l d \ \ h i c h e m i t s a p u l s e w h e n a c e r t a i n v a l u e i s r e a c h e d . T h e o u t p u t o f t h e t h r e s h o l d s t a g e i s i n t u r n c o n n e c t e d t o t h e i n p u t s t o s e v e r a l o t h e r n e u r o n s . ~,; , c o n o c c t i o n w e i g h " T h r e s h o l d O u t p u t m u l t i p l i c a t i o n F i g u r e 2 . 9 : M a t h e m a t i c a l R e p r e s e n t a t i o n o f a N e u r o n I i l l ' s i g n a l s t r a n s m i t t e d t h r o u g h b i o l o g i c a l n e u r o n s a r e i n t h e f o r m o f p u l s e s . H e n c e . a l u r t h e r s i m p l i f i c a t i o n i s a d o p t e d a s s u m i n g a s e t o f r e a l n u m b e r s a r e f e d i n a n d a s i n g l e r e , d n u m b e r i s g e n e r a t e d a t t h e o u t p u t . I n s t e a d o f a b i o l o g i c a l t h r e s h o l d f u n c t i o n . a m a t h e m a t i c a l f u n c t i o n s u c h a s t h e s i g m o i d f u n c t i o n , a r c t a n g e n t , a r c s i n e . e t c i s u s e d . I t i " n o r m a l l y c a l l e d n o d e t r a n s f e r j i m c t i o n . 2 5 ( ' h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e H ' \ l o d e T r a n s f e r F u n c t i o n s s h o u l d b e s m o o t h a n d c o n t i n u o u s ( i . e . s h o u l d n o t b e p i e c e w i s e l i n e a r o r s t e p f u n c t i o n ) w i t h a n a b s o l u t e u p p e r a n d l o w e r l i m i t s . I t s h o u l d b e d i f f e r e n t i a b l e t o o . I t i s d e s i r a b l e t h a t t h e d e r i v a t i v e c a n b e r e - w r i t t e n i n t e r m s o f t h e f u n c t i o n i t s e l f , w h i c h s i m p l i f i e s t h e m a t h e m a t i c s a n d i m p r o v e s t h e e f f i c i e n c y . 2 . 4 . 2 N e u r a l N e t w o r k T o p o l o g y T h e p r i n c i p a l i m p o r t a n c e o f a n e u r a l n e t w o r k i s n o t o n l y t h e w a y a n e u r o n i s i m p l e m e n t e d b u t a l s o h o w t h e i r i n t e r c o n n e c t i o n s ( t o p o l o g y ) " ' a r e m a d e . T h e t o p o l o g y o f a h u m a n b r a i n i s t o o c o m p l i c a t e d t o b e u s e d a s a m o d e l b e c a u s e a b r a i n i s m a d e o f h u n d r e d s o f b i l l i o n s o f c o n n e c t i o n s w h i c h c a n ' t b e e f f e c t i v e l y d e s c r i b e d u s i n g s u c h a l o \ v - l e v e l a n d h i g h l y s i m p l i f i e d m o d e l . T h u s a s i m p l e t o p o l o g y f o r e a s y i m p l e m e n t a t i o n o n a d i g i t a l c o m p u t e r i s d e f i n e d w i t h t h r e e l a y e r s , n a m e l y , i n p u t l a y e r , h i d d e n l a y e r a n d o u t p u t l a y e r . A l l n e u r o n s f r o m o n e l a y e r a r e c o n n e c t e d t o a l l n e u r o n s i n t h e n e x t l a y e r . T h i s c a n b e r e p r e s e n t e d i n m a t h e m a t i c a l n o t a t i o n a s g i v e n i n F i g u r e 2 . 1 0 . ; , f l L ' · · - - - - - - . p - h : :~: f 2 1 L \ \ : a . v i l • · f~ I J . \ I \ \ : p h : I ' b ) : F i g u r e 2 . 1 0 : M a t h e m a t i c a l N o t a t i o n f o r N e u r a l N e t w o r k s S o u r c e : 2 6 . . . . . C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e H · 2 . 4 . 3 T r a i n i n g a n e u r a l n e t w o r k A n e u r a l n e t w o r k i s u n a b l e t o s o l v e a n y p a r t i c u l a r p r o b l e m u n t i l i t i s t r a i n e d . L i k e a l i t t l e b a b y , w h o s e b r a i n i s f u l l y d e v e l o p e d a n d r e a d y f o r w o r k b u t w h o i s n o t a b l e t o d o a n y t h i n g b e c a u s e i t h a s n o t e x p e r i e n c e d a n y s t i m u l u s . S o a n e u r a l n e t w o r k w i t h o u t l e a r n i n g i s a n a l o g o u s t o a h u m a n w i t h o u t e d u c a t i o n . I n t r a i n i n g s t a g e . t h e n e t w o r k i s f e d w i t h a s e t o f n u m b e r s a n d t h e r e s u l t i s o b t a i n e d f r o m t h e o u t p u t l a y e r . T h e w e i g h t s o f t h e c o n n e c t i o n s a r e i n i t i a l l y i n a r a n d o m s t a t e : h e n c e . t h e r e s u l t a t t h e b e g i n n i n g i s n o t t h e e x a c t o n e e x p e c t e d . T h e r e f o r e . t h e w e i g h t s o f t h e c o n n e c t i o n s a r e c h a n g e d u n t i l t h e d e s i r e d r e s u l t i s o b t a i n e d ( T r a i n e d ) . N e x t . a n o t h e r i n p u t i s f e d a n d t h e w e i g h t s a r e a d j u s t e d c o n t i n u o u s l y . u n t i l t h e d e s i r e d o u t p u t i s o b t a i n e d f o r e a c h a n d e v e r y i n p u t . T h e e n t i r e s e t o f t r a i n i n g e x a m p l e s m u s t b e s h o w n t o t h e n e t w o r k m a n y t i m e s i n o r d e r t o g e t a s a t i s f a c t o r y r e s u l t . A f t e r a l l o f t h i s t r a i n i n g . t h e n e t w o r k i s a b l e t o s o l v e t h e p a r t i c u l a r p r o b l e m a n d i t i s s a i d t h a t t h e n e t w o r k h a s l e a r n e d , a n d i t s ' k n o w l e d g e ' i s s t o r e d b y a l l t h e d i f f e r e n t c o n n e c t i o n w e i g h t s . I t i s n e c e s s a r y t h a t t h e s u f f i c i e n t t r a i n i n g e x a m p l e s a r e a v a i l a b l e t o t r a i n t h e n e u r a l n e t w o r k w e i g h t s a n d b i a s e s . A g e n e r a l l y a c c e p t e d g u i d e l i n e i s t o h a v e t h e n u m b e r o f t r a i n i n g e x a m p l e s m o r e t h a n o r e q u a l t o f i v e t i m e s t h e n u m b e r o f p a r a m e t e r s t o b e a d j u s t e d d u r i n g t r a i n i n g [ 4 8 ] . s ; : : : s . N ( 2 . 7 ) W h e r e . N - T o t a l n u m b e r o f p a r a m e t e r s t o b e a d j u s t e d S - N u m b e r o f t r a i n i n g s a m p l e s . I f t h e n u m b e r o f t r a i n i n g s a m p l e s i s l e s s . t h e n e t w o r k w i l l l e a r n t h e t r a i n i n g s e t r a t h e r t h a n b u i l d i n g a s t a t i s t i c a l m o d e l f o r t h e p r o b l e m b e i n g d i s c u s s e d . I n t h i s c a s e N N w i l l l o s e t h e a b i l i t y t o g e n e r a l i z e a n d t h i s i s k n o w n a s o v e r f i t t i n g . T w o m e t h o d s h a v e b e e n d e s c r i b e d i n [ 4 7 ] t o r e d u c e o v e r f i t t i n g w h e n a l e s s e r n u m b e r o f t r a i n i n g d a t a i s a v a i l a b l e . T h e s e a r e c a l l e d , R e g u l a r i z a t i o n a n d E a r l y S t o p p i n g . S e l e c t i o n o f a n a l g o r i t h m f o r t r a i n i n g i s a l s o a k e y f a c t o r i n n e u r a l n e t w o r k d e s i g n . A n u m b e r o f t r a i n i n g a l g o r i t h m s a r e a v a i l a b l e ; h o w e v e r . n o n e o f t h e m h a v e p r o v e n s u p e r i o r f o r a l l t h e p r o b l e m s . S o m e t r a i n i n g a l g o r i t h m s u s e d d u r i n g t h i s w o r k h a v e b e e n d e s c r i b e d i n 2 7 C h a p t e r 2 - L i t e r a t u r e R e v i e w 2 . 4 . 4 N e u r a l N e t w o r k s f o r C a l i b r a t i o n N e u r a l N e t w o r k s a r e u n i v e r s a l a p p r o x i m a t o r s . w h i c h c a n b e u s e d t o f i t a n y c o n t i n u o u s f u n c t i o n d e f i n e d o n b o u n d e d i n p u t s t o a p r e - d e f i n e d a r b i t r a r y d e g r e e o f a c c u r a c y . I t h a s t h e f l e x i b i l i t y & t h e a b i l i t y o f d e a l i n g w i t h u n c e r t a i n d a t a . D u e t o t h e s e f a c t s . n e u r a l n e t w o r k s a r e a p p l i c a b l e i n c a l i b r a t i o n . w h i c h t r i e s t o m o d e l a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n c o r r u p t e d d a t a a n d r e a l d a t a . T h e a p p l i c a t i o n o f n e u r a l n e t w o r k s f o r m u l t i v a r i a t e c a l i b r a t i o n w i t h c h e m i c a l d a t a h a s b e e n w i d e l y d i s c u s s e d i n [ 4 9 ] . M u l t i - l a y e r P e r c e p t r o n s w i t h B q c k P r o p a g a t i o n t r a i n i n g a l g o r i t h m h a s b e e n a d o p t e d i n t h a t w o r k . I n a d d i t i o n . n e u r a l n e t w o r k s h a v e b e e n u s e d t o c o r r e c t t h e R S S p r e d i c t i o n s o b t a i n e d f r o m p r o p a g a t i o n m o d e l s . i n [ _ ; 7 ] . A M u l t i - l a y e r f e e d f o r w a r d n e u r a l n e t w o r k w i t h 2 4 i n p u t s a n d 2 2 o u t p u t s h a s b e e n a p p l i e d f o r c a l i b r a t i o n i n t h a t w o r k . T h e c a l i b r a t e d p r e d i c t i o n d a t a a r e a p p l i e d f o r f i n g e r p r i n t i n g a n d t h e r e s u l t s s h o w a s i g n i f i c a n t i m p r o v e m e n t i n p o s i t i o n i n g a c c u r a c y a f t e r c a l i b r a t i o n . 2 8 C h a p t e r 3 M e t h o d o l o g y T h e m e t h o d o l o g y a p p l i e d t o w a r d s a c h i e v i n g t h e g o a l s o f t h e r e s e a r c h i s d e s c r i b e d c o m p r e h e n s i v e l y i n t h i s s e c t i o n . T h e F i g u r e 3 . 1 s h o w s a s u m m a r y o f t h e m e t h o d o l o g y i n b l o c k d i a g r a m f o r m . " M a k e u s e o f S i g n a l M a k e u s e o f a c t u a l s t r e n g t h P r e d i c t i o n s M e a s u r e m e n t s S u b R u r a l S u b U r b a n ( C ) U r b a n - - ( B ) L , _ F i g u r e 3 . I : S u m m a r y o f M e t h o d o l o g y l h~.· m a j o r g o a l i s t o i n v e s t i g a t e t h e p o s s i b i l i t y o f u s i n g p r e d i c t i o n s o b t a i n e d f r o m p w p a g a t i o n m o d e l s t o c r e a t e t h e d a t a b a s e a n d c o m e u p w i t h a b e s t s o l u t i o n f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n w i t h i m p r o v e d a c c u r a c y . T h i s i s a c c o m p a n i e d b y t h e c o m p a r i s o n n t t h e p e r f o r m a n c e o f D C M a l g o r i t h m s u s i n g a p r e d i c t e d d a t a b a s e a n d a m e a s u r e d d a u h a s e a n d m a k e u s e o f a l e s s e r n u m b e r o f f i e l d m e a s u r e m e n t s t o t u n e t h e pr~.'dictions i n o r d e r t o r e d u c e t h e d e v i a t i o n b e t w e e n t h e m e a s u r e m e n t s a n d t h e p r e d i c t i o n s . H e n c e , t h e r e s e a r c h d e a l s w i t h b o t h a c t u a l a n d p r e d i c t e d s t r e n g t h s . A s i l l u - . ; t r a t e d i n F i g u r e 3 . L t h e p e r f o r m a n c e o f f i n g e r p r i n t i n g m e t h o d w i l l b e i n v e s t i g a t e d f ( \ r t h r e e d i f f e r e n t e n v i r o n m e n t s , n a m e l y , u r b a n , s u b u r b a n a n d r u r a L u s i n g p r e d i c t e d ti11~crprints a s w e l l a s m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s . i l l \ m e t h o d o l o g y i n v o l v e d i n a p p l y i n g t h e t e c h n i q u e s f o r a p a r t i c u l a r e n v i r o n m e n t i s ili~htrated i n F i g u r e 3 . 2 . 2 9 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o g y D a t a b a s e P r e p a r a t i o n ( P r e d i c t e d & A c t u a l ) - S e c t i o n 3 . 1 - . . . A n a l y s i s o f D e v i a t i o n b e t w e e n p r e d i c t i o n s a n d a c t u a l m e a s u r e m e n t s - S e c t i o n 3 . 2 - • E v a l u a t i o n o f t h e P e r f o r m a n c e o f " D C M f o r P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s i n c o m p a r i s o n w i t h t h e M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s - S e c t i o n 3 . 3 - ~ C a l i b r a t i n g t h e P r e d i c t i o n s - S e c t i o n 3 . 4 - P e r f o r m a n c e a n a l y s i s a f t e r c a l i b r a t i o n a n d c o m e u p w i t h a t e c h n i q u e g i v i n g b e t t e r p e r f o r m a n c e F i g u r e 3 . 2 : M e t h o d o l o g y f o r a s e l e c t e d e n v i r o n m e n t r a c h s t e p o f t h e m e t h o d o l o g y i n F i g u r e 3 . 2 w i l l b e d e s c r i b e d c o m p r e h e n s i v e l y i n t h e n e x t s e c t i o n s . 3 . 1 D a t a b a s e P r e p a r a t i o n T h e d a t a b a s e i s t h e k e y e l e m e n t i n a n y p o s i t i o n i n g t e c h n i q u e b a s e d o n f i n g e r p r i n t i n g . T h i s r e f e r e n c e d a t a b a s e c o n s i s t s o f l o c a t i o n s e n s i t i v e p a r a m e t e r s o b s e r v e d b y t h e m o b i l e s t a t i o n a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s t o g e t h e r w i t h t h e l o c a t i o n c o o r d i n a t e s . c a l l e d f i n g e r p r i n t s . R S S b e i n g s e l e c t e d a s t h e l o c a t i o n s e n s i t i v e p a r a m e t e r . a f i n g e r p r i n t c o n s i s t s o f t h e R S S v a l u e s f r o m a l l h e a r a b l e c e l l s a t a l o c a t i o n t o g e t h e r w i t h t h e c e l l 1 0 a n d t h e G P S c o o r d i n a t e s o f t h a t l o c a t i o n . 3 0 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o t - , 7 } ' T h i s r e s e a r c h i n v o l v e s t w o d a t a b a s e s . n a m e l y P r e d i c t e d D a t a b a s e a n d M e a s u r e d D a t a b a s e . F i n g e r p r i n t s o f p r e d i c t e d d a t a b a s e a r e c r e a t e d u s i n g t h e s i g n a l s t r e n g t h p r e d i c t i o n s a n d t h a t o f t h e m e a s u r e d d a t a b a s e a r e c r e a t e d u s i n g t h e f i e l d t e s t t r i a l s . 3 . 1 . 1 P r e d i c t e d D a t a b a s e D u r i n g t h e p l a n n i n g p r o c e s s o f w i r e l e s s n e t w o r k s , p r o p a g a t i o n p r e d i c t i o n s a r e c o m p u t e d f o r e a c h b a s e s t a t i o n w i t h i n t h e w h o l e r a n g e c o n s i d e r i n g t h e t y p e o f t h e e n v i r o n m e n t c l u t t e r i n f o r m a t i o n a n d t o p o g r a p h y i n o r d e r t o a r f a l y z e t h e c o v e r a g e a n d i n t e r f e r e n c e s c e n a r i o . T h i s r e s e a r c h m a k e s u s e o f s u c h a m o d e L c a l l e d C R C - P r e d i c t p r o p a g a t i o n m o d e L d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2 . 3 . 4 . t o o b t a i n p r e d i c t i o n s . I n a d d i t i o n t o t h e s p e c i f i c f e a t u r e s o f C R C - P r e d i c t p r o p a g a t i o n m o d e L t h e f a c t t h a t i t i s u s e d i n t h e N e t w o r k P l a n n i n g T o o l a v a i l a b l e a t a l o c a l s e r v i c e p r o v i d e r w o u l d e n a b l e o b t a i n i n g p r e d i c t i o n s t u n e d t o t h e l o c a l e n v i r o n m e n t . . · 1 . l n t e r f a c i n l { t o t h e P l a n n i n g T o o l E v e n t h o u g h , t h e p l a n n i n g t o o l a v a i l a b l e a t t h e l o c a l m o b i l e n e t w o r k r e a d i l y p r o v i d e s t h e p r e d i c t i o n s f o r a g i v e n l o c a t i o n , t h e c h a l l e n g e w a s t o r e a d t h o s e p r e d i c t i o n s t o p o s i t i o n i n g a p p l i c a t i o n . T h e i n t e r f a c i n g m e t h o d o l o g y a p p l i e d f o r t h i s t a s k i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3 . 3 . G r i d T r a n s l a t o r l P r o f o r P l a n e t E V R e a d t h r o u g h - - - • M a t l a b F i g u r e 3 . 3 : M e t h o d o l o g y f o r i n t e r f a c i n g t o p l a n n i n g t o o l 3 1 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o g y T h e s t e p s o f i n t e r f a c i n g t o p l a n n i n g t o o l c a n b e d e s c r i b e s a s b e l o w . • P l a n n i n g t o o l s t o r e s i f s p r e d i c t i o n s i n a g r i d f i l e f o r m a t w h i c h i s s p e c i f i c t o i t . T h i s g r i d f i l e f o r m a t i s n o t c o m p a t i b l e w i t h t h e c o m m o n l y u s e d A S C I I g r i d f o r m a t . T h e r e f o r e t h e P l a n n i n g T o o l s p e c i f i c g r i d f i l e s s h o u l d b e c o n v e r t e d t o A S C I I g r i d t i l e f o r m a t . • A T o o l c a l l e d ' · G r i d T r a n s l a t o r P r o f o r P l a n e t E V " ( F r o m G e o m a t i c s S y s t e m s ) . w h i c h i s a n a d d - o n r u n n i n g o n M a p l n f o P r o f e s s i o n a l s . i s u s e d t o c o n v e r t p l a n n i n g t o o l g r i d t i l e s t o G e o t i t T F o r m a t [ 5 0 ] . _ . • T h o s e G e o t i f f f i l e s a r e c o n v e r t e d t o A S C I I g r i d f i l e s t h r o u g h G D A L ( G e o s p a t i a l D a t a A b s t r a c t i o n L i b r a r y ) U t i l i t i e s [ 5 1 ] . • A S C I I g r i d f i l e s a r e r e a d a b l e t h r o u g h M a t l a b F i g u r e 3 . 4 s h o w s a s n a p s h o t o f G r i d T r a n s l a t o r P r o f o r P l a n e t E V t o o l u s e d t o p e r f o r m t h e c o n v e r s i o n f r o m p l a n n i n g t o o l s p e c i f i c g r i d f i l e s t o G e o t i f f t i l e s . ' , ) F i g u r e 3 . 4 : G r i d T r a n s l a t o r P r o f o r P l a n e t E V 3 2 C h a p t e r 3 - A 1 e t h o d o l o g y B . F i n g e r p r i n t ( ' r e a l i o n T h e p l a n n i n g t o o l p r e d i c t s t h e s i g n a l s t r e n g t h f o r t h e c o v e r a g e a r e a o f t h e c e l l w i t h a r e s o l u t i o n o f 5 m i n u r b a n e n v i r o n m e n t a n d t h a t o f 2 5 m i n s u b u r b a n a n d r u r a l e n v i r o n m e n t s . I f t h e s a m e r e s o l u t i o n i s u s e d i n t h i s w o r k . t h e d a t a b a s e b e c o m e s u n n e c e s s a r i l y l a r g e . T h e r e f o r e t h e p r e d i c t i o n s a l o n g r o a d s a r e u s e d a n d t h i s r e s u l t s i n a p r e d i c t e d d a t a b a s e w i t h f i n g e r p r i n t s a l o n g r o a d s o f t h e c o n s i d e r e d a r e a . T h e p r e d i c t e d s t r e n g t h s f r o m d i f f e r e n t c e l l s c o r r e s p o n d t o a p a r t i c u l a r l o c a t i o n a r e c o l l e c t i v e l y s t o r e d t o g e t h e r w i t h t h e l o c a t i o n c o o r d i n a t e . a j a f i n g e r p r i n t . T h e c e l l w i t h t h e l a r g e s t p r e d i c t e d s t r e n g t h i n t h a t c o l l e c t i o n i s s e l e c t e d t o b e t h e s e r v i n g c e l l . T h e i n f o r m a t i o n o n s e r v i n g c e l l i s u s e f u l i n l o c a t i o n e s t i m a t i o n p r o c e s s d e s c r i b e d 1 1 1 3 . 3 . 1 . T h e f o r m a t f o r s u c h a f i n g e r p r i n t d a t a b a s e i s s h o w n i n F i g u r e 3 . 5 . F i g u r e 3 . 5 : F o r m a t o f t h e F i n g e r p r i n t D a t a b a s e C e l l I D s h a v e b e e n c h a n g e d f o r t h e p u r p o s e o f r e p o r t i n g 3 . 1 . 2 M e a s u r e d D a t a b a s e T h e m e a s u r e d d a t a b a s e c o n s i s t s o f t h e f i n g e r p r i n t s c o l l e c t e d a l o n g t h e r o a d s w i t h i n t h e a r e a . A . D a t a C o l l e c t i o n D r i v e t e s t s a r e p e r f o r m e d a l o n g t h e r o a d s w i t h a s p e e d l e s s t h a n 2 0 k m / h a n d t h e m e a s u r e m e n t s a r e t a k e n b y a m o b i l e m e a s u r e m e n t u n i t i n t e r f a c e d t o a l a p t o p P C . S i m u l t a n e o u s l y . t h e c o o r d i n a t e s o f t h e m e a s u r e m e n t l o c a t i o n s a r e t a k e n u s i n g , a G P S r e c e i v e r i n t e r f a c e d t o t h e s a m e l a p t o p P C . T h e G S M m o d u l e i n s i d e t h e m b b i l e ' m e a s u r e m e n t u n i t i s c a p a b l e o f m e a s u r i n g s i g n a l s t r e n g t h s f r o m s i x s u r r o u n d i n g b a s e . , . , . ) . ) C h a p t e r 3 - 1 \ ; f e t h o d o l o g y s t a t i o n s i n c l u d i n g s e r v i n g c e l l a n d f i v e n e i g h b o r i n g c e l l s . T h e n a s i n g l e m e a s u r e m e n t c o n s i s t s o f r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h f r o m u p t o s i x b e a r a b l e c e l l s a n d t h e l o c a t i o n c o o r d i n a t e s . T h e a v e r a g e t i m e t a k e n f o r o n e m e a s u r e m e n t i s 1 5 s e c o n d s . I n a d d i t i o n . t h e m e a s u r e m e n t s a r e p e r f o r m e d i n i d l e m o d e r a t h e r t h a n i n t h e a c t i v e m o d e o f t h e G S M m o d u l e . T h i s i s t o j u s t i f y t h e e r r o r p e r f o r m a n c e f o r t h e n o r m a l c o n d i t i o n s a s a l l t h e m o b i l e s t a t i o n s a r e i n i d l e s t a t e u n l e s s t h e y a r e t a k i n g c a l l s . r e c e i Y i n g c a l l s o r p e r f o r m i n g o t h e r a c t i v i t i e s s u c h a s b r o w s i n g t h e i n t e r n e t v i d e o c o n f e r e n c i n g . w h i c h n e e d t h e i n t e r a c t i o n w i t h t h e n e t w o r k . / B . F i n g e r p r i n t C r e a t i o n A p o s s i b l e m e t h o d o f c r e a t i n g f i n g e r p r i n t s t h r o u g h d r i v e t e s t s i s i l l u s t r a t e d i n [ 1 2 ] . \ e \ c r t h e l e s s . t h e a u t h o r h a s t a k e n a d i f f e r e n t a n d m o r e p r a c t i c a l a p p r o a c h s u i t s f o r t h e l o c a l c o n t e x t . I n t h a t . t e n c o n s e c u t i v e m e a s u r e m e n t s a l o n g r o a d s a r e t a k e n t o f o r m a s i n g l e f i n g e r p r i n t . T h e n . t h e f i n g e r p r i n t c o n s i s t s o f t h e a v e r a g e R e c e i v e d S i g n a l S t r e n g t h o f e a c h c e l l a p p e a r s i n t h o s e t e n m e a s u r e m e n t s t o g e t h e r w i t h t h e m e d i a n l o c a t i o n c o o r d i n a t e s c o r r e s p o n d s t o t h e t e n l o c a t i o n s . T h e c e l l h a v i n g t h e l a r g e s t a v e r a g e r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h i s t a k e n a s t h e s e r v i n g c e l l o f t h e f i n g e r p r i n t . I n a d d i t i o n a s l i d i n g w i n d o w a p p r o a c h h a s b e e n a p p l i e d . a s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3 . 6 . i n o r d e r t o i n c r e a s e t h e f i n g e r p r i n t r e s o l u t i o n . T h e l a s t f i v e m e a s u r e m e n t s o f t h e f i r s t f i n g e r p r i n t c o n t r i b u t e t o t h e f i r s t f i v e m e a s u r e m e n t s o f t h e s e c o n d f i n g e r p r i n t b y i n c r e a s i n g t h e f i n g e r p r i n t r e s o l u t i o n b y a f a c t o r o f 2 . L _ _ _ M e a s u r e m e n t / T e s t r o u t e t l ! e a s u r e m e n t : R S S o f h e a r a h l e c e l l s + G P S c o o r d i n a t e A v e • a g ; u e a s u • e m e n t s ~ f i - . A v e r a g e d R S S f r o m e a c h h c a r a h l c c e l l + M e d i a n G P S c o o r d i n a t e F i g u r e 3 . 6 : M e t h o d o l o g y o f f i n g e r p r i n t c r e a t i o n f o r m e a s u r e d d a t a b a s e - S l i d i n g W i n d m \ 3 4 ( ' h a p t e r 3 - M e t h o d o l o f { y 3 . 2 D e v i a t i o n A n a l y s i s h e n t h o u g h t h e p l a n n i n g t o o l p r e d i c t i o n s a r e t u n e d t o t h e l o c a l e n v i r o n m e n t , t h e y s t i l l m a y d i f f e r f r o m t h e a c t u a l m e a s u r e m e n t s o b t a i n e d i n t h e s a m e e n v i r o n m e n t . H e n c e . o n e o f t h e m a j o r a c t i v i t i e s o f t h i s r e s e a r c h i s t o c o m p r e h e n s i v e l y a n a l y z e t h e d e v i a t i o n b e t w e e n p r e d i c t e d a n d a c t u a l m e a s u r e m e n t s . T h i s s e c t i o n d e s c r i b e s t h e m e t h o d o l o g y u s e d f o r t h a t t a s k . T h e d e v i a t i o n a n a l y s i s c a n b e d i v i d e d i n t o t w o m e t h o d s . I . C e l l - w i s e a n a l y s i s J I I . F i n g e r p r i n t - w i s e a n a l y s i s 3 . 2 . 1 C e l l - w i s e A n a l y s i s T h e d e v i a t i o n i s a n a l y z e d s e p a r a t e l y f o r e a c h c e l l . T h i s u s e s t h e m e a s u r e m e n t s o b t a i n e d a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s w i t h i n t h e c o v e r a g e a r e a o f t h e c e l l a n d t h e p r e d i c t i o n s o f t h e s a m e l o c a t i o n s . T h i s i s d o n e a c c o r d i n g t o t h e E q u a t i o n ( 3 . 1 ) . w h i c h c o m p u t e s t h e R o o t M e a n S q u a r e E r r o r f o r a c e l l . R M S E k = 1 \ I -"f)RSS~; 1 - R S S ' k . i ) 2 N k 1 = \ ( 3 . 1 ) \ \ h e r e R M S E k - M e a n S q u a r e E r r o r o f k 1 1 1 c e l l R S S k 1 - M e a s u r e d R e c e i v e d S i g n a l S t r e n g t h o f k 1 1 1 c e l l a t i 1 1 1 l o c a t i o n R S S ' k 1 - P r e d i c t e d R e c e i v e d S i g n a l S t r e n g t h o f k 1 1 1 c e l l a t i 1 1 1 p o s i t i o n N k - T o t a l N u m b e r o f t e s t p o i n t s f o r t h e k 1 h c e l l I h e R M S E p e r c e l l i s c a l c u l a t e d i n t w o w a y s . w h i c h d i f f e r i n t h e m a n n e r t h e v a l u e s a r c s u b s t i t u t e d . I n f i r s t . t h e R S S v a l u e s a r e s u b s t i t u t e d i n d B m f o r E q u a t i o n 3 . 1 a n d t h e R M S E v a l u e i s c o m p u t e d i n d B . T h e n e x t m e t h o d i n v o l v e s s u b s t i t u t i n g t h e R S S \ a l u e s i n m W . a n d c o m p u t i n g R M S E i n m W w h i c h i s t h e n c o n v e r t e d t o d B m b y w k i n g l o g . 3 5 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o f . . , ' Y 3 . 2 . 2 F i n g e r p r i n t - w i s e a n a l y s i s F i n g e r p r i n t - w i s e a n a l y s i s i n c l u d e s c a l c u l a t i n g t h e r o o t m e a n s q u a r e e r r o r b e t w e e n t h e p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s , u s i n g t h e E q u a t i o n ( 3 . 2 ) a n d ( 3 . 3 ) . W h e r e R M S E , R S S m e a n . J R S . . . . , S . , ' m e a n . t N 3 . 3 P o s i t i o n i n g A l g o r i t h m R M S E , = . . J [ R S S m e " " ' - R S S , m e w u f (~_2) \ R S S / 1 1 ' " " ' = : , L R S ' S d I Y k~l ( 3 . 3 ) " - R o o t M e a n S q u a r e E r r o r f o r i 1 1 1 f i n g e r p r i n t - M e a n v a l u e o f t h e m e a s u r e d s i g n a l s t r e n g t h o f a l l c e l l s a t i 1 1 1 f i n g e r p r i n t - M e a n v a l u e o f t h e p r e d i c t e d s i g n a l s t r e n g t h o f a l l t h e c e l l s a t i 1 1 1 f i n g e r p r i n t , c a l c u l a t e s s i m i l a r t o 3 . 3 - T o t a l n u m b e r o f c e l l s p e r f i n g e r p r i n t ! h e b a s i c s t e p s o f l o c a t i o n e s t i m a t i o n i n f i n g e r p r i n t i n g m e t h o d s a r e d e s c r i b e d i n \,:~1!\lll 2 . : 2 . . 2 . T h e m e t h o d o l o g y a p p l i e d f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n i n t h i s r e s e a r c h i s p r e s e n t e d i n t h i s s e c t i o n . T h e p o s i t i o n i n g a l g o r i t h m c o n s i s t s o f t w o p h a s e s , n a m e l y f i n g e r p r i n t f i l t e r i n g a n d l o c a t i o n e s t i m a t i o n . 3 . 3 . 1 F i n g e r p r i n t F i l t e r i n g I n o r d e r t o r e d u c e t h e b u r d e n e n c o u n t e r e d i n c o r r e l a t i o n p r o c e s s , t h e n u m b e r o f d a t a b a s e f i n g e r p r i n t s t o b e c o r r e l a t e d i s l i m i t e d u s i n g s o m e f i l t e r i n g c r i t e r i a . T h e i d e a o f t i l t e r i n g i s t o s o r t o u t t h e p o t e n t i a l s o l u t i o n s f o r t h e l o c a t i o n e s t i m a t i o n p r o b l e m . I n p a r t i c u l a r . t h e u s e o f s e r v i n g c e l l i n f o r m a t i o n i s m u c h a p p l i c a b l e s i n c e t h e s e r v i n g c e l l d c t i n e s a p r o b a b l e a r e a t o l o c a t e t h e m o b i l e s t a t i o n . I n a d d i t i o n . T i m i n g A d v a n c e p c t r a m e t e r a v a i l a b l e i n G S M n e t w o r k s [ 3 2 ] i s a n o t h e r o p t i o n . b u t t h e f a c t t h a t t h e 3 6 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o g y c o r r e c t t i m i n g a d v a n c e v a l u e c a n b e m e a s u r e d o n l y i n a c t i v e m o d e . p r e v e n t s i t b e i n g a p p l i e d i n t h i s r e s e a r c h ( a s t h e m e a s u r e m e n t s a r e t a k e n i n i d l e m o d e ) . A . : V o 1 · e ! F i l t e r i n g A p p r o a c h I t w a s o b s e r v e d t h a t t h e m e a s u r e d d a t a b a s e w i t h h i g h r e s o l u t i o n c o n t a i n s a c o n s i d e r a b l e n u m b e r o f f i n g e r p r i n t s h a v i n g s a m e s e r v i n g c e l l . T h i s l e a d s t o t h e s e l e c t i o n o f a f a r a w a y f i n g e r p r i n t a s t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n b y r e m o v i n g t h e c l o s e r o n e s i n t h e m a t c h i n g p r o c e s s . T h i s s c e n a r i o i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3 . 7 . 6 . 8 0 2 6 . 8 6 . 7 9 8 6 . 7 9 6 6 . 7 9 4 ~ : : : J 6 . 7 9 2 . . . . . . ~ 6 . 7 9 6 . 7 8 8 6 . 7 8 6 6 . 7 8 4 6 . 7 8 2 7 9 . 8 9 2 1 1 ' 7~ 2~«f A c t u a l l o c 10~ 3 3 E s t i m a t e d l o c a 2 0 0 m 4 0 0 m 6 0 0 m B O O m 1 0 0 0 m 7 9 . 8 9 5 7 9 . 9 7 9 . 9 0 5 l o n g i t u d e 7 9 . 9 1 7 9 . 9 1 5 7 9 . 9 F i g u r e 3 . 7 : F a r a w a y e s t i m a t i o n w h e n f i l t e r i n g o n l y b y s e r v i n g c e l l O r i g i n a l i s i n c o l o u r A c c o r d i n g t o F i g u r e 3 . 7 . t h e r e a r e s e v e r a l f i n g e r p r i n t s h a v i n g s a m e s e r v i n g c e l l a s t h e l o c a t i o n m e a s u r e m e n t . A m o n g t h e m . t h e D C M w i t h m i n i m u m c o s t e s t i m a t i o n h a s s e l e c t e d a f a r a w a y f i n g e r p r i n t a s e s t i m a t e d l o c a t i o n . v v h e n c l o s e r f i n g e r p r i n t s e x i s t . T h e r e f o r e i f t h o s e f i n g e r p r i n t s a r e f u r t h e r f i l t e r e d i n o r d e r t o s e l e c t o n l y t h e c l o s e s t o n e s . t h e n t h e e s t i m a t i o n w o u l d b e m u c h a c c u r a t e . H e n c e . a n e x t e n s i o n t o f i l t e r i n g a p p r o a c h i s p r o p o s e d i n t h i s r e s e a r c h . i n w h i c h t h e f i n g e r p r i n t s a r e f i r s t f i l t e r e d b a s e d o n t h e s e r v i n g c e l l a n d a s c o r e i s c a l c u l a t e d f o r e a c h f i l t e r e d f i n g e r p r i n t u s i n g E q u a t i o n 3 . 4 . A f t e r t h a t , t h e f i r s t K - n u m b e r o f f i n g e r p r i n t s h a v i n g t h e h i g h e s t s c o r e v a l u e s a r e s e l e c t e d a s t h e n e i g h b o r s o f t h e l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d . 3 7 C h a p t e r 3 - M e t h o d o ! O f - , ' Y S c o r e ( i ) = ( N u m b e r o ( m a t c h i n g c e l l s i n m e a s u r e m e n t & t h e F i n g e r p r i n t ) M a x ( N u m h e r o f c e l l s i n M e a s u r e m e n t , N u m h e r o { c e l l s i n F i n g e r p r i n t ) ( 3 . 4 ) W h e r e s c o r e ( i ) - S c o r e o f t h e i 1 1 1 F i n g e r p r i n t I n E q u a t i o n ( 3 . 4 ) , t h e n u m b e r o f c e l l s c o n t r i b u t i n g t o b o t h f i n g e r p r i n t a n d t h e m e a s u r e m e n t i s r e f e r r e d a s m a t c h i n g c e l l s . T h e n o v e l m e t h o d i s b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t i f t h e n u m b e r o f m a t c h i n g c e l l s a r e h i g h e r . t h e c l o s e r t h e f i n g e r p r i n t t o t h e l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d . T h i s c a n b e p r o v e d t a k i n g t h e s a m e e x a m p l e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3 . 7 . I n F i g u r e 3 . 7 . t h e r e e x i s t a c o n s i d e r a b l e n u m b e r o f f i n g e r p r i n t s w h i c h a r e w i t h i n 2 0 0 m f r o m t h e a c t u a l l o c a t i o n . T h e T a b l e 3 . 1 s h o w s t h e s c o r e v a l u e s a n d t h e c o s t v a l u e s c a l c u l a t e d f o r s o m e f i n g e r p r i n t s . T a b l e 3 . I : S c o r e v a l u e s a n d c o s t v a l u e s o f f i n g e r p r i n t s F P I D # o f m a t c h i n g c e l l s S c o r e C o s t 2 6 5 0 . 8 3 3 3 3 3 3 3 5 . 3 1 5 3 2 7 5 0 . 8 3 3 3 3 3 3 3 5 . 3 6 6 7 2 5 9 5 0 . 6 2 5 3 3 0 . 3 1 9 3 2 5 8 5 0 . 5 5 5 5 5 6 3 3 0 . 5 2 7 9 2 6 3 ' " ) 0 . 3 7 5 3 3 2 . 9 4 6 8 . ) 2 1 3 4 0 . 3 6 3 6 3 6 3 3 3 . 3 9 0 9 2 5 4 ' " ) 0 . 3 3 3 3 3 3 3 2 8 . 0 0 7 8 . ) 3 3 2 0 . 