KR100404830B1 - 주파수 오차 추정 장치 및 주파수 오차 추정 방법 - Google Patents

주파수 오차 추정 장치 및 주파수 오차 추정 방법 Download PDF

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Abstract

수신기의 국부 발진 주파수와, 수신 신호의 반송파 주파수와의 주파수 오차를 추정하기 위한 주파수 오차 추정 장치에서는, 평균화 필터(23)에 입력되는 필터 계수에 따라 수신 신호에 포함되는 노이즈 성분을 억압하고, 상기 필터의 출력에 기초하여 주파수 오차를 추정하는 주파수 오차 추정기(11)와, 제1의 심볼 간에서의 주파수 오차의 추정치의 차분에 기초하여, 필터 계수를 연산하고, 상기 필터의 특성을 변화시키는 필터 계수 추정기(12)를 구비하고, 수신기의 주파수 오차의 추정 처리에 있어서, 수신기의 도플러 주파수에 의한 시간 변동에 대한 추수성(follow-up ability)을 손상하지 않고, 높은 추정 정도를 확보할 수 있다.

Description

주파수 오차 추정 장치 및 주파수 오차 추정 방법{FREQUENCY ERROR ESTIMATING DEVICE AND FREQUENCY ERROR ESTIMATING METHOD}
이하, 종래의 주파수 오차 추정 장치에 관해서 설명한다. 예를 들면, 이동체 통신에 이용되는 수신기에는, 저 C/N 전파로(傳搬路)에서도 양호한 검파 특성이 얻어지는 동기 검파 방식을 이용하는 것이 있다. 이 동기 검파 방식에서는, 수신 신호의 반송파 주파수에 동기한 반송파를 재생하고, 이 반송파에 기초하여 검파 출력을 얻는다. 그러나, 동기 검파 방식을 채용하는 수신기에 있어서는, 발진기의 정밀도나 온도의 변동 등에 의해 발진 주파수가 변동하고, 그 결과, 송수신간에서 주파수의 어긋남 즉, 주파수 오차가 생긴다. 그리고, 이러한 주파수 오차가 존재할 경우에는, IQ 평면(실축 및 허축으로 표현되는 복소 평면)에 있어서의 신호점의 위상이 회전하게 된다.
그래서, 수신기에서는, 이 주파수 오차를 적게 하여 동기 특성의 향상을 실현시키기 위해서, 수신 신호로부터 위상 회전량을 측정하고, 그 측정 결과로부터 주파수 오차를 추정하는 주파수 오차 추정 장치가 필요해진다.
도 8은 종래의 주파수 오차 추정 장치의 구성을 나타내는 것이고, 예를 들면, "Doppler-Corrected Differential Detection of MPSK". IEEE Trans. Commun., Vo1. COM-37,2, pp99-109, Feb.. 1989에 도시되어 있는 구성이다. 도 8에 있어서, 참조부호 1은 수신 신호이고, 21은 수신 신호(1)의 변조 성분을 제거하는 M 체배기이고, 22는 M 체배기(21)의 출력을 D 심볼 사이에서 지연 검파하는 D 심볼 지연 검파기이고, 101은 D 심볼 지연 검파기(22)의 출력을 평균화하여 잡음 성분을 억압하는 평균화 필터이고, 24는 평균화 필터(101)의 출력으로부터 위상 성분을 계산하는 좌표 변환기이고, 25는 좌표 변환기(24)의 출력인 위상 성분으로부터 주파수 오차를 계산하는 제산기이고, 2는 제산기(25)로부터 출력되는 추정 주파수 오차값이다.
또한, 도 9는 상기 평균화 필터(101)의 내부 구성예이고, 1차의 IIR (Infinite Impulse Response) 필터이다. 도 9에 있어서, 참조부호 111과 112는 입력 신호에 특정 계수를 승산하는 승산기이고, 32는 2개의 입력을 가산하는 가산기이고, 33은 신호를 1심볼만큼 지연시키는 지연기이다.
상기한 바와 같이 구성되는 종래의 주파수 오차 추정 회로는, 수신 신호를 D 심볼 사이에서 지연 검파함으로써, 주파수 오차에 의한 위상 변화량을 추정하는 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정 장치이다.
이어서, 상기 도 8 및 도 9를 이용하여 동작 원리를 설명한다. 수신 신호1:r(nT)는 예를 들면, 변조 방식을 M상 PSK(Phase Shift Keying)로 하면, 수학식 1로 표시된다.
다만, 식 1에 있어서, 수신 신호 1:r(nT)는 심볼 주기 T에서 샘플링된 복소 기저 대역 신호로 한다. 또한, A(nT)는 진폭 성분을 나타내고, △ω는 각주파수 오차를 나타낸다. 또한, θ(nT)는 변조 성분을 나타내고, 예를 들면, 2πk/M(k=0,1,···,M-1)의 M정도의 값을 취한다. 또한, 여기서는 설명을 간단히 하기 위해서 잡음 성분은 없는 것으로 하고 있다.
