Projecte final de carrera fet en col.laboració amb KTH Royal Institute of Technology

English: In the communications literature exist many documents that explain how to use spatial diversity to improve the performance of the system. However, the use of spatial diversity has not been studied in depth for GNSS, although in the last years the subject has received some interest. Lately, numerous applications of GNSS for urban indoor applications has emerged. One of the main sources of impairment in the urban and indoor environments is multipath propagation. Spatial diversity is an effective means to resolve the impact of multipath. Therefore, this Master?s Thesis addresses the problem of Time Of Arrival Estimation in DSSS based navigation systems in Non Line Of Sight Signal (NLOSS) environments using antenna array signal processing methods to mitigate the multipath and improve the quality of the signal. The proposed methods are the synchronization of the frequency and delay parameters using the Maximum Likelihood Estimator (MLE), and the use of a Minimum Mean Square Error (MMSE) spatial filtering or beamforming to remove the multipath from the input signal for a correct estimation of the frequency shift and the code delay. The thesis starts by describing the GPS signal composition and the basic theory behind the Maximum Likelihood (ML) and Minimum Mean Square Error (MMSE) based methods. The performance of the two methods is assessed through simulations and application on real measurement data. We find that ML provides the best performance while MMSE provides a better trade-off between performance and complexity.

Castellano: En la literatura sobre telecomunicaciones existen muchos documentos que explican cómo utilizar la diversidad espacial para mejorar el funcionamiento del sistema. No obstante, el uso de diversidad espacial no ha sido estudiada con profundidad para sistemas de navegación global con satélite (GNSS), aunque haya despertado cierta atención en los últimos años. Últimamente han salido varias aplicaciones de posicionamiento por satélite en entornos urbanos y interiores. Uno de los principales impedimentos de estos sistemas es la propagación multi camino. Pero, la diversidad espacial es una eficaz herramienta para combatir este fenómeno. Por lo tanto, este Proyecto Fin de Carrera es dirigido a solucionar el problema de la propagación multi camino en sistema con arquitectura Direct Spread Spectrum Sequence (DSSS) con el uso de técnicas de procesado de señal con agrupaciones de antenas. Los métodos propuestos son la sincronización de la frecuencia y el retardo utilizando el estimador de máxima verosimilitud (MLE) y el filtrado espacial a partir del mínimo error cuadrático medio (MMSE), o conformador de haz, para eliminar las réplicas de la propagación multi camino para una correcta estimación del retardo y la frecuencia. Este proyecto empieza describiendo la señal GPS y la teoría que hay detrás de los métodos basados en MLE y MMSE. El funcionamiento de los métodos es verificado a partir de simulaciones y su aplicación con datos obtenidos de medidas reales. Al final hemos encontrado que los métodos MLE presentan unos mejores resultados mientras los métodos MMSE presentan un mejor compromiso entre complejidad y resultados.

Català: A la literatura sobre telecomunicacions existeixen molts documents que expliquen com utilitzar la diversitat espacial per millorar el funcionament del sistema. No obstant, l'ús de la diversitat espacial no ha estat estudiada a fons per a sistemes de navegació global per satèl·lit (GNSS), encara que en els últims anys, ha rebut cert interès. Últimament han sorgit vàries aplicacions de posicionament per satèl·lit en entorns urbans o interiors. Un dels principals impediments o deficiències d'aquests sistemes en aquests entorns és la propagació multi camí. Però, la diversitat espacial és una eina molt efectiva per combatre l'efecte d'aquest fenomen. Per tant, aquest Projecte de Final de Carrera es dirigeix a solucionar el problema de l'estimació del temps d'arribada en sistemes amb arquitectura Direct Spread Spectrum Sequence (DSSS) amb l'ús de tècniques de processament de senyal amb agrupacions d'antenes. Els mètodes proposats són la sincronització de la freqüència i els retard utilitzant l'estimador de més versemblança (MLE), i l'ús del filtratge espacial a partir del mínim error quadràtic mig (MMSE), o també anomenat conformador de feix, per eliminar les rèpliques degudes a la propagació multi camí per a una correcta estimació de la freqüència i el retard. Aquest projecte comença descrivint el senyal GPS i la teoria darrera els mètodes basats en MLE o MMSE. El funcionament dels dos mètodes és comprovat a partir de simulacions i a partir de la seva aplicació en dades obtingudes a partir de mesures reals. Hem trobat que mentre els mètodes MLE tenen unes millors resultats, els mètodes MMSE presenten un millor compromís entre complexitat i resultats.