KR101935991B1 - 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법 - Google Patents

단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101935991B1
KR101935991B1 KR1020170020147A KR20170020147A KR101935991B1 KR 101935991 B1 KR101935991 B1 KR 101935991B1 KR 1020170020147 A KR1020170020147 A KR 1020170020147A KR 20170020147 A KR20170020147 A KR 20170020147A KR 101935991 B1 KR101935991 B1 KR 101935991B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
estimating
coarse
domain
precision
Prior art date
Application number
KR1020170020147A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180093696A (ko
Inventor
김소연
송규하
김산해
곽현규
장충수
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020170020147A priority Critical patent/KR101935991B1/ko
Priority to US15/827,259 priority patent/US10164815B2/en
Publication of KR20180093696A publication Critical patent/KR20180093696A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101935991B1 publication Critical patent/KR101935991B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2662—Symbol synchronisation
    • H04L27/2663—Coarse synchronisation, e.g. by correlation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2657—Carrier synchronisation
    • H04L27/2659—Coarse or integer frequency offset determination and synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G5/00—Tone control or bandwidth control in amplifiers
    • H03G5/02—Manually-operated control
    • H03G5/025—Equalizers; Volume or gain control in limited frequency bands
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/61—Coherent receivers
    • H04B10/616—Details of the electronic signal processing in coherent optical receivers
    • H04B10/6164—Estimation or correction of the frequency offset between the received optical signal and the optical local oscillator
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2657—Carrier synchronisation
    • H04L27/266—Fine or fractional frequency offset determination and synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2689—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation
    • H04L27/2695—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation with channel estimation, e.g. determination of delay spread, derivative or peak tracking
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014—Carrier regulation
    • H04L2027/0024—Carrier regulation at the receiver end
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014—Carrier regulation
    • H04L2027/0044—Control loops for carrier regulation
    • H04L2027/0063—Elements of loops
    • H04L2027/0067—Phase error detectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Abstract

본 발명은 단일 수신기의 주파수 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 단일 수신기의 주파수 추정 장치는, 각 단일 펄스에 대한 주파수 추정값의 평균을 계산하여 코어스 주파수를 추정하기 위한 코어스 주파수 추정부; 상기 코어스 주파수를 기준으로 수신신호를 직류 도메인으로 변환시키는 직류 도메인 변환부; 상기 코어스 주파수의 직류 도메인상에서 펄스열에 대해 회귀분석을 적용하여 정밀 주파수를 추정하기 위한 정밀 주파수 추정부; 및 상기 코어스 주파수의 오차를 상기 정밀 주파수로 보상하여 고정밀 주파수를 추정하기 위한 고정밀 주파수 추정부;를 포함한다.

Description

단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법{EXTREME FINE FREQUENCY ESTIMATION APPARATUS AND METHOD OF SINGLE RECEIVER}
본 발명은 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 각 단일 펄스에 대해 회귀분석을 적용하여 도출한 주파수 추정값의 평균인 코어스 주파수의 오차를 직류 도메인 상에서 펄스열에 대해 회귀분석을 적용하여 추정한 정밀 주파수로 보상하여 고정밀 주파수를 추정함으로써, 입력 신호원의 주파수를 정밀하게 추정하기 위한, 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
주파수(frequency)는 신호(signal)의 가장 중요한 정보로서, 신호 처리의 기본이 되는 단위이다. 따라서, 계측 장비를 비롯한 전자 신호 처리 장치에서는 입력 신호로부터 정밀한 주파수를 측정하고 추정하여 입력 신호를 분석하는 과정이 필요하다.
일반적인 주파수 측정 방법에는 푸리에 변환(Fourier transform) 방식이 있다. 이러한 푸리에 변환은 신호를 시간 영역(time domain)에서 주파수 영역(frequency domain)으로 변환하는 것을 나타낸다. 이에, 푸리에 변환 방식은 신호에 대해 푸리에 변환을 수행한 후, 주파수 영역에서 가장 큰 값 즉, 피크(peak)를 해당 신호의 주파수로 추정하는 것이다.
