KR100577185B1

KR100577185B1 - Method for estimating doppler frequency

Info

Publication number: KR100577185B1
Application number: KR1020030000401A
Authority: KR
Inventors: 한규진
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-01-04
Filing date: 2003-01-04
Publication date: 2006-05-10
Also published as: KR20040063005A

Abstract

본 발명은 수신된 위상 변조 신호의 평균 위상차 값을 구하는 단계와, 상기 평균 위상차 값의 근사값을 구하는 단계와, 상기 근사값으로부터 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하여 이루어지는 도플러 주파수 추정 방법에 관한 것으로, 파일럿 신호를 이용하지 않는 논코히어런트 DPSK수신 신호로부터 위상정보를 추출하여 논코히어런트 DPSK 또는 BPSK 방식을 사용하는 CDMA시스템에서도 폐루프 전력 제어의 영향을 받지 않는 위상정보를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정할 수 있게 된다. The present invention relates to a method of estimating a Doppler frequency comprising calculating an average phase difference value of a received phase modulated signal, calculating an approximation of the average phase difference value, and estimating a Doppler frequency from the approximation value. Phase information is extracted from non-coherent DPSK signals that do not use signals, and the maximum Doppler frequency can be estimated using phase information that is not affected by closed-loop power control even in CDMA systems using non-coherent DPSK or BPSK schemes. It becomes possible.

도플러 주파수 추정Doppler Frequency Estimation

Description

Method for estimating Doppler frequency {Method for estimating doppler frequency}

도 1은 본 발명에 따른 도플러 주파수 추정 방법을 설명하기 위한 차동위상편이 변조된 신호의 송신측에서의 성상도를 나타낸 도면BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing the constellation at the transmitting side of a differential phase-modulated signal for explaining the Doppler frequency estimation method according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 도플러 주파수 추정 방법을 설명하기 위한 연속된 두 슬롯 구간동안 무선채널을 통과한 수신 신호의 복소 좌표계에서의 성상도를 나타낸 도면 2 is a diagram illustrating a constellation in a complex coordinate system of a received signal passing through a wireless channel during two consecutive slot periods for explaining the Doppler frequency estimation method according to the present invention.

본 발명은 최대 도플러 주파수 추정에 관한 것으로, 특히 위상변조방식으로 변조된 수신 신호의 위상 정보로부터 도플러 주파수를 추정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to maximum Doppler frequency estimation, and more particularly, to a method of estimating Doppler frequency from phase information of a received signal modulated by a phase modulation method.

음성 통신으로 대변되던 2세대 무선통신 서비스를 넘어 최근에 3세대로 넘어가면서 무선 데이터 통신의 수요와 관심이 폭발적으로 증가되고 있다. Beyond the 2nd generation wireless communication service represented by voice communication, and the 3rd generation recently, the demand and interest of wireless data communication is exploding.

특히 휴대폰으로 제공받을 수 있는 컨텐츠 개발이 가속화되면서 서비스되는 무선 데이터의 양도 비약적으로 증가하였다. 하지만 고속 데이터 서비스 수요의 증가는 한정된 주파수 자원의 고갈로 이어졌고 그만큼 주파수 자원의 효율적 사용 이 점점 중요하게 된 것이다.In particular, as the development of contents that can be provided by mobile phones has accelerated, the amount of wireless data service has increased dramatically. However, the increase in demand for high-speed data services has resulted in the depletion of limited frequency resources, and the efficient use of frequency resources has become increasingly important.

최근까지 주파수 자원의 효율적 사용을 위한 많은 방법들이 제안되었으나 대부분 방법들이 무선 채널 정보의 가능한 한 정확한 추정을 근거로 하고 있다. Until recently, many methods for the efficient use of frequency resources have been proposed, but most of them are based on the most accurate estimation of radio channel information.

이를 위해 중요한 무선 채널 정보로는 자기 신호의 왜곡 정도, 간섭 신호의 세기, 수신 신호의 위상 정보, 최대 도플러 주파수 등이 있다.Important radio channel information for this purpose is the degree of distortion of the magnetic signal, the strength of the interference signal, the phase information of the received signal, the maximum Doppler frequency.

