JPH0716159B2 - Frequency / phase estimation device - Google Patents
Frequency / phase estimation deviceInfo
- Publication number
- JPH0716159B2 JPH0716159B2 JP59277365A JP27736584A JPH0716159B2 JP H0716159 B2 JPH0716159 B2 JP H0716159B2 JP 59277365 A JP59277365 A JP 59277365A JP 27736584 A JP27736584 A JP 27736584A JP H0716159 B2 JPH0716159 B2 JP H0716159B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- register
- adder
- phase
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は雑音の重量した正弦波から周波数と位相を推定
する周波数位相推定装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a frequency / phase estimating apparatus for estimating a frequency and a phase from a noise-weighted sine wave.
(従来技術とその問題点) 従来技術として良く知られてるものは、位相ロックルー
プで、時に周波数誤差がある場合2次系によって固定位
相誤差を0とする方法が最も一般的に用いられる。然し
ながら、通常の位相がロックループは短時間の内に正確
に周波数と位相を合わせる目的に必ずしも適当な手段と
は言い難い。殊に雑音が大きい環境では正確な推定には
極めて多くの時間を要するという欠点がある。(Prior art and its problems) A well-known conventional art is a phase-locked loop, and a method in which a fixed phase error is set to 0 by a secondary system when there is a frequency error is most commonly used. However, it is difficult to say that the normal phase lock loop is necessarily suitable for the purpose of accurately adjusting the frequency and the phase within a short time. Especially, in a noisy environment, accurate estimation takes a very long time.
(発明の目的) 本発明は、このような従来の欠点を除去せしめて、雑音
の大きい環境下でも極めて短時間に正確に周波数と位相
を推定手段を提供することにある。(Object of the Invention) It is an object of the present invention to provide a means for accurately estimating a frequency and a phase in an extremely short time even in an environment with a large amount of noise by eliminating such a conventional drawback.
(発明の構成) 上記目的を達成するために、本発明は、雑音の重畳した
正弦波をサンプルするサンプルホールドと、サンプルホ
ールドの出力をディジタル化するA/D変換器と、A/D変換
器の出力と正弦波発生器から出力される正弦波とが入力
され位相誤差を出力する位相検波器と、位相検波器の出
力を入力する第1のレジスタと、カウンタの内容Kをア
ドレスとして2/Kに対応する数値を出力する第1の係数
発生器と、第1の係数発生器の出力と第1のレジスタの
出力を乗算する第1の乗算器と、乗算結果と初期位相推
定値を保持する第2のレジスタの内容とを加算する第1
の加算器と、第1の加算器の出力を初期位相推定値の更
新値として格納する第2のレジスタと、第1の加算器の
出力を一方の入力端子に入力する第2の加算器と、カウ
ンタの内容Kをアドレスとして6/〔K(K+1)〕に対
応する数値を出力する第2の係数発生器と、第2の係数
発生器の出力と第1のレジスタの出力を乗算する第2の
乗算器と、乗算結果を周波数推定値を保持する第3のレ
ジスタの内容から減算する減算器と、減算器の出力を周
波数推定値の更新値として格納する第3のレジスタと、
減算器の出力とカウンタの内容が乗算される第3の乗算
器と、第3の乗算器の出力を他方の入力端子に入力する
第2の加算器と、第2の加算器の出力を入力する正弦発
生器とから構成したものである。(Structure of the Invention) In order to achieve the above object, the present invention provides a sample hold for sampling a sine wave on which noise is superimposed, an A / D converter for digitizing the output of the sample hold, and an A / D converter. 2) and the sine wave output from the sine wave generator are input to output the phase error, the first register to input the output of the phase detector, and the counter contents K as an address 2 / Holds a first coefficient generator that outputs a numerical value corresponding to K, a first multiplier that multiplies the output of the first coefficient generator and the output of the first register, a multiplication result, and an initial phase estimation value The first register for adding the contents of the second register
