KR100533023B1 - A device of doppler frequency estimator for mobile communication system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동통신 시스템에서 파일롯 심벌의 신호대잡음비를 이용하여 도플러주파수를 정확하게 추정하는 것에 관한 것이며, 수신되는 파일롯 심벌 신호의 잡음신호를 차단하여 대역폭을 줄이는 프리필터와; 상기 프리필터의 신호를 입력하고 설정된 비율로 다운샘플링하여 출력하는 다운샘플러와; 상기 다운샘플러의 신호를 입력하여 도플러주파수를 추정하는 도플러주파수 추정기와; 상기 프리필터의 신호를 입력 처리하여 신호대잡음비를 추정하는 신호대잡음비 추정기와; 상기 도플러주파수 추정기로부터 인가되는 추정 도플러주파수 신호와 상기 신호대잡음비 추정기로부터 인가되는 신호대잡음비 신호를 각각 입력하고 소정 함수 처리하여 잡음에 의한 바이어스를 제거하는 바이어스제거부로 이루어지는 특징 등에 의하여, 휴대단말기의 이동속도를 정확하게 추정하고, 이동통신 시스템의 기능을 정확하게 제어하여 신뢰도를 제고하는 효과가 있다. The present invention relates to accurately estimating the Doppler frequency using a signal-to-noise ratio of a pilot symbol in a mobile communication system, and comprising: a prefilter for reducing a bandwidth by blocking a noise signal of a received pilot symbol signal; A downsampler for inputting the signal of the prefilter and downsampling at a predetermined ratio to output the sample; A Doppler frequency estimator for inputting a signal of the downsampler to estimate a Doppler frequency; A signal-to-noise ratio estimator for inputting and processing a signal of the prefilter; The mobile terminal is moved by a bias removal unit for inputting an estimated Doppler frequency signal applied from the Doppler frequency estimator and a signal-to-noise ratio signal applied from the signal-to-noise ratio estimator and removing a bias caused by noise by processing a predetermined function. The speed is accurately estimated, and the function of the mobile communication system is accurately controlled to increase the reliability.
Description
본 발명은 이동통신 기지국 시스템의 휴대단말기 이동속도를 도플러주파수로 추정하는 것에 관한 것으로, 특히, 파일롯 심벌의 신호대잡음비를 이용하여 도플러주파수를 정확하게 추정하는 이동통신 시스템의 도플러주파수 추정장치에 관한 것이다. The present invention relates to estimating the moving speed of a mobile terminal of a mobile communication base station system as a Doppler frequency, and more particularly, to an apparatus for estimating a Doppler frequency of a mobile communication system by accurately estimating the Doppler frequency using a signal-to-noise ratio of a pilot symbol.
이동통신 시스템은 가입 등록된 휴대단말기가 서비스 영역 안을 자유롭게 이동하면서 언제 어디서나 상대방과 무선접속하여 즉시 통신하는 장비이다. The mobile communication system is a device that wirelessly connects with the other party at any time and anywhere and instantly communicates with the registered mobile terminal freely moving in the service area.
상기 휴대단말기가 이동하면서 기지국과 무선접속하고 통신을 원활하게 유지하기 위하여, 시스템의 이동교환국에서는 통신채널 상태, 신호대잡음비, 핸드오버 등을 추정하여 원활하게 해당 제어를 하여야 하며, 상기와 같은 기능을 제공하기 위하여 이동교환국은 휴대단말기의 이동속도를 정밀하게 측정하여야 한다. 상기 이동교환국의 휴대단말기 이동속도 측정은, 도플러효과에 의한 도플러주파수를 추정 측정한 값을 이용하며, 상기와 같은 이동속도를 추정 측정하는 장치를 도플러주파수 추정기 또는 추정장치라고 한다. In order for the mobile terminal to wirelessly connect with the base station while maintaining the communication and to maintain the communication smoothly, the mobile switching station of the system should perform the corresponding control smoothly by estimating the communication channel state, signal to noise ratio, handover, and the like. In order to provide this, the mobile switching center shall precisely measure the speed of movement of the portable terminal. The mobile terminal's movement speed measurement of the mobile switching center uses a value obtained by estimating the Doppler frequency due to the Doppler effect, and a device for estimating and measuring the movement speed is called a Doppler frequency estimator or estimator.
상기 도플러주파수 추정장치는 수신되는 파일롯 심벌 신호를 이용하여 도플러주파수를 추정하는 방식으로써, 상기 파일롯 심벌 신호의 판단 기준 차이에 의하여 제로크로스율, 레벨크로스율, 코바리언스 등의 방식으로 분류된다. The Doppler frequency estimating apparatus estimates the Doppler frequency using a received pilot symbol signal, and is classified into a zero cross rate, a level cross rate, a covariance, and the like according to a difference in determination criteria of the pilot symbol signal.
이하, 종래 기술에 의한 도플러주파수 추정장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, a Doppler frequency estimating apparatus according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
종래 기술을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도1 은 종래 기술에 의한 도플러주파수 추정장치의 기능 구성도 이고, 도2 는 종래 기술에 의한 도플러주파수 추정장치의 평균 추정속도비율과 추정속도 표준편차 시뮬레이션 결과도 이다. 1 is a functional configuration diagram of a Doppler frequency estimating apparatus according to the prior art, and FIG. 2 is a simulation result of an average estimated speed ratio and estimated speed standard deviation of the Doppler frequency estimating apparatus according to the prior art. Is also.
상기 도1을 참조하면, 종래 기술에 의한 도플러주파수 추정장치는, 파일롯 심벌 신호를 입력하고 잡음신호에 의한 전력을 스펙트럼 상에서 낮은 주파수 대역에 분포하게 하여 잡음 대역폭을 줄이며, 입력되는 파일롯 심벌의 신호대잡음비를 높이어 출력하는 저역통과필터로 이루어지는 프리필터(10)와, Referring to FIG. 1, the conventional Doppler frequency estimating apparatus inputs a pilot symbol signal and distributes the power of the noise signal in a low frequency band on the spectrum to reduce the noise bandwidth, and to reduce the signal-to-noise ratio of the input pilot symbol. A pre-filter (10) comprising a low pass filter for raising and outputting
상기 프리필터(10)로부터 출력되는 파일롯 심벌 신호를 이용하여 도플러주파수를 추정 측정하는 것으로써, 기존의 제로크로스율 또는 레벨크로스율 또는 코바리언스 등의 방식을 이용하는 도플러주파수추정기(20)로 이루어지는 구성이다. By estimating and measuring the Doppler frequency by using a pilot symbol signal output from the prefilter 10, the Doppler frequency estimator 20 uses a conventional zero cross rate, level cross rate, or covariance method. Configuration.
이하, 상기와 같은 구성의 종래 기술에 의한 도플러주파수 추정장치를 첨부된 도1 및 도2를 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a Doppler frequency estimating apparatus according to the related art having the above configuration will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
이동통신 시스템은 수신되는 파일롯 심벌 신호를 이용하여 휴대단말기의 이동속도를 추정 측정할 수 있으며, 상기 이동속도 추정에는 도플러효과를 이용하는 도플러주파수추정기(20)를 사용한다. The mobile communication system can estimate and measure the moving speed of the mobile terminal using the received pilot symbol signal, and the Doppler frequency estimator 20 using the Doppler effect is used for estimating the moving speed.
상기와 같이 도플러주파수 추정기(20)에서 이동속도를 추정하여 측정하는 방식에는 제로크로스율, 레벨크로스율, 코바리언스 등의 방식이 있으며, 상기 각각의 방식은 도플러주파수를 추정하기 위한 신호를 검출하는 방식에 차이가 있으나 잡음신호에 의해 추정치가 왜곡되어 바이어스가 생기는 정도는 동일하며 도플러주파수 추정치 대 실제 도플러주파수의 비율은 다음식과 같다. As described above, a method of estimating and measuring the moving speed in the Doppler frequency estimator 20 includes a zero cross rate, a level cross rate, a covariance, and the like, and each of the methods detects a signal for estimating the Doppler frequency. There is a difference in the method, but the degree of bias caused by the distortion of the estimate due to the noise signal is the same, and the ratio of the Doppler frequency estimate to the actual Doppler frequency is as follows.
~fd : 도플러주파수 추정치 ~ Fd: Doppler frequency estimates
fd : 실제 도플러주파수fd: the actual Doppler frequency
SNR : 파일롯 심벌의 신호대잡음비SNR: Signal-to-Noise Ratio of Pilot Symbol
B : 잡음신호의 대역폭B: bandwidth of noise signal
상기와 같은 수학식을 검토하면, 신호대잡음비가 낮을수록 그리고, 도플러주파수에 비하여 잡음신호의 대역폭이 클수록 추정값의 바이어스가 커지게 되고, 이상적인 것으로써 신호대잡음비가 무한대이면 바이어스가 없게 되며 잡음신호는 백색잡음을 표현한다. Examining the above equation, the lower the signal-to-noise ratio, and the larger the bandwidth of the noise signal compared to the Doppler frequency, the larger the bias of the estimated value. Express noise.
상기와 같은 바이어스를 줄이기 위하여, 즉, 1에 가까운 값으로 산출되도록 하기 위하여, 종래 기술에서는, 추정하여 측정하고자 하는 도플러주파수의 최대 기대값에 맞추어 차단주파수를 설정한 저역통과필터인 프리필터(10)를 사용하여 상기 입력되는 파일롯 심벌 신호를 여파 또는 필터링한다. In order to reduce the bias as described above, that is, to be calculated to a value close to 1, in the prior art, the pre-filter (10) is a low pass filter in which the cutoff frequency is set in accordance with the maximum expected value of the Doppler frequency to be estimated and measured. ) Filter or filter the input pilot symbol signal.
상기와 같이 프리필터(10)에 의하여 필터링된 파일롯 심벌 신호는, 신호대잡음비를 높이고, 잡음신호의 전력을 스펙트럼 상에서 낮은 주파수 대역에 분포되도록 하여 잡음신호의 대역폭(B)을 줄이게 되므로 추정치의 바이어스를 줄이게 된다. As described above, the pilot symbol signal filtered by the prefilter 10 increases the signal-to-noise ratio and distributes the power of the noise signal in a low frequency band on the spectrum, thereby reducing the bandwidth (B) of the noise signal. Will be reduced.
상기와 같은 종래 기술은 다음과 같은 자료 등에 상세히 설명되어 있다.The prior art as described above is described in detail in the following materials.
자료1 : MARK D. AUSTIN AND GORDON, "VELOCITY ADAPTIVE HANDOFF ALGORITHMS FOR MICROCELLULAR SYSTEMS," IEEE TRANS. VEH. TECHNOL., VOL.43, PP.549-561, AUGUST, 1994. Source 1: MARK D. AUSTIN AND GORDON, "VELOCITY ADAPTIVE HANDOFF ALGORITHMS FOR MICROCELLULAR SYSTEMS," IEEE TRANS. VEH. TECHNOL., VOL. 43, PP. 549-561, AUGUST, 1994.
자료2 : A. SAMPATH AND J.M.HOLTZMAN, "ESTIMATION OF MAXIMUM DOPPLER FREQUENCY FOR HANDOFF DECISIONS, "IN CONF. REC., 1993 IEEE VEH. TECHNOL. CONF., PP859-862.Source 2: A. SAMPATH AND J.M.HOLTZMAN, "ESTIMATION OF MAXIMUM DOPPLER FREQUENCY FOR HANDOFF DECISIONS," IN CONF. REC., 1993 IEEE VEH. TECHNOL. CONF., PP859-862.
자료3 : 3GPP TS 25.211(V3.4.0:2000-09):(FDD)3: 3GPP TS 25.211 (V3.4.0: 2000-09) :( FDD)
따라서, 상기와 같은 구성의 종래 기술은, 수신되는 파일롯 심벌의 신호대잡음비를 향상시키고 잡음 전력을 스펙트럼 상에서 낮은 주파수 대역에 분포하게 하므로써, 잡음신호의 대역폭을 줄이는 효과가 있다. Therefore, the prior art of the above configuration has the effect of reducing the bandwidth of the noise signal by improving the signal-to-noise ratio of the received pilot symbol and distributing the noise power in a low frequency band on the spectrum.
상기와 같은 종래 구성의 추정속도와 실제속도의 대비 그리고 추정속도 표준편차의 결과는 첨부된 도2에 상세히 도시되어 있다, The comparison between the estimated speed and the actual speed and the estimated speed standard deviation of the conventional configuration are shown in detail in FIG.
상기 도2를 참조하면, 시뮬레이션 실험 예에 의한 것으로써, 신호대잡음비가 이상적으로 무한대인 경우, 즉, 백색잡음이 0의 값을 나타내는 경우, 휴대단말기의 실제 이동속도와 추정되는 속도의 값이 일치하는 것을 알 수 있으며, 신호대잡음비가 6 dB 인 경우, * 로 표시하고, 3 dB 인 경우 △으로써 표시하며, 0 dB 인 경우 x로써 표시하고, 잡음이 없는 경우를 o 으로 표시한다. Referring to FIG. 2, according to the simulation experiment, when the signal-to-noise ratio is ideally infinity, that is, when the white noise indicates a value of zero, the actual moving speed of the mobile terminal and the estimated speed coincide with each other. If the signal to noise ratio is 6 dB, it is indicated by *, 3 dB by △, 0 dB by x, and no noise by o.
또한, 추정속도의 표준편차도 신호대잡음비가 높을수록 낮은 것을 보여준다. Also, the standard deviation of the estimated speed is lower as the signal-to-noise ratio is higher.
상기와 같은 시뮬레이션 실험 예에 의하면, 신호대잡음비가 높을수록 추정 측정되는 이동속도의 값이 실제 속도값에 근사하게 측정되는 것을 알 수 있으며, 상기의 신호대잡음비를 높이기 위하여서는, 상기 프리필터(10)의 저역통과특성, 즉 고주파 차단특성을 더욱 좋게 설계하여야 된다. According to the simulation example as described above, it can be seen that the higher the signal-to-noise ratio is, the value of the estimated moving speed is measured to be closer to the actual speed value. In order to increase the signal-to-noise ratio, the prefilter 10 The low pass characteristics of, i.e. the high frequency cut-off characteristics, should be better designed.
그러나, 상기 잡음신호 또는 백색잡음 신호를 차단하고 대역폭(B)을 줄이어 불필요한 바이어스를 줄이기 위하여서는, 프리필터(10)의 디지털 연산이 많이 요구되므로, 하드웨어 및 소프트웨어 적으로 매우 복잡한 형태 및 구조가 되는 동시에 가격이 비싸지는 등의 문제가 있다. However, in order to block the noise signal or the white noise signal and to reduce unnecessary bias by reducing the bandwidth B, a lot of digital operations of the prefilter 10 are required. At the same time, the price is expensive.
본 발명은, 수신 파일롯 심벌 신호의 신호대잡음비를 이용하여 잡음에 의한 바이어스를 줄이므로 휴대단말기의 정확한 이동속도를 추정하는 것으로, 특히, 휴대단말기가 저속이동하는 경우의 이동속도를 정확하게 추정 측정하는 이동통신 시스템의 도플러주파수 추정장치를 제공하는 것이 그 목적이다. The present invention estimates the accurate moving speed of the mobile terminal because the bias due to noise is reduced by using the signal-to-noise ratio of the received pilot symbol signal. In particular, the mobile terminal accurately estimates the moving speed when the mobile terminal moves at low speed. It is an object of the present invention to provide a Doppler frequency estimating apparatus for a communication system.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 수신되는 파일롯 심벌 신호를 입력하여 도플러주파수를 추정하는 도플러주파수 추정기와; 상기 파일롯 심벌 신호를 입력 처리하여 신호대잡음비를 추정하는 신호대잡음비 추정기와; 상기 도플러주파수 추정기로부터 인가되는 추정 도플러주파수 신호와 상기 신호대잡음비 추정기로부터 인가되는 신호대잡음비 신호를 소정 함수 처리하여 잡음에 의한 바이어스를 제거하는 바이어스제거부로 이루어지는 특징이 있다. The present invention has been made in order to achieve the above object, a Doppler frequency estimator for estimating the Doppler frequency by inputting a received pilot symbol signal; A signal-to-noise ratio estimator for inputting and processing the pilot symbol signal; And a bias removal unit for removing a bias caused by noise by processing a predetermined Doppler frequency signal applied from the Doppler frequency estimator and a signal-to-noise ratio signal applied from the signal-to-noise ratio estimator.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 수신되는 파일롯 심벌 신호를 입력하고 설정된 비율로 다운샘플링하여 출력하는 다운샘플러와; 상기 다운샘플러의 신호를 입력하여 도플러주파수를 추정하는 도플러주파수 추정기와; 상기 파일롯 심벌 신호를 입력 처리하여 신호대잡음비를 추정하는 신호대잡음비 추정기와; 상기 도플러주파수 추정기로부터 인가되는 추정 도플러주파수 신호와 상기 신호대잡음비 추정기로부터 인가되는 신호대잡음비 신호를 각각 입력하고 소정 함수 처리하여 잡음에 의한 바이어스를 제거하는 바이어스제거부로 이루어지는 특징이 있다. In addition, the present invention has been made in order to achieve the above object, the downsampler for inputting the received pilot symbol signal and downsampling at a set ratio; A Doppler frequency estimator for inputting a signal of the downsampler to estimate a Doppler frequency; A signal-to-noise ratio estimator for inputting and processing the pilot symbol signal; And a bias removing unit for inputting an estimated Doppler frequency signal applied from the Doppler frequency estimator and a signal-to-noise ratio signal applied from the signal-to-noise ratio estimator, respectively, and processing a predetermined function to remove bias caused by noise.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 수신되는 파일롯 심벌 신호의 잡음신호를 차단하여 대역폭을 줄이는 프리필터와; 상기 프리필터의 신호를 입력하고 설정된 비율로 다운샘플링하여 출력하는 다운샘플러와; 상기 다운샘플러의 신호를 입력하여 도플러주파수를 추정하는 도플러주파수 추정기와; 상기 프리필터의 신호를 입력 처리하여 신호대잡음비를 추정하는 신호대잡음비 추정기와; 상기 도플러주파수 추정기로부터 인가되는 추정 도플러주파수 신호와 상기 신호대잡음비 추정기로부터 인가되는 신호대잡음비 신호를 각각 입력하고 소정 함수 처리하여 잡음에 의한 바이어스를 제거하는 바이어스제거부로 이루어지는 특징이 있다. In addition, the present invention has been made in order to achieve the above object, the pre-filter to block the noise signal of the received pilot symbol signal to reduce the bandwidth; A downsampler for inputting the signal of the prefilter and downsampling at a predetermined ratio to output the sample; A Doppler frequency estimator for inputting a signal of the downsampler to estimate a Doppler frequency; A signal-to-noise ratio estimator for inputting and processing a signal of the prefilter; And a bias removing unit for inputting an estimated Doppler frequency signal applied from the Doppler frequency estimator and a signal-to-noise ratio signal applied from the signal-to-noise ratio estimator, respectively, and processing a predetermined function to remove bias caused by noise.
