ENG: A lot of our vital infrastructure relies on global navigation satellite systems such as the US GPS and EU Galileo. Yet these systems that rely on satellites have their limitations and vulnerabilities. Their radio signals are weak when received on Earth, and accurate positioning is no longer possible if the radio signals are reflected or blocked by buildings. The aim of the project entitled SuperGPS was to develop an alternative positioning system that makes use of the mobile telecommunication network instead of satellites and that could be more robust and accurate than GPS. The researchers have succeeded and have successfully developed a system that can provide connectivity just like existing mobile and Wi-Fi networks do, as well as accurate positioning and time distribution like GPS.

One of these innovations is to connect the mobile network to a very accurate atomic clock, so that it can broadcast perfectly timed messages for positioning, just like GPS satellites do with the help of the atomic clocks they carry on board. These connections are made through the existing fiber-optic network. With new techniques they can turn the network into a nationwide distributed atomic clock – with many new applications such as very accurate positioning through mobile networks.

Furthermore, the system employs radio signals with a bandwidth much larger than commonly used. Buildings reflect radio signals, which can confuse navigation devices. The large bandwidth of the system helps sorting out these confusing signal reflections, and enables higher positioning accuracy. At the same time, bandwidth within the radio spectrum is scarce and therefore expensive. The researchers circumvent this by using a number of related small bandwidth radio signals spread over a large virtual bandwidth. This has the advantage that only a small fraction of the virtual bandwidth is actually used and the signals can be very similar to those of mobile phones.

RO: O mare parte din infrastructura noastră vitală se bazează pe sistemele globale de navigație prin satelit, cum ar fi GPS din SUA și Galileo din UE. Aceste sisteme care se bazează pe sateliți au limitările și vulnerabilitățile lor. Semnalele lor radio sunt slabe atunci când sunt recepționate pe Pământ, iar poziționarea precisă nu mai este posibilă dacă semnalele radio sunt reflectate sau blocate de clădiri. Scopul proiectului intitulat SuperGPS a fost acela de a dezvolta un sistem de poziționare alternativ care să utilizeze rețeaua de telecomunicații mobile în locul sateliților și care să fie mai robust și mai precis decât GPS. Cercetătorii au reușit și au dezvoltat cu succes un sistem care poate oferi conectivitate la fel ca rețelele mobile și Wi-Fi existente, precum și poziționare precisă și distribuție a timpului la fel ca GPS.

Una dintre aceste inovații constă în conectarea rețelei mobile la un ceas atomic foarte precis, astfel încât să poată difuza mesaje perfect sincronizate pentru poziționare, la fel cum fac sateliții GPS cu ajutorul ceasurilor atomice pe care le au la bord. Aceste conexiuni se realizează prin intermediul rețelei de fibră optică existente. Cu ajutorul noilor tehnici, ei pot transforma rețeaua într-un ceas atomic distribuit la nivel național – cu multe aplicații noi, cum ar fi poziționarea foarte precisă prin intermediul rețelelor mobile.

În plus, sistemul utilizează semnale radio cu o lățime de bandă mult mai mare decât cea folosită în mod obișnuit. Clădirile reflectă semnalele radio, ceea ce poate deruta dispozitivele de navigație. Lățimea de bandă mare a sistemului ajută la sortarea acestor reflexii de semnal confuze și permite o precizie mai mare a poziționării. În același timp, lățimea de bandă din spectrul radio este limitată și, prin urmare, costisitoare. Cercetătorii ocolesc acest aspect prin utilizarea unui număr de semnale radio cu lățime de bandă mică, răspândite pe o lățime de bandă virtuală mare. Acest lucru are avantajul că doar o mică parte din lățimea de bandă virtuală este utilizată efectiv, iar semnalele pot fi foarte asemănătoare cu cele ale telefoanelor mobile.

Source (TU Delft, “A navigation system with 10 centimeter accuracy”, 16.11.2022)

Paper: Koelemeij, J.C., Dun, H., Diouf, C.E., Dierikx, E.F., Janssen, G.J. and Tiberius, C.C., 2022. A hybrid optical–wireless network for decimetre-level terrestrial positioning. Nature, 611(7936), pp.473-478.