Title: Spread Spectrum positioning accuracy in noisy multipath environments
Language: English
Authors: Lerch, Martin 
Qualification level: Diploma
Keywords: Spread Spectrum; Positioning; Raised cosine pulse; Weißes Rauschen; Cramer Rao lower bound; Mehrwegeausbreitung
spread spectrum; positioning; raised cosine pulses; white noise; Cramer Rao lower bound; multipath propagation
Advisor: Arthaber, Holger 
Assisting Advisor: Magerl, Gottfried
Issue Date: 2008
Number of Pages: 53
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Positioning Systeme, die Signallaufzeit von unterschiedlichen Stationen dazu benutzen die Position eines Objekts zu bestimmen benutzen hauptsächlich Spread Spectrum Modulation. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen von Rauschen, Mehrwegeausbreitung und den verwendeten Pulsformen auf die Genauigkeit der Laufzeitmessung solcher Systeme.
Um die einzelnen Pulse bezüglich ihrer Robustheit gegenüber Rauschen und Mehrwegeausbreitung vergleichen zu können, wurde eine MATLAB Simulationsumgebung geschaffen. Mit diesem System wurde der Einfluss von weißem gausschen Rauschen und Mehrwegeausbreitung auf Signale mit Root raised cosine und bandlimitierter Rechteck Filterung simuliert. Das Ergebnis der Simulation für weißes gaussches Rauschen war ein deutlich geringerer Fehler bei der Verwendung von Root raised cosine Pulsen als bei Rechteckpulsen. Weiters wurde mittels der Cramer Rao lower bound der Einfluss von weissem gausschen Rauschen für beide Pulstypen hergeleitet.
Die Berechnungen untermauerten die Ergebnisse der Simulation. Die Simulation für Mehrwegeausbreitung zeigte ebenfalls einen geringeren Fehler bei der Verwendung von Root raised cosine Pulsen.
Weiters wurde ein Messsystem zur Bestimmung des Einflusses von Rauschen und anderer Störer aufgebaut. Mit diesem komplett von MATLAB gesteuerten System lassen sich Laufzeiten von beliebigen Signalen mit Bandbreiten bis zu 21~MHz mit einer Genauigkeit von umgerechnet ca. 1~mm messen. Das Empfängerrauschen wurde dazu benutzt die Ergebnisse der Simulation und der Berechnung für weisses gaussches Rauschen denen der Messungen gegenüberzustellen.

Positioning and ranging systems working with the propagation delay from different sources in order to derive the current position, often make use of direct spread spectrum modulation techniques.
In this thesis, the impact of noise, multipath propagation, and pulse shaping at the transmitter onto the ranging accuracy of such systems is investigated.
For the purpose of comparing different pulse shapes regarding their robustness against noise and multipath propagation, a MATLAB simulation system was set up.
This system simulates the influence of white gaussian noise and multipath propagation onto bandlimited rectangular and root raised cosine shaped signals. The simulation for white gaussian noise showed that root raised cosine pulses perform better than rectangular pulses.
In the next step this behaviour of the system was analytically proved by deriving the Cramer Rao lower bound for the impact of white gaussian noise onto both kinds of pulses. The analytical result followed the simulation outcome. The simulation run including multipath propagation showed too an additional accuracy for the root raised cosine pulses.
A hardware testbed was set up for the purpose of measuring the influence of noise and other interferers. In this system, which is fully controlled by MATLAB, arbitrary signals of up to 21 MHz bandwidth can be transmitted and the propagation time can be estimated with an accuracy equal to a ranging error of approximately 1~mm. The noise floor of the receiver was used to compare the simulated and calculated results with the measurements in the testbed.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-28623
http://hdl.handle.net/20.500.12708/13404
Library ID: AC05039373
Organisation: E354 - Institut für Elektrische Mess- und Schaltungstechnik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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