이하 본 발명에 의한 이동통신 시스템의 도플러주파수 추정장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, an apparatus for estimating Doppler frequency of a mobile communication system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 이동통신 시스템의 도플러주파수 추정장치 기능 구성도 이고, 도4 는 본 발명의 다른 일 실시 예에 의한 이동통신 시스템의 도플러주파수 추정장치 기능 구성도 이며, 도5 는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 의한 이동통신 시스템의 도플러주파수 추정장치 기능 구성도 이고, 도6 은 본 발명 다른 일 실시 예에 의한 평균 추정속도비율과 추정속도 표준편차 시뮬레이션 결과도 이다. 3 is a functional configuration diagram of a Doppler frequency estimating apparatus of a mobile communication system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram of a mobile communication system according to another embodiment of the present invention. 5 is a functional diagram of a Doppler frequency estimating apparatus, and FIG. 5 is a functional diagram of a Doppler frequency estimating apparatus of a mobile communication system according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an average estimated speed ratio according to another embodiment of the present invention. And the standard deviation simulation results for the estimated speed.
상기 도3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로, 이동통신 시스템의 도플러주파수 추정장치를 설명하면, Referring to FIG. 3, according to an embodiment of the present invention, a Doppler frequency estimating apparatus of a mobile communication system will be described.
수신되는 파일롯 심벌 신호를 입력하여 제로크로스율 또는 레벨크로스율 또는 코바리언스 등의 방식으로 도플러주파수를 추정 측정하는 도플러주파수 추정기(100)와, A Doppler frequency estimator 100 which inputs a received pilot symbol signal and estimates the Doppler frequency by a method such as a zero cross rate or a level cross rate or a covariance;
상기 입력되는 파일롯 심벌 신호를 처리하여 신호대잡음비를 추정 측정하는 신호대잡음비 추정기(110)와, A signal-to-noise ratio estimator (110) for estimating and measuring a signal-to-noise ratio by processing the input pilot symbol signal;
상기 도플러주파수 추정기(100)로부터 인가되는 추정 도플러주파수 신호와 상기 신호대잡음비 추정기(110)로부터 인가되는 신호대잡음비 신호를 각각 입력하고 설정된 소정의 함수로 연산 처리하여 잡음에 의한 바이어스를 제거하는 바이어스제거부(120)로 이루어진 구성이다. A bias removal unit for inputting an estimated Doppler frequency signal applied from the Doppler frequency estimator 100 and a signal-to-noise ratio signal applied from the signal-to-noise ratio estimator 110 and calculating a predetermined function to remove bias due to noise It is a configuration consisting of 120.
또한, 상기 도4 를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의한 것으로, 상기 도3의 구성에서 입력되는 파일롯 심벌 신호를 소정 비율로 다운샘플링하여 상기 도플러주파수 추정기(100)에 출력하는 다운샘플러(130)가 더 추가된 구성이다. In addition, referring to FIG. 4, according to another embodiment of the present disclosure, a downsampler outputting the pilot symbol signal input in the configuration of FIG. 3 to a predetermined ratio by downsampling the pilot symbol signal is output to the Doppler frequency estimator 100. 130 is an additional configuration.
또한, 상기 도5 를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 의한 것으로, 상기 도4의 구성에서 입력되는 파일롯 심벌 신호의 고주파성 잡음신호를 차단한 후에 상기 다운 샘플러(130)에 출력하는 프리필터(140)가 더 추가된 구성이다. In addition, referring to FIG. 5, according to another embodiment of the present invention, the high frequency noise signal of the pilot symbol signal input in the configuration of FIG. 4 is cut off and then output to the down sampler 130. The prefilter 140 is further added.
이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 파일롯 심벌 신호대잡음비의 도플러주파수 추정장치를 첨부된 도3 내지 도6을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a Doppler frequency estimating apparatus for a pilot symbol signal-to-noise ratio according to the present invention having the above configuration will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6.
본 발명은, 이동통신 시스템에서 파일롯 심벌을 이용하여 도플러주파수를 추정 측정하는 경우, 잡음에 의하여 발생하는 바이어스를 줄이는 것에 관한 것으로, 백색잡음신호에 의해 발생하는 도플러주파수 추정치의 바이어스가 파일롯 심벌의 신호대잡음비에 대한 함수임을 이용하여, 별도로 신호대잡음비를 측정하고 해당 함수 처리하여 바이어스를 효과적으로 제거하는 것에 관한 것이다. The present invention relates to reducing a bias generated by noise when estimating Doppler frequency using a pilot symbol in a mobile communication system, wherein the bias of the Doppler frequency estimate generated by a white noise signal is equal to the signal of the pilot symbol. By using the function of the noise ratio, the signal-to-noise ratio is measured separately and the function is processed to effectively remove the bias.
본 발명의 일 실시 예를, 상기 도3을 참조하여 설명하면, 수신된 파일롯 심벌 신호를 상기 도플러주파수 추정기(100)에서 입력하여 레벨크로스율 또는 제로크로스율 또는 코바리언스 방식으로 처리하여 도플러주파수를 추정 측정하고, 상기와 같이 추정 측정된 도플러주파수를 바이어스제거부(120)에 출력한다. An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. The received pilot symbol signal is input from the Doppler frequency estimator 100 to process the Doppler frequency by processing in a level cross rate or a zero cross rate or a covariance method. Estimate and measure the estimated Doppler frequency as described above to the bias remover 120.
또한, 상기와 같이 입력되는 파일롯 심벌 신호는 신호대잡음비 추정기(110)에 인가되어 신호대잡음비가 추정되고 상기 바이어스제거부(120)에 인가된다. In addition, the pilot symbol signal input as described above is applied to the signal-to-noise ratio estimator 110 to estimate the signal-to-noise ratio and is applied to the bias remover 120.
상기 바이어스제거부(120)는 상기 도플러주파수추정기(100)로부터 인가된 추정 도플러주파수와 상기 신호대잡음비 추정기(110)로부터 인가되는 신호대잡음비를 다음 식과 같이 함수 처리하여 최종 추정된 도플러주파수를 출력한다. The bias remover 120 processes the estimated Doppler frequency applied from the Doppler frequency estimator 100 and the signal-to-noise ratio applied from the signal-to-noise ratio estimator 110 as follows, and outputs the final estimated Doppler frequency.
^fd : 추정 도플러주파수 ^ fd: estimated Doppler frequency
fd : 최종 추정 도플러주파수fd: final estimated Doppler frequency
SNR : 신호대잡음비SNR: Signal to Noise Ratio
B : 잡음의 대역폭 B: noise bandwidth
상기 식2는 상기 식1의 역함수이고, 추정 도플러주파수와 신호대잡음비를 구하면, 최종 추정 도플러주파수를 구할 수 있으므로, 상기 도플러주파수 추정기(100)로부터 인가되는 추정 도플러주파수와 상기 신호대잡음비 추정기(110)로부터 인가되는 신호대잡음비를 상기 바이어스제거부(120)에서 상기 식2와 같이 함수 처리하므로써, 잡음에 의하여 생성되는 바이어스를 줄이게된다. Equation 2 is an inverse function of Equation 1, and when the estimated Doppler frequency and the signal-to-noise ratio are obtained, the final estimated Doppler frequency can be obtained. Thus, the estimated Doppler frequency and the signal-to-noise ratio estimator 110 are applied. By processing the signal-to-noise ratio applied from the bias removal unit 120 as shown in Equation 2, the bias generated by the noise is reduced.
또한, 상기 식2 에서 B 는 잡음신호의 대역폭을 나타내는 것이고, 상기 잡음신호의 대역폭을 줄이기 위한 본 발명의 다른 일 예는, 입력되는 파일롯 심벌신호를 다운샘플링하는 것이다. In addition, in Equation 2, B represents the bandwidth of the noise signal, and another example of the present invention for reducing the bandwidth of the noise signal is to downsample an input pilot symbol signal.
상기 도4는, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의한 것으로, 상기 도3의 구성에 다운샘플러(130)를 더 추가 구성한 것이고, 상기 다운샘플러(130)가 파일롯 심벌신호를 샘플링하는 주파수의 샘플링 율은 도플러주파수의 최대 기댓값에 비례하여 설정되는 동시에, 도플러주파수추정기(100)의 파일롯 심벌 판단기준 운용방식 차이에 의하여, 즉, 제로크로스율 방식, 레벨크로스율 방식, 코바리언스 방식 등에 의하여 차이가 있으며, 일 실험 예에 의하여 다음 표와 같은 샘플링 율을 적용하는 경우에 최적의 결과를 얻을 수 있다. FIG. 4 is a further embodiment of the present invention, and further includes a downsampler 130 in addition to the configuration of FIG. 3, and a sampling rate of a frequency at which the downsampler 130 samples a pilot symbol signal. Is set in proportion to the maximum expected value of the Doppler frequency, and is different depending on the pilot symbol judgment standard operating method of the Doppler frequency estimator 100, that is, the zero cross rate method, the level cross rate method, or the covariance method. According to one experimental example, an optimal result can be obtained when the sampling rate shown in the following table is applied.
상기 다운 샘플러(130)를 사용하는 경우, 입력되는 파일롯 심벌 신호의 신호대잡음비(SNR)를 줄이지는 못하지만, 잡음 대역폭(B)을 낮추게 되는 장점이 있다. When the down sampler 130 is used, it does not reduce the signal-to-noise ratio (SNR) of the input pilot symbol signal, but has an advantage of lowering the noise bandwidth (B).
또한, 상기 도5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예로써, 신호대잡음비(SNR)와 잡음 대역폭(B)을 동시에 낮추는 프리필터(140)와 다운샘플러(130)를 추가 구성하는 것이다. In addition, FIG. 5 is a further embodiment of the present invention, in which a prefilter 140 and a downsampler 130 for simultaneously lowering the signal-to-noise ratio (SNR) and the noise bandwidth (B) are additionally configured.
상기 프리필터(140)는 저역통과필터로써, 차단주파수는 추정하고자 하는 도플러주파수의 최대 기댓값에 맞추어 구성하는 것이며, 상기 프리필터(140)를 통과하는 잡음신호의 파워스펙트럼 모양은 고주파 대역이 차단된 스펙트럼의 모양으로 바뀌므로, 잡음신호가 백색잡음이 되지 못하는 문제가 있다. The prefilter 140 is a low pass filter, the cutoff frequency is configured according to the maximum expected value of the Doppler frequency to be estimated, the power spectrum shape of the noise signal passing through the prefilter 140 is cut off the high frequency band Since the shape of the spectrum is changed, there is a problem that the noise signal does not become white noise.
즉, 상기 식1은 잡음 신호를 백색잡음 신호로 가정하고 있으며, 상기 식1로부터 유도된 식2를 적용하는 본 발명의 경우에도 잡음신호가 백색잡음 신호이어야 하므로, 상기 도3에 프리필터(140)만을 추가한 구성은 사용하지 못하며, 상기 도5와 같이 프리필터(140)와 다운샘플러(130)를 함께 사용하는 구성에서는 경우에는 가능하다. That is, Equation 1 assumes that the noise signal is a white noise signal, and in the case of applying the Equation 2 derived from Equation 1, the noise signal should be a white noise signal. ) Is not available, and in the case of using the prefilter 140 and the downsampler 130 together as shown in FIG.
다만, 상기 프리필터(140)가 레이즈드 코사인 방식의 필터로 이루어지는 경우, 다운샘플러(130)를 통하여 잡음의 파워 스펙트럼을 주파수 대역에 균일하게 분포하는 백색잡음으로 만들 수 있으나, 상기 프리필터(140)를 이동평균필터와 같은 간단한 구성의 필터로 이루어져 사용할 수 없으므로, 연산량이 많은 복잡한 구조를 가지게 된다. However, when the prefilter 140 is a filter of a raised cosine type, the pre-filter 140 may be made into a white noise uniformly distributed in a frequency band through a downsampler 130. ) Cannot be used because it consists of a simple filter such as a moving average filter, and thus has a complicated structure with a large amount of computation.
따라서, 상기 첨부된 도4와 같이 다운샘플러(130)를 사용하는 구성이 가격, 구성 및 성능 측면에서 가장 효율적인 구조이다. Therefore, the configuration using the downsampler 130 as shown in FIG. 4 is the most efficient structure in terms of price, configuration and performance.