M 체배기(21)에서는, 수신 신호(1)의 변조 성분을 제거하기 위해서 변조 다중값 M으로 체배한다. 체배 후의 신호:r1(nT)는 수학식 2로 표시된다.
단, 식 2에 있어서, Mθ(nT)는 2π의 배수가 되기 때문에 무시할 수 있다. 즉, 수학식 2는 수학식 3으로 치환할 수 있다.
D 심볼 지연 검파기(22)에서는, M 체배기(21)로부터의 출력:r1(nT)을 D 심볼 사이에서 지연 검파한다. 지연 검파 후의 신호:d1(nT)는 수학식 4로 표시된다.
다만, 수학식 4에 있어서, r1*(nT-DT)는 r1(nT-DT)의 공액 복소수이다.
평균화 필터(101)에서는, D 심볼 지연 검파기(22)로부터의 출력:d1(nT)을 평균화함으로써, 잡음 성분을 억압한다. 예를 들면, 평균화 필터로서, 도 9의 1차 IIR 필터를 이용할 경우, 평균화 필터(101)의 출력:d2(nT)는 수학식 5로 표시된다.
다만, 수학식 5에 있어서, 제1항은 승산기(111)에서 입력 신호:d1(nT)에 계수 α를 승산한 결과, 제2항은 승산기(112)에서 1심볼만큼 지연한 평균화 필터(101)의 출력: d2(nT-T)에 계수 1-α를 승산한 결과이다.
여기서, 샘플 타이밍을 나이키스트점으로 가정한 경우, 즉, 진폭 성분을 1로 가정한 경우, 평균화 필터(101)의 출력:d2(nT)는 수학식 6으로 표시된다.
좌표 변환기(24)에서는, 평균화 필터(101)의 출력:d2(nT)을 직교좌표에서 극좌표로 변환하여, 위상 성분 MD△ωT를 연산한다. 마지막으로, 제산기(25)에서는, 좌표 변환기(24)의 출력인 위상 성분:MD△ωT를 MD에서 제산하여, 1심볼 사이의 각주파수 오차 △ωT를 계산하여 출력한다.
그러나, 상기 종래의 주파수 오차 추정 장치에 있어서는, 정밀도 좋게 주파수 오차를 추정하기 위해서, 평균화 필터에서의 승산기의 계수 α를 가능한한 작게 설정하여, 평균화 효과를 높일 필요가 있다. 한편, 이동체 위성 통신과 같이, 수신 신호가 큰 도플러 시프트를 받아서, 또한, 도플러 주파수가 시간적으로 변동할 경우에는 주파수 오차 추정 장치가 그 변동에 추종하여 주파수 오차를 추정할 필요가 있다. 즉, 이 추종성을 높이기 위해서는, 평균화 필터에서의 승산기의 계수 α를 가능한한 크게 설정할 필요가 있다.
이와 같이, 종래의 주파수 오차 추정 장치에서는, 승산기의 계수 α가 고정되어 있기 때문에, 주파수 오차의 추정 정밀도와 도플러 주파수의 시간 변동에 대한 추종성을 양립시키는 것이 곤란하다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 수신기에서의 주파수 오차의 추정 처리에 있어서, 도플러 주파수에 의한 시간 변동에 대한 추종성을 손상하지 않고, 높은 추정 정밀도를 확보 할 수 있는 주파수 오차 추정 장치 및 주파수 오차 추정 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
<발명의 개시>
본 발명에 따른 주파수 오차 추정 장치에 있어서는, 수신기에 있어서의 국부 발진 주파수와, 수신 신호의 반송파 주파수와의 주파수 오차를 추정하는 구성으로 하여, 필터에 입력되는 필터 계수에 따라 상기 수신 신호에 포함되는 잡음 성분을 억압하고, 상기 필터의 출력에 기초하여 주파수 오차를 추정하는 주파수 오차 추정 수단(후술하는 실시 형태의 주파수 오차 추정기(11)에 상당)과, 제1 심볼 사이에서의 상기 주파수 오차의 추정값의 차분에 기초하여 필터 계수를 연산하고, 상기 필터의 특성을 변화시키는 필터 계수 결정 수단(필터 계수 결정기(12)에 상당)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수신 신호의 잡음 성분을 억압하는 필터의 특성을, 도플러 주파수의 시간 변동량의 크기에 따라서 변화시킴으로써, 도플러 주파수의 시간 변동에 대한 추종성과 주파수 오차의 추정 정밀도를 양립시킬 수 있다.
다음의 발명에 따른 주파수 오차 추정 장치에 있어서, 상기 주파수 오차 추정 수단은, 상기 수신 신호의 변조 성분을 제거하는 변조 성분 제거 수단(M 체배기(21)에 상당)과, 상기 변조 성분을 제거 후의 신호로부터 제2 심볼 사이에서 지연 검파를 행함으로써, 위상 변화 정보를 생성하는 위상 변화 정보 생성 수단(D 심볼 지연 검파기(22)에 상당)과, 상기 필터 계수에 기초하여 상기 위상 변화 정보의 잡음 성분을 억압하는 평균화 필터 수단(평균화 필터(23)에 상당)과, 상기 잡음 성분 억압 후의 신호에 기초하여, 주파수 오차 추정값을 연산하는 주파수 오차값 연산 수단(좌표 변환기(24), 제산기(25)에 상당)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때는 필터 계수를 가능한한 작게 설정하고, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때는 필터 계수를 가능한한 크게 설정하며, 주파수 오차 추정 수단은 이 필터 계수에 기초하여 주파수 오차를 추정한다. 이에 따라, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때에는 필터에서의 평균화 효과가 높아지고, 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다. 한편, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때에는 그 변동에 추종한 뒤에 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다.
다음의 발명에 따른 주파수 오차 추정 장치에 있어서, 상기 주파수 오차 추정 수단은 변조 성분을 제거 후의 수신 신호로부터 소정의 심볼 사이에서 지연 검파를 행함으로써, 위상 변화 정보를 생성하고, 또한, 상기 필터 계수에 기초하여 상기 위상 변화 정보의 잡음 성분을 억압하며, 그 후, 상기 잡음 성분 억압 후의 신호에 기초하여 주파수 오차를 추정하는 복수의 지연 검파형 주파수 오차 추정 수단(D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기 51a, 51b, …51c에 상당)과, 상기 복수의 지연 검파형 주파수 오차 추정 수단에 의해, 각각 다른 심볼 간격으로 지연 검파 후에 추정된 복수의 주파수 오차 중에서, 소정의 기준에 기초하여 최적의 주파수 오차를 선택하는 선택 수단(선택기(52)에 상당)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 최적의 주파수 오차를 선택함으로써, 주파수 불확정성을 제거하면서 동작하기 때문에, 주파수 추정 오차의 추정 범위가 지연 검파 심볼 간격이 가장 작은 지연 검파형 주파수 오차 추정 수단에 의해 결정되고, 추정 정밀도가 지연 검파 심볼이 가장 큰 지연 검파형 주파수 오차 추정 수단에 의해 결정된다. 이에 따라, 넓은 추정 범위와 높은 추정 정밀도를 동시에 실현할 수 있다.
다음의 발명에 따른 주파수 오차 추정 장치에 있어서, 상기 필터 계수 결정 수단은, 상기 주파수 오차의 추정값의 차분값과, 상기 필터 계수를 대응시킨 대응 테이블을 미리 구비해 두고, 상기 차분값을 연산한 후 상기 차분값에 따른 필터 계수를 상기 대응 테이블로부터 선택하여, 선택된 필터 계수값에 따라서 상기 필터의특성을 변화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 주파수 오차의 추정값의 차분값과 필터 계수를 대응시킨 대응 테이블을 미리 준비한다. 이 대응 테이블에서의 필터 계수값은 계산기 시뮬레이션 등에 의해 최적의 값을 미리 결정해 둔다. 이에 따라, 상기 대응 테이블을 참조하여, 차분값에 따른 필터 계수를 용이하게 선택할 수 있으며, 도플러 주파수의 시간 변동에 따른 최적의 필터 계수를 선택할 수 있다.
다음의 발명에 따른 주파수 오차 추정 장치에 있어서, 상기 필터 계수 결정 수단은, 또한, 특정 주기의 카운터를 구비하여, 상기 카운터에 의해 정해진 주기로 상기 필터 계수를 갱신시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 필터 계수의 갱신은 심볼마다 행할 수 있지만, 여기서는 카운터를 이용하여 특정한 주기로 행한다. 이에 따라, 용이하게 필터 계수 결정 수단의 안정성을 향상시킬 수 있다.
다음의 발명에 따른 주파수 오차 추정 방법에 있어서는, 수신기에서의 국부 발진 주파수와, 수신 신호의 반송파 주파수와의 주파수 오차를 추정하는 단계에서, 필터에 입력되는 필터 계수에 따라서 상기 수신 신호에 포함되는 잡음 성분을 억압하여, 상기 필터의 출력에 기초하여 주파수 오차를 추정하는 제1 단계와, 제1 심볼 사이에서의 상기 주파수 오차의 추정값의 차분에 기초하여 필터 계수를 연산하여 상기 필터의 특성을 변화시키는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수신 신호의 잡음 성분을 억압하는 필터의 특성을, 도플러 주파수의 시간 변동량의 크기에 따라서 변화시킴으로써, 도플러 주파수의 시간변동에 대한 추종성과 주파수 오차의 추정 정밀도를 양립시킬 수 있다.
다음의 발명에 따른 주파수 오차 추정 방법에 있어서, 상기 제1 단계는 상기 수신 신호의 변조 성분을 제거하는 제3 단계와, 상기 변조 성분을 제거한 후의 신호로부터 제2 심볼 사이에서 지연 검파를 행함으로써, 위상 변화 정보를 생성하는 제4 단계와, 상기 필터 계수에 기초하여 상기 위상 변화 정보의 잡음 성분을 억압하는 제5 단계와, 상기 잡음 성분 억압 후의 신호에 기초하여 주파수 오차 추정값을 연산하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때는 필터 계수를 가능한한 작게 설정하고, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때는 필터 계수를 가능한한 크게 설정하며, 제1 단계에서는 이 필터 계수에 기초하여 주파수 오차를 추정한다. 이에 따라, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때에는 필터에서의 평균화 효과가 높아지고, 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다. 한편, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때에는 그 변동에 추종한 후에 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다.
다음의 발명에 따른 주파수 오차 추정 방법에 있어서, 상기 제1 단계는 변조 성분을 제거한 후의 수신 신호로부터 소정의 심볼 사이에서 지연 검파를 행함으로써, 위상 변화 정보를 생성하고, 또한, 상기 필터 계수에 기초하여 상기 위상 변화 정보의 잡음 성분을 억압하며, 그 후, 상기 잡음 성분 억압 후의 신호에 기초하여 주파수 오차를 추정하는 복수의 제7 단계와, 상기 복수의 제7 단계에서 각각 다른 심볼 간격으로 지연 검파 후에 추정된 복수의 주파수 오차 중에서 소정의 기준에기초하여 최적의 주파수 오차를 선택하는 제8 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 최적의 주파수 오차를 선택함으로써, 주파수 불확정성을 제거하면서 동작하기 때문에, 주파수 추정 오차의 추정 범위가 지연 검파 심볼 간격이 가장 작을 때의 제7 단계에 의해 결정되고, 추정 정밀도가 지연 검파 심볼이 가장 클 때의 제7 단계에 의해 결정된다. 이에 따라, 넓은 추정 범위와 높은 추정 정밀도를 동시에 실현할 수 있다.
다음의 발명에 따른 주파수 오차 추정 방법에 있어서, 상기 제2 단계는 상기 주파수 오차의 추정값의 차분값과, 상기 필터 계수를 대응시킨 대응 테이블을 미리 준비해 두는 제9 단계를 포함하고, 상기 차분값을 연산한 후에 상기 차분값에 따른 필터 계수를 상기 대응 테이블에서 선택하여, 선택된 필터 계수의 값에 따라서 상기 필터의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 주파수 오차의 추정값의 차분값과 필터 계수를 대응시킨 대응 테이블을 미리 준비한다. 이 대응 테이블에서의 필터 계수값은 계산기 시뮬레이션 등에 의해 최적의 값을 미리 결정해 둔다. 이에 따라, 상기 대응 테이블을 참조하여, 차분값에 따른 필터 계수를 용이하게 선택할 수 있으며, 도플러 주파수의 시간 변동에 따른 최적의 필터 계수를 선택할 수 있다.
다음의 발명에 따른 주파수 오차 추정 방법에 있어서, 상기 제2 단계는 또한 특정 주기로 카운트를 행하는 제10 단계를 포함하고, 상기 카운트에 의해 정해진 주기로 상기 필터 계수를 갱신시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 필터 계수의 갱신은 심볼마다 행하는 것도 가능하지만, 여기서는, 카운터를 이용하여 특정한 주기로 행한다. 이에 따라, 용이하게 제2 단계에 의해 요구되는 필터 계수의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 위성 통신/이동체 위성 통신/이동체 통신에서 이용되는 수신기로써, 국부 발진 주파수와 수신 신호의 반송파 주파수와의 주파수 오차를 추정하는 주파수 오차 추정 장치에 관한 것으로, 특히, 주파수 오차의 추정에 있어서, 도플러 주파수의 시간 변동에 대한 추종성을 손상하지 않고, 높은 추정 정밀도를 확보 할 수 있는 주파수 오차 추정 장치에 관한 것이다.
도 1은 실시 형태 1에 관한 주파수 오차 추정 장치의 구성예를 나타내는 블록도.
도 2는 주파수 오차 추정기(11)의 내부 구성예를 도시하는 도면.
도 3은 평균화 필터(23)의 내부 구성예를 도시하는 도면.
도 4는 필터 계수 결정기(12)의 내부 구성예를 도시하는 도면.
도 5는 대응 테이블의 일례.
도 6은 실시 형태 2에 관한 주파수 오차 추정 장치의 구성예를 나타내는 블록도.
도 7은 복수의 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기로 추정되는 주파수 오차의 선택 방법.
도 8은 종래의 주파수 오차 추정 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 9는 종래의 평균화 필터의 내부 구성예를 도시하는 도면.
첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 실시 형태 1에 관한 주파수 오차 추정 장치의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 1에 있어서, 참조부호 1은 수신 신호이고, 11은 국부 발진 주파수와수신 신호(1)의 반송파 주파수와의 주파수 오차를 추정하는 주파수 오차 추정기이고, 2는 추정 주파수 오차값이고, 12는 추정 주파수 오차값(2)에 기초하여 주파수 오차 추정기(11)에 포함되는 평균화 필터의 필터 계수 정보를 연산하는 필터 계수 결정기이고, 3은 필터 계수 정보이다.
또한, 도 2는 상기 주파수 오차 추정기(11)의 내부 구성예이고, 예를 들면, D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(11a)이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 먼저 설명한 종래 기술과 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 2에 도시하는 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(11a)는, 종래 기술에서 설명한 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정 회로와 마찬가지의 원리에 기초하고 있고, 평균화 필터(23)에 필터 계수 정보(3)가 입력되어 있는 것과, 필터 계수 정보(3)에 의해 평균화 필터(23)에서의 필터 특성이 변화하는 것이 다르다.
또한, 도 3은 상기 평균화 필터(23)의 내부 구성예이고, 종래 기술에서 먼저 설명한 평균화 필터(101)와 같이 1차 IIR 필터이다. 도 3에 도시하는 평균화 필터(23)는 필터 계수 정보(3)가 입력되어 있는 것과, 승산기(111 112) 대신에 승산기(31,34)가 설치되고, 이들 승산기(31,34)의 승산기 계수가 필터 계수 정보(3)에 따라서 변화하는 것이 다르다.
또한, 도 4는 상기 필터 계수 결정기(12)의 내부 구성예이다. 도 4에 있어서, 참조부호 41은 추정 주파수 오차값(2)의 차분을 연산하는 차분 연산기이고, 42는 차분 연산기(41)의 출력을 평균화하여 잡음 성분을 억압하는 평균화 필터이고,43은 평균화 필터(42)의 출력에 기초하여 필터 계수 정보(3)를 결정하는 계수 결정기이다.
이하, 상기한 바와 같이 구성되는 본 실시 형태의 주파수 오차 추정 장치의 동작에 대해 설명한다. 우선, 수신 신호(1)가 주파수 오차 추정기(11) 즉, 도 2에 도시하는 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(11a)에 입력된다. 이 때, 수신 신호(1)를 수취한 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(11a)는, 도 8에 도시하는 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정 회로와 같이 동작하여(식 1 내지 5에 상당), 추정 주파수 오차값(2)을 출력한다. 또한, 평균화 필터(23)의 출력:d2(nT)을 구하기 위한 계산 식으로서는 식(5)가 이용되고, 여기서는 승산기 계수 α가 필터 계수 정보(3)에 의해서 변화하게 된다.
다음에, 필터 계수 정보(3)를 필터 계수 결정기(12)로 연산하는 동작에 관해서 설명한다. 또한, 여기서는, 도플러 주파수의 시간 변동에 의해 주파수 오차가 시각에 비례하여 변화하는 것으로 가정한다. 또한, 주파수 오차 추정기(11)가 출력하는 추정 주파수 오차값(2)이 최적의(정확한) 값으로 가정한다. 따라서, 추정 주파수 오차값(2)은 1심볼 사이의 각주파수 오차:△ωT로서 출력되고, 식(7)으로 표시된다.
이와 같이, 추정 주파수 오차값(2)은 상기 식과 같이 시각:nT에 비례하여 변화한다. 즉, 도플러 주파수의 시간 변동이 빨라지면 그것에 따라 변수 A의 절대값이 커진다.
차분 연산기(41)에서는, 추정 주파수 오차값 △ωT의 R 심볼 사이의 차분을 연산한다. 본 실시 형태에 있어서, 차분 연산기(41)의 출력:△ωd는 식 8로 표시된다.
평균화 필터(42)에서는 차분 연산기(41)의 출력을 평균화하여 잡음 성분을 억압한다. 또한, 여기서는, 평균화 필터로서 도 9에 도시하는 1차의 IIR 필터나, 보다 고차의 IIR 필터 및 FIR(Finite Impu1se Response) 필터 등을 이용하면 된다. 또한, 상기에 도시한 바와 같이, 여기서는, 잡음 성분은 없다고 가정하고 있기 때문에, 평균화 필터(42)의 출력은 유지되고, 그대로 식(8)로 표시된다.
계수 결정기(43)에서는, 평균화 필터(42)의 출력:△ωd의 값에 따라서 필터 계수 정보(3)를 결정한다. 여기서는, 예를 들면 필터 계수 정보(3)를 승산기(31)의 승산기 계수 α로 하고, 이것에 대하여 승산기(34)의 승산기 계수를 1-α로 한다.
구체적으로 말하면, 계수 결정기(43)에 있어서, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때는 변수 A의 절대값이 작아지기 때문에 △ωd의 절대값도 작아지고, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때는 변수 A의 절대값이 커지기 때문에 △ωd의 절대값도 커진다. 즉, △ωd는 도플러 주파수의 시간 변동량을 도시하는 지표가 된다. 이와 같이, 계수 결정기(43)에서는 △ωd의 절대값이 소정값보다 작을 때에α를 가능한한 작게 설정하고, 반대로, △ωd의 절대값이 소정값보다 클 때에 α를 가능한한 크게 설정한다. 이에 따라, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때는 평균화 필터(23)에서의 평균화 효과가 높아지고, 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다. 한편, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때는 그 변동에 추종한 뒤에 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 상기 설정하는 승산기 계수 α의 구체예로서, 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같은 △ωd의 절대값과 승산기 계수 α와의 대응 테이블을 준비한다. 이 대응 테이블에서의 승산기 계수 α의 값은 계산기 시뮬레이션 등에 의해 최적값을 미리 결정해 둔다. 도 5에 도시하는 대응 테이블의 일례는, △ωd의 값에 따라서 승산기 계수 α를 4 단계로 바꾸는 것으로 0<W1<W2<W3이다. 또한, 여기서는 4 단계의 대응 테이블을 이용하고 있지만, 4 단계가 아니고 예를 들면 2 단계 이상의 임의의 단계수로 승산기 계수 α를 바꾸는 것도 좋다.
따라서, 계수 결정기(43)에서는, 상기 대응 테이블을 참조하여, △ωd의 값에 따른 승산기 계수 α를 선택할 수 있으며, 이것에 의해, 도플러 주파수의 시간 변동에 따른 최적의 α를 선택할 수 있다. 또한, 승산기 계수 α의 갱신은 심볼마다 행할 수 있지만, 필터 계수 결정기(12)의 안정성을 고려하면, 예를 들면, 카운터를 이용하여 특정 주기로 행하는 것이 좋다. 이 주기로서는, 예를 들면, 주파수 오차 추정기(11)의 수속 시간 이상이 좋다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 위상 변화 정보의 잡음 성분을 억압하는 평균화 필터의 특성을, 도플러 주파수의 시간 변동량의 크기에 따라서 변화시킴으로써, 도플러 주파수의 시간 변동의 크기에 상관없이, 도플러 주파수의 시간 변동에 대한 추종성과 주파수 오차의 추정 정밀도를 양립시킬 수 있다.
실시 형태 2에 관한 주파수 오차 추정 장치는, 도 1에 도시하는 실시 형태에 있어서의 주파수 오차 추정 회로와 같이 구성되고, 주파수 오차 추정기(11)의 내부 구성이 다르다. 도 6은 본 실시 형태에서의 주파수 오차 추정기(11)의 내부 구성 예이고, 예를 들면, 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기(11b)이다.
본 실시 형태에 있어서는, 주파수 오차 추정기(11)로서, 예를 들면, 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기(11b)를 이용함으로써, 실시 형태 1에 비해 넓은 추정 범위에서 또한 높은 추정 정밀도를 실현할 수 있다. 또한, 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기에 대해서는, "A Multiple Open-Loop Frequency Estimation Based on Differential Detection for MPSK", IEICE Trans. Commun., Vol. E82-B, 1, pp136-144. Jan., 1999에 자세히 진술되어 있다.
도 6에 있어서, 참조부호 51a, 51b,···, 51c는 병렬로 설치된 N개의 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기이고, 각각이 도 2에 도시하는 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(11a)와 같이 구성되어 있다. 이들 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(51a,51b,…,51c)는 도 2의 D 심볼 지연 검파기(22)에서의 지연 검파 심볼 간격 D가 D1∼DN이고 각각 다르다. 또한, 52는 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(51a,51b,···,51c)로부터 출력된 추정 주파수 오차값에 기초하여, 최적의(정확한 것으로 생각되는) 추정 주파수 오차값을 출력하는 선택기이다.
이하, 상기한 바와 같이 구성되는 본 실시 형태의 주파수 오차 추정 장치의동작에 관해서 설명한다. 우선, 수신 신호(1)가 주파수 오차 추정기(11), 즉 도 6에 도시하는 다중 개방 루프 주파수 오차 추정기(11b)에 입력된다. 수신 신호(1)를 수취한 다중 개방 루프 주파수 오차 추정기(11b)에서는 입력된 수신 신호(1)를 N 계통으로 분기하고, 각각을 병렬로 설치된 지연 검파 심볼 간격(D 1∼DN)이 다른 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(51a,51b,···,51c)에 입력한다.
각 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기에서는, 다른 심볼 간격으로 지연 검파를 행하고, 주파수 오차의 추정 처리를 행한다. 또한, 지연 검파 심볼 간격은 D1<D2<···<DN이 되도록 설정한다. 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들면, 지연 검파 심볼 간격이 작을 때에는 주파수 오차의 추정 범위가 넓어지지만 추정 정밀도는 낮아진다. 한편, 지연 검파 심볼 간격이 클 때에는 주파수 오차의 추정 범위가 좁아지지만 추정 정밀도는 높아진다. 이와 같이, 본 실시 형태의 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기(11b)에서는 지연 검파 심볼 간격이 가장 큰 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(51a)에서 지연 검파 심볼 간격이 가장 큰 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(51c)를 여러개 병렬로 설치하고, 또한, 각 출력을 선택기(52)로 선택함으로써, 넓은 추정 범위에서 또한 높은 추정 정밀도를 실현한다.