이 중에서 특히 최대 도플러 주파수는 수신기의 성능 향상에 매우 큰 도움을 주는 정보이다. 따라서 지금까지 최대 도플러 주파수를 추정하는 많은 알고리즘이 제안되었으며, 대부분 수신 신호 전력의 세기를 측정하여 그 확률 분포로부터 최대 도플러 주파수를 추정하는 방식이었다. Among these, the maximum Doppler frequency is very helpful for improving the performance of the receiver. Therefore, many algorithms for estimating the maximum Doppler frequency have been proposed so far, and most of them have been the method of estimating the maximum Doppler frequency from the probability distribution by measuring the strength of the received signal power.

단말기에서 송신된 신호가 s(t)일 때 이 신호는 무선 채널 환경에서 크기(a,0<a<1)와 위상(e^jΦ)에서 왜곡을 경험하게 되며 수신기에서 열잡음 n(t)가 더해져서, 수신 신호 r(t)은 식1과 같이 나타나게 된다.When the signal transmitted from the terminal is s (t), this signal experiences distortion in magnitude (a, 0 <a <1) and phase (e ^jΦ ) in the radio channel environment, and the thermal noise n (t) at the receiver is further increased. Thus, the received signal r (t) is represented by Equation 1.

r(t)=ae^jΦs(t)n(t)r (t) = ae ^jΦ s (t) n (t)

이때, s(t)를 파일럿 신호를 전송하지 않는 논코히어런트 차동위상편이방식(Differential Phase Shift Keying : 이하 DPSK라 약칭 함)을 사용하는 신호라고 하면, 데이터 전송을 위해 송신단에서 이미 위상 변조된 신호만 전송되고 파일럿 신호는 전송되지 않는다.In this case, if s (t) is a signal using a non-coherent differential phase shift method (hereinafter, abbreviated as DPSK) that does not transmit a pilot signal, a signal that is already phase-modulated at the transmitter for data transmission Only transmitted and no pilot signal.

따라서 논코히어런트 DPSK 방식을 사용하는 시스템은 수신 신호 전력의 변이 를 이용하는 방식을 통해서만 최대 도플러 주파수를 추정가능하며, 빠른 폐루프 전력제어를 수행하는 CDMA시스템에서는 그 정확도가 매우 떨어지는 문제점이 있었다.Therefore, the system using the non-coherent DPSK method can estimate the maximum Doppler frequency only by using the variation of the received signal power, and the CDMA system which performs the fast closed loop power control has a problem of very low accuracy.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 가장 중요한 채널 정보 중의 하나인 최대 도플러 주파수와 수신된 신호의 위상 변화 정보가 관련이 있음을 이용하여, 위상변조된 수신 신호의 위상 정보로부터 최대 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is based on the fact that the maximum Doppler frequency, which is one of the most important channel information, and the phase change information of the received signal are related, It is to provide a Doppler frequency estimation method for estimating the maximum Doppler frequency from the phase information.

삭제delete

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도플러 주파수 추정 방법은 수신된 위상 변조 신호의 평균 위상차 값을 구하는 단계와, 상기 평균 위상차 값의 근사값을 구하는 단계와, 상기 근사값으로부터 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 도플러 주파수 추정 방법은 수신된 DPSK(Differential Phase Shift Keying) 신호의 슬롯에 속한 위상샘플들의 평균 위상을 구하는 단계와, 상기 위상 샘플 중에서 연속되는 슬롯들간 위상샘플들의 평균 위상차 값을 구하는 단계와, 상기 평균 위상차 값의 근사값을 구하는 단계와, 상기 근사값으로부터 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 도플러 주파수 추정 방법은 수신된 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 신호의 슬롯에 속한 위상샘플들의 평균 위상을 구하는 단계와, 상기 위상 샘플 중에서 연속되는 슬롯들간 위상샘플들의 평균 위상차 값을 구하는 단계와, 상기 평균 위상차 값의 근사값을 구하는 단계와, 상기 근사값으로부터 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 도플러 주파수 추정 방법을 설명하기 위한 차동위상편이 변조된 신호의 송신측에서의 성상도를 나타낸 도면In order to achieve the above object, a Doppler frequency estimating method includes obtaining an average phase difference value of a received phase modulated signal, obtaining an approximation of the average phase difference value, and estimating a Doppler frequency from the approximation value. It is made, including.
In addition, the method of estimating the Doppler frequency according to the present invention includes obtaining an average phase of phase samples belonging to a slot of a received differential phase shift keying (DPSK) signal, and calculating an average phase difference value of phase samples between consecutive slots among the phase samples. And obtaining an approximation of the average phase difference value, and estimating a Doppler frequency from the approximation value.
In addition, the method of estimating the Doppler frequency according to the present invention includes obtaining an average phase of phase samples belonging to a slot of a received binary phase shift keying (BPSK) signal, and calculating an average phase difference value of phase samples between consecutive slots among the phase samples. And obtaining an approximation of the average phase difference value, and estimating a Doppler frequency from the approximation value.
The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing the constellation at the transmitting side of a differential phase-modulated signal for explaining the Doppler frequency estimation method according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 도플러 주파수 추정 방법을 설명하기 위한 연속된 두 슬롯 구간동안 무선채널을 통과한 수신 신호의 복소 좌표계에서의 성상도를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating constellations in a complex coordinate system of a received signal passing through a wireless channel during two consecutive slot periods for explaining the Doppler frequency estimation method according to the present invention.

최대 도플러 주파수 정보는 파일럿 수신신호의 크기에 관한 확률 분포를 통하여 추정할 수 있을 뿐만 아니라 파일럿 수신신호의 위상에 관한 확률 분포와도 관련성을 가진다.The maximum Doppler frequency information can be estimated not only through the probability distribution regarding the magnitude of the pilot received signal but also related to the probability distribution regarding the phase of the pilot received signal.

폐루프 전력제어를 수행하는 CDMA시스템의 경우 위상정보를 이용한 최대 도플러 주파수 추정 방식이 바람직하지만, 이 방식은 파일럿 신호를 필요로 하며, 파일럿 신호를 이용하지 않는 논코히어런트 DPSK 방식의 시스템의 경우에는 위상정보를 이용하는 최대 도플러 주파수 추정 알고리즘을 활용할 수 없다. In the case of a CDMA system performing closed loop power control, a maximum Doppler frequency estimation method using phase information is preferable, but this method requires a pilot signal and a non-coherent DPSK system that does not use a pilot signal. Maximum Doppler frequency estimation algorithm using phase information cannot be utilized.

따라서 본 발명에서는 논코히어런트 DPSK변조된 수신 신호로부터 위상 정보를 얻고 이를 최대 도플러 주파수 추정 알고리즘에 이용할 수 있는 방법을 제안하며, 결국 파일럿을 사용하지 않는 논코히어런트 DPSK방식을 사용하는 시스템에서도 위상변이를 이용하는 최대 도플러 주파수 추정 방식이 사용될 수 있도록 하였다. Therefore, the present invention proposes a method for obtaining phase information from a non-coherent DPSK modulated signal and using the same for the maximum Doppler frequency estimation algorithm, and thus, even in a system using a non-coherent DPSK method without pilot, The maximum Doppler frequency estimation method can be used.

즉 파일럿 신호가 존재하는 경우에는 다음과 같이 도플러 주파수를 추정할 수 있다.That is, when a pilot signal is present, the Doppler frequency can be estimated as follows.

우선, 복조 된 파일럿 신호로부터 τ의 시간 주기를 가지는 슬롯마다 평균 위상 정보(··, φ_i-1, φ_i,··)를 측정한 후 연속된 두 샘플들의 위상차

를 다음의 수식으로 계산한다. First, the average phase information (·, φ _i-1 , φ _i, ...) is measured for each slot having a time period of τ from the demodulated pilot signal, and then the phase difference of two consecutive samples is measured.

Is calculated by the following formula.

그 다음, 위상차

의 절대값의 평균인

다음 식3과 같이 표시할 수 있다.Then, phase difference

Is the average of the absolute values of

It can be expressed as Equation 3 below.

위의 수학식 3으로부터 위상차

의 절대값의 평균인

는 최대 도플러 주파수 f_D와 직접적인 관계가 있으며, 다음 수식과 같이 N개의 위상 샘플로부터 그 위 상차의 절대값의 평균을 구하는 방식으로

의 근사값 Z을 구한다.Phase difference from Equation 3 above

Is the average of the absolute values of

Is directly related to the maximum Doppler frequency f _D and is obtained by averaging the absolute value of the phase difference from N phase samples as

Find the approximate value of Z.

마지막으로, 최대 도플러 주파수,

와 Z와의 관계식인 식 5를 통해 Z로부터 최대 도플러 주파수를 추정한다.Finally, the maximum Doppler frequency,

Equation 5, which is the relation between and Z, estimates the maximum Doppler frequency from Z.

하지만 논코히어런트 DPSK 시스템의 경우는 수신된 신호로부터 직접적으로 식4의

를 구해낼 수 있는 방법이 없다. However, for non-coherent DPSK systems, Equation 4 can be used directly from the received signal.

There is no way to save.

논코히어런트 DPSK신호는 이진 데이터 신호인 0을 보낼 때는 위상 변이 없이 보내고, 1을 보낼 때는 180도의 위상변이를 주는 방법으로 데이터 변조하여 송신하게 된다. The non-coherent DPSK signal is transmitted without phase shift when 0 is transmitted as a binary data signal, and is modulated and transmitted with 180 degree phase shift when 1 is transmitted.

DPSK 변조된 신호의 송신측에서의 성상도는 도 1과 같으며, 연속되는 두 슬롯구간 동안 무선 채널을 통과한 수신 신호의 복소 좌표계에서의 성상도의 한 예는 도 2에 나타나 있다. The constellation at the transmitting side of the DPSK modulated signal is shown in FIG. 1, and an example of the constellation in the complex coordinate system of the received signal passing through the radio channel during two consecutive slot sections is shown in FIG.

성상도의 각 점들은 수신 신호의 샘플들을 의미한다. Each point in the constellation represents samples of the received signal.

본 발명은 이렇게 DPSK위상 변조된 수신 신호로부터 무선 채널 환경에 기인하는 위상 정보를 추출해 내고 이를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정하는 알고 리즘에 관한 것이다. 이 알고리즘은 아래의 6단계로 요약될 수 있다.The present invention relates to an algorithm that extracts phase information resulting from a radio channel environment from the DPSK phase modulated received signal and estimates the maximum Doppler frequency using the same. This algorithm can be summarized in six steps below.

1단계: i번째 슬롯에 속한 위상 샘플들을 성상도의 사분면에 모두 위치시키고 위상 샘플들이 가장 많이 위치한 사면을 찾는다.Step 1: Locate all phase samples belonging to the i th slot in the quadrant of the constellation and find the slope where the phase samples are located most.

2단계: 1단계에서 찾은 사면과 180도의 위상차를 가지는 사면에 속한 위상 샘플들을 180도 위상 보정하여 1단계에서 찾은 사면에 포함시킨다(이는 DPSK방식으로 변조된 수신 신호의 위상을 보상하기 위한 것이다).Step 2: Phase-phase correction of phase samples belonging to the slope having a phase difference of 180 degrees with the slope found in step 1 is included in the slope found in step 1 (this is to compensate for the phase of the received signal modulated by the DPSK method). .

3단계: 1,2 단계에서 찾은 사면에 속한 샘플들의 위상을 산술 평균 내어 i번째 슬롯의 평균 위상

를 구한다.Step 3: Arithmetic mean of the phases of the samples belonging to the slopes found in Steps 1 and 2, average phase of the i th slot

Obtain

4단계: 다음 슬롯인 i+1번째 슬롯을 위해 1 ~ 3단계를 수행하여

를 구한다.Step 4: Perform steps 1 to 3 for the next slot, i + 1 slot

Obtain

5단계: 3, 4단계에서 구한 각 슬롯의 평균 위상,

와

로부터 각 슬롯들의 위상차를 계산한다.Step 5: average phase of each slot obtained in steps 3 and 4,

Wow

Calculate the phase difference of each slot from

여기서 k_i는 신뢰 계수이고, a_i는 i번째 슬롯에 수신된 샘플들의 평균 전력을 의미한다.Where k _i is the confidence coefficient and a _i means the average power of the samples received in the i-th slot.

6단계: N개의 슬롯구간동안 5단계의 식6에서 구한

의 절대값들을 식4에 대입하고 식5를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정한다. Step 6: Obtained from Equation 6 in Step 5 for N slot intervals

Substitute the absolute values of into Eq. 4 and use Eq. 5 to estimate the maximum Doppler frequency.

물론 3, 4단계에서 구한 ,

와

로부터

를 구하고 이를 식4에 바로 대입하여 최대 도플러 주파수를 구할 수도 있지만, 5단계에서 신뢰계수를 이용하여 위상차에 대한 감쇠를 준 이유는 수신 신호의 세기가 약한 신호의 경우 위상차 계산에 오류가 증가할 수 있기 때문에 그와 같은 오류증가를 방지하기 위한 것이다. Of course, in steps 3 and 4,

Wow

from

Although the maximum Doppler frequency can be obtained by substituting the equation and directly into Equation 4, the reason for the attenuation of the phase difference using the confidence coefficient in step 5 is that the error in the phase difference calculation may increase in the case of a weak signal strength This is to prevent such an increase in error.

이렇게 위에서 기술한 6단계를 이용하면 논코히어런트 DPSK 변조된 수신 신호로부터도 무선채널의 위상 정보를 추출해 낼 수 있고 이로부터 최대 도플러 주파수를 추정하는 것을 가능하게 한다.Using the six steps described above, it is possible to extract the phase information of the radio channel even from the non-coherent DPSK modulated received signal, thereby making it possible to estimate the maximum Doppler frequency.

또한 상기 실시예는 논코히어런트 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조된 방식에도 적용이 가능하다.In addition, the embodiment can be applied to a non-coherent binary phase shift keying (BPSK) modulated scheme.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 파일럿 신호를 이용하지 않는 논코히어런트 DPSK수신 신호로부터 위상정보를 추출하여 논코히어런트 DPSK 또는 BPSK 방식을 사용하는 CDMA시스템에서도 폐루프 전력 제어의 영향을 받지 않는 위상정보를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정할 수 있게 된다. As described above, the present invention extracts phase information from a non-coherent DPSK reception signal that does not use a pilot signal, and thus is not affected by closed loop power control even in a CDMA system using a non-coherent DPSK or BPSK scheme. It can be used to estimate the maximum Doppler frequency.

Claims

Obtaining a mean phase difference value of the received phase modulated signal;

Obtaining an approximation of the average phase difference value; And,

Estimating a Doppler frequency from the approximation.

delete

The method of claim 1,

The phase modulated signal is any one of a differential phase shift keying (DPSK) and a binary phase shift keying (BPSK) modulated signal.

Obtaining an average phase of phase samples belonging to a slot of the received differential phase shift keying (DPSK) signal;

Obtaining an average phase difference value of phase samples between consecutive slots among the phase samples;

Obtaining an approximation of the average phase difference value; And,

Estimating a Doppler frequency from the approximation.

The method of claim 4, wherein the obtaining of the average phase of the phase samples,

Positioning the phase samples in a quadrant of the constellation to find a slope where the phase samples are most located;

A second step of phase-correcting the phase samples belonging to a slope having a phase difference of 180 degrees with the slope found in the first step by 180 degrees to include in the slope found in the first step; And,

And a third step of calculating an average phase by arithmetically averaging phases of phase samples belonging to the slopes found in the first and second steps.

The method of claim 1, wherein the calculating of the average phase difference value comprises:

Obtaining an average phase of phase samples belonging to the slot of the received phase-modulated signal; And

And obtaining an average phase difference value of phase samples between successive slots among the phase samples.

The method of claim 6, wherein the obtaining of the average phase comprises:

A second step of including phase corrections of phase samples belonging to a slope having a phase difference of 180 degrees with the slope found in the first step by 180 degree phase correction; And

Obtaining an average phase of phase samples belonging to a slot of a received binary phase shift keying (BPSK) signal;

Obtaining an approximation of the average phase difference value; And,

Estimating a Doppler frequency from the approximation.

The method of claim 8, wherein the obtaining of the average phase of the phase samples,