ML estimator and hybrid beamformer for multipath and interference mitigation in GNSS receivers

This paper addresses the estimation of the code-phase(pseudorange) and the carrier-phase of the direct signal received from a direct-sequence spread-spectrum satellite transmitter. Thesignal is received by an antenna array in a scenario with interferenceand multipath propagation. These two effects are generallythe limiting error sources in most high-precision positioning applications.A new estimator of the code- and carrier-phases is derivedby using a simplified signal model and the maximum likelihood(ML) principle. The simplified model consists essentially ofgathering all signals, except for the direct one, in a component withunknown spatial correlation. The estimator exploits the knowledgeof the direction-of-arrival of the direct signal and is much simplerthan other estimators derived under more detailed signal models.Moreover, we present an iterative algorithm, that is adequate for apractical implementation and explores an interesting link betweenthe ML estimator and a hybrid beamformer. The mean squarederror and bias of the new estimator are computed for a numberof scenarios and compared with those of other methods. The presentedestimator and the hybrid beamforming outperform the existingtechniques of comparable complexity and attains, in manysituations, the Cramér–Rao lower bound of the problem at hand.

NDA waveform estimation in the low-SNR regime

This correspondence addresses the problem of nondata-aidedwaveform estimation for digital communications. Based on the unconditionalmaximum likelihood criterion, the main contribution of this correspondenceis the derivation of a closed-form solution to the waveform estimationproblem in the low signal-to-noise ratio regime. The proposed estimationmethod is based on the second-order statistics of the received signaland a clear link is established between maximum likelihood estimation andcorrelation matching techniques. Compression with the signal-subspace isalso proposed to improve the robustness against the noise and to mitigatethe impact of abnormals or outliers.

Intrinsic subspace convergence in TDD MIMO communication

In numerical linear algebra, students encounter earlythe iterative power method, which finds eigenvectors of a matrixfrom an arbitrary starting point through repeated normalizationand multiplications by the matrix itself. In practice, more sophisticatedmethods are used nowadays, threatening to make the powermethod a historical and pedagogic footnote. However, in the contextof communication over a time-division duplex (TDD) multipleinputmultiple-output (MIMO) channel, the power method takes aspecial position. It can be viewed as an intrinsic part of the uplinkand downlink communication switching, enabling estimationof the eigenmodes of the channel without extra overhead. Generalizingthe method to vector subspaces, communication in thesubspaces with the best receive and transmit signal-to-noise ratio(SNR) is made possible. In exploring this intrinsic subspace convergence(ISC), we show that several published and new schemes canbe cast into a common framework where all members benefit fromthe ISC.

Maximum likelihood estimation of position in GNSS

In this letter, we obtain the Maximum LikelihoodEstimator of position in the framework of Global NavigationSatellite Systems. This theoretical result is the basis of a completelydifferent approach to the positioning problem, in contrastto the conventional two-steps position estimation, consistingof estimating the synchronization parameters of the in-viewsatellites and then performing a position estimation with thatinformation. To the authors’ knowledge, this is a novel approachwhich copes with signal fading and it mitigates multipath andjamming interferences. Besides, the concept of Position–basedSynchronization is introduced, which states that synchronizationparameters can be recovered from a user position estimation. Weprovide computer simulation results showing the robustness ofthe proposed approach in fading multipath channels. The RootMean Square Error performance of the proposed algorithm iscompared to those achieved with state-of-the-art synchronizationtechniques. A Sequential Monte–Carlo based method is used todeal with the multivariate optimization problem resulting fromthe ML solution in an iterative way.

Linear transceiver design in nonregenerative relays with channel state information