Of the first adder, a second register for storing the output of the first adder as an updated value of the initial phase estimation value, and a second adder for inputting the output of the first adder to one input terminal. , A second coefficient generator that outputs a numerical value corresponding to 6 / [K (K + 1)] with the content K of the counter as an address, and a second coefficient generator that multiplies the output of the second coefficient generator and the output of the first register. 2 multiplier, a subtracter that subtracts the multiplication result from the contents of the third register that holds the frequency estimated value, a third register that stores the output of the subtractor as an updated value of the frequency estimated value,
A third multiplier that multiplies the output of the subtractor and the contents of the counter, a second adder that inputs the output of the third multiplier to the other input terminal, and an output of the second adder And a sine generator that
(構成の詳細な説明) 本発明が対象とするのは、時刻iにおける位相θiが θi=θo+i・w と表される正弦波に雑音{ei}が重畳し等価的に θi=θo+i・w+ei なる位相として観測されるとき、{ei}による影響をで
きるだけ受けずにθoとwと推定する問題である。時刻
1からkまでの観測値を用い、推定誤差の分散を最小に
する推定方法として最小2乗法が良く知られている。最
小2乗法を上記の問題に当てはめると次のようになる。(Detailed Description of Configuration) The present invention is directed to noise {ei} superposed on a sine wave whose phase θ i is represented by θ i = θ o + i · w at time i and is equivalent to θ i = Θ o + i · w + e i When observed as a phase, it is a problem of estimating θ o and w with the influence of {ei} as little as possible. The least-squares method is well known as an estimation method that minimizes the variance of the estimation error using observation values from time 1 to k. Applying the method of least squares to the above problem, it becomes as follows.
評価関数を と定義する。評価関数のθoおよびwに関する偏微係数
を各々0とおくと以下の方程式から得られる。The evaluation function It is defined as If the partial derivatives with respect to θ o and w of the evaluation function are set to 0, the following equation is obtained.
又は θoとwの最上分散推定値は(1)式の解として と与えられる。この最適解を毎時時刻逐次的に求める手
段として逐次回帰法が知られている。それによれば時刻
iにおけるθoの推定値θo i,wの推定値をwiとすると
時刻Kにおいて θkは時刻Kの位相を表わす。 Or The best estimate of the variance of θ o and w is the solution of equation (1). Is given. The sequential regression method is known as a means for sequentially obtaining the optimum solution every hour. At time K the estimated value of the estimated value theta o i, w of theta o at time i according to which the w i θ k represents the phase at time K.
YtはYの転置を表わす。Y t represents the transpose of Y.
と修正すうことになる。I will correct it.
逆行列AK -1は簡単に求まり(3)式は次のように簡単化
される。The inverse matrix A K -1 can be easily obtained, and the equation (3) is simplified as follows.
ここで を位相誤差と呼ぶと初期位相推定値θo Kは位相誤差に
時刻Kに依存する時変係数(具体的には2/K)を乗し一
時時前の推定値θo K−1に加えることにより修正し、
又周波数推定値wKは同じく位相誤差に時刻Kに依存する
時変係数(具体的には6/K(K+1)を乗じ一時時前の
推定値wK-1から減ずることにより修正するという構成を
とることにより(4)式が実現される。この方法によれ
ば毎時刻その時点までの観測値を用いた最良の推定が方
程式を解く形で与えられるため通常の位相ロックループ
に比べ極めて短時間に最適な推定値が与えられる。 here Is called the phase error, the initial phase estimated value θ o K is multiplied by the time-varying coefficient (specifically 2 / K) that depends on the time K and added to the estimated value θ o K-1 before the temporary time. Fixed by
The frequency estimation value w K is also corrected by multiplying the phase error by a time-varying coefficient that depends on the time K (specifically, 6 / K (K + 1) and subtracting it from the estimation value w K-1 before the temporary time. Equation (4) is realized by taking Eq. (4), which is extremely short compared to a normal phase-locked loop, because the best estimation using the observed values up to that point in time is given in the form of solving the equation. The best estimate for time is given.