2 8 5 7 1 4 3 2 2 . ; 9 3 ' W i t h o u t t h e n o v e l f i l t e r i n g m e t h o d . t h e a l g o r i t h m s e l e c t s t h e F i n g e r p r i n t 3 3 a s t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n a s i t h a s t h e l o w e s t c o s t a m o n g a l l . W h e n t h e n u m b e r o f m a t c h i n g c e l l s i s c o n s i d e r e d . F i n g e r p r i n t s 2 6 . 2 7 , 2 5 9 a n d 2 5 8 p r o v e d t o b e c l o s e r t h a n F i n g e r p r i n t 3 3 . A m o n g t h e m , F i n g e r p r i n t 2 6 & 2 7 h a s t h e h i g h e s t s c o r e a n d t h e n o v e l f i l t e r i n g m e t h o d s e l e c t s t h o s e t w o a s t h e p o t e n t i a l s o l u t i o n s . A m o n g s t , t h e f i n g e r p r i n t 3 8 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o g y 2 6 h a s t h e l o w e s t c o s t a n d t h e l o c a t i o n o f t h a t i s s e l e c t e d t o b e t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n \ \ i t h n o v e l a p p r o a c h . T h i s r e s u l t i s s h o w n i n F i g u r e 3 . 8 . 6 . 7 9 6 6 . 7 9 5 6 . 7 9 4 6 . 7 9 3 6 . 7 9 2 Q J " 0 . 2 6 . 7 9 1 : @ 6 . 7 9 6 . 7 8 9 6 . 7 8 8 6 . 7 8 7 6 . 7 8 6 7 9 . 8 9 6 E s t i m a t e d A c t u a l L o c a t i o n ~ / L o c a t i o n 2 6 2 1 ' * " 7 9 . 8 9 8 7 9 . 9 7 9 . 9 0 2 l o n q i t u d e 7 9 . 9 0 4 7 9 . 9 0 6 F i g u r e 3 . 8 : R e s u l t s u s i n g n o v e l f i l t e r i n g a p p r o a c h O r i g i n a l i s i n c o l o u r 1 0 0 m 2 0 0 m 3 0 0 m 4 0 0 m 5 0 0 m 7 9 . 9 0 I k n e e . t h e n o v e l f i l t e r i n g m e t h o d h a s t h e a b i l i t y o f f i l t e r i n g o u t l i e r s . T h i s f i l t e r i n g m e t h o d i s t e s t e d w i t h d i f f e r e n t K v a l u e s f o r b e t t e r p e r f o r m a n c e . 3 . 3 . 2 L o c a t i o n E s t i m a t i o n L o c a t i o n e s t i m a t i o n p h a s e i n c l u d e s f i n d i n g t h e b e s t s o l u t i o n o u t o f p o t e n t i a l s o l u t i o n s t i l t c r e d i n f i l t e r i n g p r o c e s s . T h i s i n v o l v e s a c o r r e l a t i o n a l g o r i t h m f o r f i n g e r p r i n t m a t c h i n g . A s d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2 . 2 . 2 , s e v e r a l m a t c h i n g t e c h n i q u e s a r e a v a i l a b l e i n l i t e r a t u r e . T h i s s e c t i o n d e s c r i b e s t h e a u t h o r ' s a p p r o a c h e s i n f i n g e r p r i n t m a t c h i n g . T i l l ' c o r r e l a t i o n f u n c t i o n u s e d f o r t h i s p u r p o s e i s k n o w n a s C o s t F u n c t i o n . a n d t h e c o r r e l a t i o n c o - e f f i c i e n t i s k n o w n a s t h e c o s t . A l t o g e t h e r f i v e C o s t F u n c t i o n s h a v e b e e n U S L ' d t o c o m e u p w i t h a b e s t s o l u t i o n f o r e a c h e n v i r o n m e n t . A l m o s t a l l t h e C o s t r u n c t i o n s a r e b a s e d o n t h e s i g n a l d i s t a n c e b e t w e e n t h e d a t a b a s e f i n g e r p r i n t a n d t h e 1 1 1 L ' a s u r e m e n t t a k e n a t t h e l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d . l ! n a l l y . t h e l o c a t i o n o f t h e d a t a b a s e f i n g e r p r i n t g i v i n g a s m a l l e s t d i s t a n c e f r o m t h e l l l L " C t s u r e m e n t i s t a k e n a s t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n . 3 9 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o : - , r ; · ( ' o s t F u n c t i o n - 0 I h i s i s t h e s i m p l e s t f o r m o f t h e C o s t F u n c t i o n s , w h i c h c o n s i d e r s o n l y t h e c e l l s p r e s e n t 1 1 1 h o t h f i n g e r p r i n t a n d t h e m e a s u r e m e n t . T h e f u n c t i o n i s d e f i n e d i n l · . q ~.5. d ( k ) = I u ; - g ( k ) ) 2 ( 3 . 5 ) \ \ h e r e d ( k ) - C o s t f o r k 1 1 1 f i n g e r p r i n t f _ R S S o f i 1 1 1 h e a r a b l e c e l l i n t h e l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d " ' g l k ) - R S S o f t h e s a m e i 1 1 1 c e l l i n k 1 h d a t a b a s e f i n g e r p r i n t T h e s u m m a t i o n i s t a k e n o v e r t h e c e l l s w h i c h a r e f o u n d i n f i n g e r p r i n t a n d m e a s u r e m e n t b o t h . 1 ! ( · o s t F u n c t i o n - 1 I h e r e e x i s t s i t u a t i o n s w h e r e . s o m e c e l l s a r e h e a r a b l e a t t h e l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d , h u t a r e n o t a p p e a r i n g i n t h e f i n g e r p r i n t a n d t h e c e l l s w h i c h a r e s i g n i f i c a n t i n t h e f i n g e r p r i n t a r e i n s i g n i f i c a n t a t t h e l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d . I n s u c h c a s e s t h e s i g n a l ~trengths o f t h o s e c e l l s c a n b e a d d e d a s a p e n a l t y f o r t h e c o s t c a l c u l a t e d i n I · g i v i n g a n e w C o s t F u n c t i o n d e f i n e d i n E q u a t i o n 3 . 6 . d ( k ) = I c t : - g,(k))~ + z:.r~ + z : g , ( k ) ( 3 . 6 ) J \ \ h e r e _ R S S o f t h e / h h e a r a b l e c e l l a t l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d w h i c h i s n o t a p p e a r i n g 1 1 1 t h e k 1 1 1 d a t a b a s e f i n g e r p r i n t g J k J - R S S o f t h e 1 1 1 1 h e a r a b l e c e l l i n t h e d a t a b a s e f i n g e r p r i n t w h i c h i s n o t b e a r a b l e ; t t t h e l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d I h e s e c o n d a n d t h i r d p a r t s o f t h e E q u a t i o n a r e k n o w n a s p e n a l t y t e r m s . ( ' o s t F u n c t i o n - 2 t o s t F u n c t i o n - 2 i s a d e r i v a t i v e o f C o s t F u n c t i o n - I w i t h a m o d i f i e d p e n a l t y t e r m . I n t o s t F u n c t i o n - 1 . t h e R S S o f a p e n a l t y c e l l i s d i r e c t l y s u b s t i t u t e d a s p e n a l t y . H o w e v e r , i t i s r e a s o n a b l e t o t h i n k t h a t a p a r t i c u l a r c e l l i s n o t a p p e a r i n g i n t h e f i n g e r p r i n t o r t h e 1 1 1 e a s u r e m e n t b e c a u s e t h e s i g n a l s t r e n g t h f r o m t h a t c e l l i s e x t r e m e l y l o w a t t h o s e l \ 1 c a t i o n s . H e n c e , t h o s e m i s s i n g s i g n a l s t r e n g t h s i n f i n g e r p r i n t o r t h e m e a s u r e m e n t c a n 4 0 O c C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o t - , ' Y b e r e p l a c e d b y t h e t h r e s h o l d l e v e l o f t h e r e c e i v e r a s s h o w n i n L q u a t i o n 3 . 7 . T h i s f o r m o f t h e C o s t F u n c t i o n s c a n b e f o u n d i n t h e l i t e r a t u r e a s w e l l [ 3 6 ] . d ( k ) = I c r , - g , C k ) ) 2 + I c J , - l , J 2 + Iu~~~-g 1 ( k ) ) 2 ( 3 . 7 ) W h e r e l m - R e c e i v e r T h r e s h o l d ( u s u a l l y - l O O d B m ) D . ( ' o s t F u n c t i o n - 3 C o s t F u n c t i o n - 3 i s a m o d i f i e d v e r s i o n o f C o s t F u n c t i o n - 0 b y i n t r o d u c i n g t h e a v e r a g i n g o f t h e c o s t o v e r t h e n u m b e r o f m a t c h i n g c e l l s i n b o t h f i n g e r p r i n t a n d t h e m e a s u r e m e n t a n d d e f i n e d i n E q u a t i o n ( 3 . 8 ) . \ I I c ; ; - g , ( k ) ) 2 ! = I d ( k ) = N 1 ( 3 . 8 ) W h e r e : N l - N u m b e r o f c e l l s p r e s e n t i n b o t h m e a s u r e m e n t a n d F i n g e r p r i n t T h e s i g n i f i c a n c e o f t h i s C o s t F u n c t i o n i s d e s c r i b e d b e l o w . I n s i g n a l s t r e n g t h m a t c h i n g s c e n a r i o . i t i s r e a s o n a b l e t o t h i n k t h a t . i f t h e n u m b e r o f m a t c h i n g c e l l s f o r o n e f i n g e r p r i n t a n d t h e m e a s u r e m e n t i s g r e a t e r t h a n t h a t f o r a n o t h e r f i n g e r p r i n t a n d t h e m e a s u r e m e n t . t h e n t h e f o r m e r f i n g e r p r i n t i s c l o s e r t o t h e l o c a t i o n t o b e e s t i m a t e d t h a n t h e l a t t e r . S t i l l , t h e r e i s a p o s s i b i l i t y o f s e l e c t i n g l a t t e r f i n g e r p r i n t a s t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n w h e n u s i n g C o s t F u n c t i o n - 0 . T h i s i s F i n g e r p r i n t - ! C e l l A - 6 S d 8 1 C e l l B - 7 0 d B C e i i C - 7 l d B C e l l D C e l l E F i n g e r p r i n t - 2 C e l l A - 6 5 d B m C e l l B - 7 2 d B m C e l l C - 7 0 d B m C e l l D - 9 0 d B m C e l l F - 8 9 d B m M e a s u r e m e n t C e l l A - 6 8 d B m C e l l B - 7 0 d B m C e i i C - 7 5 d B m C e l l E - 9 0 d B m C o s t F u n c t i o n - 0 C o s t F u n c t i o n - 3 F i g u r e 3 . 9 : S i g n i f i c a n c e o f C o s t F u n c t i o n - 3 4 1 i n h F P C o s t - + 4 1 2 - + J B 3 . 9 . F P C o s t I - + 1 0 . 2 : ' 2 - + 1 2 . 6 7 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o A r y : \ c c o r d i n g t o F i g u r e 3 . 9 . t h e n u m b e r o f m a t c h i n g c e l l s i n f i n g e r p r i n t 1 & t h e m e a s u r e m e n t i s 4 a n d t h a t i n f i n g e r p r i n t 2 a n d m e a s u r e m e n t i s 3 . H e n c e i t i s r e a s o n a b l e t o t h i n k t h a t t h e f i n g e r p r i n t 1 i s c l o s e r t o t h e m e a s u r e m e n t l o c a t i o n t h a n f i n g e r p r i n t - 2 . H o w e v e r . t h e C o s t F u n c t i o n - 0 g i v e s a l o w e s t c o s t f o r f i n g e r p r i n t 2 . s e l e c t i n g i t t o b e t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n . W h e n t h e n e w l y d e f i n e d C o s t F u n c t i o n - 3 i s a p p l i e d . i t s e l e c t s t h e f i n g e r p r i n t - 2 a s t h e b e s t m a t c h i n g o n e , w h i c h i s t r u e a c c o r d i n g t o a b o v e a r g u m e n t . F C ' o s t F u n c t i o n - - / " l h e a u t h o r p r o p o s e s a n o t h e r C o s t F u n c t i o n w h i c h i s a d e r i v a t i v e o f C o s t F u n c t i o n - 2 . A s i m i l a r a r g u m e n t a s a p p l i e d i n r e l a t i o n t o C o s t F u n c t i o n - 3 c a n b e u s e d t o d e s c r i b e t h e v a l i d i t y o f C o s t F u n c t i o n - 4 a s w e l l . T h e r e s u l t i n g C o s t F u n c t i o n i s g i v e n i n f q u a t i o n \ I . \ 2 \ ' 3 L ( I - x , ( k ) ) " L l I ) 1 I u / 1 1 - x , ( k ) ) l ( , I - 1 1 1 d ( k ) = t~l + ,~1 + /~1 N l N 2 N 3 ( 3 . 9 ) W h e r e N 1 - N u m b e r o f c e l l s p r e s e n t i n b o t h m e a s u r e m e n t a n d t h e f i n g e r p r i n t N 2 - N u m b e r o f c e l l s p r e s e n t i n m e a s u r e m e n t b u t n o t i n f i n g e r p r i n t N 3 - N u m b e r o f c e l l s p r e s e n t i n F i n g e r p r i n t b u t n o t i n m e a s u r e m e n t I n t h e l o c a t i o n e s t i m a t i o n p r o c e s s a l l t h e s e f i v e C o s t F u n c t i o n s h a v e b e e n a p p l i e d t o g e t h e r w i t h t w o f i l t e r i n g m e t h o d s d e s c r i b e d i n S e c t i o n 3 . 3 . 1 . F i g u r e 3 . 1 0 i l l u s t r a t e s a l l t h e a p p r o a c h e s t a k e n i n l o c a t i o n e s t i m a t i o n p r o c e s s t o c o m e u p w i t h a b e s t s o l u t i o n u s i n g a m e a s u r e d d a t a b a s e . 4 2 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o g y P o s i t i o n i n g A l g o r i t h m ~ ~ ~ F i l t e r F i n g e r p r i n t s b y F i l t e r F i n g e r p r i n t s b y S e r v e C e l l - ( A ) S e r v e C e l l - ( B ) ~ ~ I , o c a t i o n E s t i m a t i o n b y F u r t h e r f i l t e r i n g u s i n g S c o r e C o s t f u n c t i o n 0 - 4 F u n c t i o n w i t h D i f f e r e n t K v a l u e s ( S c o r e _ K ) L o c a t i o n E s t i m a t i o n b y C o s t f u n c t i o n 0 - 4 F i g u r e 3 . 1 0 : D i f f e r e n t a p p r o a c h e s o f P o s i t i o n i n g A l g o r i t h m · ' A C a l i b r a t i o n P r o c e s s \ c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s s h o w n i n , i t i s e v i d e n t t h a t t h e r e e x i s t a , 1 m s i d e r a b l e d e v i a t i o n b e t w e e n t h e p r e d i c t e d s i g n a l s t r e n g t h a n d a c t u a l s i g n a l ' t r e n g t h . F u r t h e r , t h e r e s u l t s i n S e c t i o n 5 . 2 s h o w t h a t t h e p e r f o r m a n c e o f D a t a b a s e ( 1 J 1 T e l a t i o n M e t h o d u s i n g a p r e d i c t e d d a t a b a s e i s i n f e r i o r t o t h a t u s i n g a M e a s u r e d I > a t a b a s e i n a l l t h r e e e n v i r o n m e n t s , u r b a n , s u b u r b a n & r u r a l . H e n c e t h e a u t h o r ' s ~ • h j e c t i v e i s t o d e v e l o p a t e c h n i q u e t h a t c a n b e u s e d t o m i n i m i z e t h e d e v i a t i o n b e t w e e n r n e a s u r e d a n d p r e d i c t e d s i g n a l s t r e n g t h s s u c h t h a t t h e p e r f o r m a n c e o f D C M i s t t n p r o v e d . 1 h e a p p r o a c h o f c o r r e c t i n g p r e d i c t e d s i g n a l s t r e n g t h s u s i n g a l e s s e r n u m b e r o f 1 r 1 e a s u r e d d a t a i s a p p l i e d a n d t h i s i s r e f e r r e d t o a s C a l i b r a t i o n t h r o u g h o u t t h i s t h e s i s . I h e a p p r o a c h e s t a k e n i n d e s i g n i n g a c a l i b r a t i o n t e c h n i q u e a r e c o m p r e h e n s i v e l y , : J S c u s s e d i n t h i s s e c t i o n . I \ \ O a p p r o a c h e s h a v e b e e n t a k e n , n a m e l y , N e u r a l N e t w o r k b a s e d A p p r o a c h a n d ( u r v e F i t t i n g b a s e d a p p r o a c h . T h e s e t w o a p p r o a c h e s w i l l b e d i s c u s s e d i n S e c t i o n · . · t . l & 3 . 4 . 2 r e s p e c t i v e l y . 4 3 C h a p t e r 3 - M e t h o d o f o f . . , r ; ' C a l i b r a t i o n A p p r o a c h e s ~ ~ ~ N e u r a l N e t w o r k C u r v e F i t t i n g b a s e d a p p r o a c h b a s e d a p p r o a c h F i g u r e 3 . 1 1 : A p p r o a c h e s f o r c a l i b r a t i o n , · u r t h e r m o r e . t h e a u t h o r h a s i d e n t i f i e d t w o v a r i a n t s o f c a l i b r a t i o n p r o c e s s c a l l e d . C e l l - ' i : - ; e C a l i b r a t i o n a n d F i n g e r p r i n t - w i s e C a l i b r a t i o n . C e l l - w i s e C a l i b r a t i o n i s d e f i n e d a s , \ l l T c c t i n g t h e p r e d i c t e d s i g n a l s t r e n g t h s o f d i f f e r e n t c e l l s s e p a r a t e l y . H e r e . a 'c~libration t e c h n i q u e b a s e d o n n e u r a l n e t w o r k s o r c u r v e f i t t i n g i s d e s i g n e d f o r e a c h , L~ll s e p a r a t e l y . I n c o n t r a s t t o t h a t . F i n g e r p r i n t - w i s e C a l i b r a t i o n i n v o l v e s d e s i g n i n g a : . . : l o b a l c a l i b r a t i o n t e c h n i q u e f o r a p a r t i c u l a r e n v i r o n m e n t s u c h t h a t a l l t h e p r e d i c t e d : i n g e r p r i n t s c o u l d b e c o r r e c t e d t o g e t h e r . T h e a u t h o r h a s i d e n t i f i e d c h a r a c t e r i s t i c s o f ' l ' l t h v a r i a n t s a s l i s t e d i n T a b l e 3 . : ? a n d s e l e c t e d t h e o n e s u i t a b l e i n a c h i e v i n g g o a l s . \ w o r k s i m i l a r t o F i n g e r p r i n t - w i s e c a l i b r a t i o n h a s b e e n d o n e [ : I 7 ] t o c a l i b r a t e J l r c d i c t e d f i n g e r p r i n t s u s i n g n e u r a l n e t w o r k s . i n w h i c h a l l t h e f i n g e r p r i n t s f o r t h e " L ' k c t e d a r e a a r e c a l i b r a t e d u s i n g a s i n g l e n e u r a l n e t w o r k w i t h 2 4 i n p u t s a n d 2 2 ' 1 u t p u t s . 2 4 i n p u t s c o n s i s t o f 2 2 p r e d i c t e d R S S f r o m 2 2 d i s t i n c t c e l l s w i t h i n t h e " e l e c t e d a r e a a n d 2 l o c a t i o n c o o r d i n a t e s w h i l e 2 2 o u t p u t s c o r r e s p o n d t o t h e p r e d i c t e d 1 \ S S o f e a c h c e l l i n t h e i n p u t . T h i s k i n d o f a t o p o l o g y h a s s e v e r a l d r a w b a c k s i n p r a c t i c a l i m p l e m e n t a t i o n . S i n c e t h e n u m b e r o f i n p u t s a n d o u t p u t s a r e h i g h e r i t r e q u i r e s l l l o r c p r o c e s s i n g p o w e r i n t r a i n i n g t h e n e u r a l n e t w o r k f o r b e t t e r a p p r o x i m a t i o n . I n < t d d i t i o n . i f t h i s i s t o b e i m p l e m e n t e d i n l a r g e . d y n a m i c n e t w o r k s w h e r e t h e n e w c e l l s c~re a d d e d f r e q u e n t l y . t h e w h o l e n e u r a l n e t w o r k s h o u l d b e r e - t r a i n e d f o r t h e e n t i r e a r e a \ \ t t h t h e a d d i t i o n o f n e w i n p u t a n d o u t p u t . i . e . t h e t o p o l o g y o f t h e n e u r a l n e t w o r k ~hould b e c h a n g e d w i t h t h e c h a n g e s i n n e t w o r k . I n a d d i t i o n m o r e w o r k i s n e e d e d i n l t n d i n g a n o p t i m u m c a l i b r a t i o n t e c h n i q u e . 4 4 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o g y T a b l e 3 . 2 : C h a r a c t e r i s t i c s o f C e l l - w i s e c a l i b r a t i o n a n d F i n g e r p r i n t - w i s e c a l i b r a t i o n C e l l - w i s e C a l i b r a t i o n I · P r e d i c t i o n s o f e a c h c e l l a r e c a l i b r a t e d s e p a r a t e l y I e I . I f n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s a r e u s e d . t h e n e t w o r k t o p o l o g y I S I • s i m p l e F i n g e r p r i n t - w i s e C a l i b r a t i o n P r e d i c t i o n s o f a l l t h e c e l l s a r e c a l i b r a t e d u s i n g a s i n g l e t e c h n i q u e T h e n e t w o r k t o p o l o g y i s c o m p l e x m u s i n g n e u r a l n e t w o r k s - ' • P o s s i b i l i t y o f a p p l y i n g c u r v e f i t t i n g j • T h e p o s s i b i l i t y o f a p p l y i n g c u r v e t e c h n i q u e s i s t h e r e f i t t i n g t e c h n i q u e s i s l e s s ' • T h e m a i n t e n a n c e b u r d e n i n v o l v e d I • T h e w o r k l o a d i n v o l v e d i n a d d i n g i n a d d i n g n e w c e l l s t o t h e n e t w o r k i s l o w 1 • P o s s i b l e t o a c h i e v e h i g h e r a c c u r a c i e s a s t h e p r e d i c t i o n s o f e a c h c e l l a r e o p t i m i z e d s e p a r a t e l y n e w c e l l s t o t h e n e t w o r k i s h i g h • S i n c e t h e p r e d i c t i o n s o f a l l c e l l s a r e o p t i m i z e d t o g e t h e r m o r e s o p h i s t i c a t e d o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s a r e n e e d e d f o r b e t t e r o p t i m i z a t i o n D e s p i t e t h e f a c t t h a t c e l l - w i s e c a l i b r a t i o n i n v o l v e s c a l i b r a t i n g t h e p r e d i c t i o n s o f e a c h c e l l s e p a r a t e l y . i t r e q u i r e s a l o w e r m a i n t e n a n c e w o r k i n a d d i n g n e w c e l l s t o t h e n e t w o r k a f t e r d e p l o y m e n t . I n a d d i t i o n . i t h a s t h e p o t e n t i a l f o r h i g h e r a c c u r a c i e s a s t h e p r e d i c t i o n s a r e o p t i m i z e d p e r c e l l . F u r t h e r m o r e , i t p r o v i d e s a s i m p l e b u t o p t i m u m s o l u t i o n f o r c a l i b r a t i o n t h a n F i n g e r p r i n t - w i s e a p p r o a c h . D u e t o t h e s e r e a s o n s . C e l l - v v i s e c a l i b r a t i o n i s s e l e c t e d f o r c a l i b r a t i o n p r o c e s s o f t h i s r e s e a r c h . T h e f o l l o w i n g s e c t i o n s d e s c r i b e t h e a p p l i c a t i o n o f n e u r a l n e t w o r k s a n d ~urve f i t t i n g • : j l . . . · ' f o r c e l l - w i s e c a l i b r a t i o n . 3 . 4 . 1 N e u r a l N e t w o r k b a s e d A p p r o a c h ' ? 6 : ·:~ . . . \ : ·~ . . ~. ~· --~. N e u r a l N e t w o r k s b e i n g u n i v e r s a l a p p r o x i m a t o r s . m a k e s t h e m a p p l i c a b l e f o r t h e c a l i b r a t i o n p r o b l e m i n t h i s r e s e a r c h a s i t a l s o a t t e m p t s t o a p p r o x i m a t e a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e p r e d i c t i o n s a n d a c t u a l s i g n a l s t r e n g t h s w i t h i n t h e c o v e r a g e r a n g e o f a c e l l . T h e f l e x i b i l i t y & t h e a b i l i t y o f d e a l i n g w i t h u n c e r t a i n d a t a m a k e t h e n e u r a l n e t w o r k s 4 5 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o K Y m o r e r o b u s t i n f u n c t i o n a p p r o x i m a t i o n . T h e a p p l i c a b i l i t y o f n e u r a l n e t w o r k s i n c a l i b r a t i o n p r o b l e m i s p r o v e d i n t h e l i t e r a t u r e [ 3 7 . 4 9 ] a s w e l l . A . S e t w o r k T o p o l o g y D e s i g n D e s i g n i n g t h e t o p o l o g y o f t h e n e u r a l n e t w o r k s i n v o l v e s d e c i d i n g o n n u m b e r o f i n p u t s . n u m b e r o f o u t p u t s . n u m b e r o f h i d d e n l a y e r s . a n d n u m b e r o f n e u r o n s t o b e u s e d 1 1 1 e a c h l a y e r a n d t r a n s f e r f u n c t i o n s f o r e a c h l a y e r . T h e n u m b e r o f i n p u t s a n d t h e o u t p u t s s h o u l d b e s e l e c t e d a p p r o p r i a t e l y f o r t h e p r o b l e m . I t i s n e e d e d t o i d e n t i f y t h e v a r y i n g p a r a m e t e r s r e l a t e d t o t h e p r o b l e m . G o a l o f t h e c e l l - w i s e c a l i b r a t i o n i s t o m i n i m i z e t h e d e v i a t i o n b e t w e e n p r e d i c t e d s t r e n g t h a n d a c t u a l s t r e n g t h . T h e s i g n a l s t r e n g t h d i f f e r s f r o m l o c a t i o n t o l o c a t i o n a n d v a r i e s w i t h t h e d i s t a n c e f r o m t r a n s m i t t e r . T h e r e f o r e t h e p a r a m e t e r s a p p l i c a b l e f o r t h i s s c e n a r i o a r e p r e d i c t e d s i g n a l s t r e n g t h . l o c a t i o n o f t h e p r e d i c t i o n . l o c a t i o n o f t h e t r a n s m i t t e r a n d d i s t a n c e f r o m t h e t r a n s m i t t e r . T h e o u t p u t i s o b v i o u s l y t h e c o r r e c t e d s i g n a l s t r e n g t h . A p a r t f r o m t h i s . i t i s p o s s i b l e t o v a r y t h e f o r m a t o f t h e i n p u t a n d t h e o u t p u t . T h e n u m b e r o f h i d d e n l a y e r s i n n e u r a l n e t w o r k i s r e l a t e d t o t h e c o m p l e x i t y o f t h e n e t w o r k . M o r e h i d d e n l a y e r s p r o v i d e b e t t e r a p p r o x i m a t i o n t o c o m p l e x f u n c t i o n s . I t i s s a i d t h a t a n e u r a l n e t w o r k w i t h o n e h i d d e n l a y e r a n d a p p r o p r i a t e n u m b e r o f h i d d e n n e u r o n s i s e n o u g h f o r m o s t f u n c t i o n a p p r o x i m a t i o n s . T h e r e f o r e , m o s t o f t h e t o p o l o g i e s d e s i g n e d b y t h e a u t h o r c o n s i s t o f o n e h i d d e n l a y e r . I n a d d i t i o n t h e n u m b e r o f n e u r o n s p e r l a y e r i s a l s o a n i m p o r t a n t p a r a m e t e r i n n e u r a l n e t w o r k d e s i g n . I n c r e a s i n g t h e n u m b e r o f n e u r o n s i n c r e a s e s t h e n u m b e r o f w e i g h t s t o b e t r a i n e d . I t i s a f a c t t h a t t h e n u m b e r o f t r a i n i n g e x a m p l e s h o u l d b e f i v e t i m e s g r e a t e r t h a n t h e n u m b e r o f w e i g h t s a n d b i a s e s t o b e t r a i n e d [ 4 8 ] . H e n c e . i t s h o u l d b e c a r e f u l w h e n i n c r e a s i n g t h e n u m b e r o f n e u r o n s a s i t m a y v i o l a t e t h e p r e v i o u s r u l e . I n t h a t v i e w . t h e a u t h o r h a s c o m e u p w i t h f i v e d i f f e r e n t n e u r a l n e t w o r k t o p o l o g i e s t o b e u s e d i n t h i s w o r k . T h o s e a r e c a t e g o r i z e d a s M u l t i - L a y e r F e e d F o r w a r d N e u r a l 1 \ i e t w o r k s a n d a r e d e s c r i b e b e l o w . ! . S i m p l e N e u r a l N e H v o r k - 1 ( s i m p l e _ N N J ) T h i s i s a s i m p l e f e e d f o r w a r d b a c k p r o p a g a t i o n n e u r a l n e t w o r k w i t h o n e h i d d e n l a y e r . f h e p a r a m e t e r s f o r t h i s a r e g i v e n b e l o w . 4 6 C h C ! p t e r 3 - \1ethodolo~y o O n e I n p u t s o u r c e [ P r e d i c t e d S t r e n g t h : L o c _ l a t ; L o c _ l o n ; C e l l _ l a t C e l l _ l o n ] o O n e h i d d e n l a y e r ( 1 0 n e u r o n s w i t h a r c t a n g e n t t r a n s f e r f u n c t i o n ) o O n e o u t p u t ( c a l i b r a t e d s t r e n g t h w i t h l i n e a r t r a n s f e r f u n c t i o n ) o P e r f o r m a n c e f u n c t i o n - R e g u l a r i z e d M e a n S q u a r e e r r o r T h e i n p u t v e c t o r t o t h i s n e u r a l n e t w o r k c o n s i s t s o f f i v e i n p u t s , i n c l u d i n g t h e p r e d i c t e d s t r e n g t h . l a t i t u d e a n d l o n g i t u d e o f t h e m e a s u r e m e n t l o c a t i o n _ , a n d l a t i t u d e a n d l o n g i t u d e o f t h e l o c a t i o n o f t h e c e l l . T h e o u t p u t o f t h e n e u r a l n e t w o r k i s t h e c a l i b r a t e d s t r e n g t h a t t h e g i v e n l o c a t i o n . T h e p e r f o r m a n c e f u n c t i o n i s s e l e c t e d t o b e t h e r e g u l a r i z e d m e a n s q u a r e e r r o r a s i t h e l p s t o i m p r o v e t h e g e n e r a l i z a t i o n [ 4 7 l T h e t o t a l n u m b e r o f \ V e i g h t s t o b e a d j u s t e d i s 6 0 i n t h i s n e u r a l n e t w o r k . 2 . C e l ! J V e u r a l ; V e l 1 t ' o r k - l ( c e l l _ N N J ) o O n e I n p u t s o u r c e [ P r e d i c t e d S t r e n g t h ; L o c _ ! a t ; L o c _ l o n ] o O n e h i d d e n l a y e r ( 8 n e u r o n s w i t h s i g m o i d t r a n s f e r f u n c t i o n ) o O n e o u t p u t ( c a l i b r a t e d s t r e n g t h w i t h l i n e a r t r a n s f e r f u n c t i o n ) o P e r f o r m a n c e f u n c t i o n - R e g u l a r i z e d M e a n S q u a r e e r r o r T h i s n e u r a l n e t w o r k r e d u c e s t h e n u m b e r o f i n p u t s t o 3 b y e l i m i n a t i n g t h e l o c a t i o n o f t h e t r a n s m i t t e r . O n e h i d d e n l a y e r w i t h 8 n e u r o n s i s u s e d t o g e t t h e c a l i b r a t e d s t r e n g t h a s t h e o u t p u t . I t c o n s i s t s o f 3 2 w e i g h t s . 3 . C u s t o m 1 V e u r a l N e t w o r k - ] ( c u s t o m N N J ) T h e t h i r d t o p o l o g y i s a c u s t o m t o p o l o g y , w h i c h d e v i a t e s f r o m t h e s t a n d a r d n e u r a l n e t w o r k s t r u c t u r e [ 4 7 ] . I t i s a c o m p l e x s t r u c t u r e w i t h f o l l o w i n g p a r a m e t e r s . o T h r e e I n p u t s o u r c e s P r e d i c t e d S t r e n g t h [ L a t i t u d e o f L o c a t i o n ; L a t i t u d e o f c e l l l o c a t i o n ] [ L o n g i t u d e o f L o c a t i o n ; L o n g i t u d e o f c e l l l o c a t i o n ] 4 7 C h a p t e r 3 - . M e t h o d o l o g y o F i v e l a y e r s ( 3 . 6 . 6 . 2 . 3 n e u r o n s w i t h a r c t a n g e n t s i g m o i d . s i g m o i d . s i g m o i d t r a n s f e r f u n c t i o n s a n d r a n d o m b i a s v a l u e s ) o O n e o u t p u t ( c a l i b r a t e d s t r e n g t h w i t h l i n e a r t r a n s f e r f u n c t i o n ) o P e r f o r m a n c e f u n c t i o n - R e g u l a r i z e d M e a n S q u a r e e r r o r T h e s t r u c t u r e o f t h e C u s t o m n e u r a l n e t w o r k - I i s s h o w n i n F i g u r e J . l : 2 . T h e t o t a l n u m b e r o f w e i g h t s a n d b i a s e s t o b e a d j u s t e d i s 6 0 . . f . . C u s t o m l v ' e u r a l N e n v o r k - 2 ( c u s t o m _ N N 2 ) _ . T h i s i s a d e r i v a t i v e o f c u s t o m n e u r a l n e t w o r k - ! w i t h r e d u c e d n u m b e r o f i n p u t s a n d l a y e r s . o O n e I n p u t s o u r c e [ P r e d i c t e d S t r e n g t h ; L o c _ I a t ; L o c _ I o n ; C e l l _ l a t ; C e l l _ l o n ] o T w o l a y e r s ( 5 , 1 0 n e u r o n s w i t h a r c t a n g e n t , a r c t a n g e n t t r a n s f e r f u n c t i o n s a n d - 1 b i a s v a l u e s ) o O n e o u t p u t ( c a l i b r a t e d s t r e n g t h w i t h l i n e a r t r a n s f e r f u n c t i o n ) o P e r f o r m a n c e f u n c t i o n - R e g u l a r i z e d M e a n S q u a r e e r r o r T h i s c o n s i s t s o f 8 0 w e i g h t s a n d b i a s e s a n d t h e s t r u c t u r e o f t h e n e u r a l n e t w o r k i s s h o w n i n l · i g u r c . 3 . 1 3 . 5 . L o s s N e u r a l N e f l m r k - 1 ( L o s s N N J ) A s m e n t i o n e d e a r l i e r , t h e f o r m a t o f t h e i n p u t a n d t h e o u t p u t o f t h e n e u r a l n e t w o r k c a n b e v a r i e d . A s s u c h , t h e L o s s N N l h a s b e e n d e s i g n e d t o o u t p u t t h e e r r o r i n s i g n a l s t r e n g t h l o s s i n p r e d i c t i o n s a n d a c t u a l m e a s u r e m e n t s . T h i s i s d e f i n e d i n h H w t i , ) n 3 . 1 O - J : . L o s s / = T r a n s m i t t e d P u w e r - P r e d i c t e d S t r e n g t h ( d B ) L o s s 2 = T r a n s m i t t e d P o w e r - A c t u a l S t r e n g t h ( d B ( 3 . 1 0 ) ( 3 . 1 1 ) E r r o r = L o s s ] - - L o s s 2 = A c t u a l s t r e n g t h - P r e d i c t e d s t r e n g t h ( d B ) ( 3 . 1 2 ) T h e n t h e c a l i b r a t e d s t r e n g t h c a n b e d e r i v e d f r o m E q u : 1 t i o n 3 . ! 3 . C a l i b r a t e d S t r e n g t h = P r e d i c t e d S t r e n g t h + E r r o r ( 3 . 1 3 ) 4 8 ,. P 1(k ) ta ns ig IW 11 1 * 1 n1 (k) 3 * 1 a1 (k) + LW s1 3 * 1 3 * 1 b1 3 * 1 pu re lin P2 (k) Y1 (k) lo gs ig + IW 2. 2 2 * 1 n 2 (k) a 2 (k) 6 *2 + lW 42 b 2 6 * 1 6 * 1 lo gs ig 2 *4 2 6 *2 a 4 (k) + LW s. 4 2 *1 p 3(k ) lo gs ig IW 3. 3 2 * 1 n 3 (k) .. 6 *2 a 3 (k) + LW 4. 3 b3 6 * 1 6 * 1 2 *4 2 6 *2 Fi gu re 3 .1 2: T op ol og y o fC us to m N eu ra l N et w or k- ! 49 P1 (k) 1~. 1 5* 1 a1 (k) LW 2,1 Ta -S g + 5 *5 5* 1 5* 1 ~( k) LW 3.1 + Ta rs g 10 * 5 5* 1 ~ Y1 (k) F't .lre 1n 10 * 1 1 * 10 + 1 * 1 1 * 1 10 * 1 10 * 1 ~ 5 - 1 1 * 10 b.3 - 1 - 1 - . Fi gu re 3 .1 3: T op ol og y o f C us to m N eu ra l N et w or k- 2 50 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o g y T h e p a r a m e t e r s f o r t h e n e u r a l n e t w o r k a r e s h o w n b e l o w . o O n e I n p u t s o u r c e [ L o c ! a t : L o c I o n ] - - o O u t p u t - [ e r r o r i n l o s s ] o O n e h i d d e n l a y e r ( 5 n e u r o n s w i t h s i g m o i d t r a n s f e r f u n c t i o n ) o O n e o u t p u t ( e r r o r i n l o s s w i t h l i n e a r t r a n s f e r f u n c t i o n ) o P e r f o r m a n c e f u n c t i o n - R e g u l a r i z e d M e a n S q u a r e e r r o r T h e t o p o l o g y o f t h e n e u r a l n e t w o r k i s s i m p l e w i t h t h e l o c a t i o n c o o r d i n a t e s b e i n g t h e t v , o i n p u t s a n d t h e e r r o r i n l o s s a s t h e o u t p u t . T h e n e t w o r k c o n s i s t s o f 1 5 p a r a m e t e r s t h a t s h o u l d b e t r a i n e d b e f o r e a p p l i e d i n c a l i b r a t i o n . B . T r a i n i n g N e u r a l N e t w o r k s A d j u s t i n g t h e w e i g h t s a n d t h e b i a s e s o f t h e n e u r a l n e t w o r k i s r e f e r r e d t o a s t r a i n i n g . D u r i n g t h e t r a i n i n g , t h e w e i g h t s a n d t h e b i a s e s o f t h e n e t w o r k a r e i t e r a t i v e l y a d j u s t e d t o m i n i m i z e t h e p e r f o r m a n c e f u n c t i o n o f t h e n e t w o r k . T h e n e t w o r k i s t r a i n e d b y i n t r o d u c i n g k n o w n i n p u t s a n d t h e t a r g e t o u t p u t s t o t h e n e t w o r k . A s u f f i c i e n t n u m b e r o f t r a i n i n g s a m p l e s s h o u l d b e a v a i l a b l e i n o r d e r t o o b t a i n b e t t e r p e r f o r m a n c e . I n a d d i t i o n s t h e t r a i n i n g s a m p l e s s h o u l d r e p r e s e n t t h e o v e r a l l p r o b l e m s p a c e i n o r d e r t o r e d u c e t h e o v e r f i t t i n g . S e l e c t i n g a p r o p e r t r a i n i n g a l g o r i t h m i s a k e y p a r a m e t e r i n n e u r a l n e t w o r k t r a i n i n g . S e v e r a l t r a i n i n g a l g o r i t h m s a r e a v a i l a b l e w i t h d i f f e r e n t v a r i a n t s [ 4 7 . : ' 2 ] , b u t n o n e o f t h e m h a s p r o v e n s u p e r i o r f o r a l l t h e p r o b l e m s . H e n c e . s e l e c t i n g a p r o p e r t r a i n i n g a l g o r i t h m i s m o r e o v e r l e s s a t r i a l a n d e r r o r a p p r o a c h . D u r i n g t h i s w o r k , t h e a u t h o r u s e s f i v e d i f f e r e n t t y p e s o f t r a i n i n g a l g o r i t h m s w h i c h a r e e x p l a i n e d i n A p p e n d i x B . T h o s e a r e , , G r a d i e n t D e s c e n t A l g o r i t h m , G r a d i e n t D e s c e n t A l g o r i t h m w i t h M o m e n t u m , B F G S A l g o r i t h m , R e s i l i e n t B a c k p r o p a g a t i o n A l g o r i t h m 5 1 C h a p t e r 3 - A f e t h o d o l o g y , - P a r t i c l e S w a r m O p t i m i z a t i o n A l g o r i t h m T h e s e a l g o r i t h m s h a v e d i f f e r e n t p a r a m e t e r t o b e a d j u s t e d a p p r o p r i a t e l y f o r t h e p r o b l e m . H e n c e . a l l t h e n e u r a l n e t w o r k s a r e t r a i n e d w i t h d i f T e r e n t t r a i n i n g a l g o r i t h m s h y v a r y i n g t h e i r p a r a m e t e r u n t i l a b e t t e r s o l u t i o n f o r t h e c a l i b r a t i o n p r o b l e m i s o b t a i n e d . F u r t h e r m o r e . t h e s a m p l e d a t a a v a i l a b l e f o r t r a i n i n g a r e d i v i d e d i n t o t w o s e t s . n a m e l y . t r a i n i n g s e t a n d t e s t i n g s e t . a n d t h e p e r f o r m a n c e o f t h e t r a i n e d n e u r a l n e t w o r k i s C \ a l u a t e d a c c o r d i n g t o t h e m e a n s q u a r e e r r o r c o m p u t e d f o r t e § t i n g s e t . 