KR100877225B1 - Detector clipping squared signals - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자승신호크기를 제한하는 검파기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잡음분산 추정 시 수신신호 크기가 임의 한계치인 제한치보다 큰 경우 상기 제한치를 이용하여 수신신호의 크기 상승이 억압되도록 하여 잡음분산을 추정함에 따라 검출 확률을 향상시킬 수 있는, 자승신호크기를 제한하는 검파기에 관한 것이다.The present invention relates to a detector for limiting a square signal size, and more particularly, when noise reception is larger than a limit value which is an arbitrary limit value when estimating noise variance, the increase of the received signal is suppressed by using the limit value. It relates to a detector for limiting the square signal size, which can improve the detection probability according to the estimation.
검파(Detection) 이론은 2차 세계대전의 레이다(Radar) 분야에서부터 사용되었고 그 응용분야는 소나(Sonar), 레이다(Radar), 전파천문학(Radio Astronomy), 보안(Security) 등 다양하다. Detection theory has been used since the World War II radar field, and its applications range from Sonar, Radar, Radio Astronomy, and Security.
이러한 검파이론은, '신호와 잡음' 아니면, '잡음'이라는 2가지 가설(Hypothesis) 중 하나를 선택할 때 사용하는 것으로, 기준이 되는 문턱값(Threshold)을 어떻게 설정하는가에 관한 이론이다. 여기서, '신호'는 결정론적(Deterministic)으로 설정하고, '잡음'은 무작위 처리(Random Process)로 설정한다. This method is used to select one of two hypotheses, 'signal and noise' or 'noise', and it is a theory of how to set a threshold. Here, 'signal' is set to Deterministic and 'noise' is set to Random Process.
종래에는 도 1과 같이 선형검파기(Linear Detector)를 이용하여 수신신호를 검파하는 방법이 개시되어 있고, 이러한 선형검파기(10)를 이용한 검파 과정을 상세히 설명하면 아래와 같다.Conventionally, a method of detecting a received signal using a linear detector is disclosed as shown in FIG. 1, and the detection process using the
먼저, 아래의 수학식 A와 같이 가정0(Hypothesis 0)은 수신신호에 '잡음신호'만 있는 경우, 가정1(Hypothesis 1)은 수신신호에 '송신신호'와 '잡음신호'가 모두 존재하는 경우이다.First, as shown in Equation A below, hypothesis 0 includes only a 'noise signal' in a received signal, and hypothesis 1 indicates that both a 'transmission signal' and a 'noise signal' exist in the received signal. If it is.
[수학식 A]Equation A
Hj: x[i]= Sj+w[i], (i = 1, ... ,n), j=0,1H j : x [i] = S j + w [i], (i = 1, ..., n), j = 0,1
-> H0: x[i]= S0+w[i], (i = 1, ... ,n), j=0-> H 0 : x [i] = S 0 + w [i], (i = 1, ..., n), j = 0
-> H1: x[i]= S1+w[i], (i = 1, ... ,n), j=1-> H 1 : x [i] = S 1 + w [i], (i = 1, ..., n), j = 1
여기서, x[i]는 i번째 수신신호, Sj는 송신신호, w[i]는 i번째 잡음신호, n은 일정주기 내에 수신되는 수신신호의 샘플수, i는 1 내지 n번째 샘플 중 i번째에 해당되는 수신신호 샘플을 의미한다. 즉, 상기 x[i]는 i번째 수신신호 샘플이고, 상기 w[i]는 i번째 수신신호 샘플 내에 포함된 잡음신호로서 i번째 잡음신호를 의미한다.Where x [i] is the i-th received signal, S j is the transmit signal, w [i] is the i-th noise signal, n is the number of samples of the received signal received within a predetermined period, i is i of the 1st to nth samples It means the received signal sample corresponding to the first. That is, x [i] is the i-th received signal sample, and w [i] is the noise signal included in the i-th received signal sample, which means the i-th noise signal.
한편, w(n)의 분포는 f0(x), f1(x)로 각각 표기 가능하며, 이것이 i.i.d. (Independent Identical Distribution)의 가우시안 분포를 따른다고 가정하면, 샘플의 합의 분포는 수학식 B와 같다. 즉, 수학식 B를 살펴보면, 각 샘플별로 합산한 결과의 분포가 곧, 잡음신호의 분포를 의미함을 알 수 있다. 여기서, 샘플의 합을 하는 이유는 여러 개의 샘플이 입력되면 샘플을 일정주기 별로 끊고, 그 주기 동안의 샘플은 합치기 때문이다.On the other hand, the distribution of w (n) can be expressed as f 0 (x) and f 1 (x), respectively, and it is assumed that this follows the Gaussian distribution of iid (Independent Identical Distribution). Same as That is, looking at Equation B, it can be seen that the distribution of the sum result for each sample means the distribution of the noise signal. Here, the reason for sum of the samples is that when a plurality of samples are input, the samples are cut at regular intervals, and the samples during the period are summed.
[수학식 B]Equation B
여기서 신호는 결정론적(Deterministic)이라서 S0는 0이며, S1는 이미 값을 아는 상수이며, 잡음의 분산(σ2)은 알 방법이 없기 때문에, 도 1과 같은 선형검파기(10)에서는 1이라 가정하고 계산하게 된다. 여기서 물론, j=0, j=1은 각각 수학식 A에서 H0, H1의 가정을 의미한다. Here, since the signal is deterministic, S 0 is 0, S 1 is a constant whose value is already known, and the variance of noise (σ 2 ) is unknown, so in the
선형검파기(10)의 가능도비(Likelihood Ratio)인 L(x1, ... ,xn)은 수학식 C과 같이 연산된다.L (x 1 , ..., x n ), which is the Likelihood Ratio of the
[수학식 C]Equation C
여기서 T는, 선형검파기(10) 상에서 수신신호의 검파기준이 되는 문턱값(Threshold)을 나타낸다.Here, T represents a threshold that is a detection reference of the received signal on the
예를 들어, 상기 수신신호에 관한 수학식 C의 가능도비(L)가 상기 문턱값(T) 보다 큰 경우 1로 검파되고, 문턱값(T) 보다 작은 경우 0으로 검파될 수 있다. 물론, 상기 연산된 가능도비(L)가 문턱값(T)과 동일한 경우는 1 또는 0으로 검파될 수 있고 이는 상황에 따라 선택적으로 변경 가능하다. For example, when the likelihood ratio L of Equation C with respect to the received signal is greater than the threshold value T, it may be detected as 1, and when it is smaller than the threshold value T, it may be detected as 0. Of course, when the calculated likelihood ratio L is equal to the threshold value T, it can be detected as 1 or 0, which can be selectively changed according to circumstances.
한편, 수학식 C는 수학식 B를 이용하여 아래의 수학식 D와 같이 정리될 수 있다.On the other hand, Equation C can be arranged as Equation D below using Equation B.
[수학식 D][Equation D]
한편, 이미 상술한 바와 같이, S0는 0이고, 잡음의 분산(σ2)은 상수이므로, 수학식 D는 수학식 E와 같이 간단히 정리될 수 있다.Meanwhile, as described above, since S 0 is 0 and the variance of noise σ 2 is a constant, Equation D can be simply summarized as Equation E.
[수학식 E][Equation E]
즉, 도 1의 선형검파기(10)의 가능도비(Likelihood Ratio)는 상기 수학식 E와 같이 LL로 재정의될 수 있는데, 이러한 도 1에 도시된 T는 상기 재정의된 를 의미할 수 있다. 그리고, S1은 상수이므로 수학식 E의 는 상수가 된다. 따라서, 가능도비(LL)가 보다 큰 경우 1로 검파되고, 보다 작은 경우 0으로 검파될 수 있고, 상기 가능도비(LL)가 와 동일한 경우는 1 또는 0으로 검파될 수 있다. That is, the likelihood ratio of the
한편, 상기 선형검파기(10)와는 달리, 잡음의 분산(σ2)이 상수가 아니라고 가정하여 분산을 추정하는 아래의 '개선된 검파기'가 제안되고 있다.On the other hand, unlike the
이러한 '개선된 검파기'의 경우도, 잡음신호인 w(n)의 분포는 상기 선형검파기(10)에서와 같이 아래의 f0(x), f1(x)로 표기 가능하며, 상기 w(n)이 i.i.d.의 가우시안 분포를 따른다고 가정하면, 샘플의 합의 분포는 수학식 F와 같이 나타낼 수 있다.In the case of the 'improved detector', the distribution of w (n), which is a noise signal, can be expressed as f 0 (x) and f 1 (x) below, as in the
[수학식 F]Equation F
이러한 '개선된 검파기'의 경우, 잡음의 분산(σ2)은 1로 가정하지 않고 로 두며, 이러한 잡음 분산은 분산추정기를 통해 추정될 수 있다. 그리고, 수학식 F에서 S0는 0이며 S1는 이미 값을 아는 상수이다.For this 'improved detector', the variance of noise (σ 2 ) is not assumed to be 1 This noise variance can be estimated through the variance estimator. In Equation F, S 0 is 0 and S 1 is a constant that already knows a value.
분산 추정을 위해서는 또한 아래의 수학식 G가 만족되어야 하는데, 이는 수학식 F 상의 fi 함수(샘플의 합에 관한 분포함수)를 에 대해 미분한 값이다.For variance estimation, the following equation G must also be satisfied, which is f i in equation F. Function (distribution function for sum of samples) Differentiate for.
[수학식 G][Equation G]
이러한 수학식 G에 기재된 잡음분산()은 수학식 H와 같이 로 재정의 가 능하다.Noise variance described in Equation G ( ) Is the same as Can be redefined.
[수학식 H][Equation H]
여기서, n, x, Sj에 관해서는 앞서 선형검파기(10)의 예에서 상술한 바 있으므로 상세한 설명은 생략하고자 한다.Here, since n, x, and S j have been described above in the example of the
한편, 상술한 '개선된 검파기'의 가능도비(Likelihood Ratio)는 수학식 I와 같이 나타낼 수 있다.Meanwhile, the likelihood ratio of the above-described 'improved detector' may be expressed by Equation I.
[수학식 I][Equation I]
여기서 T는 상기 선형검파기(10)의 경우에 계산되는 수학식 D 상의 T를 의미할 수 있다.Here, T may refer to T on Equation D calculated in the case of the
한편, 수학식 I를 수학식 J와 같이 간단히 정리하여 표현할 수 있다.On the other hand, equation (I) can be expressed simply as shown in equation (J).
[수학식 J][Equation J]
또한, 수학식 J는 아래의 수학식 K로 재정의 가능하다.In addition, Equation J can be redefined by Equation K below.
[수학식 K][Equation K]
이러한 '개선된 검파기'의 가능도비(Likelihood Ratio)는 도 2와 같이 LR이라 칭하며, 문턱값(Threshold)은 수학식 K와 같이 상기 T 값을 이용하여 로 재정의되어 를 기준으로 한 검파가 수행될 수 있으며 는 상수가 된다. 따라서, 가능도비(LR)가 보다 큰 경우 1로 검파되고, 보다 작은 경우 0으로 검파될 수 있고, 와 동일한 경우는 1 또는 0으로 검파될 수 있다.Likelihood ratio of the 'improved detector' is referred to as L R as shown in Figure 2, the threshold (Threshold) using the T value as shown in Equation K Overridden by Can be performed based on Becomes a constant. Therefore, the likelihood ratio (L R ) is Is greater than 1, Less than 0 can be detected, If the same as can be detected as 1 or 0.
이러한 '개선된 검파기'는 이미 출판된 Fundamentals of Statistics Signal processing Volume II, Detection theory의 page 338, example 9.1에 기재된 내용이며, 책의 내용은) 도 2의 잡음분산추정기(110) 내부에 포함된 제한치(k)을 이용한 제한(Clipping) 기능을 제외하고는 동일하다.These 'improved detectors' are described in Fundamentals of Statistics Signal Processing Volume II, page 338 of the Detection Theory, Example 9.1, and the contents of the book) are the limits contained within the
한편, 수학식 K를 이용한 검파 이후에는, 수신신호의 검출확률에 관한 시뮬레이션을 수행할 수 있다.On the other hand, after detection using Equation K, it is possible to perform a simulation on the detection probability of the received signal.
먼저, 수학식 E와 수학식 K에서 거짓경보확률(False Alarm Probability;Pf)이 {10-2, 10-3, 10-4}이고 Eb/No(Signal to Noise Rate)가 -3.02dB(S1=1, σ2=1) 조건 하에서 각각의 문턱값 과 값을 계산한다.First, in E and E, False Alarm Probability (P f ) is {10 -2 , 10 -3 , 10 -4 } and E b / N o (Signal to Noise Rate) is -3.02. Each threshold under dB (S 1 = 1, σ 2 = 1) and Calculate the value.
이렇게 계산된 문턱값을 이용하여 Eb/No를 변화시켜(이 경우 잡음분산 σ2을 1로 고정한 상태에서 송신신호 S1을 변화시켜), 아래의 수학식 L과 수학식 M과 같이 각각의 검출확률(Detection Probability;Pd)을 계산하여 비교해 볼 수 있다.By using the calculated threshold value, E b / N o is changed (in this case, the transmission signal S 1 is changed while the noise variance σ 2 is fixed to 1), respectively, as shown in Equations L and M below. Detect Probability (P d ) can be calculated and compared.
[수학식 L][Equation L]
[수학식 M]Equation M
즉, 수학식 L은 도 1의 선형검파기(10)에서 를 사용하여 검출확률을 구하는 식이고, 수학식 M은 도 2와 같은 '개선된 검파기'에서 를 사용하여 검출확률을 구하는 식이다. That is, equation (L) in the
여기서 F0와 F1는 앞서 상술한 바와 같이 가우시안 분포를 따르는 것으로 가정한다.It is assumed here that F 0 and F 1 follow a Gaussian distribution as described above.
그런데, 이상과 같이 종래에 제안되고 있는 상기 '선형검파기'와 '상기 개선된 검파기'의 경우, 잡음 분산 추정시 별도의 한계치가 주어지지 않아 수신신호의 크기가 큰 경우에 제한이 불가능하고 검출 확률이 저하되는 문제점이 있다.However, in the case of the linear detector and the improved detector, which are conventionally proposed as described above, no limitation is given when estimating the noise variance, so that the limitation is impossible when the size of the received signal is large and the detection probability is not possible. There is a problem of this deterioration.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 잡음분산 추정 시, 수신신호의 크기가 기 지정된 한계치인 제한치보다 작은 경우는 상기 수신신호의 자승성분을 이용하여 잡음분산을 추정하되, 큰 경우는 수신신호의 크기 상승이 억압되도록 상기 제한치의 자승성분을 이용하여 잡음분산을 추정함에 따라 신호 검출 확률이 향상될 수 있는, 자승신호크기를 제한하는 검파기를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and when estimating noise variance, when the magnitude of the received signal is smaller than a predetermined limit, the noise variance is estimated using a square component of the received signal. An object of the present invention is to provide a detector for limiting a square signal size, in which a signal detection probability can be improved by estimating noise variance using a square component of the limit value so that a magnitude of a received signal is suppressed.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자승신호크기를 제한하는 검파기는, 송신신호와 잡음신호를 포함하여 수신된 수신신호 상의 상기 잡음신호에 관한 잡음분산을 잡음분산추정기에서 추정하고, 추정된 잡음분산을 이용한 가능도비(Likelihood Rate)를 기준치인 문턱값(Threshold)과 비교하여 수신신호를 검파하는 검파기에 있어서, 상기 잡음신호가 가우시안 분포를 갖는다는 가정하에 상기 잡음신호의 잡음분산을 추정하되, 상기 수신신호의 크기가 기 지정된 제한치보다 작은 경우 상기 수신신호의 자승값을 이용하여 상기 잡음분산을 추정하고, 상기 수신신호의 크기가 상기 제한치보다 큰 경우 상기 수신신호의 크기 상승이 억압되도록 상기 수신신호를 상기 제한치의 자승값으로 대체하여 상기 수신신호 대신 상기 제한치의 자승값을 이용하여 상기 잡음분산을 추정하는 잡음분산추정기를 포함한다.The detector for limiting the square signal size of the present invention for achieving the above object, by using a noise dispersion estimator to estimate the noise dispersion of the noise signal on the received signal including the transmission signal and the noise signal, In the detector for detecting a received signal by comparing a Likelihood Rate using noise variance with a threshold, the noise variance of the noise signal is estimated on the assumption that the noise signal has a Gaussian distribution. When the magnitude of the received signal is smaller than a predetermined limit, the noise variance is estimated using a square of the received signal, and when the magnitude of the received signal is larger than the limit, the increase in magnitude of the received signal is suppressed. Replace the received signal with the square of the limit and use the square of the limit instead of the received signal. And a noise variance estimator for estimating the noise variance.
또한, 상기 잡음분산추정기는, 수학식 1의 제한함수(hR(x))를 이용하여 상기 수신신호(x)의 절대치와 상기 제한치(k)를 비교한 결과를 수학식 2에 적용하여 상기 잡음분산을 추정할 수 있다.In addition, the noise dispersion estimator applies the result of comparing the absolute value of the received signal x with the limit value k using the limit function h R (x) of
[수학식 1][Equation 1]
(여기서, hR(x): 제한함수, x: 수신신호, k: 제한치)(Where h R (x): limit function, x: received signal, k: limit value)
[수학식 2][Equation 2]
(여기서, : 잡음신호의 분산, n: 일정주기 내에 수신되는 수신신호의 샘플수, xi; 1 내지 n번째 샘플 중 i번째에 해당되는 수신신호 샘플, Sj: j 경우의 송신신호, j=0: 수신신호에 잡음신호만이 존재하는 경우, j=1: 수신신호에 송신신호와 잡음신호가 모두 존재하는 경우)(here, : Variance of noise signal, n: number of samples of received signal received within a certain period, x i ; Received signal sample corresponding to i th of 1 th to n th samples, S j : transmission signal in case of j, j = 0: when only noise signal is present in the reception signal, j = 1: transmission signal and noise in the reception signal If all signals are present)
한편, 본 발명은, 상기 잡음분산추정기에서 추정된 상기 잡음분산()을 이용하여 수학식 3 및 수학식 4를 통해 재정의된 가능도비를, 재정의된 문턱값()과 비교하는 것에 의해 상기 수신신호를 검파하는 검파부를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the present invention, the noise dispersion estimated by the noise dispersion estimator ( ), The likelihood ratio redefined by
[수학식 3][Equation 3]
[수학식 4][Equation 4]
(여기서, L(x1,...,xn): 재정의되기 이전의 가능도비, T: 재정의되기 이전의 문턱값, LR(x1,...,xn): 재정의된 가능도비, : 재정의된 문턱값)(Where L (x 1 , ..., x n ): likelihood ratio before redefinition, T: threshold before redefinition, L R (x 1 , ..., x n ): likelihood likelihood , : Overridden threshold)
그리고, 본 발명에 따르면, 상기 잡음분산추정기에 이용되는 상기 제한치의 입력 또는 입력된 제한치의 변경을 위한 입력부를 더 포함할 수 있다.According to the present invention, the input unit may further include an input unit for inputting the limit value used for the noise dispersion estimator or for changing the input limit value.
여기서, 상기 입력부는, 상기 샘플수(n)의 변경을 위한 조작신호가 입력될 수 있다.Herein, the input unit may input an operation signal for changing the sample number n.
본 발명에 따른 자승신호크기를 제한하는 검파기는 다음과 같은 효과를 제공한다.The detector for limiting the square signal size according to the present invention provides the following effects.
첫째, 수신신호의 크기가 기 지정된 한계치인 제한치보다 작은 경우 상기 수신신호의 자승성분을 이용하여 잡음분산추정기에서 잡음분산을 추정하되, 제한치보다 큰 경우는 수신신호의 크기 상승이 억압되도록 상기 제한치의 자승성분을 이용하여 잡음분산을 추정함에 따라 종래의 선형검파기를 사용한 경우에 비해 신호 검 출확률이 향상될 수 있다.First, when the magnitude of the received signal is smaller than the predetermined limit, the noise dispersion estimator estimates the noise variance using a square component of the received signal, but when the magnitude of the received signal is larger than the limit, the increase of the received signal is suppressed. By estimating the noise variance using the square component, the signal detection probability can be improved as compared with the conventional linear detector.
둘째, 상기 제한치를 이용한 경우, 실제로 라플라시안 분포도를 가진 잡음이 입력될 때에도 검출확률 특성이 우수한 이점이 있다.Second, when the limit value is used, the detection probability characteristic is excellent even when the noise having the Laplacian distribution is actually input.
셋째, 입력부를 통해 한계치(k)의 입력 및 변경뿐만 아니라 합산되는 신호 샘플수(n)의 변경이 가능하여 검출확률의 조절이 가능하다.Third, not only the input and change of the limit value k but also the change of the number of signal samples n added through the input part can be adjusted, and thus the detection probability can be adjusted.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자승신호크기를 제한하는 검파기의 구성도, 도 3은 일반적인 가우시안 분포도와 라플라시안 분포도를 함께 나타낸 그래프이다.2 is a block diagram of a detector for limiting a square signal size according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph showing a general Gaussian distribution and a Laplacian distribution.
본 발명은, 송신신호와 잡음신호를 포함하여 수신된 수신신호 상의 상기 잡음신호에 관한 잡음분산을 잡음분산추정기에서 추정하고, 추정된 잡음분산을 이용 한 가능도비(Likelihood Rate)를, 기준치인 문턱값(Threshold)과 비교하여 수신신호를 검파하는 검파기의 일종이다. According to the present invention, a noise variance estimator estimates a noise variance of the noise signal on a received signal including a transmission signal and a noise signal, and estimates a Likelihood Rate using the estimated noise variance as a reference value. It is a kind of detector that detects the received signal in comparison with the value.
상기 가능도비와 문턱값을 이용한 검파기인 '선형검파기'와 '개선된 검파기'의 구성 및 원리에 관해서는 이미 앞서 소개한 바 있으므로, 그에 관한 보다 상세한 설명은 생략하고자 한다.Since the structure and principle of the linear detector and the improved detector, which are detectors using the likelihood ratio and threshold, have already been introduced above, a detailed description thereof will be omitted.
여기서, 본 발명에 따른 자승신호크기를 제한하는 검파기는, 앞서 전술한 '배경기술'에 제시된 종래의 '개선된 검파기'의 구조를 채용하되, 잡음 추정시 수신신호가 임의 한계치보다 큰 경우 상기 한계치를 걸어주어 신호가 더 이상 커지는 것을 억제함으로써, 실제로 가우시안 분포나 라플라시안 분포를 갖는 잡음이 입력되어도 도 1의 선형검파기(10)에 비해 우수한 검출확률을 나타낼 수 있다.Here, the detector for limiting the square signal size according to the present invention employs the structure of the conventional 'improved detector' presented in the above-mentioned 'background art', but the threshold value is greater when the received signal is larger than an arbitrary threshold value when the noise is estimated. By suppressing the increase of the signal by further increasing, the detection probability can be excellent compared to the
이하에서는 본 발명의 구성에 관하여 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자승신호크기를 제한하는 검파기(100)에 있어서, 상기 잡음분산추정기(110)는 상기 잡음신호가 가우시안 분포를 갖는다는 가정하에 상기 잡음신호의 잡음분산을 추정한다.As shown in FIG. 2, in the
여기서, 상기 잡음분산추정기(110)는 상기 수신신호의 크기가 기 지정된 제한치보다 작은 경우, 상기 수신신호의 자승값을 이용하여 상기 잡음분산을 추정한다. Here, the
또한, 이와 다르게, 상기 잡음분산추정기(110)는 상기 수신신호의 크기가 상기 제한치보다 큰 경우 상기 수신신호의 크기 상승이 억압되도록 상기 수신신호를 상기 제한치의 자승값으로 대체하여 상기 수신신호 대신 상기 제한치의 자승값을 이용하여 상기 잡음분산을 추정한다.Alternatively, the
보다 상세하게는, 상기 잡음분산추정기(110)는, 수학식 1의 제한함수(hR(x))를 이용하여 상기 수신신호(x)의 절대치와 상기 제한치(k)를 비교한 결과를 수학식 2에 적용하여 상기 잡음분산을 추정할 수 있다.More specifically, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, hR(x)는 제한함수, x는 수신신호, k는 제한치이다.Where h R (x) is a limit function, x is a received signal, and k is a limit value.
[수학식 2][Equation 2]
여기서, 는 잡음신호의 분산, n은 일정주기 내에 수신되는 수신신호의 샘플수, xi는 1 내지 n번째 샘플 중 i번째에 해당되는 수신신호 샘플, Sj는 j 경우의 송신신호이다. here, Is the variance of the noise signal, n is the number of samples of the received signal within a certain period, x i is the received signal sample corresponding to the i th among 1 to n th sample, S j is the transmission signal in the case of j.
그리고, 앞서 '배경기술'에서 상술한 종래의 '선형검파기'와 '개선된 검파기'의 원리에서와 같이, j=0인 경우는 수신신호에 잡음신호만이 존재하는 경우이고, j=1인 경우는 수신신호에 송신신호와 잡음신호가 모두 존재하는 경우를 나타낸다.In addition, as in the principles of the conventional 'linear detector' and 'improved detector' described above in the background art, when j = 0, only a noise signal exists in a received signal, and j = 1 In this case, both the transmission signal and the noise signal are present in the received signal.
즉, 잡음분산추정기(110)는, 수학식 1과 같이 상기 수신신호(x)의 절대값 크 기(|x|)가 기 지정된 제한치(k)보다 작은 경우에는 제한함수 hR(x) 적용시 상기 수신신호(x)를 수신신호의 자승값(x2)으로 대체한다. 이것이 수학식 2에 적용됨에 따라, 상기 수신신호의 자승값(x2)에 상기 송신신호(S)를 가산한 값을 이용하여 상기 잡음분산()을 추정한다. That is, the
그리고, 잡음분산추정기(110)는, 수신신호의 절대값 크기(|x|)가 상기 제한치(k)보다 큰 경우 상기 수신신호(x)의 크기 상승이 억압되도록 수학식 1과 같이 상기 수신신호(x)를 상기 제한치의 자승값(k2)으로 대체하여 수학식 2에 적용함에 따라 상기 수신신호(x) 대신 상기 제한치의 자승값(k2)에 상기 송신신호(S)를 가산한 값을 이용하여 상기 잡음분산()을 추정한다.In addition, the
즉, 크기가 큰 신호에 관한 잡음분산()은 임의의 크기인 한계치(k)를 이용하여 추정되어 추후 신호의 검파에 이용될 수 있도록 한다.That is, the noise variance (for large signals) ) Is estimated using a threshold value k of arbitrary magnitude so that it can be used for later detection of the signal.
여기서, 본 발명에 따르면, 상기 잡음분산추정기(110)에 이용되는 상기 제한치(k)의 입력 또는 입력된 제한치(k)의 변경을 위한 입력부(120)의 구성을 더 포함할 수 있다. 이러한 입력부(120)는 키보드, 버튼, 터치스크린, 마우스 등의 입력수단을 통해 사용자로부터 직접 입력받는 방식 또는 프로그램에 의해 자동으로 선정되는 방식 등이 적용될 수 있다.According to the present invention, the
한편, 본 발명에서 상기 검파부(130)는, 잡음분산추정기(110)에서 추정된 상 기 잡음분산()을 이용하여 수학식 3 및 수학식 4를 통해 재정의된 가능도비(LR)를, 재정의된 문턱값()과 비교하는 것에 의해 수신신호(x)를 검파한다.On the other hand, in the present invention, the
[수학식 3][Equation 3]
[수학식 4][Equation 4]
여기서, L(x1,...,xn)은 재정의되기 이전의 가능도비, T는 재정의되기 이전의 문턱값, LR(x1,...,xn)은 재정의된 가능도비, 는 재정의된 문턱값을 나타낸다.Where L (x 1 , ..., x n ) is the likelihood ratio before redefinition, T is the threshold before redefinition, L R (x 1 , ..., x n ) is the likelihood probability overridden, Represents an overridden threshold.
이러한 수학식 3은, 앞서 '배경기술'에서 상술한 수학식 F의 에 상기 수학식 2를 대입한 후 수학식 I의 가능도비(L) 식에 적용함으로써 유도될 수 있다.
한편, 유도된 수학식 3은 앞서 상술한 수학식 K과 같이 수학식 4로 재정의될 수 있다. 따라서, 상기 검파부(130)는, 상기 재정의된 가능도비(LR)를 재정의된 문턱값()과 비교하는 것에 의해 신호의 검파를 수행한다.Meanwhile, the derived
즉, 가능도비(LR)가 보다 큰 경우 1로 검파되고, 보다 작은 경우 0으로 검파될 수 있고, 와 동일한 경우는 1 또는 0으로 검파될 수 있다.That is, the likelihood ratio (L R ) is Is greater than 1, Less than 0 can be detected, If the same as can be detected as 1 or 0.
그리고, 상기 검파부(130)에 의해 검파된 신호의 검출확률은, 앞서 상술한 수학식 M에 의해 산출될 수 있다.In addition, the detection probability of the signal detected by the
도 4 내지 도 6은 Pf=10-2, 10-3, 10-4인 경우 각각에 대하여 잡음이 가우시안 분포일 때 Pd를 도시한 그래프, 도 7 내지 도 9는 Pf=10-2, 10-3, 10-4인 경우 각각에 대하여 잡음이 라플라시안 분포일 때 Pd를 도시한 그래프이다.4 to 6 are graphs showing P d when the noise is Gaussian distribution for each of P f = 10 −2 , 10 −3 , and 10 −4 , and FIGS. 7 to 9 show P f = 10 −2 In the case of, 10 -3 and 10 -4 , P d is a graph when the noise is a Laplacian distribution.
본 발명의 검파기(100) 상에서 잡음분산의 추정은 잡음이 가우시안 분포인 것으로 가정하여 이루어지는 것이나, 실제로 상기 잡음신호는 도 3과 같이 이상적인 가우시안 분포를 갖는 신호가 아닌 라플라시안 분포를 갖는 신호일 수 있다.Estimation of noise variance on the
따라서, 본 발명에 따른 검파기(100)의 검파확률 검증의 수행은, 상기 잡음신호가 가우시안 분포인 경우인 도 4 내지 도 6의 경우뿐만 아니라, 잡음신호가 라플라시안 분포를 갖는 경우인 도 7 내지 도 9의 경우 모두 고려되었다.Therefore, the detection probability verification of the
상기 잡음신호가 임펄스(Impulse) 형태인 경우, 초저주파수 통신 신호인 경우 또는 대기잡음 같은 경우에는 상술한 라플라시안 분포를 가질 수 있다. 상기 라플라시안 분포는, 도 3과 같이 가우시안 분포와는 다르게 끝부분의 분포가 가우시안 분포의 경우보다 크므로 이를 중미(Heavy-tail) 분포라 한다.When the noise signal is in the form of an impulse, an ultra low frequency communication signal, or in the case of atmospheric noise, it may have the above-described Laplacian distribution. The Laplacian distribution, unlike the Gaussian distribution as shown in FIG. 3, is referred to as heavy-tail distribution because the distribution of the tip portion is larger than that of the Gaussian distribution.
본 발명에 따르면, 가장 일반적인 가우시안 분포 또는 라플라시안 분포를 가진 잡음신호가, 입력신호인 송신신호와 섞여서 잡음분산추정기(110)로 입력될 때, 본 발명과 같이 잡음분산추정기(110)에서 한계치(k)를 이용한 신호 제한 기능을 사 용하는 경우가 종래의 선형검파기(도 4 내지 도 9 상의 Linear 부분;□기호)를 사용한 경우에 비해 더 높은 검파확률을 나타냄을 알 수 있다. According to the present invention, when a noise signal having a most common Gaussian distribution or a Laplacian distribution is mixed with a transmission signal as an input signal and input to the
즉, 도 4 내지 도 9의 모든 데이터를 참고하면, 본 발명의 검파기(100;+기호 또는 ○기호)가 선형검파기(□기호)를 이용한 경우에 비교하여 볼 때 검파확률이 향상된 것을 알 수 있다.That is, referring to all the data of FIGS. 4 to 9, it can be seen that the detection probability is improved when the detector 100 (+ symbol or ○ symbol) of the present invention is used in comparison with the case where the linear detector (□ symbol) is used. .
또한, 상기 도 4 내지 도 6의 가우시안 분포 또는 도 7 내지 도 9의 라플라시안 분포를 나타내는 신호의 샘플의 합이 커질수록, 즉 도 4 내지 도 9 상에서 합산되는 샘플의 수(n)가 증가할수록, 본 발명의 검파기(100;+기호 또는 ○기호)의 검출확률이 상기 선형검파기(□기호)의 검출확률보다 높아진다. In addition, as the sum of the samples of the signals representing the Gaussian distribution of FIGS. 4 to 6 or the Laplacian distribution of FIGS. 7 to 9 increases, that is, as the number n of samples summed on FIGS. 4 to 9 increases, The detection probability of the detector 100 (+ symbol or o symbol) of the present invention is higher than that of the linear detector (□ symbol).
여기서, 본 발명의 입력부(120)는 상기 샘플수(n)의 변경을 위한 조작신호가 더 입력될 수 있는데, 이에 따르면 상기 합산되는 신호 샘플수(n)의 변경을 통해 검출확률을 적절히 조절할 수 있는 이점이 있다.Herein, the
본 발명의 검파기(100)에서는 상기 입력부(120)를 통해 상기 제한치(k)를 다양하게 변경시킴에 따라 적절한 검출확률을 얻을 수 있는데, 여기서 제한치(k)가 너무 작은 경우, 예를 들어 라플라시안 분포인 도 7 내지 도 9에서 k=1인 경우(○기호)에는 신호가 왜곡되어 검출확률이 낮아지며, 대략 k=10인 경우(+기호)가 적당한 검출확률을 나타낸다.In the
물론, 상술한 입력부(120)를 이용한 상기 제한치(k)의 다양한 변경은 도 4 내지 도 9에 도시된 가우시안 분포 및 라플라시안 분포인 경우 모두 해당되며, 두 가지 경우 모두 k=10인 경우에 양호한 특성을 나타낼 수 있다.Of course, various modifications of the limit value k using the
그리고, 동일 조건(k=10)에서 가우시안 분포잡음보다 라플라시안 분포를 가진 잡음이 섞여 입력될 때, 다시 말해 잡음분산추정기(110)로 입력된 신호를 제한치(k)를 통해 제한(Clipping)해주되, 상기 잡음분포가 중미(Heavy-tail)분포 형태인 경우가 상기 가우시안 분포인 경우에 비해 검출확률이 일부 높아지며, 이는 도 4와 도 7 간, 도 5와 8 간, 도 6과 9 간의 비교를 통해 알 수 있다.When the noise having a Laplacian distribution is mixed with the Gaussian distribution noise under the same condition (k = 10), that is, the signal input to the
이러한 현상은, 더하는 샘플 수(n)가 작을수록 현저히 나타나며, 다시 말해, 더하는 샘플수(n)가 커지면 가우시안 분포인 경우와 라플라시안 분포인 경우의 검출확률이 서로 흡사해지는데, 이것은 중심극한정리(Central Limit Theorem)가 증명해준다.This phenomenon is more pronounced when the number of samples to be added (n) is smaller. In other words, when the number of samples to be added (n) is larger, the detection probability of the Gaussian distribution and the Laplacian distribution is similar to each other. Central Limit Theorem.
한편, 실제 잡음은 라플라시안 분포잡음이 입력되지만 가우시안 분포잡음이 입력된다고 가정하기 때문에 수학식은 가우시안 분포의 경우와 동일하게 사용된다.Meanwhile, since the Laplacian distribution noise is input but the Gaussian distribution noise is input, the equation is used as in the case of Gaussian distribution.
이러한 본 발명의 검파기(100)는 실제로 라플라시안 분포도를 가진 잡음이 입력될 때 극히 유용하게 가능하며, 따라서 본 발명은 상술한 라플라시안 분포를 갖는 신호가 입력되어도 검출확률을 높일 수 있는 큰 이점이 있다.The
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
도 1은 종래의 선형검파기의 구성도,1 is a block diagram of a conventional linear detector,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자승신호크기를 제한하는 검파기의 구성도,2 is a block diagram of a detector for limiting a square signal size according to an embodiment of the present invention;
도 3은 가우시안 분포도와 라플라시안 분포도를 함께 나타낸 그래프,3 is a graph showing a Gaussian distribution and a Laplacian distribution;
도 4 내지 도 6은 Pf=10-2, 10-3, 10-4인 경우 각각에 대하여 잡음이 가우시안 분포일 때 Pd를 도시한 그래프, 4 to 6 are graphs showing P d when the noise is a Gaussian distribution for P f = 10 -2 , 10 -3 , and 10 -4 , respectively.
도 7 내지 도 9는 Pf=10-2, 10-3, 10-4인 경우 각각에 대하여 잡음이 라플라시안 분포일 때 Pd를 도시한 그래프이다.7 to 9 are graphs showing P d when noise is a Laplacian distribution for each of P f = 10 −2 , 10 −3 , and 10 −4 .
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10...선형검파기 11...검파부10 ...
100...자승신호크기를 제한하는 검파기100 ... detector limits the square signal size
110...잡음분산추정기 120...입력부110 ...
130...검파부130 ... detector
Claims (5)
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