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September 2011
Felix Antreich
Array Processing and Signal Design for Timing Synchronization
In dieser Arbeit werden effiziente Verfahren zur robusten und hochauflösenden Verzögerungsschätzung von Radiofrequenzsignalen unter Einfluß von Störsignalen entwickelt (Parameterschätzung). Es wird ein Zweischrittverfahren zur Schätzung von Synchronisationsparametern vorgeschlagen, das im Vergleich zu Standardverfahren eine wesentlich niedrigere Rechenkomplexität bei gleichem Auflösungsvermögen aufweist. Zusätzlich können Fehlereinflüsse in der Modellierung der Empfangsgruppenantenne direkt und sehr einfach in das Problem eingebracht werden ohne dadurch die Rechenkomplexität wesentlich zu beeinflussen.
Darüberhinaus wird eine systematische Methodik erarbeitet, um optimale DS-CDMA (direct sequence code division multiple access) Signale für eine hochgenaue und robuste Zeitsynchronisation zu entwerfen (Impulsentwurf). Das Problem des Signalentwurfs wird als nichtlineares Mehrzieloptimierungsproblem mit zusätzlichen Nebenbedingungen formuliert. Es wird gezeigt, dass durch eine geschickte Formulierung des Problems die komplette Lösungsmanigfaltigkeit des berücksichtigten Zielkonflikts zweier in Konflikt stehender Ziele (Pareto-Kurve) in geschlossener From berechnet werden kann. Finale pareto-optimale Lösungen können dann je nach gewünschter Gewichtung des Zielkonflikts ausgewählt werden.
Anhand der Anwendung dieser Verfahren in globalen Satellitennavigationssystemen wird gezeigt, dass diese sende- und empfangsseitig eine signifikante Verbesserung der Leistungsfähigkeit in der Verzögerungsschätzung von Radiofrequenzsignalen erreichen.
Darüberhinaus wird eine systematische Methodik erarbeitet, um optimale DS-CDMA (direct sequence code division multiple access) Signale für eine hochgenaue und robuste Zeitsynchronisation zu entwerfen (Impulsentwurf). Das Problem des Signalentwurfs wird als nichtlineares Mehrzieloptimierungsproblem mit zusätzlichen Nebenbedingungen formuliert. Es wird gezeigt, dass durch eine geschickte Formulierung des Problems die komplette Lösungsmanigfaltigkeit des berücksichtigten Zielkonflikts zweier in Konflikt stehender Ziele (Pareto-Kurve) in geschlossener From berechnet werden kann. Finale pareto-optimale Lösungen können dann je nach gewünschter Gewichtung des Zielkonflikts ausgewählt werden.
Anhand der Anwendung dieser Verfahren in globalen Satellitennavigationssystemen wird gezeigt, dass diese sende- und empfangsseitig eine signifikante Verbesserung der Leistungsfähigkeit in der Verzögerungsschätzung von Radiofrequenzsignalen erreichen.
Schlagwörter: array processing; signal design; parameter estimation; synchronization; time-delay estimation; cramer-rao lower bound; satellite navigation; GNSS; GPS
Berichte aus dem Lehrstuhl für Netzwerktheorie und Signalverarbeitung der Technischen Universität München
Herausgegeben von Prof. Dr. techn. Josef A. Nossek, München
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DOI 10.2370/9783844003734
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