여기서, 예를 들면, 3가지 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기로 이루어진 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기의 동작에 관해서 구체적으로 설명한다. 이 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기에 있어서, 지연 검파 심볼 간격:Di(i=1,2,···,N)는, 수학식 9와 같이 설정한다.
다만, 수학식 9에서 ^는 누승 연산을 나타낸다.
따라서, 실제의 주파수 오차를 π/4로 했을 때, 3가지 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기에 대한 추정값의 후보는 주파수 불확정성에 의해 도 7에 도시한 바와 같이, 각각 지연 검파 심볼 간격에 상당하는 1개(O), 2개(△), 4개(□)가 된다. 그리고, 이 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기(11b)는 선택기(52)에 의해, 우선, 2개의 후보(△) 중에서 O에 가장 가까운 △(도시한 흑삼각)을 선택한다. 이어서, 4개의 후보(□) 중에서 먼저 선택한 △에 가장 가까운□(도시의 흑사각)을 선택한다. 이에 따라, 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기(11b)에서는 상기 선택한 □를 주파수 오차의 추정값으로서 출력하게 된다.
이와 같이, 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기(11b)에서는, 주파수 불확정성을 제거하면서 동작하기 때문에, 주파수 추정 오차의 추정 범위가 D(D1) 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(51a)에 의해 결정되고, 추정 정밀도가 D(DN) 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기(51c)에 의해 결정된다. 즉, 본 실시 형태의 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기(11b)는 넓은 추정 범위와 높은 추정 정밀도를 동시에 실현할 수 있다.
또한, 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기(11b)의 동작에 있어서, 각 D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기에서의 평균화 필터(23)의 승산기 계수 α, 즉 식(5)에 도시되는 평균화 필터(23)에서의 계산식의 α는 필터 계수 정보(3)에 따라서 변화한다. 이 때, 필터 계수 정보(3)는 실시 형태 1과 같이 필터 계수 결정기(12)로 추정 주파수 오차값의 차분에 기초하여 결정된다. 즉, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때는 α를 작게 설정함으로써 평균화 효과를 높이고, 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다. 한편, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때는 α를 크게 설정하여 그 변동에 추종한 뒤에 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다. 또한, 여기서는 실시 형태 1과 같이, 도 5에 도시한 바와 같은 대응 테이블을 이용하는 것으로도 좋다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 먼저 설명한 실시 형태 1과 같이, 위상 변화 정보의 잡음 성분을 억압하는 평균화 필터의 특성을, 도플러 주파수의 시간 변동량의 크기에 따라서 변화시킴으로써, 도플러 주파수의 시간 변동의 크기에 상관없이, 도플러 주파수의 시간 변동에 대한 추종성과 주파수 오차의 추정 정밀도를 양립시킬 수 있다. 또한, D 심볼 지연 검파형 주파수 오차 추정기를 여러개 병렬로 설치하는 다중 개방 루프형 주파수 오차 추정기(11b)를 이용함으로써, 보다 높은 추정 정밀도와 보다 넓은 추정 범위를 동시에 실현할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시 형태 1,2에 의해 설명하였지만, 본 발명의 주지의 범위내에서 여러 변형이 가능하고, 이들을 발명의 범위에서 배제하는 것은 아니다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수신 신호의 잡음 성분을 억압하는 필터의 특성을, 도플러 주파수의 시간 변동량의 크기에 따라서 변화시킴으로써, 도플러 주파수의 시간 변동에 대한 추종성과 주파수 오차의 추정 정밀도를 양립시키는 것이 가능한 주파수 오차 추정 장치를 얻을 수 있다는 효과를 발휘한다.
다음의 발명에 따르면, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때는 필터 계수를 가능한한 작게 설정하고, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때는 필터 계수를 가능한한 크게 설정하며, 주파수 오차 추정 수단은 이 필터 계수에 기초하여 주파수 오차를 추정한다. 이에 따라, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때에는 필터에서의 평균화 효과가 높아지고, 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다는 효과를 발휘한다. 한편, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때에는 그 변동에 추종한 뒤에 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다는 효과를 발휘한다.
다음의 발명에 따르면, 최적의 주파수 오차를 선택함으로써, 주파수 불확정성을 제거하면서 동작하기 때문에, 주파수 추정 오차의 추정 범위가 지연 검파 심볼 간격이 가장 작은 지연 검파형 주파수 오차 추정 수단에 의해 결정되고, 추정 정밀도가 지연 검파 심볼이 가장 큰 지연 검파형 주파수 오차 추정 수단에 의해 결정된다.
이에 따라, 넓은 추정 범위와 높은 추정 정밀도를 동시에 실현할 수 있다는 효과를 발휘한다.
다음의 발명에 따르면, 주파수 오차의 추정값의 차분값과 필터 계수를 대응시킨 대응 테이블을 미리 준비한다. 이 대응 테이블에서의 필터 계수값은 계산기 시뮬레이션 등에 의해 최적값을 미리 결정해 둔다. 이에 따라, 상기 대응 테이블을 참조하여 차분값에 따른 필터 계수를 용이하게 선택할 수 있으며, 도플러 주파수의 시간 변동에 따른 최적의 필터 계수를 선택할 수 있다는 효과를 발휘한다.
다음의 발명에 따르면, 필터 계수의 갱신은 심볼마다 행할 수 있지만, 여기서는 카운터를 이용하여 특정한 주기로 행한다. 이에 따라, 용이하게 필터 계수 결정 수단의 안정성을 향상시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.
다음의 발명에 따르면, 수신 신호의 잡음 성분을 억압하는 필터의 특성을, 도플러 주파수의 시간 변동량의 크기에 따라서 변화시킴으로써, 도플러 주파수의 시간 변동에 대한 추종성과 주파수 오차의 추정 정밀도를 양립시키는 것이 가능한 주파수 오차 추정 방법을 얻을 수 있다는 효과를 발휘한다.
다음의 발명에 따르면, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때는 필터 계수를 가능한한 작게 설정하고, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때는 필터 계수를 가능한한 크게 설정하며, 제1 단계에서는 이 필터 계수에 기초하여 주파수 오차를 추정한다. 이에 따라, 도플러 주파수의 시간 변동이 느릴 때에는 필터에서의 평균화 효과가 높아지고, 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다는 효과를 발휘한다. 한편, 도플러 주파수의 시간 변동이 빠를 때에는 그 변동에 추종한 뒤에 고정밀도로 주파수 오차의 추정을 행할 수 있다는 효과를 발휘한다.
다음의 발명에 따르면, 최적의 주파수 오차를 선택함으로써, 주파수 불확정성을 제거하면서 동작하기 때문에, 주파수 추정 오차의 추정 범위가 지연 검파 심볼 간격이 가장 작을 때의 제7 단계에 의해 결정되고, 추정 정밀도가 지연 검파 심볼이 가장 클 때의 제7 단계에 의해 결정된다. 이에 따라, 넓은 추정 범위와 높은 추정 정밀도를 동시에 실현할 수 있다는 효과를 발휘한다.
다음의 발명에 따르면, 주파수 오차의 추정값의 차분값과 필터 계수를 대응시킨 대응 테이블을 미리 준비한다. 이 대응 테이블에서의 필터 계수값은 계산기시뮬레이션 등에 의해 최적의 값을 미리 결정해 둔다. 이에 따라, 상기 대응 테이블을 참조하여 차분값에 따른 필터 계수를 용이하게 선택할 수 있으며, 도플러 주파수의 시간 변동에 따른 최적의 필터 계수를 선택할 수 있다는 효과를 발휘한다.
다음의 발명에 따르면, 필터 계수의 갱신은 심볼마다 행할 수 있지만, 여기서는 카운터를 이용하여 특정한 주기로 행한다. 이에 따라, 용이하게 제2 단계에 의해 구해지는 필터 계수의 안정성을 향상시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 주파수 오차 추정 장치 및 주파수 오차 추정 방법은, 위성 통신/이동체 위성 통신/이동체 통신에서 이용되는 수신기의 국부 발진 주파수와 수신 신호의 반송파 주파수와의 주파수 오차를 추정하는데 유용하고, 주파수 오차의 추정에 있어서, 도플러 주파수의 시간 변동에 대한 추종성을 손상하지 않고서 높은 추정 정밀도를 확보하는 데 적합하다.

Claims (10)

  1. 수신기에서의 국부 발진 주파수와 수신 신호의 반송파 주파수와의 주파수 오차를 추정하는 주파수 오차 추정 장치에 있어서,
    상기 수신 신호내의 복수의 위상 변화에 기초하여 주파수 오차를 추정하고, 상기 위상 변화에 대한 잡음 성분을 필터로 억압하는 주파수 오차 추정 수단과,
    상기 주파수 오차 추정 수단에 의해 추정된 주파수 오차에 기초하여 상기 필터의 특성을 변화시키는 필터 특성 결정 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 오차 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 오차 추정 수단은,
    상기 수신 신호의 변조 성분을 제거하는 변조 성분 제거 수단과,
    상기 변조 성분을 제거한 후의 신호로부터 제2 심볼 사이에서 지연 검파를 행함으로써, 위상 변화 정보를 생성하는 위상 변화 정보 생성 수단과,
    상기 필터 계수에 기초하여 상기 위상 변화 정보의 잡음 성분을 억압하는 평균화 필터 수단과,
    상기 잡음 성분 억압 후의 신호에 기초하여 주파수 오차 추정값을 연산하는 주파수 오차값 연산 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 오차 추정 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 수신기에서의 국부 발진 주파수와 수신 신호의 반송파 주파수와의 주파수 오차를 추정하는 주파수 오차 추정 방법에 있어서,
    상기 수신 신호내의 복수의 위상 변화에 기초하여 주파수 오차를 추정하고, 상기 위상 변화에 대한 잡음 성분을 필터로 억압하는 단계와,
    상기 추정된 주파수 오차에 기초하여 상기 필터의 특성을 변화시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 오차 추정 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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