This paper deals with the design of nonregenerativerelaying transceivers in cooperative systems where channel stateinformation (CSI) is available at the relay station. The conventionalnonregenerative approach is the amplify and forward(A&F) approach, where the signal received at the relay is simplyamplified and retransmitted. In this paper, we propose an alternativelinear transceiver design for nonregenerative relaying(including pure relaying and the cooperative transmission cases),making proper use of CSI at the relay station. Specifically, wedesign the optimum linear filtering performed on the data to beforwarded at the relay. As optimization criteria, we have consideredthe maximization of mutual information (that provides aninformation rate for which reliable communication is possible) fora given available transmission power at the relay station. Threedifferent levels of CSI can be considered at the relay station: onlyfirst hop channel information (between the source and relay);first hop channel and second hop channel (between relay anddestination) information, or a third situation where the relaymay have complete cooperative channel information includingall the links: first and second hop channels and also the directchannel between source and destination. Despite the latter beinga more unrealistic situation, since it requires the destination toinform the relay station about the direct channel, it is useful as anupper benchmark. In this paper, we consider the last two casesrelating to CSI.We compare the performance so obtained with theperformance for the conventional A&F approach, and also withthe performance of regenerative relays and direct noncooperativetransmission for two particular cases: narrowband multiple-inputmultiple-output transceivers and wideband single input singleoutput orthogonal frequency division multiplex transmissions.

Reporting customer information for sales management

Elektroniikan alihankintapalveluiden (EMS) liiketoimintaympäristössä yritykset toimivat pääasiassa asiakkaiden projektien ja ulkoistamispäätösten keskellä. Tämän tyyppisessä liiketoimintaympäristössä on asiakas keskeisessä roolissa, kuten liiketoiminnassa yleensäkin. Termi EMS sisältää koko tuotteen elinkaaren aina suunnittelusta myynnin jälkeisiin palveluihin. Asiakkaan olessa erittäin tärkeä yritykselle, on myös selvitettävä mitkä asiakkaat ovat yrityksen kannalta arvokkaimmat. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää myyntijohdon tietotarpeet sekä löytää selkeä ja helppokäyttöinen tapa tuoda tarvittava informaatio heidän käyttöönsä. Tietotarpeet selvitettiin haastatteluilla ja kyselytutkimuksella ja sopivan järjestelmän löytämisessä käytettiin prototyyppi-lähestymistä, jotta saataisiin selville täyttääkö valittu järjestelmä myyntijohdon tarpeet. Nk. dashboard-mittaristot ovat hyvä tapa tuoda asiakasinformaatiota päätöksenteontueksi. Tälläisillä mittaristoilla voidaan myös yhdistellä eri lähteistä olevaa tietoa ja tuoda se ymmärrettävässä muodossa esiin. Tässä tutkimuksessa kuvataan mittariston suunnittelu myyntijohdon tarpeisiin. Ensimmäisenä tutkitaan kyselyn avulla myyntijohtajien tiedon tarpeet ja tämän jälkeen etsitään sopiva tekninen sovellus ja ratkaistaan tiedon siirtoihin liittyvät ongelmat. Kun ensimmäinen versio on valmis, esitellään se myyntijohdolle, jotta saadaan kerättyä kommentit seuraavaan versioon.

Semantiikan hyödyntäminen dokumenttienhallinnassa

Työn tavoitteena on etsiä asiakasyritykselle sähköteknisen dokumentoinnin hallintaan sopiva järjestelmäratkaisu vertailemalla insinööritoimistojen käyttämien suunnittelujärjestelmien ja yleisten dokumenttien hallintajärjestelmien soveltuvuutta asiakasympäristöön. Työssä tutkitaan sopivien metatietojen kuvaustapojen käyttökelpoisuutta sähköteknisen dokumentoinnin hallintaan esimerkkiprojektien avulla. Työn sisältö koostuu neljästä pääkohdasta. Ensimmäisessä jaksossa tarkastellaan dokumentin ominaisuuksia ja elinkaarta luonnista aktiivikäyttöön, arkistointiin ja hävitykseen. Samassa yhteydessä kerrotaan dokumenttienhallinnan perustehtävistä. Toisessa jaksossa käsitellään dokumenttien kuvailun tavoitteita, kuvailusuosituksia ja -standardeja sekä luonnollisen kielen käyttöä sisällönkuvailussa. Tarkastelukohteina suosituksista ovat W3C:n julkaisemat suositukset, Dublin Core, JHS 143 ja SFS-EN 82045. Kolmannessa jaksossa tarkastellaan teollisuuden dokumentoinnin ominaispiirteitä ja käyttötarkoitusta. Teollisuudessa on monia erilaisia järjestelmäympäristöjä tehtaan sisällä ja työssä kuvataan dokumenttienhallinnan integrointitarpeita muihin järjestelmiin. Viimeisessä jaksossa kuvaillaan erilaisia dokumentoinnin hallintaympäristöjä alkaen järeimmästä päästä tuotetiedon hallintajärjestelmistä siirtyen pienempiinsuunnittelujärjestelmiin ja lopuksi yleisiin dokumenttien hallintajärjestelmiin. Tässä osassa on myös luettelo ohjelmistotoimittajista. Työn tuloksena on laadittu valituista dokumenttityypeistä metatietokuvaukset kahden eri kuvaustavan (JHS 143 ja SFS-EN 82045) avulla ja on todettu molemmat kuvaustavat käyttökelpoisiksi sähköteknisen dokumentoinnin käsittelyyn.Nämä kuvaukset palvelevat asiakasta dokumenttienhallintaprojektin määrittelytyössä. Asiakkaalle on tehty myös vertailu sopivista järjestelmävaihtoehdoista hankintaa varten.