3 . 4 . 2 C u r v e F i t t i n g b a s e d A p p r o a c h C u r v e f i t t i n g p r o v i d e s m e a n s o f f i n d i n g a c u r v e w h i c h m a t c h e s a s e r i e s o f d a t a p o i n t s . I t s u p p o r t s i n f i n d i n g a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n o n e d e p e n d e n t v a r i a b l e a n d s e v e r a l i n d e p e n d e n t v a r i a b l e s . T h e c a l i b r a t i o n p r o b l e m i n t h i s r e s e a r c h i s a l s o o f s a m e t y p e . \ \ h e r e t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e p r e d i c t e d s i g n a l s t r e n g t h a n d t h e a c t u a l s i g n a l s t r e n g t h i s a p p r o x i m a t e d . H e n c e t h e c u r v e f i t t i n g m e t h o d i s a p p l i c a b l e f o r t h e p r o b l e m b e i n g d e a l t w i t h . C u r v e f i t t i n g i s o f t w o t y p e s . n a m e l y P a r a m e t r i c f i t t i n g & N o n p a r a m e t r i c f i t t i n g . P a r a m e t r i c f i t t i n g i s b a s e d o n a p r i o r i k n o w l e d g e o f a s p e c i f i c m o d e L w h i c h i n v o l v e s t i n d i n g c o - e f f i c i e n t o f t h e m o d e l . I n c o n t r a s t , t h e n o n p a r a m e t r i c f i t t i n g d o e s n o t a s s u m e a n y m o d e l a n d f i t s s m o o t h c u r v e s t h r o u g h t h e a v a i l a b l e d a t a p o i n t s . T h e a u t h o r u s e s p a r a m e t r i c f i t t i n g f o r c a l i b r a t i o n d u r i n g t h i s r e s e a r c h . R o b u s t l e a s t s q u a r e s f i t t i n g m e t h o d p r o v i d e d i n M a t l a b C u r v e f i t t i n g T o o l b o x i s u s e d w i t h i t s t w o v a r i a n t s L e a s t A b s o l u t e R e s i d u a l s ( L A R ) & B i - s q u a r e w e i g h t s [ 5 7 ] . T h e L A R s c h e m e f i n d s a c u r v e t h a t m i n i m i z e s t h e a b s o l u t e d i f f e r e n c e o f t h e r e s i d u a l s ( d a t a - f i t ) . r a t h e r t h a n t h e s q u a r e d d i f f e r e n c e s . T h e r e f o r e , e x t r e m e v a l u e s h a v e a l e s s e r i n f 1 u e n c e o n t h e f i t . O n t h e o t h e r h a n d , B i - s q u a r e w e i g h t s c h e m e m i n i m i z e s a w e i g h t e d s u m o f s q u a r e s o f r e s i d u a l s . w h e r e t h e w e i g h t g i v e n t o e a c h d a t a p o i n t d e p e n d s o n h o w f a r t h e p o i n t i s f r o m t h e f i t t e d l i n e . F o r m o s t c a s e s . t h e h i - s q u a r e w e i g h t s c h e m e i s p r e f e r r e d o v e r L A R b e c a u s e i t s i m u l t a n e o u s l y s e e k s t o f i n d a c u r v e t h a t f i t s t h e b u l k o f t h e d a t a u s i n g t h e u s u a l l e a s t s q u a r e s a p p r o a c h , a n d i t m i n i m i z e s t h e e f f e c t o f o u t l i e r s . [ 5 7 ] . 5 2 C h a p t e r 3 - M e t h o d o l o A ' Y I o u r m o d e l s a v a i l a b l e i n t h e T o o l b o x a r e u s e d f o r f i t t i n g c u r v e s . T h e y a r e : 1 . P o l y n o m i a l - D e g r e e 2 Y = a X 2 + b X + c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 3 . 1 4 ) 2 . P o l y n o m i a l - D e g r e e 3 Y = a X 1 + b X 2 + c X + d · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( 3 . 1 5 ) 3 . E x p o n e n t i a l - 1 Y = a . e x p ( b X ) . t . . . . . . . . ( 3 . 1 6 ) · · · · · · · · · · · · · · · . . . . 4 . E x p o n e n t i a l - 2 Y = a . e x p ( h X ) + c . e x p ( d X ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 3 . 1 7 ) · l ' 2 l l r l ' 3 . ! - + s h o w s t w o d i f f e r e n t a p p r o a c h e s f o r c u r v e f i t t i n g . I n e a c h a p p r o a c h . c u r v e s : . 1 r e f i t t e d f o r P o l y n o m i a l D e g r e e - 2 . P o l y n o m i a l D e g r e e - 3 . E x p o n e n t i a l - 1 a n d ~xponential - 2 . T h e n . t h e b e s t f i t c u r v e f o r e a c h c e l l i s i d e n t i f i e d a m o n g t h o s e f o u r c u r v e s u s i n g t h e R o o t M e a n S q u a r e E r r o r c o m p u t e d f o r t h e t e s t i n g d a t a s e t . I L A R f i t t i n g ( C u r v e f i t _ A ) Polyn~mial P o l y n o m i a l ( D e g r e e - 2 ) ( D e g r e e - 3 ) C u r v e F i t t i n g I ~ B i - s q u a r e W e i g h t s f i t t i n g E x p o t e n t i a l ( D e g r e e - I ) P o l y n o m i a l ( D e g r e e - 2 ) E x p ± e n t i a l ( D e g r e e - 2 ) P o l y n o m i a l ( D e g r e e - 3 ) ( C u r v e f i t _ B ) E x p o n e n t i a l ( D e g r e e - I ) E x p o n e n t i a l ( D e g r e e - 2 ) F i g u r e 3 . 1 4 : C u r v e f i t t i n g a p p r o a c h e s 5 3 C h a p t e r 4 T e s t E n v i r o n m e n t P r o v i n g t h e p e r f o r m a n c e o f n e w l y b u i l t p o s i t i o n i n g m e t h o d o l o g y i n d i f f e r e n t e n v i r o n m e n t s , u r b a n . s u b u r b a n a n d r u r a L i s a k e y g o a l o f t h i s r e s e a r c h . T h i s a l s o i n c l u d e s c o m p a r i n g t h e p e r f o r m a n c e o f F i n g e r p r i n t i n g m e t h o d u s i n g a m e a s u r e d d a t a b a s e w i t h t h a t u s i n g a p r e d i c t e d d a t a b a s e . H e n c e . measur~ments s h o u l d b e t a k e n e x t e n s i v e l y i n a l l t h r e e e n v i r o n m e n t s i n o r d e r t o c r e a t e t h e m e a s u r e d d a t a b a s e . t o c a l i b r a t e t h e p r e d i c t i o n s a s w e l l a s t o f o r m t h e t e s t p o i n t s . A s a r e s u l t t h r e e a r e a s c o m e u n d e r u r b a n , s u b u r b a n a n d r u r a l e n v i r o n m e n t s w e r e s e l e c t e d a n d t h e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n e x t e n s i v e l y . T h i s c h a p t e r d e s c r i b e s t h e m e a s u r e m e n t s s e t u p u s e d i n t e s t d r i v e s a n d t h e n a t u r e o f t h e s e l e c t e d e n v i r o n m e n t c o m p r e h e n s i v e l y . 4 . 1 M e a s u r e m e n t S e t u p A m o b i l e m e a s u r e m e n t u n i t a n d a G P S r e c e i v e r ( G a r m i n G P S I I + ) , i n t e r f a c e d t o a l a p t o p a r e u s e d a s t h e m e a s u r e m e n t t o o l d u r i n g t h i s w o r k . T h e m o b i l e m e a s u r e m e n t u n i t i s a h a r d w a r e m o d u l e b u i l t f o r t h e p u r p o s e o f m e a s u r i n g s i g n a l s t r e n g t h s i n G S M n e t v , o r k s . I t u s e s a G M 8 6 2 - P C S m o d u l e f o r m e a s u r i n g G S M s i g n a l s . T h e s i g n a l s a r e m e a s u r e d t h r o u g h t h e B C C H c h a n n e l i n i d l e m o d e . T h e c o m p l e t e m e a s u r e m e n t s e t u p i s s h o w n i n I i t : u r c 4 . 1 . F i g u r e 4 . 1 : C o m p l e t e m e a s u r e m e n t s e t u p 5 4 C h a p t e r . . f - T e s t E n v i r o n m e n t 1 :n~asurement t a k e n b y t h i s s e t u p c o n s i s t s o f t h e G P S c o o r d i n a t e s a n d t h e r e c e i v e d • 1 c e l l a I s t r e n g t h s f r o m t h e s e r v i n g c e l l a n d u p t o f i v e n e i g h b o r i n g c e l l s . T h e f o r m a t o f a , lli~le m e a s u r e m e n t i s s h o w n i n F i g u r e } S e s s i o n I D N e i g h b o r n o C e i i i D L a c A R F C N S t e n g t h T A I 0 A 7 7 7 7 1 2 2 4 8 0 I B 7 7 7 7 1 1 9 5 3 2 c 7 7 7 7 1 0 2 6 0 S e s s i o n I D L a t i t u d e L o n g i t u d e . t I 0 6 4 7 . 8 0 7 0 7 9 5 4 . 0 7 9 2 0 6 4 7 . 8 0 5 0 7 9 5 4 . 0 8 2 F i g u r e 4 . 2 : F o r m a t o f a m e a s u r e m e n t I L · s t d r i v e s a r e p e r f o r m e d a l o n g r o a d s o f t h e s e l e c t e d a r e a b y a v a n e q u i p p e d w i t h t h e ' l h : a s u r e m e n t t o o l . C o l l e c t i n g m e a s u r e m e n t s t o f o r m t h e m e a s u r e d d a t a b a s e i s d o n e b y " ' n t i n u o u s l y m o v i n g a l o n g t h e r o a d s i n a s p e e d l e s s t h a n 2 0 k m / h . T h o s e ' I h : a s u r e m e n t s a r e a l s o u s e d i n c a l i b r a t i o n p u r p o s e . T e s t p o i n t s c o l l e c t i o n i s d o n e . t l , ) n g t h e s a m e r o a d s i n a d i f f e r e n t m a n n e r , b y w h i c h t h e v e h i c l e i s s t o p p e d f o r a i l L T i o d o f t i m e e n o u g h t o t a k e a s e t o f 1 0 m e a s u r e m e n t s f r o m t h e m e a s u r e m e n t s e t u p . 7 5 7 0 ~ 6 5 ' 0 . . : . . 6 0 . c : : 0 , 5 5 = Q ) ~ 5 0 ( / ) 4 5 4 0 S i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e I I a t a l o c a t i o n o v e r 1 0 m e a s u r e m e n t s 2 3 4 5 6 M e a s u r e m e n t 7 8 9 1 0 - - + - 1 s t m e a s u r e m e n t s e t 2 n d m e a s u r e m e n t s e t 3 r d m e a s u r e m e n t s e t - - - ) f · · 4 t h m e a s u r e m e n t s e t ~x-- 5 t h m e a s u r e m e n t s e t F i g u r e 4 . 3 : S i g n a l s s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l a t a l o c a t i o n o v e r t e n m e a s u r e m e n t s \ . a r e s u l t a t e s t p o i n t c o n s i s t s o f 1 0 m e a s u r e m e n t s . I n l o c a t i o n e s t i m a t i o n . t h e - I i : 2 l H i t h m a v e r a g e s t h e s i g n a l s t r e n g t h s o f t h e d i s t i n c t c e l l s i n t h o s e 1 0 m e a s u r e m e n t s h l ' l l ) r c c o r r e l a t i n g w i t h t h e d a t a b a s e . T h i s a p p r o a c h w a s s e l e c t e d t o c o m p e n s a t e t h e \<~nation i n s i g n a l s t r e n g t h a t a g i v e n l o c a t i o n o v e r t h e t i m e . W h e n c o n s i d e r i n g t h e 1 0 5 5 C h a p t e r - 1 - T e s t E n v i r o n m e n t m e a s u r e m e n t s a t a t e s t p o i n t t h e s i g n a l s t r e n g t h f r o m a p a r t i c u l a r c e l l v a r i e s c o n s i d e r a b l y . T h e v a r i a t i o n i s a l s o i n a r a n d o m f a s h i o n . T h i s i s i l l u s t r a t e d i n l ~l H o w e v e r , h g u r e 4 . 4 i n t u m s h o w s t h a t t h e v a r i a t i o n i n a v e r a g e s i g n a l s t r e n g t h t a k e n o v e r I 0 m e a s u r e m e n t s i s n o t t h a t s i g n i f i c a n t . H e n c e . i t w a s d e c i d e d t o t a k e I 0 m e a s u r e m e n t s p e r l o c a t i o n a n d a v e r a g e o u t i n l o c a t i o n e s t i m a t i o n . A v e r a g e S i g n a l S t r e n g t h v a r i a t i o n o v e r 1 0 m e a s u r e m e n t s 7 5 7 0 / ' E 6 5 I l l ~ 6 0 . J : : 0 , 5 5 c Q ) . ! : ; 5 0 ( f ) 4 5 4 0 1 s t m e a s u r e m e n t 2 n d m e a s u r e m e n t 3 r d m e a s u r e m e n t 4 t h m e a s u r e m e n t 5 t h m e a s u r e m e n t s e t s e t s e t s e t s e t F i g u r e 4 . 4 : A v e r a g e s i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n a t a l o c a t i o n - ' . 2 l J r b a n a r e a s e l e c t i o n l h e u r b a n a r e a i s b a s i c a l l y d e f i n e d a s h i g h l y p o p u l a t e d w i t h h i g h b u i l d i n g d e n s i t y \ \ i t h t a l l t o w e r s . I n t h e c e l l u l a r e n v i r o n m e n t i t c o n t a i n s l a r g e n u m b e r o f n e a r b y c e l l s \ \ h i c h a r e m o s t l y c o m e u n d e r M i c r o C e l l c a t e g o r y . P r o p a g a t i o n p h e n o m e n o n l i k e m u l t i p a t h f a d i n g a n d s c a t t e r i n g a r e h i g h l y o b s e r v a b l e i n t h i s a r e a . I n S r i L a n k a . t h e C o l o m b o c i t y a r e a f a l l s u n d e r t h i s c a t e g o r y o f e n v i r o n m e n t s . A n a r e a c l r o u n d 2 . 5 k m 2 . c o v e r i n g B a m b a l a p i t i y a t o C o l p e t t y , i s c o n s i d e r e d a s t h e u r b a n e n v i r o n m e n t i n t h i s w o r k . T w o r o a d s , n a m e l y , G a l l e R o a d a n d D u p l i c a t i o n R o a d . c a n h ' - ' i d e n t i f i e d a s h a v i n g d i f f e r e n t c h a r a c t e r i s t i c s w i t h i n t h e s e l e c t e d a r e a . T h e p o r t i o n o f ~he G a l l e R o a d o f s e l e c t e d a r e a i s b o r d e r e d b y t a l l b u i l d i n g s a n d t h e r e e x i s t n o b u s h e s , 1 1 t r e e s a l o n g t h e b o r d e r o f t h e r o a d . H e n c e , t h e s i g n a l s a r e h i g h l y r e f l e c t e d a n d b l o c k e d a n d s e v e r e f a d i n g o c c u r s a l o n g t h e r o a d a s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e . H e n c e . t h i s r o a d i s c o n s i d e r e d a s B a d u r b a n s c e n a r i o . I n c o n t r a s t t o t h a t , t h e d u p l i c a t i o n r o a d 1 " h o r d e r e d b y s m a l l b u i l d i n g s a n d t h e r e e x i s t t r e e s a n d b u s h e s a l o n g t h e b o r d e r o f t h e r . ' a d . T h e f a d i n g a l o n g t h e D u p l i c a t i o n r o a d i s i n f e r i o r t o t h a t a l o n g t h e G a l l e r o a d . a s 5 6 C h a p t e r . . f . - T e s t E n v i r o n m e n t i l l m I . 4 . 6 . T h e r e f o r e , d u p l i c a t i o n r o a d c a n b e c o n s i d e r e d a s t y p i c a l u r b a n s c e n a r i o . A t u t a l o f 7 0 c e l l s a r e h e a r a b l e w i t h i n t h e s e l e c t e d u r b a n e n v i r o n m e n t . 0 - 1 0 E ' - 2 o ~ - 3 0 : : ; - 4 0 e n ~ - 5 0 C i ) - 6 0 - 7 0 - 8 0 . . . . R S S v a r i a t i o n o f C e l l - B A l o n g G a l l e R o a d " ' -~" , / " ' / • , , , , . . . • . . . . . ~ . . . . . . . . . " " - , . / ~ / " / / ~-~..-- \ -~ / " / · . _ _ _ _ ~ \ / . . - - - - - - + ' \ . . . . . . . . . . . . . . _ _ _ / / / " I - - + \ / 1 3 1 9 1 1 8 1 3 9 1 4 8 2 1 2 2 1 4 2 5 0 3 3 1 3 5 9 3 6 5 4 4 4 5 9 1 7 0 3 7 5 2 8 1 4 9 5 2 1 0 3 0 D i s t a n c e ( m ) F i g u r e 4 . 5 : R e c e i v e d S i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n a l o n g G a l l e r o a d i n u r b a n e n v i r o n m e n t 0 - 1 0 E - 2 0 O J ~ - 3 0 . . c : c , - 4 0 c : ~ - 5 0 C / ) - 6 0 - 7 0 5 6 R S S v a r i a t i o n o f a c e l l a l o n g D u p l i c a t i o n R o a d 1 6 5 1 6 5 2 4 1 D i s t a n c e ( m ) ~ 4 1 5 5 1 6 7 7 8 I i g u r e 4 . 6 : R e c e i v e d S i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d i n u r b a n e n v i r o n m e n t A c c n r d i n g l y . m e a s u r e m e n t s a r e t a k e n a l o n g t h e d u p l i c a t i o n r o a d a n d t h e G a l l e r o a d a s m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s a n d t e s t p o i n t s . M e a n w h i l e , t h e p r e d i c t e d d a t a b a s e i s a l s o c r e a t e d a l o n g b o t h r o a d s u s i n g t h e s i g n a l s t r e n g t h p r e d i c t i o n o f p l a n n i n g t o o l . ! · s h o w s t h e f i n g e r p r i n t s f o r m e d a l o n g b o t h r o a d s u s i n g p r e d i c t i o n s w h i l e t h e m c J s u r e d f i n g e r p r i n t s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 8 . 5 7 B a m b a l a p i t i y a ( a ) C h a p t e r . f . - T e s t E n v i r o n m e n t B a r r b a l a p i t i y a ( b ) F i g u r e 4 . 7 : P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s a l o n g r o a d s i n u r b a n a r e a ( a ) A l o n g G a l l e r o a d ( b ) A l o n g D u p l i c a t i o n r o a d B a m b a l a p i t i y a B a m b a l a p i t i y a ( a ) ( b ) F i g u r e 4 . 8 : M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s a l o n g t h e r o a d s i n u r b a n ( a ) A l o n g G a l l e r o a d ( b ) A l o n g D u p l i c a t i o n r o a d l . . 1 h k · - - L l s u m m a r i z e s t h e n u m b e r o f f i n g e r p r i n t s a n d t h e t e s t p o i n t s o b t a i n e d a l o n g e a c h r o a d . T a b l e 4 . 1 : S u m m a r y o f f i n g e r p r i n t s a n d t e s t p o i n t s i n u r b a n e n v i r o n m e n t -~ M e a s u r e d P r e d i c t e d R o a d T e s t P o i n t s F i n g e r p r i n t s F i n g e r p r i n t s G a l l e R o a d 3 1 1 6 6 5 0 -~ D u p l i c a t i o n R o a d 2 9 5 7 1 6 3 5 8 C h a p t e r . . / - T e s t E n v i r o n m e n t . t . 3 S u b u r b a n a r e a S e l e c t i o n T h e p o p u l a t i o n a n d t h e b u i l d i n g d e n s i t y a r e r e l a t i v e l y l o w i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t c o m p a r e d t o t h e u r b a n . T h e c e l l s h a v e l a r g e r c o v e r a g e r a n g e a n d t h e y a r e s i t u a t e d f a r a p a r t t h a n i n u r b a n e n v i r o n m e n t . M u l t i - p a t h f a d i n g a n d s c a t t e r i n g a r e t h e r e w i t h t h e L i n e o f S i t e p r o p a g a t i o n u p t o s o m e e x t e n t . I n S r i L a n k a , t h e a r e a s l i k e , M o r a t u w a , H o r a n a , P a n a d u r a . M a h a r a g a m a , H o m a g a m a , K i r i b a t h g o d a , K a d a w a t h a e t c a r e c o m e u n d e r t h i s c a t e g o r y . A n a r e a o f a b o u t 6 k m 2 , a r o u n d t h e U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a , f r o m K a t u b e d d a j u n c t i 9 n t o P i l i y a n d a l a , i s s e l e c t e d a s t h e s u b u r b a n a r e a i n t h i s w o r k . S i n c e a c l e a r d i s t i n c t i o n o f t h e e n v i r o n m e n t c a n n o t b e o b s e r v e d a l o n g d i f f e r e n t r o a d s , a l l t h e r o a d s i n s e l e c t e d a r e a a r e t a k e n t o g e t h e r i n t e s t i n g . T h e t o t a l n u m b e r o f h e a r a b l e c e l l s w i t h i n t h e s e l e c t e d s u b u r b a n a r e a i s 4 5 . : V 1 e a s u r e m e n t s a r e t a k e n a l o n g t h e r o a d s t o f o r m m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s a n d t h e t e s t p o i n t s \ V h i l e t h e p r e d i c t e d d a t a b a s e i s c r e a t e d a l o n g t h e s a m e r o a d s u s i n g t h e s i g n a l s t r e n g t h p r e d i c t i o n o f p l a n n i n g t o o l a s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4 . 9 ( a ) a n d ( b ) . , , . . . . . . . . . . i W e , . f v ala~~ a n p o l a • . . , . _ I • • . . _ . ' - - 4 . . . 1 , . . . . . . . , . , . . • , ' ' \ . . . . . ' ' . . . . . . . . , - ~ , . . ' " . . . . - L t v l o r a t u r r u l l a l R~a,rdala J-•~~" . J . . . I • . "v'~ " " . . . . . , . . . . . . • " " ? ~~ . . , . , ' · J . ) · ' " . . ' t ~ G O N A M . A . D r T T A F i g u r e 4 . 9 ( a ) : P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n , . . . . . . . _ f ' l e $ ala~:&- 1 ·,. 1 , • P i l i y a n d a l a • • " ' • w O a 1 1 I ? • • • • • . . . . . · . * ' ·L~ , : • r . . - c . . < · " : , . · . "''&...f~ . . . . . . 1 2 . • , , . . . . . . . , . . . ' ! • . . . . . . . . . . ~· . . . · . . . . . - . . . . .·~.. . . . . .~ . . . · . . . . . . -~. ~ . . , · . . . . . . . . • f ' • • . . • • • • , , • • • • • : • • . . , . . • • • I K t i a l ' l i J n n a I • • : M o l p • • • • • • • . . . . : · · : . . . . . . : . , . . . . · . . . . . . ·~ • b r a t u m u l l a G O N A f v 1 A o m A F i g u r e 4 . 9 ( b ) : M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n c 4 . 2 s u m m a r i z e s t h e n u m b e r o f f i n g e r p r i n t s a n d t h e t e s t p o i n t s o b t a i n e d a l o n g t h e r o a d s i n s u b u r b a n . 5 9 C h a p t e r - 1 - T e s t E n v i r o n m e n t T a b l e 4 . 2 : S u m m a r y o f f i n g e r p r i n t s a n d t e s t p o i n t s i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t i M e a s u r e d P r e d i c t e d I T e s t P o i n t s I F i n g e r p r i n t s F i n g e r p r i n t s 5 1 8 3 2 1 0 3 1 2 I ! h e - . . , i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a p a r t i c u l a r c e l l w i t h i n t h e s e l e c t e d a r e a i s s h o w n i n ~ + 1 0 . 4 0 4 5 ' " E s o . I l l · 5 5 L " 0 : ; ; - · 6 0 0 , · 6 5 c ~ - 7 0 i i l - 7 5 8 0 8 5 _ , . S i g n a l S t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l i n S u b u r b a n a r e a H T 1 1 T ( \ , t . . . • • t ' 1 1 ~~. , t . . 1 • • r ' l t l ! f . ~! t l l i ' ! I \ , I t ' · + t • l i \ 1 ' ! ! I [ \ I I \,1~ t * ' ' / : 1 \ l , · r · i : . . . . t~~ ~ 1 \t+~li~t·.;i./\f \ . { i . r II~ • 1 ,tW'r~\r~~J~ r•\r·~l~\1 1 1/~1/Ji\t~m:'f•i 1:~il~~tr/ ~lif11i 1 \ ~ ~ \ i ; J \ . i l / ! \ . 1 ! ~ 11!~\ll \ ~~ • ·~tl l i~\! \ ; • l ! ' l l ' i + ~'I!~ 1 l I • ! ! ! ' . + ' • ; I 1 . . I M I + l + , t i t +~ 1 ~ • + ! I i f ~ 1 I~~ i V \ . • • ~ t H • . ( Y ) M C . O C 0 ( . [ ) 1 " - N L O ~ C O M 1 ' - - N t - - . . . - - - N N ( " ' ) ( " ' ) " " l " • l ( " " " ) ( J ) < . 0 t - - t . D c o 0 ' > . . . . . . . - ~ " " " " ' o : : : t ' < ; j " L O l O 0 C ' 0 C " 1 < . D N [ ' - - c o ( J ) 0 ~ L O L O L O C . O ( ! ) D i s t a n c e ( m ) 0 ' > . . . . . . . - c o ( Y ) c o ( " " ) c o L ( ) N l O L O f ' - - C O 0 . . . . . . . - C ' 0 < 0 c . o < . 0 < . D < . 0 r - t - - r - - F i g u r e 4 . 1 0 : R S S v a r i a t i o n o f a c e l l i n s u b u r b a n a r e a l ( ) 0 . . , . < 0 1 ' - 1 ' - . . , . ( " ) r - - m 1 ' - 1 ' - . . u R u r a l a r e S e l e c t i o n R u r a l a r e a i s b a s i c a l l y d e f i n e d a s l e s s p o p u l a t e d w i t h l o w b u i l d i n g d e n s i t y . I n t h e c e l l u l a r e n v i r o n m e n t , i t h a s a s m a l l n u m b e r o f b a s e s t a t i o n s w i t h l a r g e r c o v e r a g e a r e a . c l a : - , s i l i c d a s m a c r o c e l l s . I n S r i L a n k a . t h e a r e a s l i k e A n u r a d h a p u r a . I b b a g a m u w a , M e l s i r i p u r a , W a r i y a p o l a e t c a r c c o m e u n d e r t h i s c a t e g o r y . A c c o r d i n g l y . a n a r e a o f a b o u t 4 k m 2 • a r o u n d I h h a g a m u w a i s c o n s i d e r e d a s t h e r u r a l a r e a i n t h i s r e s e a r c h . A l l t h e r o a d s i n s e l e c t e d a r e a a r e t a k e n t o g e t h e r a s i n s u b u r b a n s c e n a r i o . A t o t a l o f 2 0 c e l l s a r e h e a r a b l e w i t h i n t h e - ; e l e c t e d r u r a l a r e a . l1~.: t l l ( a ) ( b ) s h o w t h e m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s a n d t h e p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s a l o n g t h e r o a d s i n t h i s a r e a . 6 0 C h a p t e r - I - T e s t E n v i r o n m e n t l . , " ' . ; • . . . • . . . , . t , . , . ~· v • . " " • . . . . , • • . . . . , " . . . . . . t ( a ) ( b ) F i g u r e 4 . 1 I : P r e d i c t e d a n d m e a s u r e d F i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n ( a ) P r e d i c t e d ( b ) M e a s u r e d . . ' . . . T a h k 4 . 3 s u m m a r i z e s t h e n u m b e r o f f i n g e r p r i n t s a n d t h e t e s t p o i n t s o b t a i n e d a l o n g t h e r o a d s i n r u r a l e n v i r o n m e n t . E a J ~ . : . " ' c : ~ ( j ) T a b l e 4 . 3 : S u m m a r y o f f i n g e r p r i n t s a n d t e s t p o i n t s i n r u r a l e n v i r o n m e n t M e a s u r e d P r e d i c t e d ! T e s t P o i n t s F i n g e r p r i n t s F i n g e r p r i n t s I 2 8 1 I 1 7 0 1 5 4 I - L l ? s h o w s t h e r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l i n r u r a l a r e a . - 4 0 - 5 0 - 6 0 - 7 0 - 8 0 - 9 0 - 1 0 0 - 1 1 0 S i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l i n R u r a l a r e a t t ~ i i \ V 1 1 i ! t : 1 1 \ r t . rt~~r A ~ T t r r ' " I'~~~ I H - ' 1 1 I J I , ' " , r · f i . T I r l ' ! 1 m.r\,l~ i l l , , . 1 ! I f ·l,i'ttl,i~l,,i~'l. + \ . I •ttn.!~ll/1~ 1 \ . 1 ~l~tl ~~,· . . / l J . . ' , : ~ thl~\1:1 · , I I ! . t \ . f l , ' ' · . ~ . . . , , . . . . , · ' ~ji••J"' , , . ~~·· ···'Ji'ii•""'"~'"'J. ~rT~~ 1 !JA~i.At r 1 ~ i l l ' l l ' : 1 T l l ~ ~ t / ~ 1 J•iil1~ 1 ~· :Ill~. ,~lit: ' · · ! + , . i \ . i l . i . t · 1 · ' . ~~. • ' • • I V • " * I • • I • • • • ' . H . ! lt.!l',~ . • · t . : r . . · . . · i I • • ' • I l ~If I~~~~~.: 1~ I I l ~ . " r L . ( ) C " 1 [ " ' - c . D I ' - - ' ! " " " " C ' ? L . ( ) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 O J 0 e l i e l i ~ t o O J 0 N " < t c D c D < f l O J C O 0 . . - N M V l O c . D c . D 1 ' - - r - - - . ! " - - [ ' - - . 1 " - - [ ' . . . . t ' - - D i s t a n c e ( m ) F i g u r e 4 . 1 2 : R S S v a r i a t i o n o f a c e l l i n r u r a l a r e a 6 1 t ' - O J t ' - O J t ' - t ' - 0 ( " ) . , . , c D 0 . . - N ( ' f ) c o c o c o c o C h a p t e r . f . - T e s t E n v i r o n m e n t 4 . 5 A n a l y s i s o f R S S v a r i a t i o n D u e t o t h e p r o p a g a t i o n p h e n o m e n a s u c h a s r e f l e c t i o n . d i f f r a c t i o n s c a t t e r i n g o c c u r i n m o b i l e e n v i r o n m e n t . t h e r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h v a r i e s c o n s i d e r a b l y i n n e a r b y l o c a t i o n s a s w e l l a s t h e s a m e l o c a t i o n a t d i f f e r e n t t i m e s . T h i s s e c t i o n a n a l y s e s s u c h d e v i a t i o n s o c c u r i n d i t T e r e n t l o c a t i o n s d u r i n g d a y t i m e . I n o r d e r t o d o t h i s . s i g n a l s t r e n g t h s f r o m a l l b e a r a b l e c e l l s a r e m e a s u r e d a t a p a r t i c u l a r l o c a t i o n c o n t i n u o u s l y , h o u r - b y - h o u r . f r o m m o r n i n g t o e v e n i n g o f t h e d a y . T h e a n a l v s i s o f R S S v a r i a t i o n o f t h r e e l o c a t i o n s w i t h i n t h e U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a i s • . t p r e s e n t e d i n t h i s s e c t i o n . 4 . 5 . 1 L o c a t i o n - ] - E N T C B a l c o n y F i g u r e 4 . 1 3 i l l u s t r a t e s t h e v a r i a t i o n o f a v e r a g e r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h o f d i ± T e r e n t h o u r s o f t h e d a y - 1 a t a l o c a t i o n i n E N T C B a l c o n y . E v e n t h o u g h t h e s e r v i n g c e l l w a s a p p e a r e d t o b e s a m e o v e r d i t T e r e n t h o u r s . t h e r e i s a c o n s i d e r a b l e v a r i a t i o n o f t h e s i g n a l s t r e n g t h o f s e r v i n g c e l l . S i g n a l s t r e n g t h h a s i n c r e a s e d c o n s i d e r a b l y w i t h i n t h e h o u r s 2 - 3 a n d 3 - 4 . 9 0 8 5 8 0 t 7 5 l :~ 6 0 5 5 5 0 4 5 4 0 A v e r a g e R S S v a r i a t i o n o v e r t i m e w i t h i n d a y - 1 ( E N T C b a l c o n y ) A A · A 1 0 - 1 1 1 2 - 1 1 - 2 2 - 3 3 - 4 H o u r - + - - # # # 1 # # # 2 4 # # # 3 " # # # 4 F i g u r e 4 . 1 3 : A v e r a g e R S S v a r i a t i o n i n d i f f e r e n t h o u r s o f d a y - ! a t E N T C B a l c o n y C e l l I D s h a v e b e e n c h a n g e d f o r t h e p u r p o s e o f r e p o r t i n g T h e s i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n a t t h e s a m e l o c a t i o n i n t h e n e x t d a y i s c o m p l e t e l y d i t T e r e n t f r o m t h a t i n d a y - 1 a s d e m o n s t r a t e i n F i g u r e 4 . 1 4 . A c o n s i d e r a b l e d e c r e a s e i n s i g n a l s t r e n g t h s o f a l l b e a r a b l e c e l l s c a n b e s e e n a f t e r 1 2 n o o n . T h i s c o u l d b e d u e t o a c h a n g e d o n e i n t r a n s m i s s i o n p a r a m e t e r s b y t h e o p e r a t o r . 6 2 C h a p t e r . . f . - T e s t E n v i r o n m e n t N c \ e r t h e l e s s , t h e r e l a t i v e p o s i t i o n s o f t h e R S S o f n e i g h b o r i n g c e l l s w i t h r e s p e c t t o t h a t o f s e n i n g c e l l a r e s e e m t o b e c o n s t a n t . A v e r a g e R S S v a r i a t i o n o v e r t i m e w i t h i n d a y - 2 ( E N T C B a l c o n y ) 9 0 8 5 8 0 - 7 5 - + - - # # # 5 ~ 7 0 # # # 3 ' i ' ~ 6 5 # # # 4 = 6 0 / # # # 2 : " ( / ) 5 5 # # # 1 5 0 4 5 4 0 1 0 - 1 1 1 1 - 1 2 1 2 - 1 1 - 2 2 - 3 3 - 4 H o u r F i g u r e 4 . 1 4 : A v e r a g e R S S v a r i a t i o n i n d i t T e r e n t h o u r s o f d a y - 2 a t E N T C B a l c o n y C e l l I D s h a v e b e e n c h a n g e d f o r t h e p u r p o s e o f r e p o r t i n g 4 . 5 . 2 L o c a t i o n - 2 - U n i v e r s i t y F r o n t A t t h e s e c o n d l o c a t i o n , t h e a v e r a g e r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h o f m o s t o f t h e c e l l s I s m o r e o v e r l e s s a c o n s t a n t o v e r t h e d i f f e r e n t h o u r s o f t h e d a y . I n a d d i t i o n t h e r e e x i s t a c o n s i d e r a b l e d i f f e r e n c e i n s i g n a l s t r e n g t h s o f s e r v i n g c e l l a n d o t h e r c e l l s a n d a l s o t h e r e l a t i v e p o s i t i o n s o f R S S o f n e i g h b o r i n g c e l l s w i t h r e s p e c t t o t h a t o f s e r v i n g c e l l a r e s o m e \ v h a t s i m i l a r . A v e r a g e s i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n i n d i f f e r e n t h o u r s o f t h e d a y ( U n i v e r s i t y F r o n t ) 7 5 7 0 i 6 5 ~ ~ 6 0 ! 5 5 5 0 ' * 1 0 - 1 1 1 1 - 1 2 1 2 - 1 . . . . . . ··:·::~ ·-------::.:::~ . . . . . . . . _ _ . _ . . m - - - · · · · - - - - ···~-- - - K · · · · - - j o : 1 - 2 2 - 3 3 - 4 H o u r - - + - # # # 1 # # # 6 # # # 8 · - # # # 9 7 \ # # # 4 F i g u r e 4 . 1 5 : A v e r a g e R S S v a r i a t i o n i n d i f f e r e n t h o u r s o f t h e d a y a t U n i v e r s i t y f r o n t C e l l I D s h a v e b e e n c h a n g e d f o r t h e p u r p o s e o f r e p o r t i n g 6 3 C h a p t e r - I - T e s t E n v i r o n m e n t 4 . 5 . 3 L o c a t i o n - 3 - N e a r I T O f f i c e F i g u r e 4 . 1 6 s h o w s t h e a v e r a g e R S S i n d i f f e r e n t h o u r s o f t h e d a y a t a l o c a t i o n n e a r I T o ! T t c c . A c o n s i d e r a b l e v a r i a t i o n i n R S S o f s e r v i n g c e l l a n d o n e n e i g h b o r i n g c e l l c a n b e s e e n a f t e r 1 2 n o o n . H o w e v e r . t h e r e l a t i v e s i g n a l s t r e n g t h i s a l m o s t t h e s a m e i n m o s t o f t h e t i m e . 8 5 8 0 E 7 5 ( ! ) ' C ; ; 7 0 r J l 0 : : ~ 6 5 ~ Q ) > 6 0 < ( 5 5 5 0 A v e r a g e s i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n i n d i f f e r e n t h o u r s o f t h e d a y ( N e a r I T O f f i c e ) - · 1 0 - 1 1 1 1 - 1 2 1 2 - 1 1 - 2 2 - 3 H o u r - - + - # # # 1 # # # 6 # # 1 3 # # # 7 # # 1 2 . . . . . # # 1 0 - - - 1 - # # # 4 F i g u r e 4 . 1 6 : A v e r a g e R S S v a r i a t i o n i n d i f f e r e n t h o u r s o f t h e d a y - ! n e a r I T o f f i c e C e l l I D s h a v e b e e n c h a n g e d f o r t h e p u r p o s e o f r e p o r t i n g 4 . 5 . 4 I m p a c t o n D C M A l g o r i t h m T h L ' a n a l y s i s s h o w n i n s u b S e c t i o n s 4 . 5 . 1 t o 4 . 5 . 4 d e m o n s t r a t e s t h e v a r i a t i o n 1 1 1 r c c c i w d s i g n a l s t r e n g t h a t a l o c a t i o n w i t h r e s p e c t t o t i m e . F u r t h e r m o r e . i t 1 s \ \ l l l 1 h w h i l e t o a n a l y z e t h e e f f e c t o f t h i s R S S v a r i a t i o n o n t h e p e r f o r m a n c e o f D C M . A c c o r d i n g l y . t h e a u t h o r h a s p e r f o r m e d a p o s i t i o n i n g t e s t f o r t h e m e a s u r e m e n t s t a k e n a t E ' \ I T C - B a l c o n y . I n t h i s t e s t , a l l t h e m e a s u r e m e n t s t a k e n w i t h i n t h e d a y a r e d i v i d e d i n t o g r o u p s o f I 0 c o n s e c u t i v e m e a s u r e m e n t s . s u c h t h a t e a c h g r o u p r e s e m b l e s o n e t e s t p o i n t . T h i s r e s u l t e d i n 1 1 8 t e s t m e a s u r e m e n t s a t t h e s a m e l o c a t i o n . T h e G P S C ( l o r d i n a t e s o f t h e t e s t l o c a t i o n i s m e a s u r e d t o c o m p a r e t h e a c c u r a c i e s . T h e a l g o r i t h m u s e d f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n i s A p p r o a c h - A w i t h C o s t F u n c t i o n - 2 a n d m e a s u r e d d a t a b a s e f o r s u b u r b a n . l i g u r e 4 . 1 7 s h o w s t h e p o s i t i o n i n g e r r o r g r a p h p l o t t e d f o r e a c h t e s t m e a s u r e m e n t . 6 4 4 0 0 3 5 0 3 0 0 E ; ; 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 C h a p t e r . J - T e s t E n v i r o n m e n t P o s i t i o n i n g e r r o r f o r c o n s e c u t i v e t e s t m e a s u r e m e n t s a t o n e l o c a t i o n w i t h i n a d a y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • • . . . t ~~~~~~~~~~~~~~~~~m~~~~m~~~~m~~ NNNMMVVV~~~wm~~~rorommooo T e s t M e a s u r e m e n t I D F i g u r e 4 . 1 7 : E r r o r f o r c o n s e c u t i v e t e s t m e a s u r e m e n t s a t o n e l o c a t i o n w i t h i n a d a y T h e l o c a t i o n e s t i m a t e g i v e n b y D C M a l g o r i t h m i s a l m o s t t h e s a m e f o r a l l t e s t m e a s u r e m e n t a t a l o c a t i o n , w h i l e t h e r e w e r e f o u r c a s e s o u t o f 1 1 8 w h e r e a d i f f e r e n t e s t i m a t e w a s g i v e n . H e n c e , i t c a n b e c o n c l u d e d t h a t t h e i m p a c t o f R S S v a r i a t i o n w i t h r e s p e c t t o t i m e o n t h e D C M a l g o r i t h m i s n e g l i g i b l e . 6 5 C h a p t e r 5 R e s u l t s A n a l y s i s T h e r e s u l t s o f t h e m e t h o d o l o g y d e s c r i b e d i n C h a p t e r 3 a r e p r e s e n t e d i n t h i s c h a p t e r . S e c t i o n 5 . 1 d i s c u s s e s t h e r e s u l t s o f t h e d e v i a t i o n a n a l y s i s b e t w e e n p r e d i c t i o n s a n d m e a s u r e m e n t s w h i l e S e c t i o n 5 . 2 t o S e c t i o n 5 . 6 d i s c u s s t h e r e s u l t s u s i n g p r e d i c t e d d a t a b a s e . r e s u l t s u s i n g m e a s u r e d d a t a b a s e . p e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n u s i n g p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d d a t a b a s e s . p e r f o r m a n c e o f d i t t e r e n t c a l i b r a t i o n t e c h n i q u e s a n d o v e r a l l r e s u l t s a n a l y s i s . r e s p e c t i v e l y . T h e ''l~T J > ; I i g u r e 5 . 1 . R e s u l t s A n a l y s i s - C h a p t e r - S - . . D e v i a t i o n A n a l y s i s - S e c t i o n 5 . 1 - . . P e r f o n n a n c e o f D C M w i t h P r e d i c t e d D a t a b a s e - S e c t i o n 5 . 2 - . . P e r f o r m a n c e o f D C M w i t h M e a s u r e d D a t a b a s e - S e c t i o n 5 . 3 - . . P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n u s i n g P r e d i c t e d & M e a s u r e d D a t a b a s e s - S e c t i o n 5 . 4 - . . P e r f o r m a n c e o f D i f f e r e n t C a l i b r a t i o n T e c h n i q u e s - S e c t i o n 5 . 5 - . . O v e r a l l P e r f o r m a n c e A n a l y s i s - S e c t i o n 5 . 5 - i o n o C t h e t s n r - : 4 r 4 r - : 4 r 4 r - : 4 - - - - - . - - - - - . - - U r b a n - S e c t i o n 5 . 1 . 1 S u b u r b a n - S e c t i o n 5 . 1 . 2 R m~ I - S P C ' t i o n . : : ; _ L~ U r b a n - S e c t i o n 5 . 2 . 1 S u b u r b a n - S e c t i o n 5 . 2 . 2 R u r a l - S e c t i o n 5 . 2 . 3 U r b a n - S e c t i o n 5 . 3 . 1 S u b u r b a n - S e c t i o n 5 . 3 . 2 R u r a l - S e c t i o n 5 . 3 . 3 U r b a n - S e c t i o n 5 . 4 . 1 S u b u r b a n - S e c t i o n 5 . 4 . 2 R u r a l - S e c t i o n 5 . 4 . 3 N e u r a l N e t w o r k M e t h o d s - S e c t i o n 5 . 5 . 1 C u n e F i t t i n g M e t h o d s - S e c t i o n 5 . 5 . 2 C o m p a r i s o n o f C u n c F i t t i n g & N e u r a l N e t w o r k s - S e c t i o n 5 . 5 . 3 U r b a n - S e c t i o n 5 . 6 . 1 S u b u r b a n - S e c t i o n 5 . 6 . 2 R u r a l - S e c t i o n 5 . 6 . 3 O v e r a l l R e s u l t s - S e c t i o n 5 . 6 . 4 F i g u r e 5 . 1 : O r g a n i z a t i o n o f t h e P r e s e n t a t i o n o f R e s u l t s 6 6 C ' h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s R P o t M e a n S q u a r e E r r o r i s u s e d a s t h e p e r f o r m a n c e m e a s u r e i n d e v i a t i o n a n a l y s i s \ \ h e r e a s t h e c u m u l a t i v e d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n o f p o s i t i o n i n g e r r o r i s u s e d i n p e r f o r m a n c e a n a l y s i s o f d a t a b a s e c o r r e l a t i o n m e t h o d w i t h d i f f e r e n t p o s i t i o n i n g a l g o r i t h m s . S . l D e v i a t i o n A n a l y s i s D e \ i a t i o n a n a l y s i s w a s d o n e u s i n g t w o a p p r o a c h e s , n a m e l y c e l l - w i s e a n a l y s i s a n d t i n g e r p r i n t - w i s e a n a l y s i s . a s d e s c r i b e d i n s e c t i o n p e r e a c h e n v i r o n m e n t . 3 . 2 . T h o s e r e s u l t s a r e d i s c u s s e d i n t h i s " 5 . 1 . 1 U r b a n E n v i r o n m e n t I C i a ! l e R o a d C L ' l l - w i s e A n a l y s i s I ; : - ; . l s h o w s t h e R o o t M e a n S q u a r e E r r o r c o m p u t e d i n d B a n d d B m p e r c e l l a l o n g ( 1 a l l e R o a d i n u r b a n e n v i r o n m e n t . . \ c c o r d i n g l y . t h e R M S E l i e s i n t h e r a n g e o f 5 d B ~ 4 5 d B . w h i l e t h a t i n d B m i s c n m p a r a b l e t o m e a s u r e d v a l u e s . T h e a v e r a g e d e v i a t i o n i s 2 0 . 1 8 d B . H e n c e . t h e c h : \ i a t i o n b e t w e e n p l a n n i n g t o o l p r e d i c t i o n s a n d t h e a c t u a l m e a s u r e m e n t s a l o n g G a l l e R o a d i s c o n s i d e r a b l e . T a b l e 5 . 1 : C e l l - w i s e a n a l y s i s - G a l l e R o a d C e l l I D s h a v e b e e n c h a n g e d f o r t h e p u r p o s e o f r e p o r t i n g C e l l I D R M S E - ( d B ) R M S E - ( d B m ) C e l l I D R M S E - ( d B ) R M S E - ( d B m ) * * * 1 1 9 . 2 3 - 5 0 . 7 6 * * * 7 1 5 . 6 7 - 6 2 . 0 2 * * * 2 2 0 . 2 8 - 5 0 . 0 1 * * * 8 I 0 . 5 1 - 4 8 . 9 4 * * * 3 I 0 . 3 3 - 5 1 . 8 0 * * * 9 1 3 . 5 0 - 5 0 . 3 6 ~ * * * 4 3 2 . 2 4 - 5 2 . 5 2 * * 1 0 1 5 . 4 7 - 5 1 . 9 5 ~ * * * 5 I 0 . 4 4 - 5 0 . 3 7 * * 1 1 1 4 . 1 6 - 5 8 . 3 1 ~ * * * 6 1 8 . 2 9 - 5 1 . 8 9 * * 1 2 1 1 . 2 4 - 5 5 . 4 0 6 7 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s \ c t u a l s i g n a l s t r e n g t h s a n d p r e d i c t e d s i g n a l s t r e n g t h s o f a c e l L a l o n g G a l l e R o a d . a r e p l o t t e d i n t h e s a m e g r a p h w i t h r e s p e c t t o t h e d i s t a n c e f r o m t h e t r a n s m i t t e r . i n r · . T h i s a l s o p r o v e s t h e e x i s t e n c e o f a c o n s i d e r a b l e d e v i a t i o n b e t w e e n p r e d i c t i o n s a n d a c t u a l m e a s u r e m e n t s a l o n g G a l l e R o a d . E " ' C ~ · k ' l t 3 0 " ' 9 0 0 0 ' . . ' / / \ S i g n a l S t r e n g t h C o 1 1 1 J a r i s o n o f a c e l l a l o n g G a l l e R o a d : k . . . o l i - * k - - i ' - / - - A c t u a l S t r e n g t h P r e d 1 c t e d _ s t r e n g t h '~~~''''''''''''\\~'\'\'\'\'\'\'\'\~'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\'\\\\\\\\'\'\'\'\'\,'\,\\,\,\\'\'\'\,'\~" D i s t a n c e ( m ) F i g u r e 5 2 : S i g n a l S t r e n g t h C o m p a r i s o n o f a c e l l a l o n g G a l l e R o a d I m g e r p r i n t - w i s e a n a l y s i s 1 r c 5 . 3 i l l u s t r a t e s t h e R M S E p e r f i n g e r p r i n t , c o m p u t e d b y L q u a t i o n ( 3 a l o n g l 1 a l l e R o a d w h i l e I · 5 . 4 s h o w s t h e R M S E h i s t o g r a m . H e r e , t h e d e v i a t i o n l i e s i n t h e r a n g e o f O d B - 4 8 d B w i t h a n a v e r a g e o f 2 2 d B . T h i s a l s o p r o v e s t h e h i g h e r d e v i a t i o n i n p r e d i c t i o n s a l o n g G a l l e R o a d . w h i c h i s s e l e c t e d t o b e t h e B a d U r b a n s c e n a r i o . 5 0 4 5 4 0 i i i 3 5 : : : : . 3 0 L U 2 5 C J l : : : ; ; 2 0 0 : : : 1 5 1 0 5 0 R M S E P l o t f o r f i n g e r p r i n t s A l o n g G a l l e R o a d ! : I \ ~ !~ ~I 1 \ ~!\ 1 \ "~ ! ' \ ~~ \ . ; - . \ / ' 0 J v ' \ I . . . . ~ \ / \ ~/\/ \ I \ v . / V ~ \~ ~j ~ l . J ~~~~~~~~~~'~~~~~~~~~~0~~~~~~~ ~ ' ' ' " ' " ' ' ~ ~ ~ ~ ~ ' 1 , ' 1 , ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ F i n g e r p r i n t I D F i g u r e 5 . 3 : R M S E p l o t f o r F i n g e r p r i n t s a l o n g G a l l e R o a d 6 8 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s R M S E H i s t o g r a m o f f i n g e r p r i n t s a l o n g G a l l e R o a d 0 . 1 8 0 . 1 6 0 . 1 4 Q l 0 . 1 2 O l ~ 0 . 1 c _ 0 _ 0 ~ 0 . 0 8 ~ 0 . 0 6 0 . 0 4 n n 0 . 0 2 0 o o ~-n ~ o ~ ~ f u ~ ~ o ~ o o 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2 3 4 3 6 3 8 4 0 4 2 4 4 4 6 4 8 " R M S E ( d B ) F i g u r e 5 . 4 : R M S E H i s t o g r a m o f F i n g e r p r i n t s a l o n g G a l l e R o a d U J ) u p l i c a t i o n R o a d ( e l l - w i s e A n a l y s i s \ c c o r d i n g t o T a b l e 5 . 2 . w h i c h s h o w s t h e R o o t M e a n S q u a r e E r r o r f o r s o m e c e l l s . t h e J c \ i a t i o n b e t w e e n t h e p r e d i c t e d a n d a c t u a l m e a s u r e m e n t s a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d l i e s i n t l 1 l ' r a n g e o f 5 d B - 3 0 d B . w h i c h i s l e s s e r c o m p a r e d t o t h a t a l o n g G a l l e r o a d . T h e a v e r a g e J c \ i a t i o n i s 1 6 d B . H e n c e . t h e d e v i a t i o n o f p r e d i c t i o n s f r o m a c t u a l m e a s u r e m e n t s a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d i s m o d e r a t e . T a b l e 5 . 2 : C e l l - w i s e A n a l y s i s - D u p l i c a t i o n R o a d - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~- - - - - - - - - r - - - - - - o C e l l I D s h a v e b e e n c h a n g e d f o r t h e o u r o o s e o f C e l l I D R M S E - ( d B ) R M S E - ( d B m ) C e l l I D R M S E - ( d B ) R M S E - ( d B m ) - # # # 1 8 . 4 0 - 6 5 . 5 7 # # # 7 6 . 1 9 - 5 9 . 2 7 - # # # 2 1 4 . 8 0 - 5 6 . 5 3 # # # 8 1 1 . 3 4 - 6 1 . 0 2 - · # # # 4 1 1 . 8 6 - 6 1 . 0 1 # # # 9 1 3 . 2 2 - 5 0 . 4 9 # # # 5 3 6 . 6 9 - 5 3 . 5 9 # # 1 0 1 2 . 8 0 - 5 0 . 4 6 # # # 6 5 . 1 6 - 5 4 . 8 2 # # 1 1 1 2 . 1 0 - 5 3 . 6 8 f 1 n g e r p r i n t - w i s e a n a l y s i s I 1~ure 5 . 5 s h o w s a p l o t o f R M S E o f f i n g e r p r i n t s a l o n g D u p l i c a t i o n R o a d . T h e R M S E r a n g e s f r o m O d B t o 3 5 d B w i t h a n a v e r a g e v a l u e o f 1 4 . 7 d B . T h i s d e v i a t i o n i s b e t t e r l ' ( n n p a r e d t o t h a t a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d . 6 9 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s R M S E p l o t o f f i n g e r p r i n t s a l o n g D u p l i c a t i o n R o a d 4 0 3 5 3 0 , • I r ~ 2 5 • , + · - - - . . ; r · - 4 • • ~ • U J 2 0 ~ • , < f ) • • . , ~ 1 5 /~ • • I • , , / · - - . - - . . . . . 4 . . . . _ . . . ! ! 1 0 • t . _ , ' • . _ , / . , . . . \ V i · - · - · • I . . . - - - - - + • . ~"t----.-·/· . . ' " , c o v " " ' ~ " " " "'~ ,~ro , " : J O : J . . . . . ~rv r r . , , ' ' , r : : : : , " " " ' f ' " f ' " " " " c f > " ' " " ' ' \ ~~ ~'\ r f l l 0 ~'o ":J"~ _ , h I ' F i n g e r p r i n t I D " ' F i g u r e 5 . 5 : R M S E p l o t o f f i n g e r p r i n t s a l o n g D u p l i c a t i o n R o a d R M S E H i s t o g r a m o f F i n g e r p r i n t s a l o n g D u p l i c a t i o n R o a d 0 1 4 0 1 2 0 1 < l l ~ 0 0 8 c ! ' " ~ ~D ~~ u~ u ~ ~u ~n 0 0 4 ~ D o . o 2 I D 0 ' 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2 3 4 3 6 3 8 R M S E ( d B ) F i g u r e 5 . 6 : R M S E H i s t o g r a m o f f i n g e r p r i n t s a l o n g D u p l i c a t i o n R o a d I u r t h e r m o r e . t h e h i s t o g r a m s h o w n i n F i g u r e 5 . 6 i l l u s t r a t e s t h a t t h e R M S E f o r m o r e t h a n R O % o f t h e f i n g e r p r i n t s i s b e l o w 2 5 d B . 5 . 1 . 2 S u b u r b a n E n v i r o n m e n t C e l l - w i s e a n a l y s i s R e s u l t s o f t h e c e l l - w i s e a n a l y s i s a l o n g r o a d s i n s u b u r b a n a r e g i v e n i n T a b l e 5 . 3 . \ p p m · e n t l y . t h e d e v i a t i o n l i e s i n t h e r a n g e o f 5 d B - 2 0 d B w i t h a n a v e r a g e o f 1 O d B . T h e J e \ i a t i o n c o m p u t e d i n d B m i s a l s o l o w e r t h a n t h a t i n u r b a n e n v i r o n m e n t . H e n c e . i t i s - : \ · i d e n t t h a t t h e p l a n n i n g t o o l p r e d i c t i o n s a r e c l o s e r t o a c t u a l m e a s u r e m e n t s i n s u b u r b a n - - · n \ i r o n m e n t t h a n i n u r b a n . 7 0 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s T a b l e 5 . 3 : C e l l - w i s e a n a l y s i s - S u b u r b a n - - ~ -~ ~£·- r~·~~~- ~· ·-r~·~···o I I I D s h a v e b e e n c h a n g e d f , " C e l l I D R M S E - ( d B ) R M S E - ( d B m ) C e l l I D R M S E - ( d B ) R M S E - ( d B m ) $ $ $ 2 1 4 . 3 6 - 7 3 . 7 0 $ $ $ 3 8 . 0 6 - 6 3 . 2 1 I I $ $ $ 7 6 . 1 7 - 6 9 . 4 1 $ $ $ 1 I 0 . 7 5 - 5 7 . 8 6 I $ $ $ 9 7 . 6 4 - 7 5 . 0 1 $ $ $ 6 1 1 . 3 4 - 7 2 . 7 2 I I I $ $ $ 8 1 5 . 3 5 - 8 0 . 1 7 $ $ $ 5 5 . 9 4 - 7 6 . 5 4 I " F i g u r e 5 . 7 s h o w s t h e a c t u a l a n d p r e d i c t e d s i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l i n s u b u r b a n . · 5 0 - 5 5 - 6 0 S i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l i n s u b u r b a n E - 6 5 I l l - - - a c t u a l _ s t r e n g t h : : : : . - 7 0 ( J ) ~ 7 5 ~~-"'i:'j"~+...;,.,'~ri1~~Ml~~~+JJ~~J~~~"'-·"lJ - 8 0 ' I < - - ¥ - - - - - p r e d 1 c t e d _ s t r e n g t h - 8 5 - 9 0 d i s t a n e e ( m I F i g u r e 5 . 7 : S i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l i n s u b u r b a n I i n g e r p r i n t - w i s e a n a l y s i s R M S E p l o t o f F i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n 1 6 1 4 1 o ~ r r t 1 2 t n r 1 1 t ~ t l J ! r : o o i ~ i t _ t t . t _ _ _ ! t ! I t , ! + ! \ ~- r \ f w ~ . . _ I i t " 0 1 0 J ! ! t r . q i ~ ~ ~ r r t - q H 1 _ , 1 , ! 1 1 1 l l • l 1 W ~ s ~ ~~~ ~t.' 1 , " r 1 1 r 1 ' 1 m~ ~ 1 t ~ t l t 1 ~ ~~ ~ 1 1 t f t J i ! t 1 1 f ~~~i 1 • 1 1 i r ~~1~ ~ : ~~ ; ~v ~~\ ~ ~~~ J 1 1 ~1JV u tN~ 1 ~J 1 ~'W\i .J~ 1 \ ~ u ~~ ~~.r r ~"" ~ l i ll1t~~J~jJ_l_~_1_ _ _ _ !~~l__ -~1~-~J_LLJ~ltf • ~ 0 0 N 0 ~ ~ 0 0 M N M r n M V ~ 0 0 N 0 ~ N ~ ~ ~ ~ m ~ M ~ ~ 0 0 m ~ N ~ n ~ ~ m o N v m r o o ~ N n ~ ~ r o o ~ M v ~ o o o ~ n m ~ r o o ~ ~ ~ N N N N N N N M M M ~ ~ ~ V V V V V V ~ ~ F i n g e r p r i n t I D F i g u r e 5 . 8 : R M S E p l o t o f F i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n 7 1 l C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s F r o m F i g u r e 5 . 8 . i t a p p e a r s t h a t t h e R M S E o f f i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n a r e a r a n g e s f r o m O d B t o 1 5 d B . w h i c h i s l e s s e r t h a n t h a t i n u r b a n a r e a . T h e a v e r a g e v a l u e o f t h a t i s 5 d B , \ Y h i c h i s q u i t e g o o d . T h i s i s a l s o p r o v e d b y t h e h i s t o g r a m s h o w n i n F i g u r e 5 . 9 . 0 . 1 8 0 . 1 6 0 . 1 4 ~ 0 . 1 2 ; ~ 0 . 1 ~ 0 . 0 8 ~ 0 . 0 6 0 . 0 4 0 . 0 2 0 R M S E H i s t o g r a m o f F i n g e r p r i n t s i n S u b u r b a n D o ~ D Q U r i o o _ o c : : J 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 R M S E ( d B ) F i g u r e 5 . 9 : R M S E h i s t o g r a m o f F i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n 5 . 1 . 3 R u r a l E n v i r o n m e n t C e l l - w i s e a n a l y s i s T h e r e s u l t s o f c e l l - w i s e a n a l y s i s s h o w n i n T a b l e 5 . 4 g i v e e v i d e n c e t o t h e f a c t t h a t t h e d e \ i a t i o n b e t w e e n m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d s t r e n g t h s i s c o m p a r a t i v e l y s m a l l i n r u r a l e n Y i r o n m e n t . W h i l e t h e d e v i a t i o n i n d B l i e s i n t h e r a n g e 3 d B - 1 5 d B w i t h a n a v e r a g e o f 7 . 8 d B . t h a t i n d B m i s s m a l l c o m p a r e d t o m e a s u r e d s t r e n g t h s . T a b l e 5 . 4 : C e l l - w i s e A n a l y s i s - R u r a l C e l l I D s h a v e b e e n c h a n g e d f o r t h e p u r p o s e o f r e p o r t i n g - C e l l I D R M S E - ( d B ) R M S E - ( d B m ) C e l l I D R M S E - ( d B ) R M S E - ( d B m ) & & & 3 9 . 2 9 - 5 8 . 4 0 & & & 5 1 3 . 8 2 - 8 6 . 5 9 I & & & 2 8 . 0 4 - 6 0 . 1 1 & & & 6 8 . 2 4 - 7 2 . 1 4 I & & & 7 8 . 1 4 - 5 5 . 6 1 & & & 9 5 . 8 9 - 8 9 . 4 5 & & & 4 8 . 5 1 - 5 5 . 5 8 & & & 1 6 . 4 9 - 9 2 . 2 5 j F i g u r e 5 . 1 0 s h o w s t h e s i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l i n r u r a l e n v i r o n m e n t , w i t h r e s p e c t t o t h e d i s t a n c e f r o m t h e t r a n s m i t t e r . A c c o r d i n g l y , t h e d e v i a t i o n i s e v e n l o w e r i n r u r a l e n v i r o n m e n t c o m p a r e d t o u r b a n a n d s u b u r b a n e n v i r o n m e n t s . 7 2 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s S i g n a l S t r e n g t h V a r i a t i o n o f a c e l l i n R u r a l - 6 0 - 6 5 E - 7 o r o ~ - 7 5 - - - A c t u a l S t r e n g t h = - 8 0 - - - > P r e d r c t e d S t r e n g t h C > : ; ; - 8 5 ; ; ; 9 0 9 5 - 1 0 0 ~ D i s t a n c e ( m ) F i g u r e 5 . 1 0 : S i g n a l s t r e n g t h v a r i a t i o n o f a c e l l i n R u r a l F i n g e r p r i n t - w i s e a n a l y s i s T h e R M S E p l o t s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 1 a n d t h e h i s t o g r a m p l o t i n F i g u r e 5 . 1 2 d e m o n s t r a t e t h e l o w e r d e v i a t i o n b e t w e e n m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s i n r u r a l e n v i r o n m e n t . R M S E p l o t o f R n g e r p r i n t s i n R u r a l 2 0 1 8 r 1 6 1 4 I ~ 1 2 ! \ • I I i 7 l 1 o t :~ 1 1 ! l 6 0 0 0 % c ~ 5 0 0 0 % ~ ~ 0 . . 4 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - ( a l o n g t h e G a l l e R o a d ) - - - A _ C o s t F u n c t i o n - 0 A _ C o s t F u n c l l o n - 1 A _ C o s t F u n c t i o n - 2 - - - - A _ C o s t F u n c t 1 o n - 3 A _ C o s t F u n c l l o n - 4 0~~~#$#$#####$~~###$~ E r r o r L e s s t h a n ( m ) F i g u r e 5 . 1 3 : E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d I h e e r r o r p e r f o r m a n c e o f p o s i t i o n i n g a p p r o a c h - B . w h i c h u s e s t h e n o v e l f i l t e r i n g m e t h o d d e s c r i b e d i n S e c t i o n 3 . 3 . f o r a p r e d i c t e d d a t a b a s e a l o n g G a l l e r o a d i s i l l u s t r a t e d 1 1 1 F i g u r e 5 . 1 4 f o r d i f f e r e n t C o s t F u n c t i o n s . I t a p p e a r s t h a t . t h e a p p r o a c h - B w i t h K = 8 7 4 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s a n d C o s t F u n c t i o n - 4 g i v e s b e t t e r p e r f o r m a n c e w i t h a p o s i t i o n i n g e r r o r l e s s t h a n 2 4 5 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s . ~ " ' ! l c ~ ~ Q . 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % E r r o r C D F o f A p p r o a c h - B f o r p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s ( a l o n g G a l l e R o a d ) § i · l l i A & . " & " S c o r e _ 0 5 _ c o s t F u n c t r o n - 4 ~.., S c o r e _ O S _ c o s t F u n c t r o n - 4 S c o r e _ 1 0 _ c o s t F u n c t r o n - 4 S c o r e _ 2 0 _ c o s t F u n c t r o n - 4 Q~~$###$~####$#~#$##~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 1 4 : E r r o r C D F o f A p p r o a c h - B w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d F i n a l l y . F i g u r e 5 . 1 5 d e m o n s t r a t e s a c o m p a r i s o n o f t h e b e s t r e s u l t s f r o m p o s i t i o n i n g a p p r o a c h - A a n d a p p r o a c h - B w i t h a p r e d i c t e d d a t a b a s e a l o n g G a l l e r o a d . T h i s a l s o c o m p a r e s t h o s e t w o a p p r o a c h e s w i t h t h e b a s i c C e l l _ I D m e t h o d f o r p o s i t i o n i n g . 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % " 7 0 0 0 % " ' ! l 6 0 0 0 % c " 5 0 0 0 % e " Q . 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 . 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 . 0 0 % E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s ( A l o n g G a l l e R o a d ) ; / / / / .A~ / .~ . . . . . . A . . . . i L . . , _ < / . - - A _ C o s t F u n c t i o n - 4 S c o r e _ 0 8 _ c o s t F u n c l i o n - 4 C e l l 1 0 M e t h o d ~~~$###$###$#$#~#$##~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 1 5 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d I t i s c l e a r t h a t . t h e n o v e l f i l t e r i n g m e t h o d w i t h K = 8 a n d C o s t F u n c t i o n - 4 h a s t h e b e t t e r p e r f o r m a n c e w h e n u s i n g a p r e d i c t e d d a t a b a s e i n f i n g e r p r i n t i n g m e t h o d . T h e p o s i t i o n i n g e r r o r i s l e s s t h a n 2 4 5 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s w h i l e t h a t i s l e s s t h a n 4 0 0 m i n 9 0 % o f t h e t i m e . T a b l e 5 . 5 s u m m a r i z e s t h o s e r e s u l t s c o m p a r i n g w i t h t h a t o f b a s i c C e l l _ I D m e t h o d . T h e p e r f o r m a n c e o f D C M w i t h p r e d i c t e d d a t a b a s e i s f a r b e t t e r t h a n t h a t o f C e l l _ I D m e t h o d a l o n g G a l l e r o a d i n u r b a n e n v i r o n m e n t . 7 5 C h a p t e r 5 - R e s u l t s Ana~vsis T a b l e 5 . 5 : R e s u l t s s u m m a r y u s i n g p r e d i c t e d d a t a b a s e W i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s C e l l I D M e t h o d S c o r e 8 - C o s t F u n c t i o n - 4 8 0 % ( m ) 2 4 5 3 7 0 9 0 % ( m ) 4 0 0 4 7 5 M a x i m u m ( m ) 6 1 6 1 0 2 0 M i n i m u m ( m ) 3 1 / 2 7 A v e r a g e ( m ) 1 7 3 2 4 5 S T D ( m ) 1 3 8 1 8 5 M e d i a n ( m ) 1 3 0 2 0 0 I r o m h e r e o n w a r d s , t h e r e s u l t s o f n o v e l f i l t e r i n g a p p r o a c h w i t h K = 8 a n d C o s t ~-unction-4 i s r e f e r r e d t o a s t h e r e s u l t s w i t h p r e d i c t e d d a t a b a s e a l o n g G a l l e r o a d . l J D u p l i c a t i o n R o a d I h e p e r f o r m a n c e o f p r e d i c t e d d a t a b a s e a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d i n u r b a n e n v i r o n m e n t i s d i s c u s s e d i n t h i s s e c t i o n . E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - ( A i o n g D u p l i c a t i o n r o a d ) 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 . 0 0 % ~ 7 0 . 0 0 % 1 :~~~~/f: 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % / / 0 0 0 % • 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) 4 0 0 4 5 0 5 0 0 - - - A _ C o s t F u n c t i o n - 0 A _ C o s t F u n c t i o n - 1 A _ C o s t F u n c t i o n - 2 A _ C o s t F u n c t 1 o n - 3 ~*···A_ C o s t F u n c t i o n - 4 F i g u r e 5 . 1 6 : E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n R o a d \ c : c o r d i n g t o F i g u r e 5 . 1 6 , a l l t h e C o s t F u n c t i o n s . e x c e p t C o s t F u n c t i o n - L h a v e a C : \ l t l l p a r a b l e p e r f o r m a n c e i n a p p r o a c h - A . A m o n g t h e m . C o s t F u n c t i o n - 4 c a n b e s e l e c t e d 7 6 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s t o b e t h e b e s t w i t h a l l e r r o r s t a t i s t i c s . m e a n . m e d i a n a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n . T h e p o s i t i o n i n g e r r o r w i t h C o s t F u n c t i o n - 4 i s l e s s t h a n 1 8 5 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s . T h i s i s a n a c c e p t a b l e r e s u l t f o r u r b a n s c e n a r i o . . O l ! l c . ~ . a . 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % 5 0 E r r o r C D F o f A p p r o a c h - B w i t h P r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s ( a l o n g D u p l i c a i t o n R o a d ) / 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) 3 5 0 4 0 0 4 5 0 " 5 0 0 S c o r e 5 c o s t f u n c t l o n - 4 S c o r e 8 c o s t f u n c t l o n - 4 - - - - - - - t l - - - · S c o r e _ 1 O _ c o s t f u n c t l o n - 4 - - S c o r e _ 2 0 _ c o s t f u n c t l o n - 4 F i g u r e 5 . 1 7 : E r r o r C D F o f A p p r o a c h - 8 w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n R o a d F u r t h e r m o r e . t h e p e r f o r m a n c e o f p o s i t i o n i n g a p p r o a c h - B w i t h d i f f e r e n t K v a l u e s d o e s n o t s h o w a c l e a r d i s t i n c t i o n f r o m e a c h o t h e r . A m o n g t h e m . a p p r o a c h - B w i t h K = 2 0 a n d C o s t F u n c t i o n - 4 s e e m s t o b e b e t t e r . F r o m t h e c o m p a r i s o n i n F i g u r e 5 . 1 8 . a p p r o a c h - A w i t h C o s t F u n c t i o n - 4 c a n b e s e l e c t e d t o b e t h e b e s t w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s a l o n g t h e d u p l i c a t i o n r o a d g i v i n g a p o s i t i o n i n g e r r o r o f 1 8 5 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s a n d t h a t o f 2 3 5 m i n 9 0 % o f t h e e s t i m a t e s . T h i s r e s u l t i s f a r b e t t e r t h a n t h e r e s u l t s o f C e l l _ I D m e t h o d f o r p o s i t i o n i n g . 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 . 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % m 7 0 0 0 % 0 > ! l 6 0 0 0 % c • 5 0 . 0 0 % e m a . 4 0 0 0 % 3 0 . 0 0 % 2 0 . 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 . 0 0 % 0 5 0 E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s ( A l o n g D u p l i c a t i o n R o a d ) / / / 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 A _ C o s t F u n c t l o n - 4 S c o r e _ 2 0 _ c o s t f u n c t l o n - 4 · · · C e i i _ I D M e t h o d F i g u r e 5 . 1 8 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n R o a d 7 7 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s T a b l e 5 . 6 g i v e s a s u m m a r y o f t h e b e s t r e s u l t s a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d u s i n g a p r e d i c t e d d a t a b a s e . T a b l e 5 . 6 : R e s u l t s s u m m a r y w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n R o a d W i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s A C o s t F u n c t i o n - 4 C e l l I D M e t h o d 8 0 % ( m ) 1 8 5 2 2 5 9 o o ; ; , ( m ) 2 3 5 3 2 0 - · M a x i m u m ( m ) 3 4 3 4 6 3 M i n i m u m ( m ) 7 1 1 A v e r a g e ( m ) 1 1 4 1 5 8 S T D ( m ) 8 3 1 0 5 M e d i a n ( m ) 9 0 1 3 9 T h e s e r e s u l t s o f a p p r o a c h - A w i t h C o s t F u n c t i o n - 4 u s i n g a p r e d i c t e d d a t a b a s e i s r e f e r r e d t o a s r e s u l t s w i t h p r e d i c t e d d a t a b a s e a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d i n f u t u r e s e c t i o n s . 5 . 2 . 2 S u b u r b a n ! h i s s e c t i o n d i s c u s s e s t h e r e s u l t s o f a p p r o a c h - A a n d a p p r o a c h - B f o r p o s i t i o n i n g u s i n g a p r e d i c t e d d a t a b a s e a l o n g t h e r o a d s i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t . 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 . 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % " 7 0 0 0 % f 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % " 0 . . 4 0 0 0 % 3 0 . 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 0 0 % C ) C ) C ) " C ) C ) ' ) ; < ; : P ' : ! E r r o r C D F A p p r o a c h - A w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n J,u~ o • i $ x ~,._..m~ C ) C ) C ) C ) C ) C ) D , C ' \ D , C ' \ . J : \ D . J : \ ~ & ~ ~ ~ ~ ~ ~ & ~ ~~ ~ ~ " " v ' " ' ) ; ' V ' ) , E r r o r L e s s t h a n ( m ) - - - A _ C o s t F u n c t i o n - 0 A C o s t F u n c t i o n - 1 A _ C o s t F u n c t t o n - 2 - - - - A _ C o s t F u n c t i o n - 3 A _ C o s t F u n c t i o n - 4 F i g u r e 5 . 1 9 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n 7 8 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s I t i s c l e a r f r o m F i g u r e 5 . 1 9 t h a t t h e p o s i t i o n i n g e r r o r i s J e s s w h e n u s i n g n o v e l C o s t F u n c t i o n . C o s t F u n c t i o n - 4 . w i t h a p p r o a c h - A i n s u b u r b a n . F u r t h e r m o r e , w h e n u s i n g a p p r o a c h - B w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n e m i r o n m e n t . t h e p e r f o r m a n c e i s b e t t e r w i t h K = 8 a n d C o s t F u n c t i o n - 0 . T h i s i s d e m o n s t r a t e d i n F i g u r e 5 . 2 0 . 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % ~ 7 0 0 0 % C l J 9 6 0 . 0 0 % c ~ 5 0 0 0 % u : ; ; 0 . . 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 . 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 0 0 % E r r o r C D F o f A p p r o a c h - B w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n , 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) S c o r e _ 5 C o s t F u n c t i o n - 4 S c o r e _ 8 C o s t F u n c t i o n - 0 ~score_10 C o s t F u n c t i o n - 4 - - - S c o r e _ 2 0 C o s t F u n c l l o n - 4 F i g u r e 5 . 2 0 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - 8 w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n F i g u r e 5 . 2 1 s h o w s a c o m p a r i s o n b e t w e e n a p p r o a c h - A a n d a p p r o a c h - B w i t h p r e d i c t e d t i n g e r p r i n t s i n s u b u r b a n . " ' C > s c " ' u ( i ; 0 . . E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s · S u b u r b a n 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 . 0 0 % 9 0 . 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 . 0 0 % / 3 0 0 0 % / / 2 0 . 0 0 % 1 0 0 0 % , / . . / / 0 0 0 % ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ & ~ & ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 0 ~ v ~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) - - A _ C o s t F u n c t i o n - 4 S c o r e _ 8 C o s t F u n c t i o n - 0 - C e i i _ I D M e t h o d F i g u r e 5 . 2 1 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n A p p a r e n t l y , a p p r o a c h - B w i t h K = 8 a n d C o s t F u n c t i o n - 0 h a s a b e t t e r p e r f o r m a n c e w i t h a n e r r o r l e s s t h a n 7 0 0 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s w h i l e t h a t i s l e s s t h a n 8 0 0 m i n 9 0 % o f t h e e s t i m a t e s . 7 9 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s T a b l e 5 . 7 : R e s u l t s s u m m a r y w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n W i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s S c o r e 8 C o s t F u n c t i o n - 0 C e l l I D M e t h o d 8 0 % ( m ) 7 0 0 1 4 0 0 9 0 % ( m ) 8 0 0 1 6 7 5 M a x i m u m ( m ) 1 2 9 3 2 6 9 9 M i n i m u m ( m ) 2 4 " ' 3 1 A v e r a g e ( m ) 4 8 2 1 0 3 7 S T D ( m ) 2 8 3 4 8 5 M e d i a n ( m ) 4 3 6 1 0 3 0 T a b l e 5 . 