도 1은 펄스형 신호의 푸리에 변환을 나타낸 도면이다. 펄스형 신호의 경우에, 펄스 폭(Pulse Width: PW)이 펄스 반복 간격(Pulse Repetition Interval: PRI)에 비해 상대적으로 작은 경우에는, 푸리에 변환을 이용하여 주파수를 추정하면 주파수를 예측하기 위한 포락선이 완만하게 나타나므로 주파수의 피크를 예측하는데 모호하다. 즉, 이 경우에는 주파수 추정 정확도가 낮아진다. 도 1의 (a)는 PRI=100㎲, PW=10㎲에서 푸리에 변환 결과를 나타내고, 도 1의 (b)는 PRI=100㎲, PW=1㎲에서 푸리에 변환 결과를 나타낸다. 도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 푸리에 변환 결과는 펄스폭(PW)가 작아질수록 피크 추정이 모호하여 주파수 추정 정확도가 낮아지는 것을 보여준다.
또한, 샘플링 속도가 동일한 경우에, 주파수 해상도와 처리속도는 푸리에 변환을 위한 윈도우 크기(N 포인트 푸리에 변환)에 크게 의존하게 된다. 일반적으로 푸리에 변환 윈도우 크기가 커질수록, 주파수 해상도는 높아지나, 계산 속도는 증대된다.
다음으로, 주파수 측정 방법에는 위상 변이(phase shift)를 측정하여 주파수를 추정하는 방식이 있다.
여기서, 위상(phase)은 복소 신호(complex signal)의 각도를 의미하는데, 주파수를 갖는 신호는 -π∼π 값의 위상을 갖는다. 예를 들어, 1㎐ 이상의 주파수 경우에, 위상은 -π 값부터 π 값을 가지고 주기적으로 계속 반복되는데, 이러한 신호를 시간(x)과 위상(y) 좌표계로 나타내면 도 2와 같이 지속파의 경우에 래핑(wrapping) 형태로 나타난다. 도 2는 수신 신호를 수집시간에 따라 측정 위상을 나타낸 도면이다.
이를 통해, 위상 변이를 측정하여 주파수를 추정할 수 있는데, 이는 도 2의 신호를 도 3과 같이 언래핑(unwrapping)하여 시간(x)-위상(y) 좌표계에서 위상의 기울기(변이: 변화량)를 측정하여 주파수를 추정하는 것이다. 여기서, 언래핑은 최초 π 이후에 나타나는 위상값을 이전 위상값에 계속 누적하여 위상값을 나타내는 것을 의미한다. 도 3은 상기 도 2의 수신 신호에 대한 언래핑 결과를 나타낸 도면이다.
따라서, 위상 변이를 이용하여 주파수를 추정하는 방식은 위상의 기울기 변화량을 추정하는 것이다. 이러한 방식은 결국 주어진 좌표계에서 데이터 변량의 기울기를 추정하는 방식이라 할 수 있다. 데이터 변량의 기울기 추정 방식은 회귀분석(Regression Analysis) 또는 테일러 급수(taylor series) 등을 이용할 수 있다.
이와 같이 위상 변이를 이용하여 주파수를 추정하는 방식은 푸리에 변환을 이용하여 주파수를 추정하는 방식에 비해 빠르고 단순하다. 그러나 위상 변이를 이용하여 주파수를 추정하는 방식은 도 4와 같이 지속파가 아닌 펄스형 신호에서, 언래핑할 때 위상값을 누적하는 과정에서 오류가 발생될 수 있기 때문에 주파수 추정이 곤란할 수 있다. 도 4는 지속파 신호와 펄스 신호의 언래핑 결과 비교를 나타낸 도면이다. 이와 같은 이유로, 위상 변이를 이용하여 주파수를 추정하는 방식은 주로 단일 펄스에서만 사용되어 왔으며, 이로 인해 주파수추정 정확도는 수십 ㎐∼수㎑ RMS 오차를 지니게 된다.
따라서, 단일 수신기에서 보다 고정밀하게 신호의 주파수를 분석하여 처리할 수 있는 주파수 추정 방법이 제안될 필요가 있다.
