International Telemetering Conference Proceedings / October 28-31, 1996 / Town and Country Hotel and Convention Center, San Diego, California / This paper will describe a test technique developed to measure the delays caused by the use of asynchronous multiplexers/demultiplexers. These devices are used for both signal transmission (microwave and fiber optic) and signal recording (especially helical scan digital recorders). The test technique involves the generation and decoding of asynchronous telemetry signals. The bit rates of the telemetry signals are variable. Relative time is embedded in the telemetry signal as a 32-bit data word. The paper will also present measured delays for two multiplexers/demultiplexers for different combinations of bit rates.

Ortsbasierte Dienste erfreuen sich in den letzten Jahren starker Beliebtheit. Für deren Umsetzung sind sog. Lokalisierungsdienste notwendig, welche eine Ortung von Mobilgeräten erlauben. Das GPS stellt den wohl populärsten Lokalisierungsdienst dar, ist jedoch innerhalb von Gebäuden nur sehr beschränkt einsetzbar. In der Vergangenheit wurden deshalb Methoden vorgeschlagen, die zur Positionsbestimmung auf die Messung der Empfangsfeldstärke von WLAN-Aussendungen zurückgreifen. Im Rahmen der Diplomarbeit soll untersucht werden, ob sich ebenfalls eine Postionsbestimmung anhand von Laufzeiten der WLAN-Signale umsetzen lässt. Bedingung hierbei ist, dass der Lokalisierungsdienst - eine reine Softwarelösung darstellt und keine Modifikationen an Hard- oder Firmware voraussetzt und - die Lokalisierung ohne für diese Zwecke ausgelegte Spezialhardware umsetzbar ist. Diese Anforderungen sollen sicherstellen, dass der zu entwickelnde Lokalisierungsdienst mit bereits installierter, handelsübliche Hardware umsetzbar ist. Es sind in Frage kommende Verfahren zur Bestimmung der Signallaufzeit zu erörtern. Für die Laufzeitmessung in Frage kommenden Zeitquellen sollen zugänglich gemacht und auf ihre Tauglichkeit untersucht werden. Durch Messreihen ist zu untersuchen, ob mit den vorgeschlagenen Messverfahren eine Lokalisierung möglich ist und in welchem Rahmen sich die zu erwartende Genauigkeit bewegt. Die in dieser Arbeit beschriebenen Konzepte sollen im Rahmen einer Proof of Concept Anwendung implementiert werden. Die Software soll unter dem Gesichtspunkt der Wiederverwendbarkeit entwickelt werden, um eine spätere Nutzung im Rahmen anderer Projekte zu ermöglichen.

This thesis focuses on random local delay variability measurement and its modeling. It explains a circuit technique to measure the individual logic gate delay in silicon to study within-die variation. It also suggests a Process, Voltage and Temperature (PVT)-aware gate delay model for voltage and temperature scalable linear Statistical Static Timing Analysis (SSTA). Technology scaling allows packing billions of transistors inside a single chip. However, it is difficult to fabricate very small transistor with deterministic characteristic which leads to variations. Transistor level random local variations are growing rapidly in each technology generation. However, there is requirement of quantification of variation in silicon. We propose an all-digital circuit technique to measure the on-chip delay of an individual logic gate (both inverting and non-inverting) in its unmodified form based on a reconfigurable ring oscillator structure. A test chip is fabricated in 65nm technology node to show the feasibility of the technique. Delay measurements of different nominally identical inverters in close physical proximity show variations of up to 28% indicating the large impact of local variations. The huge random delay variation in silicon motivates the inclusion of random local process parameters in delay model. In today’s low power design with multiple supply domain leads to non-uniform supply profile. The switching activity across the chip is not uniform which leads to variation of temperature. Accurate timing prediction motivates the necessity of Process, Voltage and Temperature (PVT) aware delay model. We use neural networks, which are well known for their ability to approximate any arbitrary continuous function. We show how the model can be used to derive sensitivities required for voltage and temperature scalable linear SSTA for an arbitrary voltage and temperature point. Using the voltage and temperature scalable linear SSTA on ISCAS 85 benchmark shows promising results with average error in mean delay is less than 1.08% and average error in standard deviation is less than 2.65% and errors in predicting the 99% and 1% probability point are 1.31% and 1% respectively with respect to SPICE.

Ortsbasierte Dienste erfreuen sich in den letzten Jahren starker Beliebtheit. Für deren Umsetzung sind sog. Lokalisierungsdienste notwendig, welche eine Ortung von Mobilgeräten erlauben. Das GPS stellt den wohl populärsten Lokalisierungsdienst dar, ist jedoch innerhalb von Gebäuden nur sehr beschränkt einsetzbar. In der Vergangenheit wurden deshalb Methoden vorgeschlagen, die zur Positionsbestimmung auf die Messung der Empfangsfeldstärke von WLAN-Aussendungen zurückgreifen. Im Rahmen der Diplomarbeit soll untersucht werden, ob sich ebenfalls eine Postionsbestimmung anhand von Laufzeiten der WLAN-Signale umsetzen lässt. Bedingung hierbei ist, dass der Lokalisierungsdienst - eine reine Softwarelösung darstellt und keine Modifikationen an Hard- oder Firmware voraussetzt und - die Lokalisierung ohne für diese Zwecke ausgelegte Spezialhardware umsetzbar ist. Diese Anforderungen sollen sicherstellen, dass der zu entwickelnde Lokalisierungsdienst mit bereits installierter, handelsübliche Hardware umsetzbar ist. Es sind in Frage kommende Verfahren zur Bestimmung der Signallaufzeit zu erörtern. Für die Laufzeitmessung in Frage kommenden Zeitquellen sollen zugänglich gemacht und auf ihre Tauglichkeit untersucht werden. Durch Messreihen ist zu untersuchen, ob mit den vorgeschlagenen Messverfahren eine Lokalisierung möglich ist und in welchem Rahmen sich die zu erwartende Genauigkeit bewegt. Die in dieser Arbeit beschriebenen Konzepte sollen im Rahmen einer Proof of Concept Anwendung implementiert werden. Die Software soll unter dem Gesichtspunkt der Wiederverwendbarkeit entwickelt werden, um eine spätere Nutzung im Rahmen anderer Projekte zu ermöglichen.

Dans le but de fournir un service GNSS (Global Navigation Satellite System) de localisation continu et disponible partout, les systèmes utilisant des pseudolites et des répéteurs semblent être des solutions pertinentes pour la localisation en indoor. Le système à répélites, inspiré de ces deux méthodes (répéteurs et pseudolites), est aussi proposé pour résoudre cette problématique. Les répélites sont des transmetteurs locaux qui, installés en intérieur, formeront une constellation locale. Ils émettent tous un signal GNSS unique mais déphasé par un délai spécifique à chacun d’eux. Ces délais sont nécessaires pour distinguer les différents signaux reçus au niveau du récepteur. Les travaux de cette thèses sont réalisés dans le cadre du système à répélites et dans l’objectif d’améliorer son architecture et de réduire ses interférences inter-système. En effet, l’architecture du système (un peu encombrante) et les interférences éventuelles avec les signaux satellitaires reçus par un récepteur placé à l’extérieur font partie des inconvénients de ce système. On cherche donc à traiter ces deux difficultés de façon à minimiser leurs effets. Dans une première partie, on étudie les différents codes GNSS existants dans la littérature ainsi que les techniques de modulation employées. Ceci nous mène à proposer des codes ayant un niveau d’interférence équivalent à la référence GPS (obtenue entre deux codes GPS) pour les bandes L1 de GPS et G1 de Glonass. Dans une seconde étape, on développe la modulation IMBOC (Indoor Modified Binary Offset Carrier) pour générer de nouveaux codes caractérisés par des niveaux d’interférence réduits (comparés à la référence GPS). Parmi ces codes il y a deux catégories : ceux qui sont adaptés aux systèmes à répélites (émettant un code unique) et ceux qui sont adaptés aux systèmes pseudolites. Une étude théorique et des simulations des niveaux d’interférences pour les codes émis dans la bande GPS et Glonass sont réalisées pour déterminer les gains en termes de niveaux de bruit. Ce gain (par rapport à la référence GPS) en puissance d’interférence s’élève à 16 dB pour Glonass et 20 dB pour GPS. Pour valider les performances de ces codes, on génère les signaux IMBOC et on observe les interférences réelles qu’ils induisent sur un récepteur GPS recevant un signal satellitaire. Dans la deuxième partie, on utilise la fibre optique pour transmettre le signal du générateur jusqu’aux répélites et pour créer les délais initiaux par propagation du signal dans des bobines de fibre. Ainsi on remplace les câbles coaxiaux et les montages électroniques (de déphasage) par des bobines de fibres plus légères, facile à installer et à faible perte de puissance. Il reste cependant à évaluer avec une précision centimétrique les délais réels induits sur chaque signal dans le but de garantir une précision de localisation inférieure au mètre. Cette précision semble en effet représenter un bon compromis entre complexité globale du système de localisation et réponse à un ensemble suffisant de besoins des utilisateurs potentiels. On développe alors une technique d’estimation des délais basée sur la mesure de déphasage (entre deux signaux sinusoïdaux) et une analyse statistique des séries de mesures. Pour finir, on présente quelques résultats de localisation obtenus avec notre système à répélites déployé dans un environnement indoor typique / In order to make the GNSS positioning service continuous and available when going from an outdoor to an indoor environment, pseudolite and repeater based systems have been developed. A new system called repealite is a combination of both pseudolites and repeaters. It is based on transmitting a single signal through a set of transmitters (thus creating the local constellation). In order to avoid interference between the repealite signals and to distinguish between them at the receiver’s end, each signal is shifted with a specific delay. The research carried out in this PhD aims at optimizing two aspects of the repealite based system. Firstly, we need to mitigate the effect of the interference caused on the satellite signals received outdoors. So we decided to design new codes characterized by low interference levels with outdoor signals. Secondly, we worked on the infrastructure part in order to simplify it and to make it easier to install: this is mainly achieved through the use of optical fibers. In the first part, we study the codes and the modulation techniques currently used in the GNSS systems. Then, we propose a few codes having an interference level equivalent to that of the GPS (obtained when computing two GPS codes). These new codes are compatible with the GPS L1 or the Glonass G1 bands. In a second step, we focus on the modulation techniques and create the so-called IMBOC (Indoor Modified Binary Offset Carrier) that aims at minimizing the interference levels with outdoor signals. With this modulation, we propose new IMBOC codes capable of much lower interference levels than the GPS reference. In order to evaluate the performance of the proposed codes, we carried out a theoretical study, simulations and experimental tests. The interference gain reached about 20 dB on the GPS band and 16 dB on the Glonass one. The proposed codes are divided into two categories: those reserved to the repealite system (using a single code) and families of codes suited to pseudolite–based systems. Finally, we generated the IMBOC signals modulated by the new codes and tested the real interference induced on an outdoor receiver tracking the satellite signals. In the second part, we use optical fibers in order to replace the coaxial cables used to transmit signals from the GNSS-like signal generator to the repealites. In addition, the initial delay needed for each repealite is added by propagating the signals through rolls of fibers. Indeed, optical fiber offers advantages such as lightness, flexibility and low power loss that make it suitable to simplify the infrastructure of the system. In order to evaluate the real delays of these various fibers, we develop an estimating method based on phase shift measurements (between two sinusoidal signals) and statistical analysis of the series of measurements. This method should have uncertainties lower than one centimeter in order to insure a sub-meter precision (in absolute positioning with the repealite positioning system). In order to validate this method, we compare it to a GNSS based calibration approach. Finally, we carry out a few positioning tests with the repealite positioning system deployed in a typical indoor environment. These tests deal with absolute and relative positioning and give an idea about the system’s performance