7 s u m m a r i z e s t h e e r r o r s t a t i s t i c s o f b e s t a p p r o a c h u s i n g p r e d i c t e d d a t a b a s e i n s u b u r b a n i n c o m p a r i s o n w i t h t h o s e o f C e l l _ I D m e t h o d f o r p o s i t i o n i n g . T h e r e s u l t s w i t h a p r e d i c t e d d a t a b a s e f o r f i n g e r p r i n t i n g a r e f a r b e t t e r t h a n t h a t o f C e l l _ I D m e t h o d f o r p o s i t i o n i n g i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t . T h e b e s t r e s u l t s o b t a i n e d w i t h a p r e d i c t e d d a t a b a s e u s i n g n o v e l f i l t e r i n g m e t h o d w i t h K = 8 a n d C o s t F u n c t i o n - 0 a r e r e f e r r e d t o a s t h e r e s u l t s o f s u b u r b a n e n v i r o n m e n t w i t h a p r e d i c t e d d a t a b a s e i n f u t u r e s e c t i o n s . 5 . 2 . 3 R u r a l I h e o u t c o m e s o f s a m e a p p r o a c h - A a n d a p p r o a c h - B f o r p o s i t i o n i n g i n r u r a l e n v i r o n m e n t w i t h a p r e d i c t e d d a t a b a s e a r e d e s c r i b e d i n t h i s s e c t i o n . T h e p e r f o r m a n c e o f a p p r o a c h - A i s c o m p a r a b l e f o r a l l C o s t F u n c t i o n s . e x c e p t C o s t F u n c t i o n - 1 . A m o n g t h e m , C o s t F u n c t i o n - 4 c a n b e s e l e c t e d a s t h e b e s t s i n c e i t p e r f o r m s s l i g h t l y b e t t e r i n h i g h e r p e r c e n t a g e s a s c a n b e s e e n b y t h e F i g u r e 5 . 2 2 . 8 0 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % < l > 7 0 0 0 % O ' l 2 6 0 0 0 % t : < l > 5 0 0 0 % ~ < l > 4 0 0 0 % Q _ 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % 0 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - R u r a l 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 ) 1 0 E r r o r l e s s t h a n ( m ) - - A _ C o s t F u n c t : o n - 0 A _ C o s t F u n c t i o n - 1 A _ C o s t F u n c t i o n - 2 A _ C o s t F u n c t i o n - 3 A _ C o s t F u n c t i o n - 4 F i g u r e 5 . 2 2 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l F i g u r e 5 . 2 3 s h o w s t h e p o s i t i o n i n g e r r o r C D F f o r a p p r o a c h - B w i t h d i f f e r e n t K v a l u e s u s m g a p r e d i c t e d d a t a b a s e . T h e r e a l s o , t h e p e r f o r m a n c e i s c o m p a r a b l e f o r K = 8 a n d K = 1 0 . " ' 0 > ~ c " ' ~ " ' Q _ 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 . 0 0 % E r r o r C D F o f A p p r o a c h - 8 w i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - R u r a l S c o r e _ 3 _ C o s t F u n c t 1 0 n - 2 S c o r e _ 5 _ C o s t F u n c t i o n - 2 - - t r - - S c o r e _ B _ C o s t F u n c t l o n - 2 - - S c o r e _ 1 0 _ C o s t F u n c t i o n - 2 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 ~ v ~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 2 3 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - B w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l I h e c o m p a r i s o n o f t w o a p p r o a c h e s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 4 i l l u s t r a t e s t h a t , a p p r o a c h - A \ \ : t h C o s t F u n c t i o n - 4 h a s t h e h i g h e s t p e r f o r m a n c e w i t h a p o s i t i o n i n g e r r o r l e s s t h a n - f l l . : , m i n 8 0 % o f t h e t i m e w h i l e t h a t i s l e s s t h a n 6 0 0 m i n 9 0 % o f t h e t i m e . T h i s P l · r t ! . m n a n c e i s r e m a r k a b l e f o r a r u r a l e n v i r o n m e n t 8 1 " ' C l l ! l t : ~ : ; : ; a . 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 . 0 0 % 6 0 . 0 0 % 5 0 . 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 . 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - R u r a l " ' I / / ' / _.·:::::·-:::~ - - - A _ C o s t F u n c t i o n - 4 S c o r e _ 1 0 _ C o s t F u n c t i o n - 2 C e l l I D M e t h o d 0 . 0 0 % - · - - - - - - - · · · - ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ # > < ' ) ; ' : 3 I X ' 0 < o ' \ ' l l OS.._~.._'), . . _ ' 0 - 0 f ' ' ) , ' ) , ' ) i J E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 2 4 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l T h e e r r o r s t a t i s t i c s f o r t h e b e s t a p p r o a c h u s i n g D C M w i t h p r e d i c t e d d a t a b a s e a r e s h o w n i n T a b l e 5 . 8 c o m p a r e d w i t h t h o s e o f C e l l _ I D m e t h o d f o r t h e s a m e e n v i r o n m e n t . T a b l e 5 . 8 : R e s u l t s s u m m a r y w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - s u b u r b a n W i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s A C o s t F u n c t i o n - 4 C e l l I D M e t h o d 8 0 % ( m ) 4 9 5 1 1 2 5 9 0 % ( m ) 6 0 0 1 2 0 0 M a x i m u m ( m ) 3 8 4 2 4 9 4 9 M i n i m u m ( m ) . . . . . 3 9 8 . ) A v e r a g e ( m ) 3 3 1 1 0 0 3 S T D ( m ) 3 9 3 6 0 6 M e d i a n ( m ) 2 7 4 9 0 7 5 . 3 P e r f o r m a n c e o f D C M w i t h M e a s u r e d D a t a b a s e T h i s s e c t i o n f i g u r e s o u t t h e p e r f o r m a n c e o f f i n g e r p r i n t i n g m e t h o d u s i n g a m e a s u r e d d a t a b a s e i n a l l t h r e e e n v i r o n m e n t s c o n s i d e r i n t h i s r e s e a r c h . 8 2 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s 5 . 3 . 1 U r b a n A . G a l l e R o a d f 1 g u r e 5 . 2 5 i l l u s t r a t e s t h e p o s i t i o n i n g e r r o r C D F o f a p p r o a c h - A u s i n g a m e a s u r e d J a t a b a s e a l o n g G a l l e r o a d . I t c a n b e s e e n t h a t a l l t h e C o s t F u n c t i o n s h a v e a s i m i l a r p e r f o r m a n c e w h i l e C o s t F u n c t i o n - 4 g i v i n g t h e b e s t . T h e p e r f o r m a n c e o f a p p r o a c h - B w i t h d i f f e r e n t K v a l u e s f o r m e a s u r e d d a t a i s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 6 . T h e r e , t h e p e r f o r m a n c e o f K = 3 a n d K = 5 a r e c o m p a r a b l e w i t h K = 5 g i v i n g a s l i g h t l y b e s t v a l u e s . _ . < l l O " l : = 0 : < l l ~ < l l 0 . . " ' 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A w i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d / c y '~ ' " ' " ' _ . : : . . . . , . . . - - - - A _ C o s t F u n c t i o n - 0 A _ C o s t F u n c t i o n - 1 A _ C o s t F u n c t i o n - 2 A _ C o s t F u n c t i o n - 3 , A _ C o s t F u n c t 1 o n - 4 ~w~~~w~~~~~~~~~~~~~~~ ' ' ~ ~ ~ ~ N ~ 0 0 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 ~ E r r o r L e s s t h a n ( m ) F i g u r e 5 . 2 5 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e r o a d E r r o r C D F o f A p p r o a c h - B w i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % ,.~.<, " A t , h 6 t , " ~·-b:' 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % C 1 S c o r e _ 2 _ c o s t F u n c t l o n - 4 - - & · S c o r e _ 3 _ c o s t F u n c t l o n - 4 S c o r e _ 5 _ c o s t F u n c t l o n - 4 " ' E " ' " " ' a . 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % ~~~$###$~$#$#$#~#$#$~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 2 6 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - B w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e r o a d 8 3 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s T h e p e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f a p p r o a c h - A a n d a p p r o a c h - B d e m o n s t r a t e s t h a t b o t h a p p r o a c h e s h a v e a s i m i l a r p e r f o r m a n c e a l o n g G a l l e R o a d f o r m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s . A m o n g t h e m . a p p r o a c h - B w i t h K = 5 a n d C o s t F u n c t i o n - 4 h a s a s l i g h t l y h i g h e r p e r f o r m a n c e g i v i n g a p o s i t i o n i n g e r r o r o f 2 2 5 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s a n d t h a t o f 4 2 5 m i n 9 0 % o f t h e e s t i m a t e s . E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g M e a s r e d F i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % ~~~--- --~~-----~ 9 0 . 0 0 % / 8 0 0 0 % " 7 0 0 0 % (~/ O l / ! ! 6 0 . 0 0 % " " u 5 0 . 0 0 % ~ 0 . . 4 0 . 0 0 % A _ C o s t F u n c t i o n - 4 - - S c o r e _ 5 _ c o s t F u n c t i o n - 4 C e l l 1 0 M e t h o d 3 0 0 0 % 2 0 . 0 0 % 1 0 0 0 % 0 . 0 0 % ~~~~###$~&#$##~~###$~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 2 7 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - - G a l l e R o a d A s u m m a r y o f t h e e r r o r s t a t i s t i c s o f t h e b e s t a p p r o a c h u s i n g m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s a l o n g G a l l e r o a d i s g i v e n i n T a b l e 5 . 9 i n c o m p a r i s o n w i t h t h e C e l l _ I D m e t h o d f o r p o s i t i o n i n g . T a b l e 5 . 9 : R e s u l t s s u m m a r y w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e r o a d W i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s S c o r e 5 - C o s t F u n c t i o n - 4 C e l l I D M e t h o d 9 0 % ( m ) 4 2 5 4 7 5 8 0 % ( m ) 2 2 5 3 7 0 M a x i m u m ( m ) 2 0 7 0 1 0 2 0 M i n i m u m ( m ) 1 3 2 7 A v e r a g e ( m ) 1 8 8 2 4 5 S T D ( m ) 3 4 1 1 8 5 M e d i a n ( m ) 6 7 2 0 0 8 4 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s B . D u p l i c a t i o n R o a d T h e e r r o r p e r f o r m a n c e o f p o s i t i o n i n g a p p r o a c h - A u s i n g m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d i s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 8 . I t a p p e a r s t h a t , C o s t F u n c t i o n - 3 h a s a b e t t e r p e r f o r m a n c e o v e r o t h e r i n a p p r o a c h - A g i v i n g a p o s i t i o n i n g e r r o r l e s s t h a n 1 1 8 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s . " ' " ' . l 3 c : " ' ~ " ' ( l . 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 . 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 . 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 . 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 0 0 % 0 5 0 E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A u s i n g M e a s u e r d F i n g e r p r i n t s . D u p l i c a t i o n R o a d " ' 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) - - - A _ C o s t F u n c t 1 o n - 0 A _ C o s t F u n c t i o n - 1 A _ C o s t F u n c t 1 o n - 2 A _ C o s t F u n c t 1 o n - 3 A _ C o s t F u n c t i o n - 4 F i g u r e 5 . 2 8 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d P o s i t i o n i n g a p p r o a c h - B f o r d i f f e r e n t K v a l u e s h a s a s i m i l a r p e r f o r m a n c e a s s h o w n m 1 - i g u r e 5 . 2 9 a n d K = 5 c a n b e s e l e c t e d a s t h e b e s t a m o n g t h e m . ' " C l 2 c ' " ~ ' " Q _ 1 1 0 0 0 % 1 0 0 . 0 0 % 9 0 . 0 0 % 8 0 . 0 0 % 7 0 . 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 . 0 0 % 4 0 . 0 0 % 3 0 . 0 0 % 2 0 . 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % 0 E r r o r C D F o f A p p r o a c h - B w i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s · D u p l i c a t i o n R o a d 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) S c o r e _ 2 _ c o s t f u n c t i o n - 2 S c o r e _ 3 _ c o s t f u n c t i o n - 2 - - & - - S c o r e _ 5 _ c o s t f u n c t i o n - 2 F i g u r e 5 . 2 9 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - B w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d 8 5 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s F i g u r e 5 . 3 0 i l l u s t r a t e s a c o m p a r i s o n o f p o s i t i o n i n g e r r o r o f t w o a p p r o a c h e s t o g e t h e r w i t h t h a t o f C e l l _ I D m e t h o d . I t a p p e a r s t h a t a p p r o a c h - A w i t h C o s t F u n c t i o n - 3 p e r f o r m s w e l l w i t h a p o s i t i o n i n g e r r o r l e s s t h a n 1 1 8 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s a n d 1 3 5 m i n 9 0 % o f t h e e s t i m a t e s . T h e s e r e s u l t s u s i n g a m e a s u r e d d a t a b a s e f o r D C M i s f a r b e t t e r t h a n t h o s e o f b a s i c C e l l 1 0 m e t h o d . E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s · D u p l i c a t i o n R o a d 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 . 0 0 % ' _ : t . . - - . - . . ~·· - · - · · · 9 0 0 0 % . . . • " ' ~ . . 8 0 0 0 % C l > 7 0 0 0 % " ' - - A C o s t F u n c t i o n - 3 . 1 3 6 0 0 0 % - c : / S c o r e _ S _ c o s t f u n c t i o n - 2 C l > 5 0 . 0 0 % " ' - - C e i i _ I D M e t h o d C l > 4 0 0 0 % " - 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % / / / 1 0 0 0 % 0 . 0 0 % 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) F i g u r e 5 . 3 0 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f D C M w i t h m e a s u r e d d a t a b a s e a n d C e l l _ I D m e t h o d a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d i s s h o w n i n T a b l e 5 . 1 0 . T a b l e 5 . 1 0 : R e s u l t s s u m m a r y w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d W i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s A C o s t F u n c t i o n - 3 C e l l I D M e t h o d I 8 0 % ( m ) 1 1 8 2 2 5 9 0 % ( m ) 1 3 5 3 2 0 M a x i m u m ( m ) 2 5 6 4 6 3 M i n i m u m ( m ) 4 1 1 A v e r a g e ( m ) 7 2 1 5 8 S T D ( m ) 5 4 1 0 5 M e d i a n ( m ) 5 6 1 3 9 I 8 6 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s A p p r o a c h - A w i t h C o s t F u n c t i o n - 3 . w h i c h g a v e t h e b e s t r e s u l t s w i t h a m e a s u r e d d a t a b a s e a l o n g d u p l i c a t i o n r o a d . i s r e f e r r e d t o a s t h e r e s u l t s o f D C M w i t h m e a s u r e d d a t a b a s e a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d i n f u t u r e s e c t i o n s . 5 . 3 . 2 S u b u r b a n A c c o r d i n g t o F i g u r e 5 . 3 L w h i c h s h o w s t h e e r r o r C D F o f a p p r o a c h - A u s i n g a m e a s u r e d d a t a b a s e a l o n g r o a d s i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t . C o s t F u n c t i o n - I a n d C o s t F u n c t i o n - 2 h a s a c o m p a r a b l e p e r f o r m a n c e w h i l e C o s t F u n c t i o n - 4 h a s a ~creasing p e r f o r m a n c e t t ) \ \ a r d s h i g h e r p e r c e n t a g e s . A m o n g t h e m . C o s t F u n c t i o n - 2 c a n b e s e l e c t e d t o b e t h e b e s t . w h e n c o n s i d e r i n g o t h e r s t a t i s t i c s a s m e a n . m e d i a n a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n . " " ' l S " " ~ l l . " C l ! 9 c : " " c . 1 1 0 0 0 % 1 0 0 . 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 . 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 . 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 . 0 0 % ( ) 1 1 0 0 0 % 1 0 0 . 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 . 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 . 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 0 . 0 0 % ( ) ( ) " r 6 J ( ) " : > ( ) ( ) E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A w i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s · S u b u r b a n " ' ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 G ~ ~ ~ ~ ~ 0 ~ r 6 J o / ~ E r r o r L e s s t h a n ( m ) - - - A _ C o s t F u n c t i o n - 0 A _ C o s t F u n c t i o n - 1 A _ C o s t F u n c t i o n - 2 A _ C o s t F u n c t i o n - 3 y A _ C o s t F u n c t i o n - 4 F i g u r e 5 . 3 1 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n E r r o r C D F o f A p p r o a c h - B w i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n ; - : S c o r e _ 3 C o s t F u n c t i o n - 4 - - - & - - S c o r e _ 5 C o s t F u n c t < o n - 4 S c o r e _ 8 C o s t F u n c t i o n - 2 - - S c o r e _ 1 0 C o s t F u n c t i o n - 2 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 3 2 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - B w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n 8 7 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s A p p r o a c h - B w i t h d i f f e r e n t K v a l u e s a l s o h a s c o m p a r a b l e p e r f o r m a n c e s a n d a m o n g a l l . K = 3 w i t h C o s t F u n c t i o n - 4 c a n b e s e l e c t e d t o b e t h e b e s t . h g u r e 5 . 3 3 d e m o n s t r a t e s a c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e b e s t m e t h o d s i n a p p r o a c h - A a n d a p p r o a c h - B . C l e a r l y , a p p r o a c h - B w i t h K = 3 a n d C o s t F u n c t i o n - 4 g i v e s a h i g h e r p e r f o r m a n c e w i t h a p o s i t i o n i n g e r r o r l e s s t h a n 5 2 5 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s a n d 7 5 0 m i n 9 0 % o f t h e e s t i m a t e s . T h i s i s a p o o r p e r f o r m a n c e f o r s u b u r b a n e n v i r o n m e n t . 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 0 7 0 0 0 % C l ~ 6 0 . 0 0 % c 0 5 0 . 0 0 % ~ 0 < 1 . 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % 0 < : > ' = ' " ; : , ' = ' c o ( : : P n ; E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n / / / / / _ " ' I < - - " " " ' ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ t > < : J < o ~ < o ' l l " 0 " " ' " 0 0 r v ' = ' r v " ' < P E r r o r L e s s T h a n ( m ) - - - A _ C o s t F u n c t i o n - 2 S c o r e _ 3 C o s t F u n c t l o n - 4 - C e i i _ I D M e t h o d F i g u r e 5 . 3 3 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n ! a b l e 5 . 1 1 s u m m a r i z e s t h e e r r o r s t a t i s t i c s o f b e s t m e t h o d s i n s u b u r b a n i n c o m p a r i s o n \ \ i t h t h a t o f C e l l I D m e t h o d . T a b l e 5 . 1 1 : R e s u l t s s u m m a r y w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - S u b u r b a n W i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s S c o r e 3 - C o s t F u n c t i o n - 4 C e l l I D M e t h o d 8 0 % ( m ) 5 2 5 1 4 0 0 9 0 % ) ( m ) 7 5 0 1 6 7 5 M a x i m u m ( m ) 1 2 1 8 2 6 9 9 M i n i m u m ( m ) 5 3 1 I A v e r a g e ( m ) 3 2 5 1 0 3 7 S T D ( m ) 2 6 6 4 8 5 I M e d i a n ( m ) 2 6 1 1 0 3 0 - 8 8 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s 5 . 3 . 3 R u r a l E r r o r C D F o f A p p r o a c h - A w i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s - R u r a l 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % : 8 0 0 0 % > f ' - - A _ C o s l F u n c t i o n - 0 " ' 7 0 0 0 % A _ C o s t F u n c t i o n - 1 " ' A _ C o s t F u n c t i o n - 2 ~ 6 0 0 0 % c : " ' 5 0 0 0 % A _ C o s t F u n c t t o n - 3 : : " ' Q . _ 4 0 0 0 % A _ C o s t F u n c t i o n - 4 3 0 0 0 % " 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 3 4 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - A w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l I t c a n b e s e e n f r o m F i g u r e 5 . 3 4 t h a t t h e p e r f o r m a n c e o f D C M w i t h a p p r o a c h - A u s i n g a m e a s u r e d d a t a b s e i s c o m p e t i t i v e w i t h C o s t F u n c t i o n - 2 a n d C o s t F u n c t i o n - 4 . C o n s e q u e n t l y , C o s t F u n c t i o n - 2 c a n b e t a k e n a s t h e b e s t a s i t s p e r f o r m a n c e i n c r e a s e s r a p i d l y a t h i g h e r p e r c e n t a g e s w h i l e t h e p e r f o r m a n c e o f C o s t F u n c t i o n - 4 d e c r e a s e s . T h e p e r f o r m a n c e d e m o n s t r a t i o n i n F i g u r e 5 . 3 5 s a y s t h a t , a p p r o a c h - B w i t h d i f f e r e n t K \ a l u e s h a s c o m p a r a b l e p e r f o r m a n c e f o r a l l K v a l u e s a n d a m o n g t h e m , K = 2 w i t h C o s t F u n c t i o n - 2 c a n b e s e l e c t e d t o b e t h e b e s t . " ' 0 1 . ' S c : " ' : : " ' Q . _ E r r o r C D F o f A p p r o a c h - 8 w i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s - R u r a l 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % ~""--:SP=''-""'"f:i.._., , < - t r '~~ ~ft - f : r · · · - - · · . - f > · · · · "is·"'"~ 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 . 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 0 ~ v ~ E r r o r L e s s t h a n ( m ) · - - t = · · - · S c o r e _ 5 _ C o s t F u n c t i o n - 2 S c o r e _ 8 _ C o s t F u n c t i o n - 2 S c o r e _ 2 _ C o s t F u n c t i o n - 2 S c o r e _ 3 _ C o s t F u n c t i o n - 4 F i g u r e 5 . 3 5 : E r r o r C D F o f a p p r o a c h - B w i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l 8 9 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s A c c o r d i n g t o t h e c o m p a r i s o n o f a p p r o a c h - A a n d a p p r o a c h - B i n F i g u r e 5 . 3 6 , a p p r o a c h - B w i t h K = 2 a n d C o s t F u n c t i o n - 2 i s b e s t f o r r u r a l e n v i r o n m e n t w i t h m e a s u r e d d a t a b a s e . < l > C l 2 c < l > : : < l > 0 . . 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 . 0 0 % : ! 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % ' / 1 0 . 0 0 % 0 0 0 % • ! ' E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s · R u r a l / / _ / / ' f .:.;_~:::::--:Y ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 ~ ~ ~ ~ ~ ~ E r r o r L e s s t h a n ( m ) " - - A _ C o s t F u n c t i o n - 2 S c o r e _ 2 _ C o s t F u n c t i o n - 2 - - C e i i _ I D M e t h o d F i g u r e 5 . 3 6 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l l a b l e 5 . 1 2 s u m m a r i z e s t h e a c c u r a c y s t a t i s t i c s o f p o s i t i o n i n g i n r u r a l e n v i r o n m e n t u s i n g a m e a s u r e d d a t a b a s e i n c o m p a r i s o n w i t h t h o s e o f C e l l _ I D m e t h o d . T a b l e 5 . 1 2 : R e s u l t s s u m m a r y w i t h m e a s u r e f i n g e r p r i n t s - R u r a l W i t h M e a s u r e d F i n g e r p r i n t s S c o r e 2 - C o s t F u n c t i o n - 2 C e l l I D M e t h o d 8 0 % ( m ) 5 4 0 1 1 2 5 9 0 % ( m ) 7 0 0 1 2 0 0 M a x i m u m ( m ) 3 4 2 4 4 9 4 9 M i n i m u m ( m ) , . , 3 9 8 j A v e r a g e ( m ) 3 5 1 1 0 0 3 S T D ( m ) 3 8 4 6 0 6 M e d i a n ( m ) 2 6 0 9 0 7 9 0 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s 5 . - l P l · r f o r m a n c e C o m p a r i s o n u s i n g P r e d i c t e d a n d M e a s u r e d D a t a b a s e s T h i , ~cction i s d e v o t e d f o r t h e p e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f D a t a b a s e C o r r e l a t i o n \ l e t t 1 ' d u s i n g m e a s u r e d d a t a b a s e a n d a p r e d i c t e d d a t a b a s e i n t h r e e d i f f e r e n t e m · r · ' n m e n t s . u r b a n , s u b u r b a n a n d r u r a l . F u r t h e r m o r e , t h e p e r f o r m a n c e i s c o m p a r e d \ \ i t l 1 : h a t o f b a s i c C e l l _ I D m e t h o d f o r p o s i t i o n i n g . 5 . 4 . 1 L r b a n _ . . - 1 i " d i e R o a d f > o - , t t l n n i n g e r r o r c o m p a r i s o n . u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s . a l o n g G a l l e r o a d t s s h o w n i n F i g u r e 5 . 3 7 . I t a p p e a r s t h a t , i n l o w e r p e r c e n t a g e s , t h e p e r f o r m a n c e i s h e n l · r \ \ i t h m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s w h i l e t h a t i s b e t t e r w i t h p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s i n p e r L · l · n t a g e s a b o v e 9 0 % . H e n c e , i t c a n b e s t a t e d t h a t t h e D C M w i t h p r e d i c t e d 1 i n L : , T p r i n t s h a s a p o t e n t i a l f o r b e t t e r a c c u r a c i e s a l o n g G a l l e r o a d . · c o o % J C 0 0 % J C 0 0 % 3 ( 0 0 % 7 C o o % 3 C 8 0 % S C J O % 4~J 0 0 % 3 C 0 0 % 2 0 0 0 % 0 0 % J 0 0 % E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d & p r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - G a l l e R o a d / / / I ' / / ! - ; < : ; % . . ~---- A - - P r e d 1 c t e d _ S c o r e _ 8 - C o s t F u n c t i o n - 4 M e a s u r e d _ S c o r e S _ C o s t F u n c t l o n - 4 C e i i _ I D M e t h o d ~~~$###$~$#$#$¢~#$#$~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 3 7 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d d a t a b a s e s - G a l l e r o a d . \ , . 1 1 1 1 p a r i s o n o f e r r o r s t a t i s t i c s , s u c h a s m a x i m u m , m i n i m u m , a v e r a g e a n d m e d i a n . f o r 1 1 1 L ' d ' - U r c d a n d p r e d i c t e d d a t a b a s e s i s s h o w n i n T a b l e 5 . 1 3 . 9 1 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s T a b l e 5 . 1 3 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - G a l l e r o a d - W i t h P r e d i c t e d I W i t h M e a s u r e d I F i n g e r p r i n t s F i n g e r p r i n t s C e l l I D I I S c o r e 5 - C o s t F u n c t i o n - 4 S c o r e 8 - C o s t F u n c t i o n - 4 M e t h o d ! 9 0 % ( m ) 4 2 5 4 0 0 4 7 5 I I 8 0 % ( m ) 2 2 5 2 4 5 3 7 0 M a x i m u m ( m ) 2 0 7 0 6 1 6 1 0 2 0 " M i n i m u m ( m ) 1 3 3 1 2 7 i I A v e r a g e ( m ) 1 8 8 1 7 3 2 4 5 I : S T D ( m ) 3 4 1 1 3 8 1 8 5 I I I M e d i a n ( m ) 6 7 1 3 0 2 0 0 i n D u p l i c a t i o n R o a d l h e p e r f o r m a n c e i s f a r b e t t e r w i t h a m e a s u r e d d a t a b a s e a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d a s i t a p p e a r s i n F i g u r e 5 . 3 8 . F u r t h e r , t h e p e r f o r m a n c e o f C e l l _ I D m e t h o d i s i n f e r i o r t o b o t h , l f o t h e r m e t h o d s . " O l ! ! c : " 0 0 ; n . 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g M e a s u r e d & P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n R o a d / / / - - - - - - - -~ ···~-~~ . . - · ~_. 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) - - - M e a s u r e d _ A _ C o s t F u n c t l o n - 3 ¥ P r e d 1 c l e d _ A _ C o s t F u n c t l o n - 4 C e i i _ I D M e t h o d F i g u r e 5 . 3 8 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d I a b l e 5 . 1 4 g i v e s a c o m p a r i s o n o f p o s i t i o n i n g e r r o r s t a t i s t i c s o f D C M w i t h m e a s u r e d . m d p r e d i c t e d d a t a b a s e s . 9 2 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s T a b l e 5 . 1 4 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - D u p l i c a t i o n r o a d W i t h M e a s u r e d W i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s F i n g e r p r i n t s C e l l I D A C o s t F u n c t i o n - 3 A C o s t F u n c t i o n - 4 M e t h o d 8 0 % ( m ) 1 1 8 1 8 5 2 2 5 9 0 % ( m ) 1 3 5 2 3 5 3 2 0 M a x i m u m ( m ) 2 5 6 3 4 3 4 6 3 " M i n i m u m ( m ) 4 7 1 1 A v e r a g e ( m ) 7 2 1 1 4 1 5 8 S T D ( m ) 5 4 8 3 1 0 5 M e d i a n ( m ) 5 6 9 0 1 3 9 5 . 4 . 2 S u b u r b a n C o m p a r i s o n s h o w n i n F i g u r e 5 . 3 9 d e m o n s t r a t e s t h a t t h e p e r f o r m a n c e o f D C M w i t h a m e a s u r e d d a t a b a s e i s s u p e r i o r t o t h a t w i t h a p r e d i c t e d d a t a b a s e i n s u b u r b a n . H o w e v e r . b o t h p e r f o r m c o m p a r a t i v e l y a t h i g h e r p e r c e n t a g e s . T h e p e r f o r m a n c e o f C e l l _ I D m e t h o d i s p o o r e r t h a n o t h e r t w o m e t h o d s . 1 1 0 0 0 % 1 0 0 D O % 9 0 0 0 % 8 0 . 0 0 % 7 0 0 0 % " " ' 6 0 O O ' I o ~ I 5 0 D O % ( ) . _ 4 0 Q Q C / ' o 3 0 D O % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 D O % " ' / E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g M e a s u r e d & P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s . S u b u r b a n I ( / / . 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) - - M e a s u r e d - S c o r e _ 3 - C o s t F u n c t i o n - 4 P r e d i c t e d - S c o r e _ S _ C o s t F u n c t l o n - 0 C e l l I D M e t h o d F i g u r e 5 . 3 9 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - s u b u r b a n 9 3 C ' h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s T a b l e 5 . 1 5 g i v e s a s u m m a r y o f c o m p a r i s o n s h o w n i n F i g u r e 5 . 3 9 . T a b l e 5 . 1 5 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - s u b u r b a n W i t h M e a s u r e d W i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s F i n g e r p r i n t s C e l l I D S c o r e 3 - C o s t F u n c t i o n - 4 S c o r e 8 C o s t F u n c t i o n - 0 M e t h o d 8 0 ' Y o ( m ) 5 2 5 7 0 0 1 4 0 0 9 0 % ( m ) 7 5 0 8 0 0 1 6 7 5 " M a x i m u m ( m ) 1 2 1 8 1 2 9 3 2 6 9 9 M i n i m u m ( m ) 5 2 4 3 1 I A v e r a g e ( m ) 3 2 5 4 8 2 1 0 3 7 S T D ( m ) 2 6 6 2 8 3 4 8 5 M e d i a n ( m ) 2 6 1 4 3 6 1 0 3 0 5 . 4 . 3 R u r a l R u r a l e n v i r o n m e n t e x h i b i t s a r e m a r k a b l e p e r f o r m a n c e w i t h a p r e d i c t e d d a t a b a s e w h i c h i s a l m o s t c o m p a r a b l e t o t h e p e r f o r m a n c e w i t h m e a s u r e d d a t a b a s e . Q ) O l ~ c : Q ) : . : Q ) c . . E r r o r C o m p a r i s o n u s i n g M e a s u r e d & P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s - R u r a l 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 . 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 . 0 0 % 3 0 . 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 . 0 0 % / / / / / / / . - ' '{----··---~~"':_: / ·-~---- ~·-··-· . . ~,·j ~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ v ~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) - - M e a s u r e d - S c o r e _ 2 _ C o s t F u n c t i o n - 2 P r e d i c t e d - A C o s t F u n c t i o n - 4 - - - - C e i i _ I D M e t h o d F i g u r e 5 . 4 0 : E r r o r c o m p a r i s o n u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l 9 4 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s \ \ h e n c o n s i d e r i n g t h e 8 0 t h p e r c e n t i l e a n d 9 0 t h p e r c e n t i l e t h e p e r f o r m a n c e o f p r e d i c t e d d a t a b a s e i s s u p e r i o r t o t h a t w i t h m e a s u r e d d a t a b a s e . T h i s i s d u e t o t h e l o w e r d e v i a t i o n h L ' l \ \ e e n p r e d i c t i o n s a n d m e a s u r e m e n t s i n r u r a l e n v i r o n m e n t a s p o i n t e d o u t i n S e c t i o n " ' I n a d d i t i o n , t h e p e r f o r m a n c e o f D C M w i t h m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d d a t a b a s e s i s f a r h~.'ller t h a n t h a t o f C e l l I D m e t h o d . l ~tblc 5 . 1 6 s u m m a r i z e s t h e p e r f o r m a n c e s h o w n i n F i g u r e 5 . 3 9 c o m p a r i n g w i t h C e i i _ I D m \ . . ' l h o d . T a b l e 5 . 1 6 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n u s i n g p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d f i n g e r p r i n t s - R u r a l , ; - W i t h M e a s u r e d W i t h P r e d i c t e d F i n g e r p r i n t s F i n g e r p r i n t s C e l l I D S c o r e 2 - C o s t F u n c t i o n - 2 A C o s t F u n c t i o n - 4 M e t h o d 8 0 % ( m ) 5 4 0 4 9 5 1 1 2 5 9 0 % ( m ) 7 0 0 6 0 0 1 2 0 0 ' V I a x i m u m ( m ) 3 4 2 4 3 8 4 2 4 9 4 9 M i n i m u m ( m ) 3 " 3 9 8 . ) A v e r a g e ( m ) 3 5 1 3 3 1 1 0 0 3 - S T D ( m ) 3 8 4 3 9 3 6 0 6 M e d i a n ( m ) 2 6 0 2 7 4 9 0 7 : : i . S P e r f o r m a n c e o f d i f f e r e n t C a l i b r a t i o n T e c h n i q u e s \ c c o r d i n g t o t h e d e v i a t i o n a n a l y s i s i n S e c t i o n 5 . L t h e r e e x i s t a c o n s i d e r a b l e d e v i a t i o n t~~_'tween m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d s i g n a l s t r e n g t h s i n u r b a n a r e a w h i l e t h e d e v i a t i o n i s m o d e r a t e i n s u b u r b a n a n d s m a l l i n r u r a l . H e n c e . c a l i b r a t i o n t e c h n i q u e s w e r e a p p l i e d t · 1 r m i n i m i z i n g t h e d e v i a t i o n s s u c h t h a t t h e p e r f o r m a n c e o f d a t a b a s e c o r r e l a t i o n m e t h o d 1 , e n h a n c e d . 1 c c o r d i n g l y . t h e p e r f o r m a n c e a f t e r c a l i b r a t i o n w i t h d i f f e r e n t t e c h n i q u e s i s a n a l y z e d i n ' ' J t s s e c t i o n i n o r d e r t o c o m e u p w i t h a b e s t t e c h n i q u e f o r c a l i b r a t i o n . 9 5 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s 5 . 5 . 1 N e u r a l N e t w o r k T e c h n i q u e s I h e p e r f o r m a n c e o f d a t a b a s e c o r r e l a t i o n m e t h o d a f t e r c a l i b r a t i n g t h e p r e d i c t i o n s u s i n g d i t t ' e r e n t n e u r a l n e t w o r k s i s a n a l y z e d f o r a l l t h r e e e n v i r o n m e n t s . r r h a n G a l l e R o a d I J \ e d i f f e r e n t n e u r a l n e t w o r k s w e r e t e s t e d b y t r a i n i n g w i t h d i f f e r e n t a l g o r i t h m s . a s l k " c r i b e d i n S e c t i o n 3 . 4 . w i t h t h e d a t a a l o n g G a l l e r o a d . I t a p p e a r s t h a t t h e n e u r a l n e t \ \ o r k t r a i n e d t o o u t p u t t h e e r r o r i n s i g n a l s t r e n g t h l o s s h a s a p o t e n t i a l f o r b e t t e r p L T f o r m a n c e i n c a l i b r a t i o n ( F i g u r e 5 . 4 1 ) . T h e t r a i n i n g a l g o r i t k m u s e d t o t r a i n t h i s J 1 l ' u r a l n e t w o r k f o r c e l l s i s B F G S a l g o r i t h m . E r r o r C D F a f t e r C a l i b r a t i o n u s i n g N e u r a l Networks~ G a l l e R o a d 1 J oo~/o l J O 0 0 " " o oos~ 8 0 0 0 ° / r ~J 0 0 ' / c " ' C u s t o m N N 1 _ A _ C o s t F u n c t l o n - 4 C u s t o m N N 2 _ A _ C o s t F u n c l 1 0 n - 2 0 c 0 ; ; , - 6 - S 1 m p l e N N 1 _ A _ C o s t F u n c ! I O n - 2 5 0 0 0 % -"~Cell N N 1 _ A _ C o s t F u n c t 1 o n - 2 4 0 o o c : ' c L o s s N N 1 _ A _ C o s t F u n c l i O n - 2 l C O O ' " r 2 : J o o · J ; : J 00''~ ~~~~#$##~$###$~~#$#$~ E r r o r L e s s T h a n ( m ] f i g u r e 5 . 4 1 : P o s i t i o n i n g e r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g d i f f e r e n t n e u r a l n e t w o r k s - G a l l e r o a d ' 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % ' " 7 0 0 0 % " ' ~ c : : ~ ' " a . 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f N e u r a l N e t w o r k T e c h n i q u e s · G a l l e R o a d ; , . - - - ; , ; / ' ~~ ~ - - P r e d i c t e d M e a s u r e d ~·····.;, . . . . . L o s s N N 1 _ A _ C o s t Function~2 ~~~$#~#$~~#$#$#~###$~ E r r o r L e s s t h a n ( m ) F i g u r e 5 . 4 2 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s - G a l l e r o a d 9 6 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s l : : c u r e 5 . 4 2 s h o w s a c o m p a r i s o n o f t h e b e s t p e r f o r m a n c e o b t a i n e d a f t e r c a l i b r a t i o n t h t t g n e u r a l n e t w o r k s . w i t h t h e p e r f o r m a n c e u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d d a t a b a s e s . \ j • p a r e n t l y . t h e n e u r a l n e t w o r k c a l i b r a t i o n h a s i m p r o v e d t h e p e r f o r m a n c e a l o n g G a l l e r . 1 . 1 c l . h u t i t i s i n f e r i o r t o t h e p e r f o r m a n c e u s i n g m e a s u r e d d a t a a t l o w e r p e r c e n t a g e s . { r h a n - D u p l i c a t i o n R o a d I 1 c . : u r c 5 . 4 3 s h o w s a p e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c a l i b r a t i o n s u s i n g n e u r a l n e t w o r k : 1 ~' 1 n e d t o o u t p u t t h e e r r o r i n s i g n a l s t r e n g t h l o s s w i t h d i f f e r e n t t r a i n i n g a l g o r i t h m s a n d 1 1 ~ m i n g p a r a m e t e r s . I t s e e m s t h a t , L o s s N N 1 _ 2 . w h i c h w a s t r a i n e d b y p a r t i c l e s w a r m ''I'~ 1 m i z a t i o n a l g o r i t h m t y p e - 2 , h a s g i v e n a b e t t e r p e r f o r m a n c e u s i n g p o s i t i o n i n g . w p r o a c h - A w i t h C o s t F u n c t i o n - 4 . " F ~ ~ ( ) _ . . . - ) G O % 0 0 % : j Q 0 0 % 0 0 % 0 0 % · - 3 0 0 0 % ~0 0 0 % 4 D 0 0 % 3 C J 0 0 % 0 0 % l 0 0 % - O G % E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g N e u r a l Networks~ D u p l i c a t i o n R o a d ~~,-~,.,.,...,......-~ 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) - - L o s s N N 1 _ b f g s - A _ C o s t F u n c t l o n - 4 L o s s N N 1 _ 1 _ p s o - S c o r e _ 5 _ C o s t F u n c t l o n - 4 L o s s N N 1 _ 2 _ t r a 1 n p s o _ C o s t F u n c t l o n - 4 F i g u r e 5 . 4 3 : P o s i t i o n i n g e r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g d i f f e r e n t n e u r a l n e t w o r k s - - D u p l i c a t i o n r o a d 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % g o o o % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f N e u r a l N e t o w r k T e c h n i q u e s · D u p l i c a t i o n R o a d 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) - - - M e a s u r e d P r e d i c t e d . . . . . , . . . . . L o s s N N 1 _ 2 _ t r a i n p s o _ C o s t F u n c t i o n - 2 F i g u r e 5 . 4 4 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s - D u p l i c a t i o n r o a d 9 7 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s \ , _ : - _ : , ) r d i n g t o t h e c o m p a r i s o n i n F i g u r e 5 . 4 4 , t h e n e u r a l n e t w o r k c a l i b r a t i o n h a s t l l l i l r m e d t h e p e r f o r m a n c e o f D C M . h o w e v e r t h a t i s p o o r e r t h a n t h e p e r f o r m a n c e w i t h a tlli.<~Sured d a t a b a s e a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d . ' > ' u h u r h a n \1m~ng f o u r d i f f e r e n t f o r m s o f L o s s N N L t h e s e c o n d f o r m h a s s h o w n s u p e n o r m · i 1 1 1 u r h a n a n d t h e p o s i t i o n i n g a p p r o a c h - A w i t h C o s t F u n c t i o n - 2 i s t h e o n e w h i c h 1 u t c h e s t h a t c a l i b r a t i o n . T h e t r a i n i n g a l g o r i t h m u s e d f o r t r a i n i n g o f L o s s N N 1 2 t s . 1 , t r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n c o m m o n t y p e . , / ! J ' " & c " ' " - ~ " ' ~ ; ; ; - 0 ~ l 1 0 0 0 % - o o o o % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g N e u r a l N e t w o r k s - S u b u r b a n - I f t 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) L o s s N N 1 1 C o s t F u n c t i o n - < \ L o s s N N 1 _ 2 _ C o s t F u n c t i o n - 2 L o s s N N 1 _ 3 _ C o s t F u n c t i o n - < \ L o s s N N 1 _ 5 _ C o s t F u n c t l o n - 4 F i g u r e 5 . 4 5 : P o s i t i o n i n g e r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g d i f f e r e n t n e u r a l n e t w o r k s - S u b u r b a n 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % < : : > I / < : : > < : : > " < : : > < : : > ' ( ; < ; ) < : : > " 3 P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f N e u r a l N e t w o r k T e c h n i q u e s - S u b u r b a n / , ' < ~ ~ ~ ~ ~ ~ & ~ ~ ~ & ~ ~ ~ 0 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ v ~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) - - - M e a s u r e d P r e d i c t e d L o s s N N 1 _ 2 _ C o s t F u n c t i o n - 2 F i g u r e 5 . 4 6 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s - S u b u r b a n ) ' 9 8 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s I 1 ~- _ : c 5 . 4 6 d e m o n s t r a t e s t h a t t h e p e r f o r m a n c e a f t e r c a l i b r a t i o n i s b e t t e r t h a n b e f o r e v . t i 1 t • r a t i o n a s w e l l a s i t i s s u p e r i o r t o t h e p e r f o r m a n c e u s i n g a m e a s u r e d d a t a b a s e i n ht~ ~~-r p e r c e n t a g e s . , ) , · u r u / 1 , , , , f o r m s o f L o s s N N 1 w e r e t e s t e d f o r c a l i b r a t i o n i n r u r a l e n v i r o n m e n t , i n w h i c h t h e ! l ' - , f o r m . L o s s N N l _ L t r a i n e d u s i n g p a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n c o m m o n t y p e , d e : < r i t h m . h a s s u c c e e d e d i n c a l i b r a t i o n . T h e b e s t p e r f o r m a n c e i n p o s i t i o n i n g e r r o r i s , : - - , ' m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s . w h i c h i s s u p e r i o r t o t h e p e r f o l ) 1 1 a n c e o f s u b u r b a n , · t r o n m e n t a s \ v e i l . " 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % ~0 [ J ' j · ; · E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g N e u r a l n e t w o r k s · R u r a l . . . L o s s N N 1 1 - A _ C o s t F u n c t i o n - 2 l o s s N N \ _ 2 - A _ C o s t F u n c t i o n - 4 , , 4 0 0 0 % " ' " ' l ! c : " ' ~ 0 . 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ & ~ & " ' ' " o s t > < o < o ' \ < O o;,~,rv,':i>(\f>rv"'rv 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 4 7 : P o s i t i o n i n g e r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g d i f f e r e n t n e u r a l n e t w o r k s - R u r a l 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % S : J O Q Q G ) o 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 . 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 0 0 % ~ ~~ " ~~ ' ) ; ( ) ( ) " 5 P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f N e u r a l N e t w o r k T e c h n i q u e s · R u r a l * - · - - - ' J I > ' . - - -'~- ~= , . _ _ . . : . - - - - - - - # -#---·---~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ & ~ ~ ~ ~ t < ' J < 0 ' \ ' 0 O J , _ < J , _ C , , _ ' : i . ( \ f > c , " - ' 1 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) - - - M e a s u r e d P r e d i c t e d * . . . . . . L o s s N N 1 _ 1 - A _ C o s t F u n c t i o n - 2 F i g u r e 5 . 4 8 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s - R u r a l 9 9 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A m 1 l y s i s \ r e m a r k a b l e i m p r o v e m e n t c a n b e s e e n i n p e r f o r m a n c e a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g n e u r a l I L ' t \ \ o r k s i n r u r a l e n v i r o n m e n t . I t i s a c u t a b o v e f o r t h e p e r f o r m a n c e u s i n g b o t h l l c a s u r c d a n d p r e d i c t e d d a t a . ' . 5 . 2 C u r v e F i t t i n g T e c h n i q u e s u n e f i t t i n g i s t h e s e c o n d a p p r o a c h u s e d i n c a l i b r a t i o n o f p r e d i c t e d d a t a u s i n g a l e s s e r 1 u m b e r o f m e a s u r e d d a t a . C a l i b r a t i o n p r o c e s s u s i n g c u r v e f i t t i n g w a s c a r r i e d o u t a s !~scribed i n S e c t i o n 3 . 4 a n d t h e r e s u l t s o f t h a t w o r k a r e d e m o n s t r a t e d i n t h i s s e c t i o n . ( r h a n - G a l l e R o a d · 1 g u r e 5 . 4 9 i l l u s t r a t e s t h e e r r o r p e r f o r m a n c e o f p o s i t i o n i n g a l g o r i t h m s a f t e r c a l i b r a t i n g 1 1 e p r e d i c t e d d a t a u s i n g c u r v e f i t t i n g m e t h o d s a l o n g G a l l e r o a d . C l e a r l y , t h e . u n e t i t t i n g _ B . w h i c h u s e s B i - s q u a r e w e i g h t s f i t t i n g m e t h o d , h a s g i v e n b e t t e r 1 c r f o r m a n c e o v e r c u r v e f i t t i n g _ A , w h i c h u s e s L e a s t A b s o l u t e R e s i d u a l f i t t i n g m e t h o d . " ' C l . s c : " ' ~ " ' D . . E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g C u r v e f i t t i n g M e t h o d s - G a l l e R o a d 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 . 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 . 0 0 % ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) - - - C u r . . e F 1 t _ A - S c o r e _ 8 _ C o s t F u n c t i o n - 4 C u r . . e F i t _ B - S c o r e 5 _ C o s t F u n c t i o n - 2 F i g u r e 5 . 4 9 : P o s i t i o n i n g e r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - G a l l e r o a d i h e p e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n s h o w n i n F i g u r e 5 . 5 0 i l l u s t r a t e s t h a t p o s i t i o n i n g t p p r o a c h - B w i t h K = 5 a n d C o s t F u n c t i o n - 2 a f t e r c a l i b r a t i o n w i t h c u r v e f i t t i n g _ B h a s a - l i g h t l y i m p r o v e d p e r f o r m a n c e o v e r u s i n g t h e p r e d i c t e d d a t a a l o n g G a l l e r o a d . 1 0 0 , , . ) < l > " ' " ' < = ~ : ; ; C l . 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' ! < : a > e a > Q _ E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g C u r v e F i t t i n g M e t h o d s - D u p l i c a t i o n r o a d 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 . 0 0 % 8 0 . 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 . 0 0 % 5 0 . 0 0 % < C O O % I 3 0 . 0 0 . ' 2 0 . 0 0 % . 1 0 0 0 % 0 0 0 % . 0 5 0 1 D O 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) - - - C u M > f i t _ A - A _ C o s t F u n c t i o n - 2 C u M > f i t _ B - A _ C o s t F u n c t l o n - 4 F i g u r e 5 . 5 1 : P o s i t i o n i n g e r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - D u p l i c a t i o n r o a d [ ' h e c o m p a r i s o n i n F i g u r e 5 . 5 2 d e m o n s t r a t e s t h a t t h e p e r f o r m a n c e a f t e r c a l i b r a t i o n w i t h - . : u r v e f i t t i n g i s s u p e r i o r t o t h a t u s i n g p r e d i c t e d d a t a w h i l e t h a t i s i n f e r i o r t o t h e p c r f c w m a n c e u s i n g m e a s u r e d d a t a . 1 0 1 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f C u r v e F i t t i n g M e t h o d s - D u p l i c a t i o n R o a d 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % · - - ~=::...:-!;<;--:: ::-~&--- "::.::~--6~ ~----t, 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % < l ) 7 0 0 0 % " ' . . 6 0 0 0 % c : - - M e a s u r e d < l ) 5 0 0 0 % ~ < l ) " - 4 0 0 0 % P r e d i c t e d 3 0 0 0 " / r : , ; i > C u c , e f l t _ B - A _ C o s t 2 0 0 0 % F u n c t l o n - 4 1 0 0 0 % 0 0 0 % 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 5 2 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - D u p l i c a t i o n r o a d C • . S u b u r b a n F i g u r e 5 . 5 3 i l l u s t r a t e s t h e p e r f o r m a n c e o f t w o c u r v e f i t t i n g m e t h o d s . i n w h i c h . c u r v e f i t t i n g _ B h a s a n i m p r o v e d p e r f o r m a n c e i n c a l i b r a t i o n a l o n g r o a d s i n s u b u r b a n . < l ) " ' . . c : < l ) ~ < l ) " - 1 1 0 0 0 % 1 0 0 . 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 . 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 . 0 0 % 5 0 . 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 . 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 . 0 0 % E r r o r C D F a f t e r C a l i b r a t i o n u s i n g C u r v e F i t t i n g m e t h o d s - s u b u r b a n 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) - - - C u M f i t _ A _ c o s t f u n c t i o n - 4 C u M f i t _ B - S c o r e _ 1 O _ c o s t f u n c t i o n - 4 F i g u r e 5 . 5 3 : P o s i t i o n i n g e r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - S u b u r b a n H m v e v e r . t h e p e r f o r m a n c e o f c u r v e f i t t i n g _ B i s i n f e r i o r t o t h e p e r f o r m a n c e s u s i n g b o t h m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d d a t a b a s e s . H e n c e . c u r v e f i t t i n g w o u l d n o t b e a s o l u t i o n f o r c a l i b r a t i o n o f p r e d i c t i o n s i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t . 1 0 2 " ' C l l ! l " " ' < : : " ' 0 . C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f C u r v e F i t t i n g M e t h o d s - s u b u r b a n 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 . 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % ' / I 3 0 0 0 % 2 0 . 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % ~~~~~~~~~~&~&~&~& ~ ~ ~ ~ 0 ~ ~ ~ ~ 0 ~ ~ 0 v ~ ~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) - - - M e a s u r e d P r e d i c t e d C u r . e f i t _ B - S c o r e 1 0 c o s t f u n c t i o n - 4 , . . . - - F i g u r e 5 . 5 4 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - S u b u r b a n f ) R u r a l \ p p a r e n t l y , t h e p e r f o r m a n c e o f b o t h c u r v e f i t t i n g m e t h o d s f o r c a l i b r a t i o n i s a l i k e m r u r a l e n v i r o n m e n t . F u r t h e r , t h e p e r f o r m a n c e s o f t h e m a r e c o m p a r a b l e t o t h o s e u s i n g m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d d a t a b a s e s t o o . T h e s e a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 5 . 5 5 a n d 5 . 5 6 t \ : s p e c t i v e l y . " ' C l l ! l " " ' < . ) Q ; 0 . E r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g C u r v e F i t t i n g T e c h n i q u e s - R u r a l 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 . 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 . 0 0 % I 1 0 0 0 % 0 . 0 0 % ' ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ & ~ & ~ & ~ & ~ ~ ~ ~ 0 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 0 ~ ~ ~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) - - C u r . e f i t _ A - A _ C o s t F u n c t l o n - 4 - + - C u r . e f i t _ B - A _ C o s t F u n c t i o n - 4 F i g u r e 5 . 5 5 : P o s i t i o n i n g e r r o r C D F a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g c u r v e f i t t i n g m e t h o d s - R u r a l 1 0 3 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 . 0 0 % 8 0 . 0 0 % Q ) 7 0 0 0 % e n . ! ! ! 6 0 . 0 0 % < : : Q ) 5 0 . 0 0 % ~ Q ) 4 0 0 0 % " - 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % 0 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f C u r v e F i t t i n g M e t h o d s - R u r a l , . 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) · · · - - - - M e a s u r e d P r e d i c t e d -~~" C u r . . e f i t _ B - A _ C o s t F u n c t i o n - 4 F i g u r e 5 . 5 6 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e t l t t i n g m e t h o d s - R u r a l 5 . 5 . 3 C o m p a r i s o n o f C u r v e F i t t i n g & N e u r a l N e t w o r k s ! h i s s e c t i o n c o m p a r e s t h e p e r f o r m a n c e o f D C M a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g n e u r a l n e t w o r k s a n d c u r v e f i t t i n g m e t h o d s i n o r d e r t o c o m e u p w i t h a b e s t c a l i b r a t i o n t e c h n i q u e w h i c h m i n i m i z e s t h e p o s i t i o n i n g e r r o r i n e a c h e n v i r o n m e n t . . ! . U r h a n - G a l l e R o a d T h e p e r f o r m a n c e a f t e r c a l i b r a t i o n u s i n g c u r v e f i t t i n g a n d n e u r a l n e t w o r k s i s c o m p a r a b l e a l o n g G a l l e r o a d . H o w e v e r . t h e e r r o r s t a t i s t i c s s h o w n i n T a b l e 5 . 1 7 d e m o n s t r a t e s t h a t c u r v e f i t t i n g m e t h o d i s b e t t e r t h a n t h e n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s f o r c a l i b r a t i o n . . . " ' 5 0 : : " ~ . . 0 . . 1 1 0 0 0 ° / c 1 0 0 O O ' I c 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 o o c ; 8 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 O O ' k 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 o o c h P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f C u r v e f i t t i n g & N e u r a l N e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - G a l l e R o a d . - . a - - - · 1 ! ! - - - - - - - - 1 5 . - f ! · · · · 1 ' . ' L o s s N N 1 _ A _ C o s t Funct1on~2 . . . . , Cuc.eF1t_B~Score5_Cost F u n c t l o n - 2 ~~~~#$#¥~&#$###~###$~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 5 7 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e t l t t i n g & n e u r a l n e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - G a l l e r o a d 1 0 4 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s f k n e e . i t c a n b e c o n c l u d e d t h a t , c u r v e f i t t i n g m e t h o d w i t h b i - s q u a r e w e i g h t f i t t i n g i s ( " l e s t i n c a l i b r a t i o n a l o n g G a l l e r o a d a n d t h e p o s i t i o n i n g a p p r o a c h - B w i t h K = 5 a n d C o s t ! u n c t i o n - 2 i s t h e b e s t a l g o r i t h m f i t s a f t e r c a l i b r a t i o n i n t h i s e n v i r o n m e n t . P o s i t i o n i n g e r r o r l e s s t h a n 2 0 0 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s a n d l e s s t h a n 3 3 0 m i n 9 0 % o f t h e . : s t i m a t e s i s t h e h i g h e s t p e r f o r m a n c e o b t a i n e d a f t e r c a l i b r a t i o n i n b a d u r b a n s c e n a r i o . T a b l e 5 . 1 7 : R e s u l t s s u m m a r y o f c u r v e f i t t i n g & n e u r a l n e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - - G a l l e r o a d N e u r a l N e t w o r k s f o r C u r v e F i t t i n g f o r c a l i b r a t i o n c a l i b r a t i o n . 1 ' 9 0 % ( m ) 3 2 0 3 3 0 s o o ; ; , ( m ) 2 3 5 2 0 0 M a x i m u m ( m ) 6 7 3 5 7 2 M i n i m u m ( m ) 3 1 2 4 A v e r a g e ( m ) 1 6 0 1 4 9 S T D ( m ) 1 2 8 1 2 3 M e d i a n ( m ) 1 3 1 1 0 6 H C r h a n - D u p l i c a t i o n R o a d I n l i k e a l o n g G a l l e r o a d . n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s w o r k b e s t i n c a l i b r a t i o n a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 5 8 . w ; ; ' c : : : i ~ a . 1 ' 1 0 o o c c · o o o o • , 9 0 00~ 1 o 8 0 0 0 ' - - 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 Q Q J / ) 4 0 o o • : , 3 0 O O J , O 2 0 0 0 ' : - 1 0 Q Q C ; c 0 0 0 ' ; . , P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f C u r v e F i t t i n g & N e u r a l N e t w o r k s f o r C a l i b r a t i o n - D u p l i c a t i o n R o a d 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) LossNN1~2_trampso_ C o s t F u n c t l o n - 4 . . . ~- C u r \ € f i t _ B - A _ C o s t F u n c t i O n - 4 F i g u r e 5 . 5 8 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g & n e u r a l n e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - D u p l i c a t i o n r o a d 1 0 5 C ' h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s T h e p o s i t i o n i n g a l g o r i t h m - A w i t h C o s t F u n c t i o n - 4 h a s g i v e n b e s t r e s u l t s a f t e r t h i s c a l i b r a t i o n , w i t h a n e r r o r l e s s t h a n 1 2 5 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s a n d l e s s t h a n 1 8 0 m i n 9 0 % o f t h e e s t i m a t e s . T h i s i s a n a c c e p t a b l e r e s u l t i n u r b a n e n v i r o n m e n t f o r m o s t o f t h e i n f o r m a t i o n p r o v i d i n g s e r v i c e s . T a b l e 5 . 1 8 : R e s u l t s s u m m a r y o f c u r v e f i t t i n g a n d n e u r a l n e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - D u p l i c a t i o n r o a d N e u r a l N e t w o r k s f o r C u r v e F i t t i n g f o r c a l i b r a t i o n c a l i b r a t i o n 9 0 % ( m ) 1 8 0 _ . 1 9 0 8 0 % ( m ) 1 2 5 1 5 0 M a x i m u m ( m ) 4 3 3 5 4 6 M i n i m u m ( m ) 9 1 6 A v e r a g e ( m ) 8 9 1 0 7 S T D ( m ) 8 3 1 0 4 M e d i a n ( m ) 6 5 7 8 ( · . S u b u r b a n P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f C u r v e f i t t i n g & N e u r a l N e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n · S u b u r b a n 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % { . 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % C u r . € f i t _ B - 7 0 0 0 % ' " S c o r e _ 1 0 _ c o s t f u n c t l o n - 4 " ' / v ' " ' 6 0 0 0 % c : , L o s s N N 1 _ 2 _ C o s t F u n c t 1 o n - 2 ' " 5 0 0 0 % ~ ' " c . . 4 0 0 0 % / 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 5 9 : P e r f o n n a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g & n e u r a l n e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - S u b u r b a n A s s h o w n i n F i g u r e 5 . 5 9 , n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e h a s t h e h i g h e s t p e r f o r m a n c e a s a c a l i b r a t i o n t e c h n i q u e i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t . N e u r a l n e t w o r k t r a i n e d t o o u t p u t t h e 1 0 6 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s e r r o r i n s i g n a l s t r e n g t h l o s s i s t h e b e s t f o r c a l i b r a t i o n i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t w h i l e p o s i t i o n i n g a p p r o a c h - A w i t h C o s t F u n c t i o n - 2 i s b e t t e r i n l o c a t i o n e s t i m a t i o n . ! a b l e 5 . 1 9 s u m m a r i z e s t h e r e s u l t s a f t e r c a l i b r a t i o n . P o s i t i o n i n g e r r o r l e s s t h a n 5 5 0 m i n R O % o f t h e e s t i m a t e s i s t h e b e t t e r s o l u t i o n a c h i e v e d i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t . T a b l e 5 . 1 9 : R e s u l t s s u m m a r y o f c u r v e f i t t i n g a n d n e u r a l n e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - S u b u r b a n N e u r a l N e t w o r k s f o r C u r v e F i t t i n g f o r C a l i b r a t i o n C a l i b r a t i o n " 8 0 % ( m ) 5 5 0 9 2 5 9 0 % ( m ) 6 2 5 1 2 5 0 M a x i m u m ( m ) 1 3 6 3 3 6 7 3 M i n i m u m ( m ) 4 1 2 A v e r a g e ( m ) 4 3 2 6 7 7 S T D ( m ) 2 8 7 6 7 0 M e d i a n ( m ) 3 9 1 5 0 6 - - - J ) R u r a l S i m i l a r l y . n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e h a s t h e h i g h e s t p e r f o r m a n c e f o r c a l i b r a t i o n i n r u r a l e n v i r o n m e n t a s w e l l . 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 . 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 . 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % f 0 . . 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % P e r f o r m a n c e C o m p a r i s o n o f C u r v e F i t t i n g & N e u r a l N e t w o r k s f o r C a l i b r a t i o n · R u r a l / ' ' ) ' L o s s N N 1 1 - A _ C o s t F u n c t i o n - 2 " - C u r w f i t _ B - A _ C o s t F u n c t l o n - 4 ( ) ' 0 ' 0 ( ) ( ) ( ) ' 0 ( ) ' 0 ' 0 D · " D · " S \ · " D " " r v 0 " ' c : : ; 1 > < 0 0 ° r o 0 ' \ 0 ' < > 0 0 ° " " 0 . . . . r v v y " " c : : ; " " v y ' 1 5 ' " c f i ' v y r v " 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 6 0 : P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f c u r v e f i t t i n g & n e u r a l n e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - R u r a l 1 0 7 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s A c c o r d i n g t o t h e e r r o r s t a t i s t i c s s h o w n i n T a b l e 5 . 2 0 . p o s i t i o n i n g e r r o r i s l e s s t h a n 3 8 5 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s w h i l e t h a t i s l e s s t h a n 5 0 0 m i n 9 0 % o f t h e e s t i m a t e s i n r u r a l e n v i r o n m e n t . T h i s i s f a r b e t t e r t h a n t h e p e r f o r m a n c e i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t a n d i s r e m a r k a b l e . T a b l e 5 . 2 0 : R e s u l t s s u m m a r y o f c u r v e f i t t i n g a n d n e u r a l n e t w o r k s f o r c a l i b r a t i o n - R u r a l N e u r a l N e t w o r k s C u r v e F i t t i n g f o r f o r C a l i b r a t i o n C a l i b r a t i o n 8 0 % ( m ) 3 8 5 , . 5 0 0 9 0 % ( m ) 5 0 0 6 5 0 M a x i m u m ( m ) 3 5 0 2 3 8 4 2 M i n i m u m ( m ) 4 , . . , . ) A v e r a g e ( m ) 3 1 8 3 4 9 S T D ( m ) 3 8 1 3 9 4 M e d i a n ( m ) 2 3 4 3 9 3 5 . 6 O v e r a l l P e r f o r m a n c e A n a l y s i s F i n a l l y . t h e o v e r a l l a n a l y s i s o f t h e r e s u l t s d i s c u s s e d s o f a r i s p r e s e n t e d f o r u r b a n . s u b u r b a n a n d r u r a l e n v i r o n m e n t s . T h e r e s u l t s o f u r b a n e n v i r o n m e n t i s d i s c u s s e d u n d e r t w o c a t e g o r i e s . b a d - u r b a n a n d u r b a n c o r r e s p o n d t o G a l l e r o a d a n d D u p l i c a t i o n r o a d r e s p e c t i v e l y . F u r t h e r m o r e , t h e r e s u l t s o f e a c h e n v i r o n m e n t a r e c o m p a r e d w i t h t h e p e r f o r m a n c e o f b a s i c C e l l _ I D m e t h o d f o r p o s i t i o n i n g . 5 . 6 . 1 U r b a n A . G a l l e R o a d I t a p p e a r s t h a t . t h e p e r f o r m a n c e o f d a t a b a s e c o r r e l a t i o n m e t h o d w i t h a c a l i b r a t e d d a t a b a s e i s s u p e r i o r t o t h a t w i t h a p r e d i c t e d d a t a b a s e . w h i l e i t i s i n f e r i o r t o t h a t w i t h a m e a s u r e d d a t a b a s e . S t i l L t h e p e r f o r m a n c e a f t e r c a l i b r a t i o n i s m u c h b e t t e r t h a n t h e p e r f o r m a n c e o f C e l l _ I D m e t h o d a s c a n b e s e e n i n F i g u r e 5 . 6 1 . 1 0 8 " ' " ' ~ c : " ' ~ " ' " - O v e r a l l R e s u l t s A n a l y s i s - G a l l e R o a d 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 . 0 0 % 9 0 . 0 0 % 8 0 . 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 . 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % i C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s J M e a s u r e d - - P r e d i c t e d - - > < - - - C a l i b r a t e d C e i i _ I D M e t h o d ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) F i g u r e 5 . 6 1 : O v e r a l l r e s u l t s a n a l y s i s - G a l l e r o a d U l t i m a t e l y , t h e p o s i t i o n i n g e r r o r i s l e s s t h a n 2 0 0 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s w h e r e a s t h a t i s l e s s t h a n 3 3 0 m i n 9 0 % o f t h e t i m e a l o n g G a l l e r o a d . A c c o r d i n g l y . t h e a c c u r a c y h a s b e e n i m p r o v e d b y c a l i b r a t i o n i n b a d - u r b a n e n v i r o n m e n t u p t o a c e r t a i n l e v e l . T a b l e 5 . 2 1 : O v e r a l l r e s u l t s s u m m a r y - G a l l e r o a d M e a s u r e d P r e d i c t e d C a l i b r a t e d C e l l I D M e t h o d 9 0 % ( m ) 4 2 5 4 0 0 3 3 0 4 7 5 8 0 % ( m ) 2 2 5 2 4 5 2 0 0 3 7 0 M a x i m u m ( m ) 2 0 7 0 6 1 6 5 7 2 1 0 2 0 M i n i m u m ( m ) 1 3 3 1 2 4 2 7 A v e r a g e ( m ) 1 8 8 1 7 3 1 4 9 2 4 5 S T D ( m ) 3 4 1 1 3 8 1 2 3 1 8 5 M e d i a n ( m ) 6 7 1 3 0 1 0 6 2 0 0 1 0 9 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a ( v s i s 1 5 . D u p l i c a t i o n R o a d [ - i g u r e 5 . 6 2 d e m o n s t r a t e s t h e r e s u l t s a n a l y s i s a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d w h i c h w a s - ; d e c t e d t o b e t h e n o r m a l u r b a n e n v i r o n m e n t . T h e p e r f o r m a n c e o f D C M h a s b e e n 1 m p r o v e d c l e a r l y b y c a l i b r a t i o n i n t h i s e n v i r o n m e n t . S t i l L t h e p e r f o r m a n c e a f t e r - : a l i b r a t i o n i s s u p e r i o r t o t h a t o f C e l l _ I D m e t h o d a n d t h e D C M w i t h p r e d i c t e d d a t a b a s e . " ' " ' ~ < : : " ' ~ " ' ( l _ 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 0 0 % 5 0 . 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 . 0 0 % 1 0 0 0 % 0 0 0 % O v e r a l l R e s u l t s A n a l y s i s - D u p l i c a t i o n R o a d M e a s u r e d - - P r e d i c t e d C a l i b r a t e d C e l l _ I D M e t h o d 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 E r r o r L e s s t h a n ( m ) F i g u r e 5 . 6 2 : O v e r a l l r e s u l t s a n a l y s i s - D u p l i c a t i o n r o a d ! h e b e s t s o l u t i o n s h o w s a n e r r o r o f 1 2 5 m i n 8 0 % o f t h e t i m e a n d t h a t o f 1 8 0 m i n 9 0 % o f t h e t i m e . T h e a v e r a g e e r r o r o b t a i n e d i n t h i s w o r k f o r n o r m a l u r b a n e n v i r o n m e n t i s 8 9 m w h i l e t h e m e d i a n e r r o r i s 6 5 m . T a b l e 5 . 2 2 : O v e r a l l r e s u l t s s u m m a r y - D u p l i c a t i o n r o a d I M e a s u r e d P r e d i c t e d C a l i b r a t e d C e l l I D M e t h o d 9 0 % ( m ) 1 3 5 2 3 5 1 8 0 3 2 0 8 0 1 % ( m ) 1 1 8 1 8 5 1 2 5 2 2 5 I I M a x i m u m ( m ) 2 5 6 3 4 3 4 3 3 4 6 3 I M i n i m u m ( m ) 4 7 9 1 1 I I A v e r a g e ( m ) 7 2 1 1 4 8 9 1 5 8 S T D ( m ) 5 4 8 3 8 3 1 0 5 ! M e d i a n ( m ) 5 6 9 0 6 5 1 3 9 1 1 0 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s ' ; . 6 . 2 S u b u r b a n ' ) 1 m i l a r l y . t h e p e r f o r m a n c e h a s b e e n e n h a n c e d b y c a l i b r a t i o n i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t . I h e i m p r o v e m e n t i n 8 0 1 h p e r c e n t i l e i s 1 5 0 m w h i l e t h a t i n 9 0 t h p e r c e n t i l e i s 1 2 5 m . I n . t d d i t i o n . t h e p e r f o r m a n c e c u r v e a f t e r c a l i b r a t i o n t a k e s o v e r t h e c u r v e u s i n g a m e a s u r e d , b t a b a s e n e a r t o 8 0 1 h p e r c e n t i l e . 1 1 0 . 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 0 0 % 7 0 0 0 % " ' e n . l 9 6 0 0 0 % t : " ' 5 0 . 0 0 % ~ " ' a . 4 0 . 0 0 % 3 0 . 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 0 0 % 0 . 0 0 % O v e r a l l R e s u l t s A n a l y s i s · S u b u r b a n . ) ( · · · · · · + · · . ·If.·····~····· . 1 ! 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 2 5 0 1 5 0 0 1 7 5 0 2 0 0 0 2 2 5 0 2 5 0 0 E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 6 3 : O v e r a l l r e s u l t s a n a l y s i s - · S u b u r b a n -~-Predicted M e a s u r e d C a l i b r a t e d C e i i _ I D M e t h o d [ ' h e i m p r o v e m e n t i n p e r f o r m a n c e a f t e r c a l i b r a t i o n i s c l e a r l y d e m o n s t r a t e d b y T a b l e : " . 2 3 . H o w e v e r , t h e b e s t r e s u l t s o b t a i n e d f o r s u b u r b a n e n v i r o n m e n t i s n o t t h a t s i g n i f i c a n t f o r m o s t o f t h e l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s . T a b l e 5 . 2 3 : O v e r a l l r e s u l t s s u m m a r y - S u b u r b a n I I M e a s u r e d P r e d i c t e d C a l i b r a t e d C e l l I D M e t h o d 8 0 % ( m ) 5 2 5 7 0 0 5 5 0 1 4 0 0 I 9 0 ° / . , ( m ) 7 5 0 8 0 0 6 2 5 1 6 7 5 I M a x i m u m ( m ) 1 2 1 8 1 2 9 3 1 3 6 3 2 6 9 9 I I M i n i m u m ( m ) 5 2 4 4 3 1 I A v e r a g e ( m ) 3 2 5 4 8 2 4 3 2 1 0 3 7 I I S T D ( m ) 2 6 6 2 8 3 2 8 7 4 8 5 I I ' I M e d i a n ( m ) 2 6 1 4 3 6 3 9 1 1 0 3 0 I 1 1 1 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s ' i . 6 . 3 R u r a l \ n o t a b l e i m p r o v e m e n t i n p e r f o r m a n c e c a n b e s e e n i n r u r a l e n v i r o n m e n t a f t e r . . a l i b r a t i o n . A s i t a p p e a r s i n F i g u r e 5 . 6 4 , t h e p e r f o r m a n c e c u r v e a f t e r c a l i b r a t i o n t a k e s . ) \ e r t h a t u s i n g b o t h m e a s u r e d a n d p r e d i c t e d d a t a b a s e i n a l l p e r c e n t a g e s . " ' O l " ' ' E " ' ( , ) ~ a . O v e r a l l R e s u l t s A n a l y s i s - R u r a l 1 1 0 0 0 % 1 0 0 0 0 % 9 0 0 0 % 8 0 . 0 0 % 7 0 0 0 % 6 0 . 0 0 % 5 0 . 0 0 % 4 0 0 0 % 3 0 0 0 % 2 0 0 0 % 1 0 . 0 0 % 0 . 0 0 % l ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ v ~ E r r o r L e s s T h a n ( m ) F i g u r e 5 . 6 4 : O v e r a l l r e s u l t s a n a l y s i s - R u r a l M e a s u r e d - - P r e d i c t e d ~Calibrated C e i i _ I D M e t h o d [ h e p o s i t i o n i n g e r r o r i s l e s s t h a n 3 8 5 m i n 8 0 % o f t h e t i m e w h i l e t h a t i s l e s s t h a n 5 0 0 m n 9 0 % o f t h e t i m e i n r u r a l e n v i r o n m e n t . T h i s i s s i g n i f i c a n t f o r m o s t o f t h e l o c a t i o n 1 1 a s e d s e r v i c e s i n r u r a l e n v i r o n m e n t s . T a b l e 5 . 2 4 : O v e r a l l r e s u l t s s u m m a r y - R u r a l M e a s u r e d P r e d i c t e d C a l i b r a t e d C e l l I D M e t h o d 8 0 % ( m ) 5 4 0 4 9 5 3 8 5 1 1 2 5 9 0 ° / t , ( m ) 7 0 0 6 0 0 5 0 0 1 2 0 0 M a x i m u m ( m ) 3 4 2 4 3 8 4 2 3 5 0 2 4 9 4 9 M i n i m u m ( m ) 3 3 4 3 9 8 A v e r a g e ( m ) 3 5 1 3 3 1 3 1 8 1 0 0 3 S T D ( m ) 3 8 4 3 9 3 3 8 1 6 0 6 M e d i a n ( m ) 2 6 0 2 7 4 2 3 4 9 0 7 - - - - - - - - - 1 1 2 C h a p t e r 5 - R e s u l t s A n a l y s i s 5 . 6 . 4 O v e r a l l R e s u l t s T h i s s e c t i o n i s d e v o t e d f o r s u m m a r i z a t i o n o f t h e p e r f o r m a n c e o f D C M i n a l l t h r e e e n v i r o n m e n t s u s i n g m e a s u r e d . p r e d i c t e d a n d c a l i b r a t e d d a t a b a s e s . A c o m p r e h e n s i v e r e s u l t s s u m m a r y i s s h o w n i n T a b l e 5 . 2 5 . I n a d d i t i o n . a c o m p a r i s o n o f t h e r e s u l t s o f t h i s w o r k w i t h t h e r e s u l t s p u b l i s h e d i n [ 2 3 ] a n d [ 3 7 ] i s s h o w n i n T a b l e 5 . 2 6 . T h e w o r k i n [ 2 3 ] i s e n t i r e l y b a s e d o n a p r e d i c t e d d a t a b a s e u s i n g w a v e p r o p a g a t i o n m o d e l s w h e r e a s t h a t i n [ 3 7 ] i n v o l v e s a c a l i b r a t e d p r e d i c t e d d a t a b a s e . . > T a b l e 5 . 2 6 : R e s u l t s c o m p a r i s o n w i t h o t h e r r e s u l t s i n l i t e r a t u r e U r b a n R u r a l R e s u l t s i n R e s u l t s i n R e s u l t s i n R e s u l t s i n R e s u l t s i n R e s u l t s i n t h i s w o r k 1 2 3 1 1 3 7 1 t h i s w o r k 1 2 3 1 1 3 7 1 6 7 % N o t e r r o r 9 5 8 3 1 7 5 2 7 0 6 0 7 a v a i l a b l e ( m ) 9 5 % N o t e r r o r 2 6 5 1 9 2 2 2 0 6 0 0 1 0 2 1 a v a i l a b l e ( m ) F u r t h e r m o r e . a c o m p a r i s o n o f t h e f i n a l o u t c o m e s o f t h i s r e s e a r c h w i t h t h e o u t c o m e s o f a u t h o r · s f i n a l y e a r p r o j e c t ( F Y P ) i n s i m i l a r t i t l e [ 2 9 ] . i s g i v e n i n T a b l e 5 . 2 7 . A p p a r e n t l y . t h e p e r f o r m a n c e i n b o t h u r b a n a n d r u r a l e n v i r o n m e n t s h a s b e e n i m p r o v e d d r a s t i c a l l y b y t h e n e w p o s i t i o n i n g a p p r o a c h e s t o g e t h e r w i t h t h e c a l i b r a t i o n t e c h n i q u e s . H o w e v e r , t h e p e r f o r m a n c e i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t i s i n f e r i o r t o t h a t o b t a i n e d i n F Y P s t a g e . F u r t h e r m o r e . F i g u r e 5 . 6 5 i l l u s t r a t e s t h e e s t i m a t e d l o c a t i o n s o f o n e t e s t t r i a l t o g e t h e r w i t h t h e a c t u a l l o c a t i o n i n m a p s f o r f o u r a r e a s . a l o n g G a l l e r o a d . a l o n g D u p l i c a t i o n r o a d . s u b u r b a n a n d r u r a l . 1 1 3 '~fi .;;~~ . \ 5 ( i:~~~ ld bk . --~ lJ \L id ll l. .. :~ )u iL u l til l'- -" '- _ ll\ 1! \.J !ll ll\ ._ '!l t B ad U rb an (G al le R oa d) U rb an (D up lic at io n R oa d) S ub ur ba n R ur al M ea su re d Pr ed ic te d C al ib ra te d M ea su re d Pr ed ic te d C al ib ra te d M ea su re d Pr ed ic te d C al ib ra te d M ea su re d Pr ed ic te d C al ib ra te d D at ab as e D at ab as e D at ab as e D at ab as e D at ab as e D at ab as e D at ab as e D at ab as e D at ab as e D at ab as e D at ab as e D at ab as e N eu ra l N eu ra l N eu ra l C al ib ra tio n C ur ve N et w or k N et w or k N et w or k - - - - - - - - T ec hn iq ue Fi tti ng - B fo r E rr or fo r E rr or fo r E rr or in l os s in L os s in L os s PS O PS O T ra in in g PS O - - - - - - - c o m m o n - - c o m m o n A lg or ith m ty pe -2 ty pe ty pe A pp ro ac h- A pp ro ac h- A pp ro ac h- A pp ro ac h- A pp ro ac h- A pp ro ac h- A pp ro ac h- A pp ro ac h- A pp ro ac h- A pp ro ac h- A pp ro ac h- B w ith B w ith B w ith A pp ro ac h- B w ith B w ith B w ith A w ith A w ith A w ith A w ith A w ith Po si tio ni ng K =5 & K = 8& K = 5& C os t C os t A w ith K =3 & K =8 a n d C os t K ~ 2 & C os t T ec hn iq ue C os t C os t C os t C os t C os t C os t C os t C os t Fu nc tio n- Fu nc tio n- Fu nc tio n- Fu nc tio n- Fu nc tio n- Fu nc tio n- 4 Fu nc tio n- Fu nc tio n- Fu nc tio n- Fu nc tio n- Fu nc tio n- Fu nc tio n- 4 4 2 3 4 4 0 2 2 4 2 80 % E rr or (m ) 22 5 24 5 20 0 11 8 18 5 12 5 52 5 70 0 55 0 54 0 49 5 38 5 90 % E rr or 42 5 40 0 33 0 13 5 23 5 18 0 75 0 80 0 62 5 70 0 60 0 (m ) 50 0 \, M ed ia n E rr or (m ) 67 13 0 10 6 56 90 65 26 1 43 6 39 1 26 0 27 4 23 4 A ve ra ge 18 8 17 3 14 9 72 11 4 89 32 5 48 2 43 2 35 1 33 1 31 8 E rr or (m ) M ax im um 20 70 61 6 57 2 25 6 34 3 43 3 12 18 12 93 13 63 34 24 38 42 E rr or (m ) 35 02 M in im um 13 31 24 4 7 9 5 24 4 3 3 E rr or (m ) 4 - N um be r o f 50 63 31 2 15 4 te st p oi nt s 11 4 ( ' h i l p l e r R e s u l I s , t n u i n i l - , - C o m p a r i s o n o f c u r r e n t n:~,uits a n d F i n a l Y e a r P r o j e c t ( F Y P l result~ o f t h r . : e e n v i r o n m e n t : , - - - - - r - · - - - - - - - - - - - - - - - - - - - · · - - - ---~------·------- - - - - - - · - - · · - - - - - - \ t : r b a n C u r r e n t ( D u p l i c a t i o n r o a d ) - - - - - 1 - - - - - - - - - - - - G a l l e R o a d A c t u a l l o c a t i o n I E s t i m a t i o n w i t h m e a s u r e d F P . E s t i m a t i o n w i t h p r e d i c t e d F P I j l E s t i m a t i o n w i t h c a l i b r a t e d F P \ 1 E s t i m a t i o n f r o m C e l l I D m e t h o d I - I _ _ _ _ _ _ _ j ~~- 1 ' I I S u b u r b a n _ j - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 . i \ l W e w a l a S u w a n p o l a l I I I · . l l u p l i c a t i o n R o a d j ' j : \ I ' I • I \ I I ! I I I r---=-=---=-----==-~ - - = = - - - - 1 1 I 1 I I I \ 1 I 1 1 I I I I I • 1 1 R u r a l • I . i I I ' ----·--------------~-----------------_j l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ~_j i ' i~:urc· - ; . 6 < : P i o t o f e s t i m a t e d J p c a t i n n s o f o n e t e s t t r i a l i n f o u r e n v i r o n m e n t > i n m a p · • , O r i g i n a l i o ; i n c o l o u r J 1 5 C h a p t e r - 6 C o n c l u s i o n i h e m a j o r o b j e c t i v e s o f t h i s w o r k a r e t o i n v e s t i g a t e t h e p o s s i b i l i t y o f a p p l y i n g 1 r c d i c t i o n s o b t a i n e d f r o m t h e o r e t i c a l p r o p a g a t i o n m o d e l s / t o o l t o c r e a t e t h e f i n g e r p r i n t L n a b a s e f o r D a t a b a s e C o r r e l a t i o n M e t h o d i n l o c a l c o n t e x t a n d t o c o m e u p w i t h a n m p r o v e d t e c h n i q u e f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n . w h i c h i s f e a s i b l e f o r t h e d e p l o y m e n t i n . . , t r g e d y n a m i c n e t w o r k s . ! h i s c h a p t e r s u m m a r i z e s t h e m a j o r c o n t r i b u t i o n s o f t h i s w o r k w h i l e p r e s e n t i n g a b r i e f m a l y s i s o f o v e r a l l r e s u l t s , c o m m e r c i a l i z a t i o n a s p e c t s a n d f u t u r e d i r e c t i o n s f o r f u r t h e r c s c a r c h . o . l C o n t r i b u t i o n s \ t t h e w r y b e g i n n i n g . a c o m p r e h e n s i v e r e v i e w o f e x i s t i n g l i t e r a t u r e o n t h e s u b j e c t \ \ a s c a r r i e d o u t t o g e t f a m i l i a r w i t h t h e s t a t u s o f p o s i t i o n i n g i n c l u d i n g a l l t h e t e c h n o l o g i e s t h a t h a v e a l r e a d y b e e n i n v e n t e d . \ f t e r t h a t . a s y s t e m a t i c m e t h o d o l o g y f o r c r e a t i n g a f i n g e r p r i n t d a t a b a s e u s i n g n e t w o r k p l a n n i n g t o o l p r e d i c t i o n s h a s b e e n i n t r o d u c e d . I n a d d i t i o n . a n e x t e n s i v e m e a s u r e m e n t . : a m p a i g n w a s c a r r i e d o u t f o r t a k i n g m e a s u r e m e n t s i n t h r e e d i f f e r e n t e n v i r o n m e n t s . u r b a n . s u b u r b a n a n d r u r a l . A d e t a i l e d a n a l y s i s o f t h e d e v i a t i o n b e t w e e n n e t w o r k p l a n n i n g t o o l p r e d i c t i o n s a n d a c t u a l m e a s u r e m e n t s s h o w s t h a t t h e r e e x i s t s a c o n s i d e r a b l e d e v i a t i o n i n u r b a n e m i r o n m e n t . w h i l e t h e d e v i a t i o n i n s u b u r b a n i s m o d e r a t e a n d r u r a l i s e v e n l o w e r . M e t h o d s f o r m i n i m i z i n g t h e a b o v e d e v i a t i o n . d e f i n e d a s c a l i b r a t i o n . w e r e p r o p o s e d b a s e d o n n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s a n d c u r v e f i t t i n g t e c h n i q u e s . T h e c e l l - w i s e c a l i b r a t i o n p r o c e s s p r o p o s e d i n t h i s t h e s i s i s a d v a n t a g e o u s f o r d e p l o y i n g t h e t e c h n i q u e i n l a r g e . d y n a m i c n e t w o r k s . F u r t h e r m o r e . a n o v e l f i n g e r p r i n t f i l t e r i n g m e t h o d a n d a n o v e l C o s t F u n c t i o n ( C o s t I · u n c t i o n - 4 ) f o r f i n g e r p r i n t m a t c h i n g w e r e p r o p o s e d f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n a n d t h e r e \ a l i d i t y h a s b e e n p r o v e d w i t h a m e a s u r e d a n d a p r e d i c t e d d a t a b a s e . 1 1 6 C h a p t e r 6 - C o n c l u s i o n 1 1 a d d i t i o n . t h e i m p a c t o f R S S v a r i a t i o n o v e r d i f f e r e n t h o u r s o f t h e d a y o n D C M , i g o r i t h m w a s a n a l y z e d a n d t h e r e s u l t s s h o w a n e g l i g i b l e i m p a c t . I 1 n a l l y . t h e p e r f o r m a n c e o f D C M a l g o r i t h m s u s i n g a m e a s u r e d d a t a b a s e . a p r e d i c t e d , t a t a b a s e a n d a c a l i b r a t e d d a t a b a s e w a s e v a l u a t e d c o m p r e h e n s i v e l y . a n d t h e r e s u l t s , l w w t h a t t h e c a l i b r a t i o n p r o c e s s h a s b e e n a b l e t o i m p r o v e t h e p e r f o r m a n c e . < l t i c e a b l y . o . 2 T r i a l R e s u l t s " ' . h e r e s u l t s a n a l y s i s i n c h a p t e r 5 s h o w s t h a t t h e p e r f o r m a n c e o f D C M u s m g a ' r e d i c t e d d a t a b a s e i s i n f e r i o r t o t h a t u s i n g a m e a s u r e d d a t a b a s e i n a l l e n v i r o n m e n t s · ' \ c e p t t h e r u r a l e n v i r o n m e n t . B u t , t h e a p p l i c a t i o n o f a c a l i b r a t i o n p r o c e s s h a s m p r o v e d t h e p e r f o r m a n c e c o n s i d e r a b l y . b y b r i n g i n g t h e C D F c u r v e w i t h a c a l i b r a t e d J a t a b a s e c l o s e r t o t h a t w i t h a m e a s u r e d d a t a b a s e i n u r b a n a n d s u b u r b a n e n v i r o n m e n t . \ r e m a r k a b l e p e r f o r m a n c e w a s o b s e r v e d i n r u r a l e n v i r o n m e n t a f t e r c a l i b r a t i o n . T h e , 1 e r f o r m a n c e a f t e r c a l i b r a t i o n w a s e v e n h i g h e r t h a n t h a t u s i n g a m e a s u r e d d a t a b a s e i n · u r a l . \ c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s . t h e n o v e l f i n g e r p r i n t f i l t e r i n g m e t h o d i s r o b u s t f o r b a d u r b a n , ' 1 1 \ i r o n m e n t . w h i c h w a s s e l e c t e d t o b e a l o n g G a l l e r o a d . I n a d d i t i o n . t h e p r o p o s e d \ · o s t F u n c t i o n ( C o s t F u n c t i o n - 4 ) f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n h a s s h o w n b e t t e r r e s u l t s w i t h t p r e d i c t e d d a t a b a s e i n a l l t h r e e e n v i r o n m e n t s . F u r t h e r m o r e , t h e c a l i b r a t i o n m e t h o d t 1 a s c d o n n e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u e s h a s b e e n s u c c e e d e d i n u r b a n . s u b u r b a n a n d r u r a L 1 1 u t f o r b a d u r b a n t h e b e s t m a t c h i n g c a l i b r a t i o n m e t h o d s w a s t h e o n e b a s e d o n c u r v e t i t t i n g . " - o n s e q u e n t l y . t h e b e s t r e s u l t s o b t a i n e d f o r b a d u r b a n e n v i r o n m e n t s h o w a p o s i t i o n i n g ~rror l e s s t h a n 2 0 0 m i n 8 0 % o f t h e t i m e w h i l e t h a t i s f o r u r b a n e n v i r o n m e n t i s l e s s t h a n 1 2 5 m ( 8 0 % ) . A n o t a b l e p e r f o r m a n c e o f p o s i t i o n i n g e r r o r l e s s t h a n 3 8 5 m i n 8 0 % , J f t h e e s t i m a t e s w a s o b t a i n e d f o r r u r a l e n v i r o n m e n t a f t e r c a l i b r a t i o n . T h i s i s a n d u t s t a n d i n g a c h i e v e m e n t o f t h i s r e s e a r c h . T h e p e r f o r m a n c e i n s u b u r b a n e n v i r o n m e n t t s i n f e r i o r t o t h a t i n b o t h u r b a n a n d r u r a l e n v i r o n m e n t s . a n d t h e b e s t a c c u r a c y w a s l e s s t h a n 5 5 0 m i n 8 0 % o f t h e e s t i m a t e s . . \ c c o r d i n g t o t h e a c c u r a c y r e q u i r e m e n t s o f d i f f e r e n t L o c a t i o n B a s e d S e r v i c e s . a s s h o w n i n T a b l e 1 . 2 . t h e a c c u r a c i e s a c h i e v e d d u r i n g t h i s w o r k f o r a l l t h r e e 1 1 7 C h a p t e r 6 - C o n c l u s i o n e n v i r o n m e n t s a r e s u f f i c i e n t t o p r o v i d e b a s i c i n f o r m a t i o n s e r v i c e s s u c h a s n e a r e s t A T M m a c h i n e , n e a r e s t h o s p i t a L n e a r e s t p e t r o l s t a t i o n , t r a f f i c i n f o r m a t i o n a n d l o c a t i o n b a s e d a d v e r t i s i n g . T h e r e s u l t s i n r u r a l e n v i r o n m e n t s h o w a f a r b e t t e r p e r f o r m a n c e t h a n t h e r e q u i r e m e n t s h o w n i n T a b l e 1 . 2 f o r t h e s a m e e n v i r o n m e n t . 6 . 3 C o m m e r c i a l i z a t i o n A s p e c t s T h e p r o p o s e d m e t h o d f o r l o c a t i o n e s t i m a t i o n i n c e l l u l a r n e t w o r k s h a s b e e n d e s i g n e d s u i t a b l y f o r d e p l o y i n g i n l a r g e d y n a m i c n e t w o r k s . T h e r r i e t h o d i n v o l v e s a p r e d i c t e d d a t a b a s e o f f i n g e r p r i n t s i n s t e a d o f a m e a s u r e d o n e . T h i s e l i m i n a t e s t h e i n i t i a l d e p l o y m e n t c o s t e n c o u n t e r e d i n c a r r y i n g o u t m e a s u r e m e n t c a m p a i g n s f o r t h e f o r m a t i o n o f m e a s u r e d d a t a b a s e a s w e l l a s t h e m a i n t e n a n c e b u r d e n i n v o l v e d i n u p g r a d i n g t h e n e t w o r k b y i n t r o d u c i n g n e w c e l l s a n d m a k i n g c h a n g e s t o t h e e x i s t i n g i n f r a s t r u c t u r e . A t t h e s a m e t i m e , t h e p r o p o s e d c a l i b r a t i o n m e t h o d , k n o w n a s c e l l - w i s e c a l i b r a t i o n . i s m o r e a p p l i c a b l e f o r t h e p e r f o r m a n c e e n h a n c e m e n t a s w e l l a s f o r t h e e a s e o f u p g r a d i n g t h e d a t a b a s e . I f a n e w c e l l c o m e s u p , i t ' s j u s t a m a t t e r o f c a l i b r a t i n g t h e p r e d i c t i o n s o f t h a t p a r t i c u l a r c e l l a n d u p d a t i n g t h e d a t a b a s e b y i n s e r t i n g t h e c a l i b r a t e d p r e d i c t i o n s o f n e w c e l l t o e x i s t i n g f i n g e r p r i n t s , w i t h o u t a l t e r i n g t h e e x i s t i n g o n e s . I n a d d i t i o n , t h e p r o p o s e d c a l i b r a t i o n p r o c e s s p r o v i d e s t h e f l e x i b i l i t y o f r e - c a l i b r a t i n g t h e f i n g e r p r i n t s i n c e l l - b y - c e l l b a s i s t o m a k e t h e d a t a b a s e c o m p a t i b l e w i t h e n v i r o n m e n t a l v a r i a t i o n s . F u r t h e r m o r e , t h e a c c u r a c i e s d e m o n s t r a t e d b y t h e d e v e l o p e d m e t h o d i n t h r e e e n v i r o n m e n t s c o m p l y w i t h t h e a c c u r a c y r e q u i r e m e n t s f o r b a s i c i n f o r m a t i o n s e r v i c e s a s i l l u s t r a t e d i n [ 9 ] . I n a d d i t i o n , t h e a c c u r a c y o b t a i n e d i n u r b a n e n v i r o n m e n t c o m p l i e s v v i t h t h e a c c u r a c y r e q u i r e m e n t o f F C C r e c o m m e n d a t i o n s f o r n e t w o r k b a s e d s o l u t i o n s [ 2 . ~ J . H e n c e , t h e p r o p o s e d s o l u t i o n i s b e s t s u i t e d f o r t h e d e p l o y m e n t i n l a r g e d y n a m i c n c t v v o r k s a s a n e t w o r k b a s e d m e t h o d f o r p o s i t i o n i n g t o p r o v i d e b a s i c i n f o r m a t i o n s e r v i c e s s u c h a s t h e n e a r e s t A T M , t h e p e t r o l s t a t i o n e t c . 1 1 8 C h a p t e r 6 - C o n c l u s i o n h A F u t u r e W o r k I h i s r e s e a r c h h a s d e m o n s t r a t e d t h e p o s s i b i l i t y o f a p p l y i n g n e t w o r k p l a n n i n g t o o l p r e d i c t i o n s f o r t h e f o r m a t i o n o f f i n g e r p r i n t d a t a b a s e i n l o c a l c o n t e x t . S i n c e t h e L a l i b r a t i o n h a s s h o w n t o b e a b e t t e r w a y f o r p e r f o r m a n c e e n h a n c e m e n t . f u r t h e r r e s e a r c h c a n b e c a r r i e d o u t t o w a r d s i m p r o v i n g t h e p e r f o r m a n c e o f c a l i b r a t i o n . ! n a d d i t i o n , t h e a n a l y s i s o f R S S v a r i a t i o n i n S e c t i o n 4 . 5 s h o w s t h a t t h e R S S v a r i a t i o n - J r n e i g h b o r i n g c e l l s r e l a t i v e t o t h a t o f t h e s e r v i n g c e l l i s s o m e w h a t s i m i l a r t h r o u g h o u t t h e d a y . T h i s i n t r o d u c e s a d i f f e r e n t d i r e c t i o n f o r f o r m a t i o n o J f i n g e r p r i n t s . i n w h i c h t h e R S S o f n e i g h b o r i n g c e l l s r e l a t i v e t o s e r v i n g c e l l a r e s t o r e d r a t h e r t h a n a b s o l u t e ' a l u e s ; i n o r d e r t o r e d u c e t h e e f f e c t c o m e s w i t h t h e v a r i a t i o n o f a b s o l u t e v a l u e s o f R S S . h 1 r t h e r m o r e . n o v e l c o r r e l a t i o n a l g o r i t h m s c a n a l s o b e r e s e a r c h e d t o b e c o m p a t i b l e \ \ i t h t h e n o v e l d a t a b a s e . S i n c e a s i g n i f i c a n t i m p r o v e m e n t i n p e r f o r m a n c e c a n b e o b s e r v e d i n r u r a l e n v i r o n m e n t . i t i s w o r t h w h i l e t o c a r r y o u t f u r t h e r r e s e a r c h t o w a r d s e n h a n c i n g t h i s p e r f o r m a n c e f u r t h e r . w h i c h w i l l h e l p t o a m a s s i v e e n h a n c e m e n t i n l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s i n r u r a l e n v i r o n m e n t . 1 1 9 R E F E R E N C E S [ I J . C a r r i e M a c G i l l i v r a y , ' · O p p o r t u n i t i e s f o r L o c a t i o n - B a s e d S e r v i c e s i n C o n s u m e r a n d E n t e r p r i s e M a r k e t s , W h i t e p a p e r , I D C , O c t o b e r 2 0 0 7 j : 2 1 . . . E n h a n c e d 9 1 1 - W i r e l e s s S e r v i c e s " , h t t p : I / \ V w w . f c c . g o v / 9 1 1 / e n h a n c e ( a c c e s s e d o n 2 0 . 0 1 . 2 0 0 8 ) [ 3 J . · ' F C C A d o p t s R u l e s t o I m p l e m e n t E n h a n c e d 9 1 1 f o r W i r e l e s s S e r v i c e s : · F C C : V e w \ . C C d o c k e t n o . 9 4 - 1 0 2 , J u n e 1 2 , 1 9 9 6 [ - l l . . E - 1 1 2 I s s u e s a n d a n s w e r s ' ' , R e c o m m e n d a t i o n s a n d I n s i g h t f o r t h e O p t i m a l P l a n n i n g a n d I m p l e m e n t a t i o n o f E - 1 1 2 , E m e r g e n c y W i r e l e s s L o c a t i o n f o r t h e E u r o p e a n U n i o n , 2 0 0 4 . [ 5 ] . · · v e n d o r s o f G S M M o b i l e L o c a t i o n P o s i t i o n i n g ' ' . ( a c c e s s e d o n 0 8 . 0 8 . 2 0 0 7 ) [ 6 1 . . . L o c a t i o n B a s e d S e r v i c e s " ' , h t t p : / / w w w . S n a p T r a c k . c o m ( a c c e s s e d o n 0 8 . 0 8 . 2 0 0 7 ) [ 7 ] . . . M o b i l e P o s i t i o n i n g S y s t e m " , g n e n / t e ( : J } l 1 0 l o £ i t : _ s i l n o b i J r ; : nosi1i~mimz/index.hll:nJ ( a c c e s s e d o n 0 8 . 0 8 . 2 0 0 7 ) [ 8 ] . \ v w w . b t c e l l n e t . c o . u k ( a c c e s s e d o n 0 8 . 0 8 . 2 0 0 7 ) [ 9 1 . G r a h a m W i l d e , . . P e r f o r m a n c e I m p l i c a t i o n s o f W i r e l e s s L o c a t i o n T e c h n o l o g i e s - T h e E f f e c t o n L o c a t i o n - b a s e d S e r v i c e R e v e n u e G r o w t h ' ' . B u s i n e s s b r i e f i n g : W i r e l e s s T e c h n o l o g y - 2 0 0 3 . [ 1 0 ] . T e e m u R o o s , P e t r i M y l l y m a k i , H e n r y T i r r i , A S t a t i s t i c a l M o d e l i n g A p p r o a c h t o L o c a t i o n E s t i m a t i o n . I E E E T r a n s a c t i o n s o n A 1 o b i l e C o m p u t i n g , V o l 1 , N o 1 . p p . 5 9 - 6 9 , J a n u a r y - M a r c h 2 0 0 2 f 1 1 ] . R i c h a r d W a l t e r K l u k a s , " A S u p e r r e s o l u t i o n B a s e d C e l l u l a r P o s i t i o n i n g S y s t e m U s i n g G P S T i m e S y n c h r o n i z a t i o n ' ' . D e p a r t m e n t o f G e o m a t i c s E n g i n e e r i n g , T h e U n i v e r s i t y o f C a l g a r y , A l b e r t a . D e c e m b e r 1 9 9 7 [ 1 2 ] . H e i k k i L a i t i n e n , J a a k k o L a h t e e n m a k i , T e r o N o r d s t r o m , D a t a b a s e C o r r e l a t i o n M e t h o d f o r G S M l o c a t i o n , I E E E 5 1 s t V T C . R h o d e s , G r e e c e , 6 - 9 M a y . 2 0 0 1 [ 1 3 ] . R . Y a m a m o t o . H . M a t s u t a n i , H . M a t s u k i , T . O o n o , H . O h t s u k a . · ' P o s i t i o n L o c a t i o n T e c h n o l o g i e s u s i n g S i g n a l S t r e n g t h i n C e l l u l a r S y s t e m " ' . R a d i o 1 2 0 R e f e r e n c e s N e t w o r k D e v e l o p m e n t D e p a r t m e n t , N T T D o C o M o , I n c . 3 - 5 H i k a r i n o o k a . Y o k o s u k a - s h i , K a n a g a w a 2 3 9 - 8 5 3 6 , J a p a n 1 1 4 1 . G u o l i n S u n . J i e C h e n . W e i G u o , K . J . R a y L i u , " S i g n a l P r o c e s s i n g T e c h n i q u e s i n N e t w o r k - A i d e d P o s i t i o n i n g : A s u r v e y o f s t a t e - o f - t h e - a r t p o s i t i o n i n g d e s i g n s " , l E E S ' i R n a l P r o c e s s i n R M a R a z i n e s , J u l y 2 0 0 5 1 1 5 J . C h e n g P e n g . " L o c a t i o n D i s c o v e r y T e c h n i q u e S u r v e y o f G P S . C e l l u l a r b a s e d S y s t e m s a n d I n d o o r L o c a t i o n S y s t e m s " . C o m p u t e r S c i e n c e . S I T E , U n i v e r s i t y o f O t t a w a . l 1 6 ] . Z o r a n S a l c i c a n d E d w i n C h a n . ' ' M o b i l e S t a t i o n P o s i t i c f n i n g U s i n g G S M C e l l u l a r P h o n e a n d A r t i f i c i a l N e u r a l N e t w o r k s ' ' , W i r e l e s s P e r s o n a l C o m m u n i c a t i o n s I . . f , 2 3 5 - 2 5 4 . : w o o 1 1 7 ] . J o s e f B a j a d a . · ' M o b i l e P o s i t i o n i n g f o r L o c a t i o n D e p e n d e n t S e r v i c e s i n G S M N e t w o r k s ' ' , D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e a n d A I . U n i v e r s i t y o f M a l t a . [ 1 8 1 . C . D r a n e , M . M a c n a u g h t a n . C . S c o t t . · ' P o s i t i o n i n g G S M T e l e p h o n e s · · , I E E E ( ' o m m u n i c a t i o n s M a g a z i n e , v o l . 3 6 . A p r i l 1 9 9 8 [ 1 9 ] . T r o n d N y p a n . O d d v a r H a l l i n g s t a d . · ' A c e l l u l a r p o s i t i o n i n g s y s t e m b a s e d o n d a t a b a s e c o m p a r i s o n - T h e h i d d e n M a r k o v m o d e l b a s e d e s t i m a t o r v e r s u s t h e K a l m a n f i l t e r . . . U n i v e r s i t y G r a d u a t e C e n t e r . N o r w a y l 2 0 ] . T r i k i . D i r k T . M . S l o c k , V i n c e n t R i g a ! , P i e r r i c k F r a n c . " M o b i l e T e r m i n a l P o s i t i o n i n g v i a P o w e r D e l a y . P r o f i l e F i n g e r p r i n t i n g : R e p r o d u c i b l e V a l i d a t i o n S i m u l a t i o n s " . I E E E 6 . . f 1 h V e h i c u l a r T e c h n o l o g y C o n f e r e n c e . 2 0 0 6 - F a l l l 2 1 ] . M . B r u n a t o C . K i s s K a l l ' o . " T r a n s p a r e n t L o c a t i o n F i n g e r p r i n t i n g f o r W i r e l e s s S e r v i c e s . . . D i p a r t i m e n t o d i I n f o r m a t i c a e T e l e c o m u n i c a z i o n i . v i a S o m m a r i v e 1 4 . I - 3 8 0 5 0 P a n t ' e d i P o v o ( T N ) - I T A L Y , 1 2 2 ] . Z h a o P i n g . L i L i n g - y a n . S h i H a o - s h a n . ' · A H y b r i d L o c a t i o n A l g o r i t h m B a s e d o n B P N e u r a l N e t w o r k s f o r M o b i l e P o s i t i o n E s t i m a t i o n " . J J C S N S I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o l C o m p u t e r S c i e n c e a n d N e t w o r k S e c u r i t y , v o l . 6 N o . 7 A . J u l y 2 0 0 6 [ 2 3 ] . D . Z i m m e r m a n n , J . B a u m a n n , M . L a y h , F . L a n d s t o r f e r , R . H o p p e . G . W o l f 1 e . · ' D a t a b a s e C o r r e l a t i o n f o r P o s i t i o n i n g o f M o b i l e T e r m i n a l s i n C e l l u l a r N e t w o r k s u s i n g W a v e P r o p a g a t i o n M o d e l s ' ' , I E E E 6 0 1 1 7 V e h i c u l a r T e c h n o l o g y C o n f e r e n c e . v o l 7 . 2 0 0 4 - F a l l 1 2 4 1 . K . R . A n n e . K . K y a m a k y a , F . E r b a s . C . T a k e n g a , J . C . C h e d j o u . " G S M R S S I - b a s e d p o s i t i o n i n g u s i n g E x t e n d e d K a l m a n F i l t e r f o r t r a i n i n g A r t i f i c i a l N e u r a l N e t w o r k s " . I E E E 6 0 1 h V e h i c u l a r T e c h n o l o g y C o n l e r e n c e . v o l 6 . 2 0 0 4 - F a l l 1 2 1 R e l e r e n c e s 1 2 5 1 . C . T a k e n g a . C . X i . K . K y a m a k y a . · · F u s i o n o f N e u r a l N e t w o r k p o s i t i o n i n g a n d D a t a b a s e C o r r e l a t i o n i n l o c a l i z i n g a M o b i l e T e r m i n a l ' · . p r e s e n t e d a t I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n W i r e l e s s N e t w o r k s ( I C W N ) . L a s V e g a s . U S A . 2 0 0 6 . j 2 6 l D . F o x . J . H i g h t o w e r . L . L i a o . D . S c h u l z , G . B o r r i e l l o . " B a y e s i a n F i l t e r s f o r L o c a t i o n E s t i m a t i o n ' ' . I E E E P e r v a s i v e C o m p u t i n g . v 2 i 3 . 2 4 - 3 3 S e p t e m b e r 2 0 0 3 \ 2 7 ] . M . K h a l a f - A l l a h . K . K y a m a k y a . " D a t a b a s e C o r r e l a t i o n u s i n g B a y e s F i l t e r f o r M o b i l e T e r m i n a l L o c a l i z a t i o n i n G S M S u b u r b a n E n v i r o n m e n t s " . I E E E 6 3 r d l ' e h i c u l a r T e c h n o / O f , ' } ' C o n j ' e r e n c e . v o l 2 . 2 0 0 6 - S p r i n g , 1 2 8 J . I I . Z a m i r i - J a f a r i a n , M . M . M i r s a l e h i . A h a d i - A k h l a g h i . H . K e s h a v a r z . " A N e u r a l N e t w o r k - b a s e d M o b i l e P o s i t i o n i n g w i t h H i e r a r c h i c a l S t r u c t u r e " ' . I E E E 5 t 1 1 T ' e h i c u l a r T e c h n o l o g y C o n f e r e n c e , v o l 3 . A p r i l 2 0 0 3 f 2 9 ] . K . U . M . D e S i l v a . B . D . S . L a k m a l i , K . G . L i y a n a g a m a . W . H . M . P . W i j e s i n g h e . . . I m p r o v e d C e l l u l a r P o s i t i o n i n g T e c h n i q u e s · · . F i n a l y e a r p r o j e c t r e p o r t . D e p a r t m e n t o f E l e c t r o n i c s & T e l e c o m m u n i c a t i o n s E n g i n e e r i n g , u n i v e r s i t y o f M o r a t u w a . O c t o b e r 2 0 0 6 1 3 0 l K . U . M . D e S i l v a . B . D . S . L a k m a l i , K . G . L i y a n a g a m a . W . H . M . P . W i j e s i n g h e . S . A . D . D i a s . " D e s i g n . I m p l e m e n t a t i o n & T e s t i n g o f P o s i t i o n i n g T e c h n i q u e s i n M o b i l e N e t w o r k s ' · . T h i r d I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n I n f o r m a t i o n a n d A u t o m a t i o n f o r S ' u s t a i n a b i l i t y . D e c e m b e r - 2 0 0 7 . 1 3 1 ] . H e i k k i L a i t i n e n ( e d i t o r ) . S u v i A h o n e n . S o f o k l i s K y r i a z a k o s . J a a k k o U i h t e e n m a k i . R a f f a e l e M e n o l a s c i n o . S e p p o P a r k k i l a . . C e l l u l a r N e t w o r k O p t i m i z a t i o n B a s e d o n M o b i l e L o c a t i o n · · . C E L L O C o n s o r t i u m . 