상기 본 발명의 다른 일 실시 예에 의한 도4의 구성을, 3GPP 시스템의 물리채널에 적용했을 경우의, 측정된 신호대잡음비가 정확하다는 가정에서의 시뮬레이션된 결과를 첨부된 도6에 도시하였다. 4 shows a simulation result in the assumption that the measured signal-to-noise ratio is accurate when the configuration of FIG. 4 according to another embodiment of the present invention is applied to a physical channel of a 3GPP system.
상기 도6을 참조하면, 잡음에 의한 바이어스가 많이 제거되었음을 보여주고 있으나, 상기 식2에 표시되어 있듯이 fd의 분산은 ^fd의 분산보다 (SNR+1)/SNR 배 증가되며, 상기 도6의 하단에 분산이 증가되어 도시된 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6, although the bias caused by noise is removed, the dispersion of fd is increased by (SNR + 1) / SNR times than the dispersion of ^ fd, as shown in Equation 2 above. It can be seen that the variance is increased at the bottom.
따라서, 상기와 같은 본 발명은 잡음에 의한 바이어스를 대폭 줄일 수 있으나 표준편차가 증가하고, 표준편차는 도플러주파수를 추정하는 주기가 길수록 감소하므로, 도플러주파수의 추정주기를 길게 하는 경우는 적절한 수준의 표준편차와 잡음에 의한 바이어스가 크게 제거된 도플러주파수를 추정 측정하는 장점이 있다. Accordingly, the present invention as described above can significantly reduce the bias caused by noise, but the standard deviation increases, and the standard deviation decreases as the period for estimating the Doppler frequency increases, so that the estimation period of the Doppler frequency is increased to an appropriate level. It has the advantage of estimating the Doppler frequency where the bias due to standard deviation and noise is largely removed.
상기와 같은 구성의 본 발명은, 신호대잡음비를 이용하여 잡음신호에 의한 도플러주파수 추정치의 바이어스를 크게 줄이므로 저속으로 이동하는 휴대단말기의 이동속도를 정확하게 추정 측정하는 산업적 이용효과가 있다. The present invention having the above-described configuration greatly reduces the bias of the Doppler frequency estimate due to the noise signal by using the signal-to-noise ratio, and thus has an industrial use effect of accurately estimating the moving speed of the mobile terminal moving at a low speed.
또한, 휴대단말기의 저속 이동속도를 정확하게 추정하므로, 이동통신 시스템의 기능을 정확하게 제어하여 신뢰도를 제고하는 사용상 편리한 효과가 있다. In addition, since the low speed moving speed of the mobile terminal is accurately estimated, there is a convenient effect of using the mobile communication system to accurately control the function to improve the reliability.
도1 은 종래 기술에 의한 도플러주파수 추정장치의 기능 구성도 이고, 1 is a functional configuration diagram of a Doppler frequency estimating apparatus according to the prior art,
도2 는 종래 기술에 의한 도플러주파수 추정장치의 평균 추정속도비율과 추정속도 표준편차 시뮬레이션 결과도 이며, 2 is a simulation result of the average estimated speed ratio and estimated speed standard deviation of the conventional Doppler frequency estimating apparatus.
도3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 이동통신 시스템의 도플러주파수 추정장치 기능 구성도 이고, 3 is a functional configuration diagram of a Doppler frequency estimating apparatus of a mobile communication system according to an embodiment of the present invention;
도4 는 본 발명의 다른 일 실시 예에 의한 이동통신 시스템의 도플러주파수 추정장치 기능 구성도 이며, 4 is a functional configuration diagram of a Doppler frequency estimating apparatus of a mobile communication system according to another embodiment of the present invention.
도5 는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 의한 이동통신 시스템의 도플러주파수 추정장치 기능 구성도 이고, 5 is a functional configuration diagram of a Doppler frequency estimating apparatus of a mobile communication system according to another embodiment of the present invention;
도6 은 본 발명 다른 일 실시 예에 의한 평균 추정속도비율과 추정속도 표준편차 시뮬레이션 결과도 이다. 6 is a simulation result of the average estimated speed ratio and estimated speed standard deviation according to another embodiment of the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ** ** Explanation of symbols on the main parts of the drawing **
10,140 : 프리필터 20,100 : 도플러주파수 추정기10,140: prefilter 20,100: Doppler frequency estimator
110 : 신호대잡음비 추정기 120 : 바이어스제거부110: signal to noise ratio estimator 120: bias remover
130 : 다운샘플러 130: downsampler
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