Novel code-phase acquisition and tracking methods for long-code satellite navigation receivers

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2004

Department

Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto

Major/Subject

Signaalinkäsittelytekniikka

Mcode

S-88

Degree programme

Language

en

Pages

106

Series

Abstract

This thesis work addresses the problem of signal modelling and code-phase synchronization for long-code Direct-Sequence Code Division Multiple Access (DS-CDMA) systems. Particular attention is devoted to satellite navigation systems, due to the importance of code-phase synchronization in the positioning estimation stage. The increasing importance of Global Positioning System (GPS) and the development of Galileo have sparked the research in the field. The adoption of CDMA technology for the future wireless standards offers even more application possibilities. Long codes provide great synchronization accuracy but imply rather high computational burden. In this work, we develop signal models that require only one sample per chip and allow fast and efficient process of the codes. High-precision algorithms for the acquisition of fractional code delays are developed. The novelty of the proposed method is that the algorithms do not require any exhaustive search to compute the delay, even if they are based on correlation. Signal amplitude can be estimated with good precision as well. The case of rectangular pulse-shaped signals is first addressed. The basic principle is then extended to the case of band limited pulse-shaped signals. Root-raised cosine pulse-shaped signals are considered in order to test the algorithms, but the generality of the proposed model offers the possibility to adopt any other pulse shape. A direct code-phase acquisition algorithm is developed and described also for the band limited pulse-shaped signal model. Tracking algorithms for both squared and pulse-shaped signal models are then derived and tested, as well. The entire proposed algorithm is tested for different levels of Signal to Noise Ratio. Different integration limits when performing correlation are also considered. The performance is evaluated in terms of Root Mean Square error. All the algorithms are tested also in the presence of multi path propagation with different power levels.

Tässä diplomityössä on kehitetty menetelmiä pitkän koodin suorasekvenssikoodijakomonikäyttöjärjestelmien (CDMA) signaalimallinnukseen ja koodivaiheen synkronisointiin. Työn sovellusalueena ovat satelliittinavigaatiojärjestelmät, sillä koodivaiheen synkronoinnilla on suuri merkitys niiden paikannustarkkuuteen. GPS-järjestelmän kasvava merkitys ja eurooppalaisen Galileo-järjestelmän kehitys ovat lisänneet alan tutkimusta. CDMA teknologian käyttö tulevaisuuden langattomissa järjestelmissä tarjoaa lisää sovellusmahdollisuuksia. Pitkät koodit tarjoavat hyvän synkronointitarkkuuden, mutta niiden käyttö vaatii paljon laskentatehoa. Tässä työssä on kehitetty signaalimalleja, jotka tarvitsevat vain yhden näytteen chippiä kohti ja mahdollistavat koodien nopean ja tehokkaan prosessoinnin. Työn ohessa on myös kehitetty tarkka algoritmi murtoviiveen laskemiseksi. Kehitetyn menetelmän etuna on viiveen laskeminen ilman systemaattista hakua, vaikka viive perustuukin korrelaatioon. Myös signaalin amplitudi pystytään estimoimaan tarkasti. Työssä käsitellään ensin sakara-aaltoisia signaaleja, jonka jälkeen perusperiaatetta laajennetaan kaistarajoitettuihin pulssimuotoihin. Algoritmien testauksessa on käytetty kohotettuja kosinipulssisignaaleja, mutta kehittyä menetelmää voidaan soveltaa myös muille pulssityypeille. Koodivaiheen suoran synkronoinnin mahdollistava algoritmi johdetaan myös yleiselle kaistarajoitetulle pulssimuodolle. Työssä myös kehitetään ja testataan koodivaiheen seuranta-algoritmit neliöidyille ja pulssimuotoisille signaalimalleille. Kaikki työssä kehitetyt algoritmit on testattu eri signaali-kohinasuhteilla. Korreloinnissa on myös tarkasteltu erilaisia integrointirajoja. Suorituskykyä on arvioitu keskineliövirheen mielessä. Eritehoisten monite-edenneitten signaalikomponenttien vaikutusta algoritmeihin on myös testattu.

Description

Supervisor

Koivunen, Visa

Thesis advisor

Sirbu, Marius

Keywords

code-phase, CDMA, GPS, Galileo, long codes, acquisition, tracking

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120450830

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK