Uuden polven satelliittipainakannusjärjestelmät käyttävät monimutkaisia signaaleja, mikä asettaa vaatimuksia myös vastaanottimille. Sveitsiläisen u-bloxin Espoon yksikössä työskentelevä diplomi-insinööri Ville Eerola tutki väitöskirjassaan satelliittipaikannusvastaanottimien suunnittelua ja piipinta-alan optimointia.

Satelliittipaikannuksen käyttö on lisääntynyt räjähdysmäisesti monissa kannettavissa laitteissa viime vuosien aikana. Tämän on tehnyt mahdolliseksi niiden alentunut hinta ja parempi suorituskyky, joka on vaatinut laitteistoarkkitehtuurien ja -rakenteiden jatkuvaa kehittämistä. Uudet ja modernisoidut satelliittipaikannusjärjestelmät, kuten eurooppalainen Galileo, perustuvat monimutkaisempien signaalien käyttöön. Se vaikeuttaa niitä hyödyntävien vastaanotinten suunnittelua.

- Ilman uusia ja innovatiivisia vastaanotinratkaisuja näitä signaaleita ei pystytä hyödyntämään edullisissa kuluttajamarkkinoille tarkoitetuissa sovelluksissa, Ville Eerola sanoo.

Eerola tutki vastaanotinten mikropiirien tärkeimpien sisäisten signaalinkäsittelylohkojen suunnittelua ja optimointia useita erilaisia menetelmiä käyttäen. Hän kehitti työssään hyvin erilaisia toimintatiloja ja signaaleja käyttäviin ratkaisuihin sopivan, täysin uudenlaisen vastaanotinarkkitehtuurin.

Eerola kehitti myös uuden tehokkaan menetelmän digitaalisten piirien porttimäärien arviointiin. Se antaa suunnittelijoille mahdollisuuden aloittaa arvioiden tekeminen jo hyvin aikaisessa suunnittelun vaiheessa. Menetelmä sallii lisäksi arvion tarkkuuden parantamisen suunnitteluprosessin kuluessa.

- Piirin monimutkaisuuden arvioiminen aikaisessa vaiheessa on tärkeää, sillä optimointi on sitä tehokkaampaa mitä korkeammalla abstraktiotasolla sitä pystytään tekemään. Yleinen digitaalisten piirien monimutkaisuuden mittari on sen porttimäärä. Porttimäärä on verrannollinen sen kokoon, kustannuksiin ja tehonkulutukseen, mitkä kaikki ovat onnistuneen tuotteen tärkeitä osatekijöitä, Eerola kertoo.

Vastaanotinarkkitehtuurien vertailu erilaisissa realistisissa käyttöskenaarioissa paljastaa, kuinka hyvin ne sopivat tosielämän tilanteisiin.

- Vertailusta saadaan näiden piirien suunnittelijoille arvokasta tietoa valmistuskustannuksien optimointia varten. Tulosten mukaan mikään yksittäinen arkkitehtuuri ei ole selkeä voittaja, vaan paras ratkaisu saadaan yhdistämällä useampia arkkitehtuureja samaan vastaanottimeen, Eerola sanoo.

Eerolan elektroniikan ja tietoliikennetekniikan alaan kuuluva väitöskirja Design and Silicon Area Optimization of Time-Domain GNSS Receiver Baseband Architectures (Satelliittinavigointivastaanotinten aikaperusteisten kantataajuusosien suunnittelu ja piipinta-alan optimointi) tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnassa ensi perjantaina.