KR19990025508A - 동기식 통신 시스템을 위한 빠른 주파수 추정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동기식 통신 시스템에서 주파수를 매우 빠르고 정확하게 추적하는 방법에 관한 것이다. 일반적으로 정확한 주파수 추정은 동기식 이동통신 시스템에서 필수적이어서 시스템의 성능에 지대한 영향을 끼친다. 단일 주파수 추정 방법 중 잘 알려진 방법 중의 하나가 케이(Kay) 의 빠른 단일 주파수 추정기(Fast Single Frequency Estimator)가 있다. 이 방법은 높은 신호 대 잡음 비에서 크레머-라오 하한(Cramer-Rao Lower Bound)에 접근한다. 그러나, 현재 이 방법은 일종의 가중 평균치를 이용하여 매 윈도우 마다 주파수를 추정하는 방법으로서 이러한 가중 평균치를 이용하여 매 윈도우 마다 주파수를 추정할 때 계산량이 윈도우 크기에 의존하게 되어 복잡하며 이를 리커시브 윈도우 방법으로 구현코자 할 때 어려운 점이 있다. 본 특허는 이러한 리커시브 윈도우 방법을 구현하는 방법을 제시하여 윈도우 크기와 무관하게 매우 작은 계산량으로도 케이(Kay)의 주파수 추정 방법과 동등한 성능을 갖도록 하고 하드웨어의 복잡도를 감소시키면서 빨리 주파수를 추정하는 방법을 제공한다.

Description

동기식 통신 시스템을 위한 빠른 주파수 추정 방법

본 발명은 동기식 통신 시스템에서 주파수를 매우 빠르고 정확하게 추적하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 동기식 통신 시스템에서 추정해야 할 주요변수 중의 하나가 주파수 성분이다. 종래의 통신 분야에서 주파수 추적에 사용되어온 방법에는 케이(Kay)의 단일 주파수 추정기(single frequency estimator)과 같은 플래너 여파기 방식(Planner filtered approach), 주파수 동결 루푸(FLL:Frequency Locked Loop)을 이용한 주파수 추적 방법과 같은 폐루푸 방법(closed loop approach) 등이 있는데 이중 케이(Kay)의 방법이 현재 최적의 해결 방안으로 알려져 있다. 단일 주파수 추정 방법 중에서 케이의 단일 주파수 추적기가 최고의 성능을 보인다. 케이의 단일 주파수 추정 방법은 높은 신호 대 잡음 비에서 크래머-라오 하한(Cramer-Rao Lower Bound)에 접근한다. 그러나 현재 이 방법은 일종의 가중 평균치를 이용하여 주파수를 추정한다. 이러한 가중 평균치를 이용하여 매 윈도우(Window) 마다 주파수를 추정할 때 계산량이 윈도우 크기에 의존하게 되어 복잡하게 되고, 이를 리커시브(Recursive) 윈도우 방법으로 구현 코자 할 때 어려운 점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 리커시브 윈도우 방법을 구현하는 방법을 제시하여 윈도우 크기와 무관하게 매우 작은 계산량으로도 kay의 주파수 추정방법과 동등한 성능을 갖도록 하고 하드 웨어의 복잡도를 감소 시키면서 매우 빠르고 정확하게 주파수를 추정하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 주파수 추정을 위하여, 변수 sf_1, sfk_1, sfkk_1, t, A, B 및 C를 초기화하는 제 1 단계와, 상기 t가 임이의 표본 크기가 될때 까지 상기 초기화된 변수값중 sf_1, sfk_1, sfkk_1 각각을 위상차 데이터 p_t를 이용하여 축적합산 하면서 상기 위상차 데이터 p_t를 구하여 버퍼에 저장하는 제 2 단계와, 상기 t가 임이의 표본 크기가 되면 상기 버퍼의 맨 처음 위상차 데이터를 새로운 변수값 f_1에 저장하는 제 3 단계와, 상기 sf_1, sfk_1, sfkk_1, f_1 및 새 위상 차 데이터 p_new를 이용하여 변수값 sf, sfk, sfkk를 축적 합산 하면서 새 위상 차 데이터 p_new를 버퍼에 저장하는 제 4 단계와, 상기 변수값들을 이용하여 주파수 추정치ω₀를 산출하는 제 6단계와, sf_1=sf, sfk_1=sfk, sfkk_1=sfkk로 할당되고, 상기 버퍼의 맨 처음 위상차 데이터값이 f_1에 할당하면 다시 제 4 단계로 돌아가는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 적용되는 주파수 추정 알고리듬

도 2는 선입선출(FIFO:First In First Out) 버퍼의 구성도.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 주파수 추정 알고리즘이다.

블록(1) 단계에서 알고리즘이 시작한 후 초기화 과정으로 블록(2) 단계에서 주파수 성분 sf_1, sfk_1, sfkk_1, t, A, B, C를 정의한다. 이때 sf_1=0, sfk_1=0, sfkk_1=0, t=1, A=N-1, B=A²및 C=6/{N×(N²-1)}로 초기화 한다. 여기서 N은 빠른 주파수 추정기에서 이용되는 표본 크기(Sample Size)를 나타내는 수이며, t는 단순한 시간적 순서를 나타낸다.

블록 (3), (4) 및 (5) 단계는 알고리즘의 첫째 루프(Loop)이며 을 정의하고, N-1 개의 위상 차 데이터p₁, p₂,… , p_N-1구하여 버퍼에 저장한다. 이때 상기 버퍼는 도 2에 도시된 바와같이 선입선출(FIFO:First In First Out)버퍼이다.

블록(6) 단계에서는 상기 버퍼의 맨 처음 위상차 데이터 p₁(도 2의 첫째 p ₁ )을 f_1에 대입한다.

블록(7), (8) 및 (9) 단계는 알고리즘의 두 번째 루프이며, 블록 (7)의 단계에서는 새 위상 차 데이터 p_new를 구하여 버퍼에 저장한다. 이때 상기 버퍼는 도 2에 도시된 바와같이 선입선출(FIFO:First In First Out)버퍼이다.

블록 (8) 단계는 변수값 sf, sfk, sfkk를 구한다.

이때,

이다.

블록 (9) 단계에서 주파수 추정치 ω₀를 산출한다. 이때 ω₀= C×(N×sfk - sfkk) 이다.

이후, 블록(10) 단계인 sf_1=sf, sfk_1=sfk, sfkk_1=sfkk 및 버퍼의 맨 처음위상차 데이터값 p₁(도 2의 둘째 p₁)을 f_1에 할당하면 다시 블록(7) 단계로 돌아간다.

일반적으로 더욱 정확한 주파수 추정치를 구하기 위하여 윈도우의 샘플 숫자를 증가 시켜서 복잡도가 증가 되는데, 본 발명은 샘플 숫자를 증가하여도 복잡도가 증가하지 않는 리커시브 윈도우 방법을 이용하여 케이(Kay)의 단일 주파수 추정기(Single frquency estimator)와 같은 성능을 보여 주면서도 주파수 추적 속도가 더욱 빠를뿐 아니라, 이를 통하여 장치 구성시 복잡도가 현저히 감소된다. 또한 미래의 통신 시스템인 인터넷 서비스와 같은 고속의 데이터 서비스 요구시 하드웨어 복잡도를 감소 시키면서 최적의 성능을 나타내는 본발명의 주파수 추적장치는 상당한 부가가치를 지니는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 주파수 추정을 위하여,

   변수 sf_1, sfk_1, sfkk_1, t, A, B 및 C를 초기화하는 제 1 단계와,

   상기 t가 임이의 표본 크기가 될때 까지 상기 초기화된 변수값중 sf_1, sfk_1, sfkk_1 각각을 위상차 데이터 p_t를 이용하여 축적합산 하면서 상기 위상차 데이터 p_t를 구하여 버퍼에 저장하는 제 2 단계와,

   상기 t가 임이의 표본 크기가 되면 상기 버퍼의 맨 처음 위상차 데이터를 새로운 변수값 f_1에 저장하는 제 3 단계와,

   상기 sf_1, sfk_1, sfkk_1, f_1 및 새 위상 차 데이터 p_new를 이용하여 변수값 sf, sfk, sfkk를 축적 합산 하면서 새 위상 차 데이터 p_new를 버퍼에 저장하는 제 4 단계와,

   상기 변수값들을 이용하여 주파수 추정치ω₀를 산출하는 제 6단계와,

   sf_1=sf, sfk_1=sfk, sfkk_1=sfkk로 할당되고, 상기 버퍼의 맨 처음 위상차 데이터값이 f_1에 할당하면 다시 제 4 단계로 돌아가는 것을 특징으로 하는 동기식 통신 시스템을 위한 빠른 주파수 추정 방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 단계에서 다수개의 변수의 초기화는 sf_1=0, sfk_1=0, sfkk_1=0, t=1, A=N-1, B=A²및 C=6/{N×(N²-1)}이며, 상기 N은 빠른 주파수 추정기에서 이용되는 표본 크기를 나타내는 수이며, t는 단순한 시간적 순서를 나타내는 것을 특징으로 하는 동기식 통신 시스템을 위한 빠른 주파수 추정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 단계에서 sf_1=sf_1+p_t, sfk_1=sfk_1+t×p_t, sfkk_1=sfkk_1+t²×p_t의 식으로 축적 합산하는 것을 특징으로 하는 동기식 통신 시스템을 위한 빠른 주파수 추정방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 4 단계에 있에서 sf=sf_1+p_new-f_1, sfk=sfk_1-sf_1+A×p_new, sfkk=sfkk_1-2×sfk_1+sf_1+B×p_new의 식으로 축적 합산하는 것을 특징으로 하는 동기식 통신 시스템을 위한 빠른 주파수 추정방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 6 단계에서 주파수 추정치ω₀=C×(N×sfk-sfkk)의 식으로 산출하는 것을 특징으로 하는 동기식 통신 시스템을 위한 빠른 주파수 추정방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 및 4 단계의 버퍼는 선입선출 버퍼인 것을 특징으로 하는 동기식 통신 시스템을 위한 빠른 주파수 추정방법.