Design of an Efficient Initial Frequency Estimator based on Data-Aided algorithm for DVB-S2 system

This paper proposes an efficient initial frequency estimator for Digital Video Broadcasting-Second Generation (DVB-S2). The initial frequency offset of the DVB-S2 is around ${\pm}5MHz$, which corresponds to 20% of the symbol rate at 25Msps. To estimate a large initial frequency offset, the algorithm which call provide a large estimation range is required. Through the analysis of the data-aided (DA) algorithms, we find that the Mengali and Moreli (M&M) algorithm can estimate a large initial frequency offset at low SNR. Since the existing frequency estimator based on M&M algorithm has a high hardware complexity, we propose the methods to reduce the hardware complexity of the initial frequency estimator. This can be achieved by reducing the number of autocorrelators and arctangents. The proposed architecture can reduce the hardware complexity about 64.5% compared to the existing frequency estimator and has been thoroughly verified on the Xilinx Virtex II FPGA board.

데이터 도움 방식의 효율적인 디지털 위성 방송 초기 주파수 추정회로 설계

본 논문은 위성방송 표준인 DVB-S2 (Digital Video Broadcasting - Second Generation)의 복조기 설계에서 중요한 부분 중의 하나인 초기 주파수 추정 회로를 효율적으로 설계하는 방법을 제안한다. DVB-D2에서 초기 주파수 오차는 심볼 전송률의 20%에 해당하며 심볼 전송률이 25Msps일 경우 ${\pm}5MHz$에 달한다. 이와 같이 큰 초기주파수 오차를 추정하기 위해서는 추정 범위가 넓은 알고리즘이 요구된다. 본 논문에서는 데이터 도움 방식의 알고리즘들을 분석하고 성능 비교한 결과 M&M (Mengali & Moreli) 알고리즘이 낮은 SNR에서 우수한 추정 성능을 보여줌을 확인하였다. M&M 알고리즘을 적용한 기존의 주파수 추정 회로는 하드웨어 복잡도가 높기 때문에 자기 상관기와 역 탄젠트기의 수를 줄임으로서 전체 초기 주파수 추정기의 하드웨어 복잡도를 낮추는 방법을 제안한다. 제안된 구조는 기존의 구조에 비해 하드웨어 복잡도가 약 64.5%정도 감소하였으며 Xilinx Virtex II FPGA 검증 보드를 이용하여 제안된 구조를 검증하였다.