본 논문에서는 정합필터 기반의 IEEE 802.15.4a chirp spread spectrum (CSS)을 위한 새로운 주파수 오프셋 추정 알고리즘을 제안한다. 기존의 주파수 오프셋 추정 알고리즘은 연속되는 동일한 심볼 간의 차등 위상을 계산함으로서 주파수 오프셋을 추정하였다. 하지만 CSS는 긴 십볼 구간과 가드 구간을 포함하고 있어 기존의 방법으로 주파수 오프셋을 추정하였을 경우 위상 모호성이 발생한다. 특히 정합필터 기반 수신기 구조에서 위상 모호성을 해결하지 않는다면 주파수 오프셋에 의한 정현파 간섭 현상으로 정합필터의 성능이 감소하게 된다. 따라서 본 논문에서는 위상 모호성을 해결하기 위해 정수부와 소수부 주파수 오프셋 추정을 분할화 하여 주파수 오프셋을 추정하는 새로운 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 sub-chirp 간 정합필터 결과의 차등 위상을 계산 한 결과와 기존의 심볼 간 차등 위상 정보를 이용하여 정수부 주파수 오프셋을 추정하여 위상 모호성을 제거 한 후, 심볼 간 차등위상 정보를 통하여 소수부 주파수 오프셋을 추정한다. 시뮬레이션 결과 제안하는 알고리즘은 정수부 주파수 오프셋 추정을 통해 위상 모호성 문제를 해결할 수 있음을 확인하였고 위상 모호성 이 발생하지 않는 경우에서도 기존의 알고리즘과 거의 통일한 성능을 보임을 확인하였다.
A new frequency offset estimation algorithm for chirp spread spectrum based on matched filter is proposed. Generally, the differential phase between successive symbols is used for the conventional frequency offset estimation algorithm. However, if the conventional frequency offset estimation algorithm is used for CSS, phase ambiguity arises because of long symbol duration and guard time. The phase ambiguity causes performance degradation of matched filter since the received signal is corrupted by the integer frequency offset. In this paper, we propose a new frequency offset estimation algorithm which separates integer and fractional frequency offset estimation for removing the phase ambiguity. The proposed algorithm estimates the integer frequency offset by using differential phase between matched filtering results of sub-chirps and successive symbols. Then, the fractional frequency offset is estimated by using the differential phase between successive symbols Simulation results show that the proposed algorithm well removes the phase ambiguity, and have almost same estimation performance compared with conventional one when there is not the phase ambiguity.