한편, 종래의 푸리에 변환에 의한 위상 추정과 관련한 기술은 한국등록특허 제10-0817692호의 '이산 푸리에 변환에 의한 시계열 데이터 위상 추정 방법'에 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 한국등록특허 제10-0817692호(2008.03.21)
본 발명의 목적은 각 단일 펄스에 대해 회귀분석을 적용하여 도출한 주파수 추정값의 평균인 코어스 주파수의 오차를 직류 도메인 상에서 펄스열에 대해 회귀분석을 적용하여 추정한 정밀 주파수로 보상하여 고정밀 주파수를 추정함으로써, 입력 신호원의 주파수를 정밀하게 추정하기 위한, 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치는, 각 단일 펄스에 대한 주파수 추정값의 평균을 계산하여 코어스 주파수를 추정하기 위한 코어스 주파수 추정부; 상기 코어스 주파수를 기준으로 수신신호를 직류 도메인으로 변환시키는 직류 도메인 변환부; 상기 코어스 주파수의 직류 도메인상에서 펄스열에 대해 회귀분석을 적용하여 정밀 주파수를 추정하기 위한 정밀 주파수 추정부; 및 상기 코어스 주파수의 오차를 상기 정밀 주파수로 보상하여 고정밀 주파수를 추정하기 위한 고정밀 주파수 추정부;를 포함한다.
상기 각 단일 펄스에 대한 주파수 추정값은, 펄스의 위상변이값과 수집시간을 나타낸 벡터를 이용한 선형회귀분석에서 기울기인 것을 특징으로 한다.
상기 정밀 주파수는, 펄스열의 위상변이값과 수집시간을 나타낸 벡터를 이용한 선형회귀분석에서 기울기인 것을 특징으로 한다.
상기 기울기는, 각도로 나타나는 주파수값인 것을 특징으로 한다.
상기 코어스 주파수와 상기 수신신호의 주파수 오차는, 상기 코어스 주파수를 기준으로 직류 도메인으로 변환된 펄스열 신호의 기울기와 음 또는 양의 상관관계를 가진다.
상기 고정밀 주파수 추정부는, 상기 코어스 주파수와 상기 정밀 주파수를 합산하여 상기 고정밀 주파수를 추정한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 방법은, 각 단일 펄스에 대한 주파수 추정값의 평균을 계산하여 코어스 주파수를 추정하는 단계; 상기 코어스 주파수를 기준으로 수신신호를 직류 도메인으로 변환하는 단계; 상기 코어스 주파수의 직류 도메인상에서 펄스열에 대해 회귀분석을 적용하여 정밀 주파수를 추정하는 단계; 및 상기 코어스 주파수의 오차를 상기 정밀 주파수로 보상하여 고정밀 주파수를 추정하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 각 단일 펄스에 대해 회귀분석을 적용하여 도출한 주파수 추정값의 평균인 코어스 주파수의 오차를 직류 도메인 상에서 펄스열에 대해 회귀분석을 적용하여 추정한 정밀 주파수로 보상하여 고정밀 주파수를 추정함으로써, 입력 신호원의 주파수를 정밀하게 추정할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존 주파수 추정 기술들에서 나타나는 수십 ㎐∼㎑의 RMS 오차를 줄여 단일 수신기에서 신호원의 주파수를 정밀하게 추정하여 분석 및 처리 가능한 고정밀 주파수 추정 기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 푸리에 변환에 비해 빠르고 단순한 과정을 제공함으로써, 신호가 없는 구간에 대해 입력 변수로 그 값을 요구하는 푸리에 변환과는 달리 신호가 있는 구간에 대해서만 입력 값을 요구하므로 확연히 적은 계산량과 메모리를 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 단일 수신기에서 주파수 추정 정확도를 개선하여 고도의 주파수 정밀도 추정 및 측정을 요구하는 여러 민군 산업분야에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 고정밀 주파수 측정이 요구되는 FDOA(Frequency Difference Of Arrival) 위치추정 분야, 주파수 제원정보를 이용한 신호 분석, 식별분야 및 계측기의 주파수 측정 정밀도 개선 분야 등에 이용할 수 있다.
