In this work, various aspects of the performance degradation resulting from the frequency offset are discussed and the mitigation techniques for frequency offset are proposed. The mitigation techniques are either the frequency offset estimation technique followed by frequency offset compensation or the detection technique which is robust to frequency offset.
A new baseband signal processing method for compensating frequency shift in DPSK systems is introduced which could estimate and compensate frequency offset without any known pilot symbol. This method consists of a signal processor for initial acquisition of frequency shift and a simple adaptive equalizer for tracking. The former is based on the observation that the effect of frequency shift can be eliminated by using boundary values of the received baseband signal between symbol periods. The latter is a single tap equalizer employing least mean square (LMS) adaptation algorithm.
A new frame synchronization technique, which is robust to carrier frequency and phase errors, is proposed for M-ary PSK systems. This technique is derived through some modification of the procedure for obtaining the conventional maximum likelihood (ML) rule. The proposed rule is based on an operation called the double correlation which evaluates the correlation after properly multiplying the received signal with a sync pattern. The proposed frame synchronizer doesn''t require any knowledge of the received signal and it is shown through computer simulation that the proposed rule generally outperforms the existing rules when a frequency offset exists. To reduce the complexity of the proposed ML-type frame synchronizer, simplified versions of the ML-type frame synchronizer and some hybrid frame synchronizers are also proposed.
A new frame synchronizer with verification is proposed employing the derived ML-type frame synchronizer. This technique is a majority decision logic combined with the correlation and the double correlation. It is also shown to outperform the existing methods when frequency offset is large.
The estimation of the frequency offset in the frequency selective Rayleigh fading channel is discussed. Proposed technique can obtain the initial estimation of the frequency offset using sync symbols with maximal ratio combining. Also the signal corresponding to random data was utilized to estimate the frequency offset with the initial estimation. The proposed estimator is shown to outperform the existing method.'
디지털 무선 통신 시스템에서 반송 주파수로 발진하는 발진기의 정밀도 한계성과, 이동하면서 전파를 주고 받을 때 발생하는 도플러 현상은 필연적으로 수신기에서의 주파수 편차로 나타나게 된다. 이때 수신기에서 나타난 주파수 편차는 반송 주파수 와 정밀도의 곱에 비례하며 이 주파수 편차가 크면 클수록 수신기의 성능은 저하되 기가 쉽다. 실제는 물리적인 주파수 편차보다는 물리적 주파수 오차를 시스템의 초당 심블 전송 속도로 나누어서 정규화 한 값에 따라서 성능저하가 결정된다. 따라서 심블 전송 속도가 느리면 물리적인 주파수 편차의 영향을 크게 받게 되고 심블 전송 속도가 크면 같은 주파수 편차에 대하여 영향을 적게 받게 된다.
첫번째 주제는 어떤 알려진 신호의 도움 없이 주파수 편차를 추정하고 그에 따라 주파수 편차를 보상하는 것이다. DPSK 시스템은 PSK 시스템에서 알려진 신호의 도움 없이 검파가 가능한 것 중 대표적인 것이다. 기존의 차동 검파 방식이나 1개의 탭을 가지는 적응 등화기를 채용한 주파수 편차 보상기는 주파수 편차가 커짐에 따라 검파기의 성능이 급격히 떨어지는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 한 심블 구간내의 경계 값을 이용하여 차동 검파하면 주파수 편차에 관계없이 검파가 가능함을 관측하고 경계 값을 추정하여 차동 검파하는 경계 값 기반의 검파기를 제안하였다. 이 경계 값 기반 검파기는 비록 그 성능이 나쁘지만 주파수 편차에 강한 성능을 나타내기 때문에 이 검파기의 결과를 이용하여 주파수 편차를 추정하고 이 값을 적응 등화기의 초기 값으로 정하여 주파수 편차를 계속적으로 예측, 보상할 경우 아주 큰 주파수 편차에도 성능 열화가 없는 좋은 특성을 보였다.
두번째 주제는 프레임 동기에 관한 것으로 주파수 편차가 존재할 때 효과적인 프레임 동기 방식들을 제안하였다. 제안된 방법은 ML방식을 이용하여 유도 되었으며 기존의 방법에서 수신신호의 가정과 수정 베셀 함수의 근사화를 다르게 해서 접근하였다. 제안된 방법은 수신 신호를 알려진 신호와 곱한 후에 이 값들을 다시 이웃하는 값에 곱하여 더하는 2중으로 반복된 상관과 이에 대응되는 잡음 수정으로 나타났으며 주파수 편차에 상관없이 일정한 성능을 나타내었다. 제안된 방법의 복잡도를 줄이기 위하여 단순화된 방법들과 복합적인 방법들도 제안되었으며 이들은 성능과 복잡도 면에서 적절한 타협점을 제시하고 있다.
마지막 주제는 프레임 동기가 끝난 뒤에 알려진 신호의 도움을 받아서 주파수 편차를 추정하는 것에 대한 것이다. 기존의 방법들이 알려진 신호만 이용하여 주파수 편차를 추정하는 반면 알려진 신호와 모르는 데이터에 해당하는 신호를 모두 이용하여 주파수 오차를 예측하면 조금 더 정확한 예측이 이루어짐을 보였다.