2 0 0 1 [ 3 2 ] . . . I m p l e m e n t i n g M o b i l e S t a t i o n L o c a t i o n m G S M ' · . h t t p : i \ v w w . \ v i H a s s c n . n o 1 m s l i n o d c 7 . h t m l ( A c c e s s e d o n 1 5 . 0 8 . 2 0 0 7 ) [ 3 3 ] . T e e m u T o n t e r i . ' ' A S t a t i s t i c a l M o d e l i n g A p p r o a c h t o L o c a t i o n E s t i m a t i o n · · . l v f a s t e r ' s T h e s i s , D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e . U n i v e r s i t y o f H e l s i n k i . 2 5 t h M a y 2 0 0 1 j 3 4 J . K . C h u . K . L e u n g , J . N g , C . H u n g , " L o c a t i n g M o b i l e S t a t i o n s w i t h S t a t i s t i c a l D i r e c t i o n P r o p a g a t i o n M o d e l ' · , P r o c e e d i n g o j ' l 8 1 1 7 i n t e r n a t i o n a l c o n j ' e r e n c e o n A d v a n c e I n f o r m a t i o n N e t w o r k i n g a n d A p p l i c a t i o n ( A I N A ' O . . f . ) . 2 0 0 4 [ 3 5 ] . J . Z h o u . J . N g . ' ' A n a l y s i s o f S t a t i s t i c a l E s t i m a t i o n f o r M o b i l e L o c a t i o n E s t i m a t i o n " , T e c h n i c a l R e p o r t C O M P - O . . f . - 0 0 9 , D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r s c i e n c e . H o n g K o n g B a p t i s t U n i v e r s i t y . H o n g K o n g 1 2 2 R e f e r e n c e s ; ( ) ] . P a u l K e m p p i , · ' D a t a b a s e C o r r e l a t i o n M e t h o d f o r M u l t i - s y s t e m L o c a t i o n " ' . M a s t e r ' s T h e s i s . D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l a n d C o m m u n i c a t i o n s E n g i n e e r i n g . H e l s i n k i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y . A u g u s t 2 0 0 5 ; 7 ] . C . M . T a k e n g a , K . K y a m a k y a . " " L o c a t i o n F i n g e r p r i n t i n g i n G S M n e t w o r k s a n d I m p a c t o f D a t a P r e - p r o c e s s i n g ' ' , P r e s e n t e d a t . W M C 0 6 . M u n i c h . 2 0 0 6 . ; x ] . · · R a d i o p r o p a g a t i o n m o d e l ' ' , R a d i n p r o p a g a t i o n J l W d d ( a c c e s s e d o n 0 1 . 0 8 . 2 0 0 7 ) \ 9 ] . . B . A n d e r s o n , T . S . R a p p a p o r t , S . Y o s h i d a , " P r o p a g a t i o n M e a s u r e m e n t s a n d M o d e l s f o r W i r e l e s s C o m m u n i c a t i o n C h a n n e l s " , I E E E C o m m u n i c a t i o n s J f a R a z i n e . J a n u a r y 1 9 9 5 - W ] . A . N e s k o v i c . N . N e s k o v i c . G . P a u n o v i c . " " M o d e r n A p p r o a c h i n M o d e l i n g o f M o b i l e R a d i o S y s t e m s P r o p a g a t i o n E n v i r o n m e n t " , I E E E c o m m u n i c a t i o n s S u r v e y . T h i r d q u a r t e r 2 0 0 0 - + 1 ] . D i e t e r J . C i c h o n , T h o m a s K l i r n e r . ' · P r o p a g a t i o n P r e d i c t i o n M o d e l s " ' , E - P i u s M o b i l f u n k G m b H , G e r m a n y , h t t p : / / w w w . l x . i t . p t / c o s t 2 3 1 / d o c s / P D F f i l e s / C h a p 4 p d f . Z I P - + 2 ] . " ' C O S T 2 3 1 W a l t i s c h I k e g a m i M o d e l " . . . . . . . . . . . . ~ . . !..~--~--~-.::-~.~-~~--~---~-·:.J.!.L.~·~! . .SL~-~~-L~.::?.: . . . . . ~:: 1 l ~ , ~---~?.::~_,: _ _ 1 :.~ . . :!.~: . . . ~.-~.! . . : ? . . ~----~-! _ _ :!_:_~~--:·~-~--~- ( a c c e s s e d o n 0 1 . 0 8 . 2 0 0 7 ) - + 3 J . T h o m a s K u r n e r , A l e x a n d e r M e i e r . ' · P r e d i c t i o n o f O u t d o o r a n d O u t d o o r - t o - I n d o o r C o v e r a g e i n U r b a n A r e a s a t 1 . 8 G H z " , I E E E J o u r n a l o n s e l e c t e d a r e a s i n c o m m u n i c a t i o n s , V o l . 2 0 N 0 . 3 , A p r i l 2 0 0 2 - + - + ] . P l a n e t G e n e r a l M o d e l - T e c h n i c a l N o t e s . M a r c o n i w i r e l e s s - 1 - 5 ] . . . B a c k - P r o p a g a t i o n N e u r a l N e t w o r k T u t o r i a l ' ' , ( a c c e s s e d o n 1 1 . 1 1 . 2 0 0 7 ) - 1 - 6 ] . " ' N e u r a l N e t w o r k s " , h t t p : / / c s e . s t a n f o r d . e d u / c l a s s / s o p h o m o r e - c o l l e g e / p r o j e c t s - 0 0 / n e u r a l - n e t w o r k s / N e u r o n / i n d e x . h t m l ( a c c e s s e d o n 1 1 . 1 1 . 2 0 0 7 ) - + 7 J . . \ 1 a r k B e a l e . H o w a r d D e m u t h , " N e u r a l N e t w o r k T o o l b o x f o r U s e w i t h M a t l a b " . U s e r ' s G u i d e , v e r s i o n - 4 - + 8 ] . C . M . T a k e n g a . K . K y a m a k y a . " R o b u s t P o s i t i o n i n g S y s t e m b a s e d o n F i n g e r p r i n t A p p r o a c h ' ' , M o h i W a s ' 0 7 , O c t o b e r 2 0 0 7 - 1 - 9 J . F . D e s p a g n e , D . L . M a s s a r t , " N e u r a l N e t w o r k s i n m u l t i v a r i a t e c a l i b r a t i o n " . A n a l y s t , 1 2 3 . 1 5 7 R - l 7 8 R , 1 9 9 8 1 2 3 R e f e r e n c e s [ 5 0 ] . " G e o m a t i c s S y s t e m s ' ' , ·.~:-'""'··'·' '.~.-. . : . . . ~ . . . . . ~ . . . . . '.'·'·"·~-·~' . . . . . . ' . . . . . · . ' ' · " · ' . . ' ! ( a c c e s s e d o n 0 7 . 0 6 . 2 0 0 7 ) [ 5 1 ] . · · G D A L - G e o s p a t i a l D a t a A b s t r a c t i o n L i b r a r y ' ' , h t t p : / / w w w . g d a l . o r g / i n d e x . h t m l ( a c c e s s e d o n 0 7 . 0 6 . 2 0 0 7 ) [ 5 2 ] . C . Z h a n g . H . S h a o , Y u L i , " P a r t i c l e S w a r m O p t i m i z a t i o n f o r E v o l v i n g A r t i f i c i a l N e u r a l N e t w o r k s ' ' . P r o c . (~f' I E E E I n t . C o n { o n S y s t e m , M a n , a n d C y b e r n e t i c s , v o l . 4 ( 2 0 0 0 ) , 2 4 8 7 - 2 4 9 0 [ 5 3 ] . S . S h a o - z h o n g . Z . L i - b i a o , S h u - h u a , " A p p l i c a t i o n o f P a r t i c l e S w a r m O p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m i n t r a i n i n g F o r w a r d N e u r a l N e t w o r k s " , £ i g h t h A C I S I n t e r n a t i o n a l C o n . f e r e n c e o n S o f t w a r e E n g i n e e r i n g . A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e . N e t w o r k i n g a n d P a r a l l e l / D i s t r i b u t e d C o m p u t i n g . 2 0 0 7 [ 5 4 ] . . ! . K e n n e d y . R . C . E b e r h a r t . ' ' P a r t i c l e S w a r m O p t i m i z a t i o n ' , i n p r o c . I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n N e u r a l N e t w o r k s . I E E E s e r v i c e c e n t e r . P i s c a t a w a y . N . J . p p . 3 9 - 4 3 . 1 9 9 5 . [ 5 5 1 . B r i a n B i r g e . ' ' P S O t - a P a r t i c l e S w a r m O p t i m i z a t i o n T o o l b o x f o r u s e m M a t l a b ' ' . S \ v a r m I n t e l l i g e n c e S y m p o s i u m . 2 0 0 3 [ 5 6 ] . ' ' P a r t i c l e S w a r m O p t i m i z a t i o n T o o l b o x " , 1 l11!:11l<~b.;~L11I:C:11:.fi l_g>,::f\<;Jlal}g~l ( a c c e s s e d o n 1 2 . 1 2 . 2 0 0 7 ) [ 5 7 ] . " C u r v e F i t t i n g T o o l b o x f o r u s e w i t h M a t l a b ' ' . U s e r ' s G u i d e . V e r s i o n 1 1 2 4 ) . " ;~ ' \ : \ . . ~ . . . ·~ A B B R I V I A T I O N S 2 G S e c o n d G e n e r a t i o n 3 G T h i r d G e n e r a t i o n A - G P S A s s i s t e d G P S A O A A n g l e o f A r r i v a l A R F C N A b s o l u t e R a d i o F r e q u e n c y C h a n n e l N u m b e r A T M A u t o m a t e d T e l l e r M a c h i n e B C C H B r o a d c a s t C o n t r o l C h a n n e l " B S B a s e S t a t i o n C D F C u m u l a t i v e D i s t r i b u t i o n F u n c t i o n C E P C i r c u l a r E r r o r P r o b a b i l i t y C I R C h a n n e l I m p u l s e R e s p o n s e D C M D a t a b a s e C o r r e l a t i o n M e t h o d E - O T D E n h a n c e O b s e r v e d T i m e D i f f e r e n c e F C C F e d e r a l C o m m u n i c a t i o n C o m m i s s i o n F Y P F i n a l Y e a r P r o j e c t G D A L G e o s p a t i a l D a t a A b s t r a c t i o n L i b r a r y G P S G l o b a l P o s i t i o n i n g S y s t e m G S M G l o b a l S y s t e m f o r M o b i l e L A R L e a s t A b s o l u t e R e s i d u a l s L B S L o c a t i o n B a s e d S e r v i c e s L M S L e a s t M e a n S q u a r e L O S L i n e O f S i g h t M P M M u l t i - p a t h M o d e l M S M o b i l e S t a t i o n N L O S N o n L i n e o f S i g h t N M R N e t w o r k M e a s u r e m e n t R e p o r t N N N e u r a l N e t w o r k s P S O P a r t i c l e S w a r m O p t i m i z a t i o n R M S E R o o t M e a n S q u a r e E r r o r R S S R e c e i v e d S i g n a l S t r e n g t h S E P E r r o r P r o b a b i l i t y S M S S h o r t M e s s a g e S e r v i c e 1 2 5 ! \ T i m i n g A d v a n c e : D O A T i m e D i f f e r e n c e o f A r r i v a l ! O A T i m e o f A r r i v a l H F U l t r a H i g h F r e q u e n c y \ ' H F V e r y H i g h F r e q u e n c y \ ' P M V e r t i c a l P l a n e M o d e l \ \ 1 M W a l t i s c h - l k e g a m i M o d e l \ \ l . A N W i r e l e s s L o c a l A r e a N e t w o r k " 1 2 6 A p p e n d i x A P R O P A G A T I O N M O D E L S A . l H a t a - O k u m u r a M o d e l T h e m e d i a n P a t h L o s s e q u a t i o n o f H a t a - O k u m u r a m o d e l i s g i v e n i n L ( d B ) = 6 9 . 5 5 + 2 6 . 1 6 l o g 1 0 f ; 1 H = - 1 3 . 8 2 l o g 1 0 h H s - a ( h 1 1 1 ) + ( 4 4 . 9 - 6 . 5 5 l o g 1 0 h H s ) l o g 1 0 d ' " ' - K W h e r e h 1 ( m ) - B a s e s t a t i o n a n t e n n a h e i g h t h 2 ( m ) - M o b i l e a n t e n n a h e i g h t d k m ( k m ) - L i n k d i s t a n c e f i t H : : : ( M H z ) - C e n t e r f r e q u e n c y " a ( h 2 ) - M S A n t e n n a h e i g h t - g a i n c o r r e c t i o n f a c t o r K - C o r r e c t i o n f a c t o r f o r s u b u r b a n a n d o p e n a r e a s . F o l l o w i n g a r e t h e r a n g e o f p a r a m e t e r s a p p l i c a b l e f o r t h i s m o d e l . 1 5 0 M H z : S f \ m : : : : S 1 5 0 0 M H z 1 k m : S d k m : S 1 0 k m 3 0 m : S h R s : : : ; 2 0 0 m 1 m : S h 1 r s : S 1 0 m ( A . l ) T h e p a r a m e t e r s o f H a t a m o d e l i n d i f f e r e n t a r e a t y p e s a r e g i v e n i n t a b l e A . l a n d t a b l e A . 2 T a b l e A . I : H a t a M o d e l P a r a m e t e r s : a ( h , ) T y p e o f a r e a a ( h 2 ) M e d i u m - s m a l l c i t y ( 1 . 1 l o g 1 0 f M I I z - 0 . 7 ) h 2 - ( 1 . 5 6 l o g 1 0 f M H L - 0 . 8 ) L a r g e c i t y ( f l \ m z > 3 0 0 M H z ) 3 . 2 ( l o g 1 0 1 1 . 7 5 h 2 ) 2 - 4 . 9 7 I ( f\1Hz~300 M H z ) 8 . 2 9 ( l o g 1 0 1 . 5 4 h 2 ) 2 - 1 . 1 I A p p e n d i x - A T a b l e 2 - A . 2 : H a t a M o d e l P a r a m e t e r s : K T y p e o f a r e a K O p e n r u r a l 4 . 7 8 ( l o g 1 0 f M l l z ) 2 - 1 8 . 3 3 l o g 1 0 f M l l z + 4 0 . 9 4 S u b u r b a n 2 [ l o g 1 0 ( f f \ 1 l l z / 2 8 )~ + 5 . 4 L a r g e c i t y i s d e f i n e d a s a c i t y h a v i n g b u i l d i n g h e i g h t s g r e a t e r t h a n 1 5 m . ; A . 2 W a l f i s c h - l k e g a m i M o d e l ( W I M ) W I M i s a s e m i - d e t e r m i n i s t i c m o d e l f o r m e d i u m - t o - l a r g e c e l l s i n b u i l t - u p a r e a s . I t h a s b e e n s h o w n t o b e a g o o d f i t t o m e a s u r e d p r o p a g a t i o n d a t a f o r f r e q u e n c i e s i n t h e r a n g e o f 8 0 0 t o 2 0 0 0 M H z a n d p a t h d i s t a n c e s i n t h e r a n g e o f 0 . 0 2 t o 5 k m . W I M d i s t i n g u i s h e d b e t w e e n L O S a n d N L O S p r o p a g a t i o n s i t u a t i o n s . ; V L O S p a r a m e t e r s T a b l e A . 3 : N L O S p a r a m e t e r s f o r W I M h h ( m ) = B a s e s t a t i o n a n t e n n a h e i g h t o v e r s t r e e t l e v e l 4 ~50 m h m ( m ) = M o b i l e a n t e n n a h e i g h t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1~3m h n ( m ) = N o m i n a l h e i g h t o f b u i l d i n g r o o f s : 1 h b ( m ) = h h - h s = H e i g h t o f b a s e s t a t i o n a n t e n n a a b o v e r o o f t o p s 1 ' 1 h n ( m ) = h s - h m = H e i g h t o f m o b i l e a n t e n n a b e l o w r o o f t o p s b ( m ) = B u i l d i n g s e p e r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20~50m e t c . 1 1 ' ( m ) = W i d t h o f s t r e e t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( b / 2 ) i f n o d a t a ( j ) ( d e g r e e s ) = A n g l e o f i n c i d e n t w a v e w i t h r e s p e c t t o s t r e e t 9 0 u i f n o d a t a I I A p p e n d i x - A f 3 a s c A n t e n n a d h b h m S t r e e t L e v e l M o b i l e " F i g u r e A . l : W I M P a r a m e t e r s I n t h e a b s e n c e o f d a t a . b u i l d i n g h e i g h t i n m e t e r s c a n b e e s t i m a t e d b y t h r e e t i m e s t h e n u m b e r o f f l o o r s . p l u s 3 m i f t h e r o o f i s p i t c h e d i n s t e a d o f f l a t . T h e m o d e l w o r k s b e s t f o r b a s e a n t e n n a s w e l l a b o v e t h e r o o f h e i g h t . F o r N L O S p r o p a g a t i o n p a t h s t h e W I M g i v e s t h e e x p r e s s i o n i n e q u a t i o n ( A . 2 ) f o r t h e p a t h l o s s i n d B . W h e r e W h e r e w h e r e L o n L r t s + L m d s 2 : : 0 L . \ L O S = { L r s + L r t s + L m d s , L t · . s . L r t s + L m d > 0 ( A . 2 ) L t : s - F r e e s p a c e l o s s L r t s - R o o f - t o - s t r e e t d i f f r a c t i o n a n d s c a t t e r l o s s L m d s - M u l t i - s c r e e n d i f f r a c t i o n l o s s L o n - O r i e n t a t i o n l o s s L 1 ~ = 3 2 . 4 5 + 2 0 l o g 1 0 d k m + 2 0 l o g 1 o . f i t H : : ( A . 3 ) L r t s = - 1 6 . 9 - 1 0 l o g 1 0 W + 1 0 l o g 1 0 / i t H : : + 2 0 l o g 1 0 ~ h m + L o n ( A . 4 ) - 1 0 + 0 . 3 5 4 { [ ) , 0~{[)~35° 2 . 5 + 0 . 0 7 5 ( Q > - 3 5 ° ) . 3 5 ° ~ ( [ > ~ 5 5 ° 4 . 0 - 0 . 1 1 4 ( { [ > - 5 5 ° ) , 55°~{[)~90° L m d s = L b s h + k a + k d l o g 1 0 d k m + k r l o g 1 0 / I ! H : : - 9 l o g 1 0 b ( A . 5 ) L h s h - S h a d o w i n g g a i n ( n e g a t i v e l o s s ) I I I A p p e n d i x - A L h s h - { - l ' i l . l o g 1 0 ( l + ~ h , ) , 0 . 5 4 . k a 5 4 + o . 8 1 L 1 h , l , 5 4 + 0 . 8 1 L 1 h , l ( d k , , / 0 . 5 ) , k d = { 1 8 , 1 8 + 1 5 ( I , 1 h h l I h B ) , c . . h , > ( ) , 1 h , : S 0 , 1 h b > 0 L 1 h , : S 0 a n d d k m 2 : 0 . 5 L 1 h , : S 0 a n d d k m < 0 . 5 , 1 h b > 0 , . , 1 h b : S 0 k l = - 4 + ( f \ ! H o - 1 ) 0 . 7 9 2 5 , m e d i u m c i t y a n d s u b u r b a n 1 . 5 ( ·~~~ - I ) . m e t r o p o l i t a n a r e a A . 3 O u t d o o r a n d O u t d o o r - t o - I n d o o r C o v e r a g e i n u r b a n a r e a s a t 1 . 8 G H z I n t h e V e r t i c a l P l a n e M o d e l ( V P M ) , i f t h e a n t e n n a h e i g h t h b i s b e l o w 7 0 m o r t h e l e n g t h o f t h e p r o p a g a t i o n p a t h ( ! ) o v e r b u i l d i n g s e x c e e d s a s e l e c t e d f i e l d d i s t a n c e d , . t h e C O S T - 2 3 ! - W a ( f z s c h - I k e R a m i - M o d e l i s s e l e c t e d . I f t h e h e i g h t o f t h e d i f f r a c t i n g e d g e s a r e n o t h o m o g e n e o u s l y d i s t r i b u t e d a d t h e M S i s n o t l o c a t e d w i t h i n a s t r e e t c a n y o n . t h e K n ( l e - E d g e M o d e l i s a p p l i e d . I n t h e c a s e o f n o n l i n e - o f - s i g h t , t h e p a t h l o s s i s c o m p u t e d b y e q u a t i o n ( A . 6 ) . L / 1 ' . \ 1 = ( 1 - g ) ( L , \ + L H ) + g L , . ( A . 6 ) W h e r e : L K - D i f f r a c t i o n l o s s o f t h e k n i f e e d g e m o d e l L 1 3 - B a s i c p a t h l o s s u s i n g t h e d u a l - s l o p e a p p r o a c h L w - P a t h L o s s d u e t o t h e W a l f i s c h T y p e M o d e l R = R h · g \ , ( G a i n c a l c u l a t e d b a s e d o n t h e a n t e n n a h e i g h t s ) I V A p p e n d i x - A l o r t h e l i n e - o f - s i g h t s i t u a t i o n , t h e p a t h l o s s i s c a l c u l a t e d b a s e d o n t h e L O S p a r t o f t h e W a l f i s c h - I k e g a m i M o d e l . D e t e r m i n a t i o n o f p a t h l o s s u s i n g M u l t i P a t h M o d e l ( M P M ) i s g i v e n i n [ 4 : \ ] . V e c t o r d a t a f o r m a t i s u s e d i n c o n s i d e r i n g t h e s c a t t e r i n g a r e a s . M P M c o n s i d e r s p a t h s d u e t o : - . i n g l e s c a t t e r i n g p r o c e s s a n d t h e p a t h l o s s f r o m t h e B S t o s c a t t e r i n g a r e a a n d f r o m s c a t t e r i n g a r e a t o t h e M S i s a s s u m e d t o b e e q u a l t o F r e e - S p a c e L o s s . A A C R C - P r e d i c t P r o p a g a t i o n M o d e l " T h i s m o d e l d e f i n e s t h e r e c e i v e d s i g n a l s t r e n g t h a t t h e m o b i l e b y e q u a t i o n ( A . 7 ) . /~ 11 = ~ 1 + K 1 + K , _ l o g 4 1 ) + K 3 l o g ( H , 1 1 ) + K 4 D i f f ' r a c t i n + K , l o g ( H e t t )log~)+ K 6 ( H " " 1 1 ) + K , 1 1 1 1 , , , ( A . 7 ) W h e r e P R x - T h e r e c e i v e d P o w e r i n d B m P T x - T r a n s m i t P o w e r ( E I R P ) i n d B m K 1 - A c o n s t a n t o f f - s e t i n d B K 2 - M u l t i p l y i n g F a c t o r f o r L o g ( d ) K 3 - T h e M u l t i p l y i n g f a c t o r f o r l o g ( H e f f ) . C o m p e n s a t e s f o r g a i n d u e t o A n t e n n a h e i g h t K 4 - M u l t i p l y i n g F a c t o r f o r D i f f r a c t i o n L o s s e s K 5 - O k u m u r a H a t a t y p e o f M u l t i p l y i n g f a c t o r f o r L o g ( H e f f ) l o g ( d ) H e f f - E f f e c t i v e h e i g h t o f b a s e s t a t i o n A n t e n n a f r o m g r o u n d D i f f r a t i o n - L o s s d u e t o d i f f r a c t i o n o v e r a n o b s t r u c t e d p a t h K c l u t t e r - L o s s i n d B f o r t h e c l u t t e r t y p e H m e r r - M o b i l e E f f e c t i v e A n t e n n a h e i g h t v A p p e n d i x B N E U R A L N E T W O R K S B . I N e u r a l N e t w o r k T r a i n i n g A l g o r i t h m s I t i s d e s i r a b l e t o m o d i f y t h e c o n n e c t i o n w e i g h t s o f t h e n e t w o r k u n t i l t h e d e s i r e d o u t p u t i s o b t a i n e d , d u r i n g t h e t r a i n i n g p h a s e . S i n c e t h e n e t w o r k w e i g h t s a r e i n i t i a l l y r a n d o m . i t i s l i k e l y t h a t t h e i n i t i a l o u t p u t v a l u e w i l l b e v e r y f a r f r o m t h e d e s i r e d o u t p u t . H e n c e . " ' a n a l g o r i t h m s h o u l d b e u s e d w h i c h e f f i c i e n t l y m o d i f i e s t h e d i f f e r e n t c o n n e c t i o n w e i g h t s t o m i n i m i z e t h e e r r o r s a t t h e o u t p u t . S u c h a l g o r i t h m s a r e c a l l e d N e u r a l N e t \ v o r k T r a i n i n g A l g o r i t h m s . N u m e r o u s t r a i n i n g a l g o r i t h m s h a v e b e e n p r e s e n t e d i n l i t e r a t u r e [ 4 7 . - · ] w i t h t h e i r p r o s a n d c o n s i n r e l a t i o n w i t h t h e a p p l i c a t i o n . O n e a l g o r i t h m m a y w o r k b e t t e r i n o n e a p p l i c a t i o n a n d m a y b e w o r s t i n a n o t h e r . T h e r e f o r e . i t i s n e e d e d t o s e l e c t t h e a l g o r i t h m w h i c h p e r f o r m s w e l l i n t h e p a r t i c u l a r a p p l i c a t i o n . S e v e r a l t r a i n i n g f u n c t i o n s s t u d i e d b y t h e a u t h o r d u r i n g t h i s r e s e a r c h a r e g i v e n b e l o w . M o s t t r a i n i n g a l g o r i t h m s u s e t h e g r a d i e n t o f t h e p e r f o r m a n c e f u n c t i o n t o d e t e r m i n e t h e w e i g h t a d j u s t m e n t t o w a r d s t h e m i n i m u m o f t h e p e r f o r m a n c e f u n c t i o n . T h e g r a d i e n t i s d e t e r m i n e d u s i n g a t e c h n i q u e c a l l e d b a c k - p r o p a g a t i o n . w h i c h i n v o l v e s p e r f o r m i n g c o m p u t a t i o n s b a c k w a r d s t h r o u g h t h e n e t w o r k . i . B a c k - p r o p a g a t i o n A l g o r i t h m ( G r a d i e n t D e s c e n t ) T h e s i m p l e s t i m p l e m e n t a t i o n o f b a c k - p r o p a g a t i o n l e a r n i n g , u p d a t e s t h e n e t w o r k w e i g h t s a n d b i a s e s i n t h e d i r e c t i o n i n w h i c h t h e p e r f o r m a n c e f u n c t i o n d e c r e a s e s m o s t r a p i d l y ( t h e n e g a t i v e o f t h e g r a d i e n t ) . A n i t e r a t i o n o f t h i s a l g o r i t h m c a n b e w r i t t e n a s : X k + l = X k - ( l r · g k ) ( 8 . 1 ) W h e r e x k - v e c t o r o f c u r r e n t w e i g h t s a n d b i a s e s g k _ c u r r e n t g r a d i e n t l r - l e a r n i n g r a t e T h i s i s a l s o c a l l e d a s G r a d i e n t D e s c e n t t r a i n i n g . f i m c t i o n . H e r e , t h e l e a r n i n g r a t e i s u s e d t o d e t e r m i n e t h e a m o u n t o f c h a n g e s t o t h e w e i g h t a n d b i a s e s . T h e l a r g e r t h e V I A p p e n d i x - B l e a r n i n g r a t e , t h e b i g g e r t h e s t e p . I f t h e l e a r n i n g r a t e i s m a d e t o o l a r g e , t h e a l g o r i t h m b e c o m e s u n s t a b l e . I f t h e l e a r n i n g r a t e i s s e t t o o s m a l L t h e a l g o r i t h m t a k e s a l o n g t i m e t o c o n v e r g e [ 4 7 ] . i i . G r a d i e n t D e s c e n t w i t h M o m e n t u m T h i s i s a d e r i v a t i v e o f G r a d i e n t D e s c e n t A l g o r i t h m , w h i c h i s u s e d t o p r o v i d e a f a s t e r c o n v e r g e n c e i n t h e t r a i n i n g p r o c e s s b y u s i n g a m o m e n t u m . M o m e n t u m a l l o w s a n e t w o r k t o r e s p o n d n o t o n l y t o t h e l o c a l g r a d i e n t b u t a l s o t o r e c e n t t r e n d s i n t h e e r r o r s u r f a c e . A c t i n g l i k e a l o w - p a s s f i l t e r . m o m e n t u m a l l o w s t h e n e t w o r k t o i g n o r e s m a l l " f e a t u r e s i n t h e e r r o r s u r f a c e . T h e m a j o r p r o b l e m w i t h g r a d i e n t d e s c e n t i s t h a t . t h e t r a i n i n g p r o c e s s m a y g e t s t u c k i n a s h a l l o w l o c a l m i n i m u m . T h i s c a n b e a v o i d e d u s i n g m o m e n t u m . W i t h m o m e n t u m a n e t \ v o r k c a n s l i d e t h r o u g h s u c h a m i n i m u m . M o m e n t u m c a n b e a d d e d t o b a c k - p r o p a g a t i o n l e a r n i n g b y m a k i n g w e i g h t c h a n g e s e q u a l t o t h e s u m o f a f r a c t i o n o f t h e l a s t w e i g h t c h a n g e a n d t h e n e w c h a n g e s u g g e s t e d b y t h e b a c k - p r o p a g a t i o n r u l e . T h e m a g n i t u d e o f t h e e f f e c t t h a t t h e l a s t w e i g h t c h a n g e i s a l l o w e d t o h a v e i s m e d i a t e d b y a m o m e n t u m c o n s t a n t ( m e ) . w h i c h c a n b e a n y n u m b e r b e t w e e n 0 a n d 1 . W h e n t h e m o m e n t u m c o n s t a n t i s 0 . a w e i g h t c h a n g e i s b a s e d s o l e l y o n t h e g r a d i e n t . W h e n t h e m o m e n t u m c o n s t a n t i s 1 . t h e n e w w e i g h t c h a n g e i s s e t t o e q u a l t h e l a s t w e i g h t c h a n g e a n d t h e g r a d i e n t i s s i m p l y i g n o r e d [ 4 7 ] . T h e n e w w e i g h t c h a n g e d X i s g i v e n b y e q u a t i o n ( B . 2 ) . d X = ( m e · d X p m ) + ( l r · ( 1 - m e ) · g k ) ( 8 . 2 ) w h e r e d . X : p r e 1 - P r e v i o u s c h a n g e t o t h e w e i g h t o r b i a s R k _ C u r r e n t g r a d i e n t m e - M o m e n t u m C o s t a n t l r - L e a r n i n g R a t e i i i . R e s i l i e n t B a c k - p r o p a g a t i o n M u l t i l a y e r n e t w o r k s t y p i c a l l y u s e s i g m o i d t r a n s f e r f u n c t i o n s i n t h e h i d d e n l a y e r s . T h e s e f u n c t i o n s c o m p r e s s a n i n f i n i t e i n p u t r a n g e i n t o a f i n i t e o u t p u t r a n g e . S i g m o i d f u n c t i o n s a r e c h a r a c t e r i z e d b y t h e f a c t t h a t t h e i r s l o p e m u s t a p p r o a c h z e r o a s t h e i n p u t V I I A p p e n d i x - B g e t s l a r g e . T h i s c a u s e s a p r o b l e m w h e n u s i n g s t e e p e s t d e s c e n t t o t r a i n a m u l t i l a y e r n e t w o r k w i t h s i g m o i d f u n c t i o n s . s i n c e t h e g r a d i e n t c a n h a v e a v e r y s m a l l m a g n i t u d e : a n d t h e r e f o r e . c a u s e s m a l l c h a n g e s i n t h e w e i g h t s a n d b i a s e s . e v e n t h o u g h t h e w e i g h t s a n d b i a s e s a r e f a r f r o m t h e i r o p t i m a l v a l u e s . T h e p u r p o s e o f t h e r e s i l i e n t b a c k - p r o p a g a t i o n ( R p r o p ) t r a i n i n g a l g o r i t h m i s t o e l i m i n a t e t h e s e h a r m f u l e f f e c t s o f t h e m a g n i t u d e s o f t h e p a r t i a l d e r i v a t i v e s . I n t h i s a l g o r i t h m . t h e m a g n i t u d e o f t h e d e r i v a t i v e h a s n o e f f e c t o n t h e w e i g h t u p d a t e a n d o n l y t h e s i g n o f t h e d e r i v a t i v e i s u s e d t o d e t e r m i n e t h e d i r e c t i o n o f t h e w e i g h t u p d a t e . T h e s i z e o f t h e w e i g h t c h a n g e i s d e t e r m i n e d b y a s~arate u p d a t e v a l u e . T h e u p d a t e v a l u e f o r e a c h w e i g h t a n d b i a s i s i n c r e a s e d b y a f a c t o r d e l t _ i n c w h e n e v e r t h e d e r i v a t i v e o f t h e p e r f o r m a n c e f u n c t i o n w i t h r e s p e c t t o t h a t w e i g h t h a s t h e s a m e s i g n f o r t w o s u c c e s s i v e i t e r a t i o n s . T h e u p d a t e v a l u e i s d e c r e a s e d b y a f a c t o r d e l t _ d e c v . h e n e v e r t h e d e r i v a t i v e w i t h r e s p e c t t h a t w e i g h t c h a n g e s s i g n f r o m t h e p r e v i o u s i t e r a t i o n . I f t h e d e r i v a t i v e i s z e r o . t h e n t h e u p d a t e v a l u e r e m a i n s t h e s a m e . W h e n e v e r t h e w e i g h t s a r e o s c i l l a t i n g t h e w e i g h t c h a n g e w i l l b e r e d u c e d . I f t h e w e i g h t c o n t i n u e s t o c h a n g e i n t h e s a m e d i r e c t i o n f o r s e v e r a l i t e r a t i o n s . t h e n t h e m a g n i t u d e o f t h e w e i g h t c h a n g e w i l l b e i n c r e a s e d [ 4 7 ] . i v . B F G S A l g o r i t h m T h i s i s a Q u a s i - N e w t o n a l g o r i t h m o f N u m e r i c a l O p t i m i z a t i o n c a t e g o r y . T h i s i s a n a l t e r n a t i v e t o c o n j u g a t e g r a d i e n t m e t h o d s f o r f a s t o p t i m i z a t i o n . T h e b a s i c s t e p o f N e w t o n ' s m e t h o d i s : x k + l = x k - A ; ! g k ( B . 3 ) W h e r e A~;. i s t h e H e s s i a n m a t r i x ( s e c o n d d e r i v a t i v e s ) o f t h e p e r f o r m a n c e i n d e x a t t h e c u r r e n t v a l u e s o f t h e w e i g h t s a n d b i a s e s . N e w t o n · s m e t h o d o f t e n c o n v e r g e s f a s t e r t h a n c o n j u g a t e g r a d i e n t m e t h o d s . U n f o r t u n a t e l y , i t i s c o m p l e x a n d e x p e n s i v e t o c o m p u t e t h e H e s s i a n m a t r i x f o r f e e d - f o r w a r d n e u r a l n e t w o r k s . T h e r e i s a c l a s s o f a l g o r i t h m s t h a t i s b a s e d o n N e w t o n · s m e t h o d , b u t w h i c h d o e s n ' t r e q u i r e c a l c u l a t i o n o f s e c o n d d e r i v a t i v e s . T h e s e a r e c a l l e d q u a s i - N e w i o n ( o r s e c a n t ) m e t h o d s . T h e y u p d a t e a n a p p r o x i m a t e H e s s i a n m a t r i x a t e a c h i t e r a t i o n o f t h e a l g o r i t h m . T h e u p d a t e i s c o m p u t e d a s a f u n c t i o n o f t h e g r a d i e n t . T h e q u a s i - N e w t o n V I I I A p p e n d i x - B m e t h o d t h a t h a s b e e n m o s t s u c c e s s f u l i n p u b l i s h e d s t u d i e s i s t h e B r o y d e n , F l e t c h e r , G o l d f a r b . a n d S h a n n o ( B F G S ) u p d a t e . T h e B F G S a l g o r i t h m r e q u i r e s m o r e c o m p u t a t i o n i n e a c h i t e r a t i o n a n d m o r e s t o r a g e t h a n t h e c o n j u g a t e g r a d i e n t m e t h o d s . a l t h o u g h i t g e n e r a l l y c o n v e r g e s i n f e w e r i t e r a t i o n s . T h e a p p r o x i m a t e H e s s i a n m u s t b e s t o r e d . a n d i t s d i m e n s i o n i s n * n . w h e r e n i s e q u a l t o t h e n u m b e r o f w e i g h t s a n d b i a s e s i n t h e n e t w o r k . F o r v e r y l a r g e n e t w o r k s i t m a y b e b e t t e r t o u s e R p r o p o r o n e o f t h e c o n j u g a t e g r a d i e n t a l g o r i t h m s [ 4 7 ] . v . P a r t i c l e S w a r m O p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m ( P S O ) " P a r t i c l e S w a r m O p t i m i z a t i o n i s a p o p u l a t i o n b a s e d o p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m t h a t i s m o t i v a t e d f r o m t h e s i m u l a t i o n o f t h e s o c i a l b e h a v i o r [ 5 4 ] . I f t h e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m i s r e g a r d e d a s a b i r d s w a r m l o o k i n g f o r f o o d i n t h e s k y , t h e n o n e b i r d i s a p a r t i c l e o f P S O a l g o r i t h m w h i c h c o n d u c t s t h e s e a r c h i n t h e s o l u t i o n s p a c e . I n t h i s r e g a r d , t h e P S O a l g o r i t h m c o n s i s t s o f p a r t i c l e s w h i c h a r e f l o w n t h r o u g h t h e s o l u t i o n s p a c e t o w a r d s t h e g l o b a l o p t i m u m v a l u e . E v e r y p a r t i c l e o f t h e P S O a l g o r i t h m i s o n e o f t h e s o l u t i o n s . a n d i t a d j u s t s i t s f l y i n g a c c o r d i n g t o i t s o w n e x p e r i e n c e a n d o t h e r s . T h e b e s t p o s i t i o n t h a t e v e r y p a r t i c l e h a s e x p e r i e n c e d d u r i n g f l y i n g i s t h e b e s t s o l u t i o n f o u n d b y i t s e l f . A n d t h e b e s t p o s i t i o n t h a t g r o u p h a s e x p e r i e n c e d i s t h e b e s t s o l u t i o n f o u n d b y t h e s w a r m . T h e f i r s t i s c a l l e d p e r s o n a l b e s t ( p B e s t ) . t h e l a s t i s c a l l e d g l o b a l e x t r e m e ( g B e s t ) . T h e f i t n e s s v a l u e d e c i d e d b y o p t i m i z a t i o n i s u s e d t o e v a l u a t e t h a t t h e p a r t i c l e i s g o o d o r b a d . E v e r y p a r t i c l e c a n a d j u s t i t s e l f a c c o r d i n g t o p B e s t a n d g B e s t . w h i c h m a k e s t h e p a r t i c l e s w a r m m o v e t o g o o d a r e a . P a r t i c l e s c a n a d j u s t i t s v e l o c i t y a n d t h e p o s i t i o n a c c o r d i n g t o e q u a t i o n ( B . 4 ) a n d ( B . 5 ) . v = w * v + c * r a n d ( ) * ( p - x ) + c * R a n d ( ) * ( p - x ) i d ! d l 1 ( / t d 2 g d g d W h e r e . x " l = x,c~ + v , d C l & C 2 R a n d ( ) & r a n d ( ) w X i - A c c e l e r a t i o n c o n s t a n t s - t w o r a n d o m f u n c t i o n s i n t h e r a n g e [ 0 l ] - I n e r t i a w e i g h t - P o s i t i o n o f i t h p a r t i c l e I X ( B . 4 ) ( B . 5 ) A p p e n d i x - B P i - p B e s t p o s i t i o n o f i t h p a r t i c l e p g - g B e s t p o s t i o n o f t h e s w a r m T h e r e i s a T o o l b o x f o r p a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n i n M a t l a b [ 5 5 . 5 6 ] . T h r e e t y p e s o f a l g o r i t h m s h a v e b e e n d e v e l o p e d i n t h a t f o r N e u r a l N e t w o r k t r a i n i n g . T h o s e a r e c a l l e d C o m m o n t y p e . T y p e - 1 a n d T y p e - 2 . T h e C o m m o n t y p e a l g o r i t h m u s e s t h e g e n e r a l e q u a t i o n g i v e n i n e q u a t i o n ( B . 4 ) w i t h u s e r d e f i n e d i n p u t s f o r w . c 1 a n d c 2 • T y p e - 1 a n d T y p e - 2 u s e s p r e - d e f i n e d v a l u e s f o r t h o s e v a r i a b l e s . T h o s e a r e g i v e n i n t a b l e B . l . " ' T a b l e B - 1 : V a l u e s f o r P S O v a r i a b l e s V a r i a b l e T y p e - 1 T y p e - 2 w 0 . 6 0 . 7 2 9 C I 1 . 7 1 . 4 9 4 c 2 1 . 7 1 . 4 9 4 ~ ~ -:-r~'\ -~- , / . \ ~y ' · ( ·~. /~' !~ , · . . . . . ~~ ~ \ : \ c ' : ' l ' Z . ~ U , - , X "~* J w . ' . ! v ~~· - - . . . . . . . _ _ : _ : _ j . _ . - - -