Materiaalitarpeen suunnitteluprosessin kehittäminen ja varastonohjauksen parantaminen Elektroniikkalaitoksessa

Työ on tehty Puolustusvoimien Elektroniikkalaitoksella Riihimäellä. Elektroniikkalaitos toimii yhtenä vastuuvarikkona ja vastaa omalta osaltaan elektroniikka-alan järjestelmien kunnossapidosta. Työn tarkoituksena on selvittää materiaalitarpeen suunnitteluprosessi, kehittää varastonohjausta ja tutustua SAP-toiminnallisuuksien hyödyntämiseen. Materiaalitarpeen suunnittelemisella ja varastonohjauksen parantamisella pyritään kustannussäästöihin ja kunnossapitoprosessin kokonaisvaltaiseen tehostamiseen. Työssä käsitellään Elektroniikkalaitoksen materiaaliprosessia ja sen suhdetta kunnossapitoprosessiin sekä selvitetään materiaalitarpeen muodostumista ja kysynnän ennustamistarpeita. Samalla esitetään myös varastonohjauksen parantamiskohteita. Materiaalitarpeen suunnitteluprosessista on luotu toimintamalli, jota on testattu pilottiprojektin avulla. Työssätarkastellaan SAP-toiminnallisuuksien hyödyntämistä sekä materiaalitarpeen suunnittelussa, että varastonohjauksessa. Lisäksi esitellään kustannusarviolomake, joka on luotu osaksi materiaalitarpeen suunnitteluprosessia helpottamaan materiaalitäydennysten kustannusarviointia.

Informe d'Autors UOC a ISI Web of Knowledge. Maig 2014

UOC

Design of an Embedded Computer Board for Networking Applications

Tämä diplomityö tehtiin Convergens Oy:lle. Convergens on elektroniikan suunnittelutoimisto, joka on erikoistunut sulautettuihin järjestelmiin sekä tietoliikennetekniikkaan. Diplomityön tavoitteena oli suunnitella tietokonekortti tietoliikennesovelluksia varten asiakkaalle, jolta vaatimusmäärittelyt tulivat. Työ on rajattu koskemaan laitteen prototyypin suunnittelua. Työssä suunnitellaan pääasiassa WLAN-tukiaseman tietokone. Tukiasema onasennettavissa toimistoihin, varastoihin, kauppoihin sekä myös liikkuvaan ajoneuvoon. Suunnittelussa on otettu nämä asiat huomioon, ja laitteen akun pystyy lataamaan muun muassa auton akulla. Langattomat tekniikat ovat voimakkaasti yleistymässä, ja tämän työn tukiasema tarjoaakin varteenotettavan vaihtoehdon lukuisilla ominaisuuksillaan. Mukana on mm. GPS, Bluetooth sekä Ethernet-valmius. Langattomien tekniikoiden lisäksi myös sulautetut järjestelmät ovat voimakkaasti yleistymässä, ja nykyään mikroprosessoreita löytääkin lähesmistä vain. Tässä projektissa käytetty prosessori on nopeutensa puolesta kilpailukykyinen, ja siitä löytyy useita eri rajapintoja. Jatkossa tietokonekortille on myös tulossa WiMAX-tuki, joka lisää tukiaseman tulevaisuuden arvoa asiakkaalle. Projektiin valittu Freescalen MPC8321E-prosessori on PowerPC-arkkitehtuuriin perustuva ja juuri markkinoille ilmestynyt. Tämä toi mukanaan lisähaasteen, sillä kyseisestä prosessorista ei ollut vielä kaikkea tietoa saatavilla. Mekaniikka toi omat haasteensa mukanaan, sillä se rajoitti piirilevyn koonniin, että ylimääräistä piirilevytilaa ei juurikaan jäänyt. Tämän takia esimerkiksi DDR-muistit olivat haastavia reitittää, sillä muistivetojen on oltava melko samanpituisia keskenään. Käyttöjärjestelmänä projektissa käytetään Linuxia. Suunnittelu alkoi keväällä 2007 ja toimiva prototyyppi oli valmis alkusyksystä. Prototyypin testaus osoitti, että tietokonekortti kykenee täyttämään kaikki asiakkaan vaatimukset. Prototyypin testauksessa löytyneet viat ja optimoinnit on tarkoitus korjata tuotantomalliin, joten se antaa hyvän pohjan jatkosuunnittelua varten.

Multi-analyte detection for biological fluids. Towards continous monitoring of glucose, ionized calcium and pH using a viscometric affinity biosensor.

We present a viscometric affinity biosensor that can potentially allow continuous multi-analyte monitoring in biological fluids like blood or plasma. The sensing principle is based on the detection of viscosity changes of a polymeric solution which has a selective affinity for the analyte of interest. The chemico-mechanical sensor incorporates an actuating piezoelectric diaphragm, a sensing piezoelectric diaphragm and a flow-resisting microchannel for viscosity detection. A free-standing Anodic Alumina Oxide (AAO) porous nano-membrane is used as selective interface. A glucose-sensitive sensor was fabricated and extensively assessed in buffer solution. The sensor reversibility, stability and sensitivity were excellent during at least 65 hours. Results showed also a good degree of stability for a long term measurement (25 days). The sensor behaviour was furthermore tested in fetal bovine serum (FBS). The obtained results for glucose sensing are very promising, indicating that the developed sensor is a candidate for continuous monitoring in biological fluids. Sensitive solutions for ionized calcium and pH are currently under development and should allow multi-analyte sensing in the near future.

Interaktiivisen oppimisympäristön kehittäminen sähkötekniikan laboratoriotyöskentelyyn

Teklab is a manufacturer of electrical workstations. One major client group for the workstations is schools.Recently Teklab has started to concentrate on offering laboratory packages instead of single workstations. Laboratory packages include e.g. workstations, furniture, assembly and maintenance program. Teklab is looking for ideas to create more value for the laboratory package. One possibility is to design an educationalintroduction package to electric laboratories. In this thesis basic research isdone by studying the teaching methods in use today. Also modern education technology is presented. The thesis analyses different technologies for the laboratory introduction package. The technologies are analysed e.g. by applicability and feasibility. As a result of the work, the introduction has been done using an interactive presentation system. The presentation uses a software program and wireless student handsets designed by Dolphin Interactive. As a part of the work, also the recreation of the Teklab devices' instruction manuals has been started. For the future work, a digital learning object is under work, and a laboratory test is planned.

XML-based information management environment for PE technologies

Printed electronics is an emerging concept in electronics manufacturing and it is in very early development stage. The technology is not stable, design kits are not developed, and flows and Computer Aided Design (CAD) tools are not fixed yet. The European project TDK4PE addresses all this issues and this PFC has been realized on this context. The goal is to develop an XML-based information system for the collection and management of information from the technology and cell libraries developed in TDK4PE. This system will ease the treatment of that information for a later generation of specific Design Kits (DK) and the corresponding documentation. This work proposes a web application to generate technology files and design kits in a formatted way; it also proposes a structure for them and a database implementation for storing the needed information. The application will allow its users to redefine the structure of those files, as well as export and import XML files, between other formats.

TRAKET - Transitoketjujen kilpailukyky

Tämä tutkimus on osa TRAKET-hanketta, jossa keskitytään Luoteis-Venäjälle vievien transitoreittien kilpailukyvyn selvittämiseen. Tässä tutkimusraportissa käsitellään transitoliikenteen reittien valintaan liittyviä päätöksentekokriteereitä ja verrataan niitä keskenään. Tutkimuksessa selvitetään transitoreitin valintaan vaikuttavat tekijät auto-, arvoelektroniikka- ja kosmetiikkatoimialoilla. Raportissa analysoidaan Suomen transitoreitin kilpailutekijät ja verrataan niitä vaihtoehtoisiin Baltian maiden, Saksan¿Puolan ja Venäjän omien satamien reitteihin.

