This thesis provides a comprehensive overview of all current and planned satellite navigation systems, either global or regional, putting special emphasis on their signal structure. Particular attention is paid to the European Global Navigation Satellite System Galileo, under development at the moment. The results of this work can be considered as a significant contribution to the design and development of the Galileo’s Open Service (OS) in the E1 frequency band. The present work provides as main contribution a generally valid theoretical framework with which all current and future navigation signals can be described. Generalized signal waveforms and their corresponding time and spectral characteristics are derived and investigated. Complete families of signals are presented and analyzed regarding their spectral and performance characteristics, underlining their potential for future generations of satellite navigation systems. This thesis proves that the generalized signal waveforms proposed in this work cover any current and other optimized signals that could be proposed in the future. In this sense, it is shown that all current navigation signals can be mathematically described as Multilevel Coded spreading Symbols or, in particular, as Binary Coded Symbols. Using the analytical expressions of the generalized signal model, the corresponding generalized signal waveforms are further studied regarding their Spectral Separation Coefficients (SSCs). This parameter is of great interest in satellite navigation to understand the compatibility between different signals. Generalized formulas for smooth spectra are also derived to calculate the SSCs between any two arbitrary signals. Particular cases of interest are computed following the obtained analytical expressions and by means of simulations with real Pseudo Random Noise (PRN) codes. Results from this comparison show a perfect matching between the predicted analytical results and the numerical computations. Realistic scenarios are carried out to assess the impact of non-ideal PRN codes and navigation data onto the spectral properties that have been derived analytically. Finally, current and new multiplexing schemes are studied in detail together with the feasibility to introduce optimized signal waveforms. Special attention is paid to understand the required changes that are necessary to multiplex non-binary signals. Pros and Cons of the different solutions are discussed and investigated with regard to the application of future signal waveforms. Among these last ones, the Composite Binary Offset Carrier (CBOC) implementation of the Multiplexed Binary Offset Carrier (MBOC) modulation for the Galileo’s Open Service signal in the E1 frequency band deserves an important chapter. In addition, some chapters are dedicated to analyze receiver structures optimized to work with MBOC for both GPS and Galileo.     «

This thesis provides a comprehensive overview of all current and planned satellite navigation systems, either global or regional, putting special emphasis on their signal structure. Particular attention is paid to the European Global Navigation Satellite System Galileo, under development at the moment. The results of this work can be considered as a significant contribution to the design and development of the Galileo’s Open Service (OS) in the E1 frequency band. The present work provides as mai...     »

Die vorliegende Doktorarbeit enthält einen umfassenden Überblick über alle aktuellen und zukünftig geplanten Satellitennavigationssyteme mit globaler als auch mit regionaler Abdeckung. Ein besonderes Augenmerk wird dabei der Signalstruktur der unterschiedlichen Systeme zuteil. Dem europäischen Navigationssystem Galileo, welches sich derzeit in der Entwicklungs- und Fertigstellungsphase befindet, wird besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die Ergebnisse dieser Arbeit können als bedeutender Beitrag zum Design und zur Entwicklung der Signalstruktur für den Öffentlichen Dienst (OS) von Galileo im E1 Band betrachtet werden. Diese Arbeit stellt als Hauptbeitrag einen allgemein gültigen theoretischen Rahmen zur Verfügung, mit dem sämtliche aktuellen und zukünftigen Navigationssignale beschrieben werden können. Verallgemeinerte Signalformen und die zugehörigen Eigenschaften im Zeit- und Frequenzbereich werden abgeleitet und analysiert. Komplette Signalfamilien werden bezüglich ihrer spektralen Merkmale und ihrer Leistungsfähigkeit dargestellt und untersucht unter besonderer Berücksichtigung ihres Potentials für künftige Satellitennavigationssysteme. Die vorliegende Arbeit führt den Beweis, dass mit der hierin vorgestellten, verallgemeinerten Theorie für Signalformen sämtliche derzeit verfügbaren und alle zukünftig möglichen, optimierten Signale abgedeckt werden können. Hierbei wird gezeigt, dass alle derzeit verfügbaren Navigationssignale als Multilevel Coded Spreading Symbols oder Binary Coded Symbols in mathematischer Form beschrieben werden können. Unter Zuhilfenahme des gewonnenen analytischen Ausdrucks für das verallgemeinerte Signalmodell werden die entsprechenden Signalformen weiter bezüglich ihrer Spectral Separation Coefficients (SSCs) studiert. Dieser Parameter ist von großem Interesse in der Satellitennavigation, um die Kompatibilität zwischen den verschiedenen Signalen zu analysieren. Verallgemeinerte Formeln für glatte Spektren werden abgeleitet, um die SSCs zwischen beliebigen Signalen zu berechnen. Besonders interessante Fälle werden sowohl anhand des erhaltenen analytischen Model als auch mittels Simulationen mit Pseudo-Zufallscodes (PRN) berechnet. Ergebnisse aus diesem Vergleich zeigen eine vollkommene Übereinstimmung zwischen den vorausgesagten analytischen Resultaten und der numerischen Berechnung. Realistische Szenarien werden simuliert, um die Auswirkung der nicht-idealen PRN Codes zusammen mit den Navigationsdaten auf die spektralen Eigenschaften zu untersuchen, die zuvor analytisch abgeleitet wurden. Schließlich werden aktuell verwendete und neuartige Multiplex Schemata im Detail studiert, vor Allem im Hinblick auf die Implementierung möglicher optimierter Signalformen. Besondere Aufmerksamkeit wird auf die notwendigen Änderungen gerichtet, um nicht-binäre Signale zu generieren. Die Vor- und Nachteile der verschiedenen Lösungen werden bezüglich der Anwendungsmöglichkeiten für zukünftige Signalformen besprochen und untersucht. Hierbei wird der Composite Binary Offset Carrier (CBOC) Implementierung für die Multiplexed Binary Offset Carrier (MBOC) Modulation, die für den öffentlichen Dienst von Galileo im E1 Band Verwendung findet, ein spezielles Interesse geschenkt. Zusätzlich beziehen sich einige Kapitel darauf, optimale Empfängerstrukturen zur Verarbeitung der MBOC Modulation zu analysieren.     «

Die vorliegende Doktorarbeit enthält einen umfassenden Überblick über alle aktuellen und zukünftig geplanten Satellitennavigationssyteme mit globaler als auch mit regionaler Abdeckung. Ein besonderes Augenmerk wird dabei der Signalstruktur der unterschiedlichen Systeme zuteil. Dem europäischen Navigationssystem Galileo, welches sich derzeit in der Entwicklungs- und Fertigstellungsphase befindet, wird besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die Ergebnisse dieser Arbeit können als bedeutender Beitrag...     »