Low-Complexity Joint Estimation Algorithms of Frequency Offset and Carrier Phase for Digital Communication Systems

In this paper, we investigate the design of three low-complexity joint estimation algorithms(LJEAs) for frequency offset and carrier phase. The proposed LJEAs are based on the interpolation technique of correlation values of the received signal in frequency and phase domains. With these algorithms, the estimation ranges $\Delta$f$_{d}$${\times}$T$_{s}$ . are less than 1/2N$_{s}$ , and 1/N$_{s}$ which are comparable to conventional algorithms. The Proposed LJEAs require only 2N$_{s}$ or 4N$_{s}$ complex multiplications which are very simple compared with the conventional algorithms. Nevertheless the estimation accuracies of the LJEAs are as good as those of the conventional algorithms. Suitable areas of application include joint estimation of frequency offset and carrier phase in burst-mode digital transmission such as satellite communications.

디지털 통신 시스템에서 주파수 옵셋과 반송파 위상의 간단한 동시 추정 알고리듬

본 논문에서는 주파수 옵셋 및 반송파 위상을 간단히 동시에 추정하기 위한 세 가지 알고리듬(low-complexity joint estimation algorithms : LJEAs)을 제안한다. 제안된 LJEA들의 핵심은 수신 신호의 주파수 및 위상 스펙트럼에서 주엽(main lobe)의 상관값을 이용하여 내분점을 기초로 보간한 후 주파수 옵셋 및 반송파 위상을 추정하되 주파수 옵셋을 먼저 추정하고 추정된 주파수 옵셋을 이용하여 반송파 위상을 동시에 추정하는 것이다. 제안된 LJEA들은 추정 범위( f$_{d}$${\times}$T$_{s}$ )가 1/2N$_{s}$ 혹은 1/N$_{s}$ 보다 작으며 이는 기존 알고리듬의 추정 범위와 비슷하다. 그러나 LJEA들은 오직 2N$_{s}$ 또는 4N$_{s}$ 의 복소 곱셈만이 필요하므로 기존 알고리듬에 비해서 매우 간단하다. 그럼에도 불구하고 LfEA들의 추정 성능은 기존 알고리듬의 성능보다도 우수함을 알 수 있다. 제안된 LJEA들은 위성 통신 시스템과 같은 버스트 모드 디지털 전송을 하는 시스템에서 주파수 옵셋 및 반송파 위상을 동시에 추정하기 위해 사용될 수 있다.