FPGA-Based Control Design for Power Electronic Applications

Tehoelektoniikkalaitteella tarkoitetaan ohjaus- ja säätöjärjestelmää, jolla sähköä muokataan saatavilla olevasta muodosta haluttuun uuteen muotoon ja samalla hallitaan sähköisen tehon virtausta lähteestä käyttökohteeseen. Tämä siis eroaa signaalielektroniikasta, jossa sähköllä tyypillisesti siirretään tietoa hyödyntäen eri tiloja. Tehoelektroniikkalaitteita vertailtaessa katsotaan yleensä niiden luotettavuutta, kokoa, tehokkuutta, säätötarkkuutta ja tietysti hintaa. Tyypillisiä tehoelektroniikkalaitteita ovat taajuudenmuuttajat, UPS (Uninterruptible Power Supply) -laitteet, hitsauskoneet, induktiokuumentimet sekä erilaiset teholähteet. Perinteisesti näiden laitteiden ohjaus toteutetaan käyttäen mikroprosessoreja, ASIC- (Application Specific Integrated Circuit) tai IC (Intergrated Circuit) -piirejä sekä analogisia säätimiä. Tässä tutkimuksessa on analysoitu FPGA (Field Programmable Gate Array) -piirien soveltuvuutta tehoelektroniikan ohjaukseen. FPGA-piirien rakenne muodostuu erilaisista loogisista elementeistä ja niiden välisistä yhdysjohdoista.Loogiset elementit ovat porttipiirejä ja kiikkuja. Yhdysjohdot ja loogiset elementit ovat piirissä kiinteitä eikä koostumusta tai lukumäärää voi jälkikäteen muuttaa. Ohjelmoitavuus syntyy elementtien välisistä liitännöistä. Piirissä on lukuisia, jopa miljoonia kytkimiä, joiden asento voidaan asettaa. Siten piirin peruselementeistä voidaan muodostaa lukematon määrä erilaisia toiminnallisia kokonaisuuksia. FPGA-piirejä on pitkään käytetty kommunikointialan tuotteissa ja siksi niiden kehitys on viime vuosina ollut nopeaa. Samalla hinnat ovat pudonneet. Tästä johtuen FPGA-piiristä on tullut kiinnostava vaihtoehto myös tehoelektroniikkalaitteiden ohjaukseen. Väitöstyössä FPGA-piirien käytön soveltuvuutta on tutkittu käyttäen kahta vaativaa ja erilaista käytännön tehoelektroniikkalaitetta: taajuudenmuuttajaa ja hitsauskonetta. Molempiin testikohteisiin rakennettiin alan suomalaisten teollisuusyritysten kanssa soveltuvat prototyypit,joiden ohjauselektroniikka muutettiin FPGA-pohjaiseksi. Lisäksi kehitettiin tätä uutta tekniikkaa hyödyntävät uudentyyppiset ohjausmenetelmät. Prototyyppien toimivuutta verrattiin vastaaviin perinteisillä menetelmillä ohjattuihin kaupallisiin tuotteisiin ja havaittiin FPGA-piirien mahdollistaman rinnakkaisen laskennantuomat edut molempien tehoelektroniikkalaitteiden toimivuudessa. Työssä on myösesitetty uusia menetelmiä ja työkaluja FPGA-pohjaisen säätöjärjestelmän kehitykseen ja testaukseen. Esitetyillä menetelmillä tuotteiden kehitys saadaan mahdollisimman nopeaksi ja tehokkaaksi. Lisäksi työssä on kehitetty FPGA:n sisäinen ohjaus- ja kommunikointiväylärakenne, joka palvelee tehoelektroniikkalaitteiden ohjaussovelluksia. Uusi kommunikointirakenne edistää lisäksi jo tehtyjen osajärjestelmien uudelleen käytettävyyttä tulevissa sovelluksissa ja tuotesukupolvissa.