도 1은 펄스형 신호의 푸리에 변환을 나타낸 도면,
도 2는 수신 신호를 수집시간에 따라 측정 위상을 나타낸 도면,
도 3은 상기 도 2의 수신 신호에 대한 언래핑 결과를 나타낸 도면,
도 4는 지속파 신호와 펄스 신호의 언래핑 결과 비교를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치에 대한 도면,
도 6은 코어스 주파수 기준으로 직류 도메인 영역으로 수신 신호를 변환할 때 추정 오차에 따른 신호 특성을 나타낸 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치에 대한 도면이고, 도 6은 코어스 주파수 기준으로 직류 도메인 영역으로 수신 신호를 변환할 때 추정 오차에 따른 신호 특성을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치(이하 "주파수 추정 장치"라 함, 100)는, 기존 주파수 추정 기술들에서 나타나는 수십 ㎐∼㎑의 RMS 오차를 줄여 단일 수신기에서 신호원의 주파수를 정밀하게 추정하여 분석 및 처리 가능한 고정밀 주파수 추정 기술을 제공할 수 있다.
이를 위해, 주파수 추정 장치(100)는 3단계의 주파수 추정 방식이 적용된다. 즉, 1단계는 수신신호에 대해 코어스 주파수를 추정하는 단계(coarse frequency estimation)이고, 2단계는 코어스 주파수가 직류 도메인에서 변환된 신호에 대해 정밀 주파수를 추정하는 단계(fine frequency estimation)이며, 3단계에는 코어스 주파수를 정밀 주파수로 보상하여 고정밀 주파수를 추정(extreme fine frequency estimation)하는 단계이다.
이러한 주파수 추정 장치(100)는 기존 주파수 추정 방식에 비해 고정밀한 주파수 추정 정확도를 제공한다. 즉, 주파수 추정 장치(100)에서는 수 ㎐의 RMS 오차 이하로 나타난다. 또한, 주파수 추정 장치(100)는 푸리에 변환에 비해 빠르고 단순한 과정을 제공한다. 특히, 주파수 추정 장치(100)는 신호가 없는 구간에 대해 입력 변수로 그 값을 요구하는 푸리에 변환과는 달리 신호가 있는 구간에 대해서만 입력 값을 요구하므로 확연히 적은 계산량과 메모리를 요구한다.
구체적으로, 주파수 추정 장치(100)는 코어스 주파수 추정부(110), 직류 도메인 변환부(120), 정밀 주파수 추정부(130), 고정밀 주파수 추정부(140)를 포함한다. 여기서, 주파수 추정 장치(100)는 단일 수신기에 포함되는 것이 바람직하다.
먼저, 코어스 주파수 추정부(110)는 일정시간 동안 수신된 펄스열들로부터 코어스 주파수를 추정한다. 여기서, 코어스 주파수는 오차에 대한 보정이 고려되지 않고 오차가 그대로 존재하는 주파수라 할 수 있다.
코어스 주파수 추정부(110)는 하기 수학식 1과 같이 코어스 주파수를 추정할 수 있다.
Figure 112017015298984-pat00001
여기서,
Figure 112017015298984-pat00002
는 코어스 주파수를 의미하며,
Figure 112017015298984-pat00003
은 펄스열의 개수,
Figure 112017015298984-pat00004
는 j번째 펄스에서의 회귀분석에 의한 주파수 추정값을 의미한다. 상기 수학식 1에 의해, N개의 펄스열들의 코어스 주파수는 각 단일 펄스의 회귀분석을 이용한 주파수 추정값의 평균으로부터 구해질 수 있다.
한편, 회귀분석을 이용한 각 단일 펄스의 주파수 추정값은 하기 수학식 2 및 3과 같은 선형 회귀분석을 통해 구해질 수 있다.
Figure 112017015298984-pat00005
여기서,
Figure 112017015298984-pat00006
는 펄스의 위상 변이값을 나타낸 벡터이고,
Figure 112017015298984-pat00007
는 해당 펄스의 수집시간 벡터이며,
Figure 112017015298984-pat00008
는 선형 회귀분석에서 기울기(slope)와 절편(intercept)에 대한 파라미터를 나타낸 벡터로서, 주파수값(각도, degree)과 초기위상값을 의미한다.
Figure 112017015298984-pat00009
는
Figure 112017015298984-pat00010
와 같이 나타내며,
Figure 112017015298984-pat00011
는
Figure 112017015298984-pat00012
와 같이 나타낸다.
Figure 112017015298984-pat00013
는
Figure 112017015298984-pat00014
와 같이 나타내며, 각각이 선형 회귀분석에서 기울기와 절편에 대한 파라미터를 의미한다. 이에 따라, 수학식 2는 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017015298984-pat00015
따라서,
Figure 112017015298984-pat00016
는 아래 수학식 4와 같이 선형대수학을 이용하여 구해질 수 있다.
Figure 112017015298984-pat00017
여기서,
Figure 112017015298984-pat00018
는 벡터
Figure 112017015298984-pat00019
에 대한 변환 매트릭스(transform matrix)이고,
Figure 112017015298984-pat00020
는 벡터
Figure 112017015298984-pat00021
에 대한 역 매트릭스(inverse matrix)를 의미한다. 상기 수학식 4를 통해 구해진
Figure 112017015298984-pat00022
에서
Figure 112017015298984-pat00023
값이 각 단일 펄스의 주파수 추정값이 된다.
다음으로, 직류 도메인 변환부(120)는 코어스 주파수를 기준으로 수신신호를 직류 도메인 영역으로 변환시킨다. 이에 대해서는 수학식 5와 같이 나타낸다.
Figure 112017015298984-pat00024
여기서,
Figure 112017015298984-pat00025
는 직류 도메인 영역으로 변환된 신호를 의미하며,
Figure 112017015298984-pat00026
는 실제 수신신호를 의미한다. 또한,
Figure 112017015298984-pat00027
는 수집시간이다.
만일, 코어스 주파수와 원 신호의 원래 주파수가 오차 없이 동일하다면, 코어스 주파수를 기준으로 직류 도메인 영역에서 변환된 신호의 기울기는 '0'에 가까운 값을 가진다. 즉, 노이즈가 없는 이상적인 경우에는 '0'으로 수렴된다. 반대로 오차가 커질수록 신호의 기울기는 커진다. 도 6는 이러한 특성을 나타낸다. 여기서, 코어스 주파수 오차는 코어스 주파수와 원래 주파수 사이의 오차를 의미한다. 이처럼 코어스 주파스와 수신신호 주파수의 오차는 코어스 주파수를 기준으로 직류 도메인으로 변환된 신호의 기울기와 음 또는 양의 상관관계를 가진다.
다음으로, 정밀 주파수 추정부(130)는 직류 도메인 변환부(120)에 의해 변환된 신호의 정밀 주파수(fine frequency)를 추정한다. 이에 대해서는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017015298984-pat00028
여기서,
Figure 112017015298984-pat00029
는 1번째 펄스부터 N번째 펄스의 위상 변이값을 나타내는 벡터이고,
Figure 112017015298984-pat00030
는 1번째 펄스부터 N번째 펄스의 수집시간을 나타내는 벡터이다. 즉,
Figure 112017015298984-pat00031
이고,
Figure 112017015298984-pat00032
이다.
전술한 바와 같이,
Figure 112017015298984-pat00033
는
Figure 112017015298984-pat00034
와 같이 나타내며,
Figure 112017015298984-pat00035
에서
Figure 112017015298984-pat00036
과
Figure 112017015298984-pat00037
는 선형 회귀분석에서 각각 기울기와 절편에 대한 파라미터를 나타내는 벡터값으로, 주파수값과 초기 위상값을 의미한다.
따라서, 상기 수학식 4에 의해
Figure 112017015298984-pat00038
는 구해질 수 있다. 이때,
Figure 112017015298984-pat00039
이 코어스 주파수의 직류 도메인 상에서 추정된 정밀 주파수값이 된다. 여기서,
Figure 112017015298984-pat00040
는 직류 도메인 상에서 추정된 정밀 주파수로서, 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017015298984-pat00041
다음으로, 고정밀 주파수 추정부(140)는 최종적인 고정밀 주파수(extreme fine frequency)를 추정한다. 이에 대해서는 수학식 8과 같다.
Figure 112017015298984-pat00042
여기서,
Figure 112017015298984-pat00043
는 고정밀 주파수,
Figure 112017015298984-pat00044
는 정밀 주파수,
Figure 112017015298984-pat00045
는 코어스 주파수를 의미한다. 고정밀 주파수 추정부(140)는 코어스 주파수와 정밀 주파수를 합산하여 고정밀 주파수를 추정한다. 이러한 고정밀 주파수는 러프하게 측정된 코어스 주파수의 오차를 직류 도메인 상에서 정밀하게 추정된 정밀 주파수값으로 보상하여 수학식 7과 같이 최종적으로 추정된다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110 : 코어스 주파수 추정부 120 : 직류 도메인 변환부
130 : 정밀 주파수 추정부 140 : 고정밀 주파수 추정부

Claims (11)

  1. 각 단일 펄스에 대한 주파수 추정값의 평균을 계산하여 코어스 주파수를 추정하기 위한 코어스 주파수 추정부;
    상기 코어스 주파수를 기준으로 수신신호를 직류 도메인으로 변환시키는 직류 도메인 변환부;
    상기 코어스 주파수의 직류 도메인상에서 펄스열에 대해 회귀분석을 적용하여 정밀 주파수를 추정하기 위한 정밀 주파수 추정부; 및
    상기 코어스 주파수의 오차를 상기 정밀 주파수로 보상하여 고정밀 주파수를 추정하기 위한 고정밀 주파수 추정부;
    를 포함하는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 단일 펄스에 대한 주파수 추정값은, 펄스의 위상변이값과 수집시간을 나타낸 벡터를 이용한 선형회귀분석에서 기울기인 것을 특징으로 하는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정밀 주파수는, 펄스열의 위상변이값과 수집시간을 나타낸 벡터를 이용한 선형회귀분석에서 기울기인 것을 특징으로 하는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 기울기는, 각도로 나타나는 주파수값인 것을 특징으로 하는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어스 주파수와 상기 수신신호의 주파수 오차는, 상기 코어스 주파수를 기준으로 직류 도메인으로 변환된 펄스열 신호의 기울기와 음 또는 양의 상관관계를 가지는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정밀 주파수 추정부는,
    상기 코어스 주파수와 상기 정밀 주파수를 합산하여 상기 고정밀 주파수를 추정하는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치.
  7. 각 단일 펄스에 대한 주파수 추정값의 평균을 계산하여 코어스 주파수를 추정하는 단계;
    상기 코어스 주파수를 기준으로 수신신호를 직류 도메인으로 변환하는 단계;
    상기 코어스 주파수의 직류 도메인상에서 펄스열에 대해 회귀분석을 적용하여 정밀 주파수를 추정하는 단계; 및
    상기 코어스 주파수의 오차를 상기 정밀 주파수로 보상하여 고정밀 주파수를 추정하는 단계;
    를 포함하는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 각 단일 펄스에 대한 주파수 추정값은, 펄스의 위상변이값과 수집시간을 나타낸 벡터를 이용한 선형회귀분석에서 기울기인 것을 특징으로 하는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 정밀 주파수는, 펄스열의 위상변이값과 수집시간을 나타낸 벡터를 이용한 선형회귀분석에서 기울기인 것을 특징으로 하는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 기울기는, 각도로 나타나는 주파수값인 것을 특징으로 하는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 코어스 주파수와 상기 수신신호의 주파수 오차는, 상기 코어스 주파수를 기준으로 직류 도메인으로 변환된 신호의 기울기와 음 또는 양의 상관관계를 가지는 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 방법.