(実施例) 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第1図は本発明の実施例を示すブロック図であ
る。端子1より入来する雑音の重量した正弦波はサンプ
ルホールド2でサンプルされA/D変換器3でディジタル
化される。ディジタル化された正弦波はディジタル位相
検波器4において、後述する手段により推定された周波
数と位相に合致した正弦波を発生する正弦波発生器5の
発生する正弦波と比較された位相誤差が前記位相検器の
出力に現れレジスタ6に格納される。位相検波器の実現
手段は例えば文献(W.Lindsey“A surver of Digital P
hase−Locked Loop"Proc.IEEE,vol.69,No.4,April 198
1)に詳しく示されている。又、正弦波発生器5は読出
し専用メモリ(ROM)により構成することができ、後述
する位相推定値をアドレスとして正弦波の標本値を出力
する。カウンタ7は、本装置の動作開始時点から毎位相
比較時刻カウントアップしている。第1の係数発生器8
はROMであり前記カウンタ7の内容Kをアドレスとして2
/Kに対応する数値を出力する。その出力は乗算器9にお
いて前記位相誤差の値を保持するレジスタ6の内容と乗
算される乗算結果は初期位相推定値を保持するレジスタ
10の内容と加算器11において加算される。加算器11の出
力は初期位相推定値の更新値として再びレジスタ10に格
納されると同時に加算器12の片方の入力として与えられ
る。第2の係数発生器13もROMであり塩基カウンタ7の
内容Kをアドレスとして6/K(K+1)に対応する数値
を出力する。その出力は乗算器14において前記位相誤差
の値を保持するレジスタ6の内容と乗算される。乗算結
果は周波数推定値を保持するレジスタ15の内容から減算
器16において減算される。前記レジスタ15の初期値は、
例えば復調用局部発振周波数のように公称値が判ってい
る場合はその値にセットされる。減算器16の出力は周波
数推定値の更新値として再びレジスタ15に格納されると
同時に、乗算器17において前記カウンタ7の内容と乗算
される。乗算器17の出力は前記加算器12のもう一方の入
力として与えられ、前記初期位相推定値の更新値と加算
される。前記加算器12の出力は時刻Kにおける最適位相
推定値として前記正弦波発生器5のROMのアドレスとし
て用いられる。尚このアドレスの最大値を2πに対応さ
せておくことにより位相推定値はモジュロ2πで行なわ
れる。以上により、入力さえる雑音の重量した正弦波か
ら周波数と位相を逐次的に最小分散推定をすることが出
来る。推定値は各々レジスタ15,10の内容として与えら
れる。尚、プログラマブルな信号処理プロセサで上記と
等価な動作を容易に実現することが出来ることは明らか
である。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. A noise-weighted sine wave coming from the terminal 1 is sampled by the sample hold 2 and digitized by the A / D converter 3. In the digital phase detector 4, the digitized sine wave has a phase error compared with the sine wave generated by the sine wave generator 5 which generates a sine wave matching the frequency and phase estimated by the means described later. It appears at the output of the phase detector and is stored in register 6. A phase detector can be implemented by, for example, the literature (W. Lindsey “A surver of Digital P
hase-Locked Loop "Proc.IEEE, vol.69, No.4, April 198
It is shown in detail in 1). Further, the sine wave generator 5 can be composed of a read-only memory (ROM), and outputs a sample value of the sine wave with a phase estimation value described later as an address. The counter 7 counts up every phase comparison time from the start of the operation of the present device. First coefficient generator 8
Is a ROM and uses the content K of the counter 7 as an address 2
Output the numerical value corresponding to / K. The output is multiplied by the content of the register 6 which holds the value of the phase error in the multiplier 9, and the multiplication result is the register which holds the initial phase estimation value.
The contents of 10 and the adder 11 are added. The output of the adder 11 is again stored in the register 10 as an updated value of the initial phase estimation value and is given to one input of the adder 12 at the same time. The second coefficient generator 13 is also a ROM and outputs a numerical value corresponding to 6 / K (K + 1) with the content K of the base counter 7 as an address. The output is multiplied in the multiplier 14 with the contents of the register 6 holding the value of the phase error. The multiplication result is subtracted by the subtracter 16 from the contents of the register 15 holding the frequency estimated value. The initial value of the register 15 is
If the nominal value is known, for example, the local oscillation frequency for demodulation, it is set to that value. The output of the subtracter 16 is again stored in the register 15 as the updated value of the frequency estimation value, and at the same time, is multiplied by the content of the counter 7 in the multiplier 17. The output of the multiplier 17 is given as the other input of the adder 12, and is added to the updated value of the initial phase estimation value. The output of the adder 12 is used as the optimum phase estimation value at time K as the ROM address of the sine wave generator 5. The phase estimation value is modulo 2π by making the maximum value of this address correspond to 2π. As described above, it is possible to sequentially estimate the minimum variance of the frequency and the phase from the sine wave in which the weight of the input noise is weighted. The estimated value is given as the contents of registers 15 and 10, respectively. It is obvious that the programmable signal processing processor can easily realize the operation equivalent to the above.
(発明の効果) 従来の位相ロックループが単純なフィルタであるのに対
し、本発明は時不変のパラメタを推定するカルマンフィ
ルタに対応しており、カルマンフィルタが最適線形フィ
ルタであることを考えれば、従来例よりもはるかに短時
間でしかも正確に周波数・位相を推定できると言える。(Effects of the Invention) While the conventional phase-locked loop is a simple filter, the present invention corresponds to a Kalman filter that estimates a time-invariant parameter, and considering that the Kalman filter is an optimal linear filter, It can be said that the frequency and phase can be estimated accurately in a much shorter time than in the example.
第1図は本発明の実施例を示すブロック図である。図に
おいて、 2…サンプルホールド,3…A/D変換器,4…位相検波器,5
…正弦波発生器,6,10,15…レジスタ,7…カウンタ,8,13
…係数発生器,9,14,17…乗算器,11,12…加算器,16…減
算器である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 2 ... Sample hold, 3 ... A / D converter, 4 ... Phase detector, 5
… Sine wave generator, 6,10,15… Register, 7… Counter, 8,13
... Coefficient generator, 9, 14, 17 ... Multiplier, 11, 12 ... Adder, 16 ... Subtractor.
Claims (1)
プルホールドと、サンプルホールドの出力をディジタル
化するA/D変換器と、A/D変換器の出力と正弦波発生器か
ら出力される正弦波とが入力され位相誤差を出力する位
相検波器と、位相検波器の出力を入力する第1のレジス
タと、カウンタの内容Kをアドレスとして2/Kに対応す
る数値を出力する第1の係数発生器と、第1の係数発生
器の出力と第1のレジスタの出力を乗算する第1の乗算
器と、乗算結果と初期位相推定値を保持する第2のレジ
スタの内容とを加算する第1の加算器と、第1の加算器
の出力を初期位相推定値の更新値として格納する第2の
レジスタと、第1の加算器の出力を一方の入力端に入力
する第2の加算器と、カウンタの内容Kをアドレスとし
て6/〔K(K+1)〕に対応する数値を出力する第2の
係数発生器と、第2の係数発生器の出力と第1のレジス
タの出力を乗算する第2の乗算器と、乗算結果を周波数
推定値を保持する第3のレジスタの内容から減算する減
算器と、減算器の出力を周波数推定値の更新値として格
納する第3のレジスタと、減算器の出力とカウンタの内
容が乗算される第3の乗算器と、第3の乗算器の出力を
他方の入力端に入力する第2の加算器と、第2の加算器
の出力を入力する正弦波発生器とからなることを特徴と
する周波数・位相推定装置。1. A sample hold for sampling a sine wave on which noise is superimposed, an A / D converter for digitizing the output of the sample hold, a sine output from the A / D converter and a sine wave generator. Phase detector that receives a wave and outputs a phase error, a first register that inputs the output of the phase detector, and a first coefficient that outputs a numerical value corresponding to 2 / K with the content K of the counter as an address. A generator, a first multiplier that multiplies the output of the first coefficient generator and the output of the first register, and a sum of the multiplication result and the contents of the second register that holds the initial phase estimation value. 1 adder, a second register that stores the output of the first adder as an updated value of the initial phase estimation value, and a second adder that inputs the output of the first adder to one input end And the content K of the counter as an address, 6 / [K (K + 1)] A second coefficient generator that outputs a corresponding numerical value, a second multiplier that multiplies the output of the second coefficient generator and the output of the first register, and a third that holds the multiplication result as a frequency estimation value. A subtractor for subtracting from the contents of the register of, a third register for storing the output of the subtractor as an updated value of the frequency estimation value, and a third multiplier for multiplying the output of the subtractor by the contents of the counter, A frequency / phase estimation apparatus comprising a second adder for inputting the output of the third multiplier to the other input terminal and a sine wave generator for inputting the output of the second adder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59277365A JPH0716159B2 (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Frequency / phase estimation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59277365A JPH0716159B2 (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Frequency / phase estimation device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61154317A JPS61154317A (en) | 1986-07-14 |
| JPH0716159B2 true JPH0716159B2 (en) | 1995-02-22 |
Family
ID=17582507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59277365A Expired - Lifetime JPH0716159B2 (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Frequency / phase estimation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0716159B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2527008B2 (en) * | 1988-10-03 | 1996-08-21 | 日本電気株式会社 | Frequency / phase estimation device |
| JP2527011B2 (en) * | 1988-10-03 | 1996-08-21 | 日本電気株式会社 | Frequency / phase estimation device |
| KR100458630B1 (en) * | 2002-10-07 | 2004-12-03 | 광주과학기술원 | Method and Apparatus for Joint Phase Offset and Frequency Offset Estimator for MPSK Transmission |
-
1984
- 1984-12-27 JP JP59277365A patent/JPH0716159B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61154317A (en) | 1986-07-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nishiyama | A nonlinear filter for estimating a sinusoidal signal and its parameters in white noise: On the case of a single sinusoid | |
| Abdollahi et al. | Frequency estimation: A least-squares new approach | |
| US20040085096A1 (en) | Efficient digital method of and system for determining the instantaneous phase and amplitude of a vibratory accelerometer and other sensors | |
| JPS63128269A (en) | Digital measuring instrument | |
| Borkowski et al. | Improvement of accuracy of power system spectral analysis by coherent resampling | |
| US5872538A (en) | Frequency domain correction of I/Q imbalance | |
| Islam et al. | Accurate estimation of phase angle for three-phase systems in presence of unbalances and distortions | |
| JP3610343B2 (en) | Spurious signal removal method for measuring receiver | |
| Reza et al. | Recursive DFT-based method for fast and accurate estimation of three-phase grid frequency | |
| JPH0716159B2 (en) | Frequency / phase estimation device | |
| US8972215B2 (en) | Method and system for determining parameters of sinusoidal signals | |
| JPH0754882B2 (en) | Digital demodulator for continuously phase-modulated or frequency-modulated signal | |
| Maskell et al. | Adaptive subsample delay estimation using a modified quadrature phase detector | |
| Geng et al. | Advanced topics on RF amplitude and phase detection for low-level RF systems | |
| US20040127188A1 (en) | Direct conversion receiver | |
| JP2527011B2 (en) | Frequency / phase estimation device | |
| Pin et al. | Sinusoidal signal estimation from a noisy-biased measurement by an enhanced PLL with generalized error filtering | |
| JP2527008B2 (en) | Frequency / phase estimation device | |
| JP4578298B2 (en) | Encoder output signal waveform correction device | |
| KR0155746B1 (en) | Resolver Position Correction Method and Device | |
| JP3099377B2 (en) | Power calculation method and protection relay using the method | |
| JP2527009B2 (en) | Frequency / phase estimation device | |
| Händel et al. | Large error recovery for a class of frequency tracking algorithms | |
| Bertocco et al. | Numerical algorithms for power measurements | |
| JP7238415B2 (en) | Single frequency signal detection device and single frequency detection method |