KR1020170020147A 2017-02-14 2017-02-14 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법 KR101935991B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170020147A KR101935991B1 (ko) 2017-02-14 2017-02-14 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법
US15/827,259 US10164815B2 (en) 2017-02-14 2017-11-30 Extremely precise frequency estimation apparatus and method for single receiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170020147A KR101935991B1 (ko) 2017-02-14 2017-02-14 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180093696A KR20180093696A (ko) 2018-08-22
KR101935991B1 true KR101935991B1 (ko) 2019-01-07

Family

ID=63105545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170020147A KR101935991B1 (ko) 2017-02-14 2017-02-14 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10164815B2 (ko)
KR (1) KR101935991B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021221195A1 (ko) * 2020-04-28 2021-11-04 엘지전자 주식회사 신호 처리 장치 및 이를 구비하는 영상표시장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6373861B1 (en) 1998-12-01 2002-04-16 Samsung Electronics Co, Ltd. Frequency synchronizing device for OFDM/CDMA system
US20030058966A1 (en) 2001-09-24 2003-03-27 Gilbert Jeffrey M. Fine frequency offset estimation and calculation and use to improve communication system performance
US20060129410A1 (en) 2002-07-05 2006-06-15 Sam Reisenfeld Frequency estimation
US20150109053A1 (en) 2013-10-23 2015-04-23 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method for Separating Multi-Component Signals

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100817692B1 (ko) 2006-05-06 2008-03-27 박은희 이산 푸리에 변환에 의한 시계열 데이터 위상 추정 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6373861B1 (en) 1998-12-01 2002-04-16 Samsung Electronics Co, Ltd. Frequency synchronizing device for OFDM/CDMA system
US20030058966A1 (en) 2001-09-24 2003-03-27 Gilbert Jeffrey M. Fine frequency offset estimation and calculation and use to improve communication system performance
US20060129410A1 (en) 2002-07-05 2006-06-15 Sam Reisenfeld Frequency estimation
US20150109053A1 (en) 2013-10-23 2015-04-23 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method for Separating Multi-Component Signals

Also Published As

Publication number Publication date
US10164815B2 (en) 2018-12-25
US20180234280A1 (en) 2018-08-16
KR20180093696A (ko) 2018-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sedlak et al. New automatic localization technique of acoustic emission signals in thin metal plates
Sedlak et al. Acoustic emission localization in thin multi-layer plates using first-arrival determination
CN109343020B (zh) 一种基于改进窗函数的s变换时频分析方法
Eichstädt et al. Deconvolution filters for the analysis of dynamic measurement processes: a tutorial
CN110988834B (zh) 一种基于自适应阈值双门限的脉冲到达时间测量方法
US8619908B2 (en) Wireless ranging system and related methods
CN111639541A (zh) 基于频率变化率的自适应同步压缩时频分析方法
CN102857961A (zh) 一种存在频率偏移的通信信号时差测量方法
CN110554364B (zh) 一种雷达信号脉冲到达时间测量精度的测试系统及方法
US4686457A (en) Method for measuring a signal's frequency components
Huibin et al. Energy based signal parameter estimation method and a comparative study of different frequency estimators
US7535403B2 (en) Method of determining the velocity field of an air mass by high resolution doppler analysis
JP2019124594A (ja) 細胞検査装置、細胞検査方法、プログラム、および記録媒体
CN109001698A (zh) 一种小景深线性调频连续波雷达的线性度校准方法
JPH06317619A (ja) 位相応答傾斜に対する最小２乗適合を用いた群遅延予測システム
KR101935991B1 (ko) 단일 수신기의 고정밀 주파수 추정 장치 및 그 방법
KR101944429B1 (ko) 주파수 분석 방법 및 이를 지원하는 장치
CN111427046B (zh) 一种用于提高检测精度的太赫兹脉冲回波定位方法
Xiong et al. A coherent compensation method for multiband fusion imaging
KR100561555B1 (ko) 레이더 펄스의 분석방법
RU2600507C2 (ru) Устройство измерения уровня заполнения и способ определения функциональной взаимосвязи между различными треками
CN109117965A (zh) 基于卡尔曼滤波器的系统状态预测装置和方法
CN106093905B (zh) 基于apFFT相位差的精密测量雷达频偏分类测频方法
KR101633187B1 (ko) 레이더의 도플러 주파수 추정 장치 및 방법
Bogomolov et al. Entropy-based technique for denoising of acoustic emission signals

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant