KR102513682B1

KR102513682B1 - 잡음 추정 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR102513682B1
Application number: KR1020190028032A
Authority: KR
Inventors: 페데리코 펜나; 홍빙 쳉; 송기봉
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2023-03-23
Also published as: KR20200064862A; US10616005B1; CN111245749A

Abstract

채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법이 제공된다. 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법은 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 평균 에너지인 제1 평균 에너지를 계산하고, 검출 임계치를 설정하고, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트를 식별하되, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트의 각 요소들은 검출 임계치보다 작은 에너지를 포함하고, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트의 평균 에너지인 제2 평균 에너지를 계산하는 것을 포함한다.

Description

잡음 추정 방법 및 시스템{Method and system for estimating noise}

본 발명은 노이즈 추정 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더 자세히는 측정된 채널 임펄스 응답을 이용한 잡음 전력 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

무선 시스템에서, 수신기에 대한 잡음 레벨의 정확한 측정이 이루어져야 하며, 이를 통해 잡음에 대한 다양한 정정이 이루어질 수 있다. 잡음 레벨은 예를 들어 채널 임펄스 응답의 연속적인 샘플들 시퀀스의 평균 전력에 의해 측정될 수 있으며, 선택된 샘플들은 신호 성분들을 포함하지 않는 것으로 판단될 수 있다. 채널 임펄스 응답은 수신기에서 이용 가능하도록 처리된 기준 신호 또는 파일럿 시퀀스의 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; IFFT)에 의해 추출될 수 있다.

예를 들어, 3GPP LTE(Long Term Evolution) 또는 NR(New Radio)와 같은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing; OFDM) 시스템에서, 복조 기준 신호들(DeModulation Reference Signals; DMRS)은 채널 임펄스 응답의 추출에 사용될 수 있다. 복조 기준 신호들은 복수의 자원 요소들로 전송될 수 있으며, 자원 요소들은 직교 주파수 분할 다중화 그리드에서 시간-주파수 단위(즉, 시간 영역에서 하나의 직교 주파수 분할 다중화 그리드 심볼 및 주파수 영역에서 하나의 부 반송파)일 수 있다. 복조 기준 신호들 자원 요소 내의 신호는 공지된 스크램블링 시퀀스의 켤레 복소수를 곱함으로써 디 스크램블링될 수 있다. 그 후, 신호를 시간 영역 및/또는 주파수 영역에서 공지된 직교 커버 코드로 승산함으로써 역 확산이 수행될 수 있다. 채널 임펄스 응답은 역 확산된 디 스크램블링된 신호의 역 고속 푸리에 변환으로써 계산될 수 있다. 그런 다음 계산된 채널 임펄스 응답을 사용하여 잡음을 추정할 수 있다.

그러나, 역 고속 푸리에 변환의 연속 샘플들의 미리 정의된 시퀀스를 사용하는 경우, 사용된 샘플들의 시퀀스가 상당한 양의 신호 에너지를 포함할 가능성이 있는 샘플들을 포함하게 된다면, 부정확한 추정을 야기할 수 있다. 비록 LTE와 같은 직교 주파수 분할 다중화 시스템들이 본 발명의 몇몇 실시예에 관련될 수 있는 어플리케이션으로 언급되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예는 그러한 시스템들로 제한되지 않으며, 모든 샘플에 잡음을 포함하고, 그 중 일부는 또한 신호를 포함하는 모든 시스템과 관련이 있을 수 있으며, 잡음 전력의 추정을 형성하는데 감소되어야 하는 신호를 포함하는 샘플들의 영향도 포함할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 신뢰성이 향상된 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 신뢰성이 향상된 잡음 추정 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법은 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 평균 에너지인 제1 평균 에너지를 계산하고, 검출 임계치를 설정하고, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트를 식별하되, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트의 각 요소들은 검출 임계치보다 작은 에너지를 포함하고, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트의 평균 에너지인 제2 평균 에너지를 계산하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법에서 검출 임계치를 설정하는 것은, 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 오경보 확률이 10%보다 작은 목표물 오경보 확률에 대응하도록 검출 임계치를 설정하거나, 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 측정 바이어스가 상기 제1 평균 에너지의 10%보다 작은 목표물 측정 바이어스에 대응하도록 상기 검출 임계치를 설정하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법에서 제1 평균 에너지를 계산하는 것은 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 총 에너지를 계산하는 것을 포함하고, 제2 평균 에너지를 계산하는 것은, 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 총 에너지와 같도록 중간 에너지 값을 설정하고, 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 크기와 같도록 중간 샘플 카운트를 설정하고, 제1 하위 세트의 요소가 아닌, 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 샘플에 대해, 중간 에너지 값으로부터 각 샘플의 에너지를 빼고, 중간 샘플 카운트로부터 각 샘플의 크기를 빼고, 제2 평균 에너지가, 중간 에너지 값의 최종 값을 중간 샘플 카운트의 최종 값으로 나눈 값과 같도록 설정하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법에서 제2 평균 에너지를 계산하는 것은, 중간 에너지 값을 0으로 설정하고, 중간 샘플 카운트를 0으로 설정하고, 제1 하위 세트의 요소가 아닌, 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 샘플에 대해, 중간 에너지 값에 각 샘플의 에너지를 더하고, 중간 샘플 카운트에 각 샘플의 크기를 더하고, 제2 평균 에너지가 분자를 분모로 나눈 값과 동일하도록 설정하는 것을 포함하되, 분자는, 제1 평균 에너지와, 중간 에너지 값의 최종 값 및 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 크기의 몫의 차이와 같고, 분모는, 1과, 중간 샘플 카운트의 최종 값 및 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 크기의 몫의 차이와 같다.

몇몇 실시예에서, 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법에서 채널 임펄스 응답 측정을 형성하는 주파수 영역 채널 응답의 역 고속 푸리에 변환을 계산하는 것을 더 포함한다.

몇몇 실시예에서, 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법에서 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스는 역 고속 푸리에 변환의 복수의 연속적인 샘플이다.

몇몇 실시예에서, 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법에서 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 1차 샘플은 역 고속 푸리에 변환의 n번째 요소로써, n은 역 고속 푸리에 변환 크기의 반의 20% 이내이다.

몇몇 실시예에서, 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법에서 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 마지막차 샘플은 역 고속 푸리에 변환의 m번째 요소로써, m은 역 고속 푸리에 변환 크기의 1/10의 20% 이내이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 잡음 추정 시스템은 수신기 및 처리(processing) 회로를 포함하되, 처리 회로는, 채널 임펄스 응답 측정을 계산하고 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 평균 에너지인 제1 평균 에너지를 계산하고, 검출 임계치를 설정하고, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트를 식별하되, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트의 각 요소들은 상기 검출 임계치보다 작은 에너지를 포함하고, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 상기 제1 하위 세트의 평균 에너지인 제2 평균 에너지를 계산하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 잡음 추정 시스템에서 검출 임계치를 설정하는 것은, 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 오경보 확률이 10%보다 작은 목표물 오경보 확률에 대응하도록 검출 임계치를 설정하거나, 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 측정 바이어스가 제1 평균 에너지의 10%보다 작은 목표물 측정 바이어스에 대응하도록 검출 임계치를 설정하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 잡음 추정 시스템에서 검출 임계치를 설정하는 것은, 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 오경보 확률이 10%보다 작은 목표물 오경보 확률에 대응하도록 검출 임계치를 설정하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 잡음 추정 시스템에서 검출 임계치를 설정하는 것은, 제1 평균 에너지에 기초하여, 목포물 측정 바이어스가 제1 평균 에너지의 10%보다 작은 목표물 측정 바이어스에 대응하도록 검출 임계치를 설정하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 잡음 추정 시스템에서 제1 평균 에너지를 계산하는 것은 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 총 에너지를 계산하는 것을 포함하고, 제2 평균 에너지를 계산하는 것은, 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 총 에너지와 같도록 중간 에너지 값을 설정하고, 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 크기와 같도록 중간 샘플 카운트를 설정하고, 제1 하위 세트의 요소가 아닌, 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 샘플에 대해, 중간 에너지 값으로부터 각 샘플의 에너지를 빼고, 중간 샘플 카운트로부터 각 샘플의 크기를 빼고, 제2 평균 에너지가, 중간 에너지 값의 최종 값을 중간 샘플 카운트의 최종 값으로 나눈 값과 같도록 설정하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 잡음 추정 시스템에서 제2 평균 에너지를 계산하는 것은, 중간 에너지 값을 0으로 설정하고, 중간 샘플 카운트를 0으로 설정하고, 제1 하위 세트의 요소가 아닌, 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 샘플에 대해, 중간 에너지 값에 각 샘플의 에너지를 더하고, 중간 샘플 카운트에 각 샘플의 크기를 더하고, 제2 평균 에너지가 분자를 분모로 나눈 값과 동일하도록 설정하는 것을 포함하되, 분자는, 제1 평균 에너지와, 중간 에너지 값의 최종 값 및 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 크기의 몫의 차이와 같고, 분모는, 1과, 중간 샘플 카운트의 최종 값 및 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 크기의 몫의 차이와 같다.

몇몇 실시예에서, 잡음 추정 시스템에서 채널 임펄스 응답 측정을 계산하는 것은 주파수 영역 채널 응답의 역 고속 푸리에 변환을 계산하는 것을 더 포함한다.

몇몇 실시예에서, 잡음 추정 시스템은 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스는 역 고속 푸리에 변환의 복수의 연속적인 샘플이다.

몇몇 실시예에서, 잡음 추정 시스템은 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 1차 샘플은 역 고속 푸리에 변환의 n번째 요소로써, n은 역 고속 푸리에 변환 크기의 반의 20% 이내이다.

몇몇 실시예에서, 잡음 추정 시스템은 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 마지막차 샘플은 역 고속 푸리에 변환의 m번째 요소로써, m은 역 고속 푸리에 변환 크기의 1/10의 20% 이내이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 잡음 추정 시스템은 수신기 및 처리(processing) 수단을 포함하되, 처리 수단은, 채널 임펄스 응답 측정을 계산하고 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 평균 에너지인 제1 평균 에너지를 계산하고, 검출 임계치를 설정하고, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트를 식별하되, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트의 각 요소들은 검출 임계치보다 작은 에너지를 포함하고, 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트의 평균 에너지인 제2 평균 에너지를 계산하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 검출 임계치를 설정하는 것은, 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 오경보 확률이 10%보다 작은 목표물 오경보 확률에 대응하도록 검출 임계치를 설정하거나, 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 측정 바이어스가 제1 평균 에너지의 10%보다 작은 목표물 측정 바이어스에 대응하도록 검출 임계치를 설정하는 것을 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 채널 임펄스 응답을 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 채널 임펄스 응답을 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 검출 임계치를 선택하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 잡음 전력 추정 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 잡음 전력 추정 방법을 수행한 시스템의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 다양한 잡음 전력 추정 방법의 수행에 따른 결과를 비교하는 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

무선 시스템에서, 채널 추정을 수행할 때, 수신된 잡음의 정확한 추정을 갖는 것이 필요하며, 이를 통해, 측정에 대한 정정 기능이 향상될 수 있다. 채널 추정은, 예를 들어 디스크램블링 및 복수의 복조 기준 신호들 내 신호 자원 요소들 내 디스크램블링을 포함할 수 있으며 역 고속 푸리에 변환을 취함으로써 채널 임펄스 응답의 추정이 이뤄질 수 있다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 채널 임펄스 응답을 도시하는 그래프이다. 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 채널 임펄스 응답을 도시하는 그래프이다.

도 1을 참조하면, 2048 - 포인트 역 고속 푸리에 변환의 결과인 채널 임펄스 응답 측정의 절대값의 제곱(범례에서 h_td로 나타내지며, 여기서 "td"는 시간 도메인을 나타낸다.)을 도시한다.

도 1의 그래프에서 2048 샘플들의 각각은 복소수일 수 있다. 샘플들(110)의 시퀀스는 수신된 잡음을 측정하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 1024번째 샘플로 시작하여 1800번째 샘플(또는, 예를 들어, 1792번째 샘플(1792는 2048의 14분의 16이며)일 수 있다.)로 끝나는 연속적인 샘플들의 시퀀스가 이용될 수 있다. 또는, (i) 1024번째 샘플의 20% 이내인(즉, 0.80배 1024보다 크고, 1.20배 1024보다 작은 지수를 갖는) 샘플(청구항에서 "1차 샘플"로 언급된)로부터 (ii) 1800번째 샘플의 20% 이내인(즉, 0.80배 1800보다 크고 1.20배 1800보다 작은 지수를 갖는) 샘플(청구항에서 "최종차 샘플"로 언급된)까지 연장되어 있는 연속적인 샘플들의 시퀀스가 수신된 잡음을 측정하는데 이용될 수 있다.

샘플들의 모든 에너지들(예를 들어, 샘플들의 제곱된 크기)는 샘플당 평균 잡음 에너지의 추정을 얻기 위해 샘플들(110)의 시퀀스의 크기로 나뉘어 질 수 있는(즉, 샘플들(110)의 시퀀스 내 샘플들의 숫자로 나뉘어 질 수 있는) 추정된 총 잡음 에너지를 얻기 위해 합산될 수 있다.

본 명세서에서, 순서 집합(ordered set)의 "1차" 요소는 집합의 첫번째 요소이며, 순서 집합의 "최종차" 요소는 집합의 최종 요소일 수 있다.

도 2의 그래프를 참조하면, 만약 도 2에 도시된 바와 같이, 샘플들(110)의 시퀀스가 잡음 에너지 및 신호 에너지를 모두 포함한다면, 신호 에너지가 모두 포함될 것이기 때문에, 단순히 샘플들(110)의 시퀀스 내 샘플들의 제곱된 크기를 합산하는 것은 모든 잡음 에너지의 과대 평가를 초래할 수 있다. 이와 같이, 신호 에너지의 상당량을 포함하는 샘플들의 각각을 제거하는 것이 필요할 수 있다. 신호 에너지는 예를 들어, 다층 송신의 경우 안에서 교차층 간섭으로부터 그리고/또는 무선 채널의 주파수 선택성으로부터 야기될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상당한 양의 신호 에너지가 포함될 가능성이 있는 샘플들로부터 추정된 총 잡음 에너지에 대한 기여는 회피되거나 제거될 수 잇다. 초기 평균 에너지(또는 "제1 평균 에너지")는 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들의 시퀀스의 평균 에너지로써 계산될 수 있다. 신호 에너지의 상당한 양을 포함할 수 있는 샘플들은 각각의 샘플들을 임계치(혹은 검출 임계치)와 비교함으로써 첫번째로 식별될 수 있다(몇몇 실시예에 따른 방법에 따라 설정될 수 있으며, 보다 상세히 후술될 수 있다.). 초기 평균 에너지(또는 "제1 평균 에너지")가 식별된 후 업데이트된 평균 에너지(또는 "제2 평균 에너지")가 계산될 수 있다. 업데이트된 평균 에너지(또는 "제2 평균 에너지")는 검출 임계치를 초과하는 에너지를 포함하는 샘플들(및 상당한 양의 신호 에너지를 포함할 가능성이 있는 샘플들)을 제외한 샘플들의 시퀀스의 샘플들의 모두 포함하는 샘플들의 시퀀스의 하위 세트에 기초하여 계산될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 검출 임계치는 목표물 오경보 확률에 대응하도록 제1 평균 에너지에 기초하여 선택될 수 있다. 목표물 오경보 확률은 예를 들어, 1% 또는 0.01% 내지 10.00% 범위의 값일 수 있다. 본 명세서에서, "오경보"란 상당량의 신호 에너지를 포함하지 않는 샘플을 상당량의 신호 에너지를 포함하는 샘플로 잘못 식별하는 것을 의미할 수 있다.

만약, 잡음이 복소 가우시안인 경우, 노이즈 전용 가설하에서 각 샘플의 에너지의 분포는, 2 자유도를 갖는 카이-제곱 분포 즉 지수 함수인 카이 제곱 분포일 수 있다. 오경보 확률 P_fa는 검출 임계치 t가 주어진 지수 분포의 보완 누적 밀도 함수(Cumulative Density Function; CDF)일 수 있다. 따라서, 검출 임계치는 아래 식 1과 같이 설정될 수 있다.

[식 1]

제1 평균에너지는

의 추정으로 사용될 수 있다.

오경보 확률은 제2 평균 에너지의 계산으로부터 제외된 상당량의 신호 에너지가 몇몇 샘플들에 포함되지 않도록 충분히 낮게(즉, 검출 임계치가 충분히 높게)설정될 수 있다. 오경보 확률은 상당량의 신호 에너지를 포함하는 샘플의 작은 비율이 제2 평균 에너지에 기여하도록(즉, "누락된 탐지 확률"이 허용 가능할 정도로 작도록) 충분히 높게(즉, 검출 임계치가 충분히 낮게 설정되도록) 설정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 검출 임계치를 선택하는 그래프이다.

도 3을 참조하면, 제1 평균 에너지에 대한 검출 임계치의 비율의 함수로써 오경보 확률을 나타낼 수 있다. 도 3의 그래프로부터, 0.01%의 오경보 확률은 제1 평균 에너지의 약 9.2배로 설정된 검출 임계치에 대응할 수 있고, 1%의 오경보 확률은 제1 병균 에너지의 약 4.6배로 설정된 검출 임계치에 대응할 수 있고, 10%의 오경보 확률은 제1 병균 에너지의 약 2.3배로 설정된 검출 임계치에 대응할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 검출 임계치는 제1 평균 에너지에 기초하여 목표물 추정 바이어스에 대응하도록 선택될 수 있다. 샘플들이 검출 임계치를 초과하는 에너지를 포함하는 결과로써 추정되는 경우에는 오경보가 제2 평균 에너지 내에서 바이어스를 유발할 수 있으며, 남은 샘플들은 제1 평균 에너지보다 낮은 평균 에너지를 포함할 수 있다. 잡음 전력의 무작위 분포때문에, 샘플들의 시퀀스 내 신호 전력이 존재하지 않는 경우에도 샘플들이 검출 임계치를 초과하는 에너지를 포함하는 결과로써 추정될 수 있다. 이러한 경우, 제거되는 모든 샘플들은 오경보이며, 제거된 샘플들로 인해 제2 평균 에너지의 계산된 값이 감소된 값을 가질 수 있다.

몇몇 실시예에서, 검출 임계치는 예를 들어, 제1 평균 에너지가 제1 평균 에너지의 0.01배와 같은 값 또는 제1 평균 에너지의 0.001배로부터 제1 평균 에너지의 0.5배의 범위 내의 값인 경우에 기초하여, 오경보에 의해 야기된 바이어스와 같은 값으로 설정될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 검출 임계치와 관련될 수 있는 바이어스는 아래 식 2로 나타날 수 있다.

[식 2]

식 2는 모든 바이어스 값에 대해, 검출 임계치의 대응하는 값을 발견하기 위해 수치적으로 반전될 수 있다(예를 들어, 뉴턴-랩슨(Newton-Raphson) 방식과 같은 수치적(numerical) 근-찾기(root-finding) 방법을 이용하여).

도 3은 제1 평균 에너지에 대한 검출 임계치의 비율의 함수로써의 바이어스(보다 구체적으로, 제1 평균 에너지에 대한 바이어스의 비율)를 도시한다. 도 3의 그래프를 살펴보면, 제1 평균 에너지의 0.001배와 동일한 바이어스는 제1 평균 에너지의 약 9.3배로 설정된 검출 임계치에 대응할 수 있고, 제1 평균 에너지의 0.01배와 동일한 바이어스는 제1 평균 에너지의 약 6.6배로 설정된 검출 임계치에 대응할 수 있고, 제1 평균 에너지의 0.5배와 동일한 바이어스는 제1 평균 에너지의 약 1.7배로 설정된 검출 임계치에 대응할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제2 평균 에너지의 계산은 하기와 같이 수행될 수 있다.

먼저, 제1 평균 에너지는 시간 영역 샘플들의 시퀀스의 총 에너지와 같도록 식 3과 같게 설정될 수 있다.

[식 3]

P_i는 i 번째 샘플의 에너지이다. 그런 다음, 로 언급되는 "중간 에너지 값" S'로 지칭될 수 있는 임시 변수가 식 4와 같이 제1 총 에너지와 동일하게 설정될 수 있다.

[식 4]

그리고 "중간 샘플 카운트" N'로 지칭될 수 있는 임시 변수가 식 5와 같이 샘플들의 시퀀스의 사이즈와 같도록 설정될 수 있다(즉, 샘플들의 시퀀스 내 샘플들의 숫자와 같게 설정될 수 있다).

[식 5]

그 후, 상당량의 신호 에너지를 포함할 가능성이 있는 각각의 샘플의 에너지가 중간 에너지 값으로부터 감산되고, 감산된 샘플 각각에 대한 중간 샘플 카운트는 예를 들어, 식 6의 루프를 이용하여 1씩 감소할 수 있다.

[식 6]

For

, if

End

최종적으로, 제2 평균 에너지는 중간 에너지 값의 최종 값 및 중간 샘플 카운트의 최종 값으로부터 식 7과 같이 계산될 수 있다.

[식 7]

식 7에서

는 제2 평균 에너지이다. 몇몇 실시예에서, 만약 t가 오경보 확률의 함수로써 혹은 바이어스의 함수로써 계산되는 경우, t는 제2 평균 에너지의 함수일 수 있다(따라서 S/N에 의존할 수 있다.). 이와 같이, 몇몇 실시예에서 S를 저장하고 또한 S/N을 저장하는 것을 포함할 수 있다.

몇몇 다른 실시예에서, 제2 평균 에너지의 계산은 총 에너지 값의 저장이 사용되지 않는 방법을 이용하여 하기와 같이 수행될 수 있다.

먼저, 제1 평균 에너지 값이 식 8과 같이 계산될 수 있다.

[식 8]

그 후 중간 에너지 값 S'가 0으로 식 9와 같이 설정될 수 있다.

[식 9]

S'=0

그리고 중간 샘플 카운트 N'가 0으로 식 10과 같이 설정될 수 있다.

[식 10]

N'=0

그 후, 상당량의 신호 에너지를 포함할 가능성이 있는 각 샘플의 에너지가 중간 에너지 값에 더해질 수 있고, 각 더해진 샘플들에 대해, 중간 샘플 카운트는 아래 식 11의 루프를 이용하여 1씩 증가할 수 있다.

[식 11]

For

, if

End

최종적으로, 제2 평균 에너지는 중간 에너지 값의 최종값 및 중간 샘플 카운트의 최종값으로부터 식 12와같이 계산될 수 있다.

[식 12]

도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 잡음 전력 추정 방법을 도시하는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 단계 405에서 초기 잡음 추정 윈도우(시간 영역 샘플들의 시퀀스에 대응하는)가 선택될 수 있다. 제1 평균 에너지(또는 "평균 탭 에너지", 또는 "초기 잡음 추정")가 단계 410에서 계산될 수 있다. 제1 평균 에너지는 단계 415에서 검출 임계치를 설정하기 위해 오경보 확률 또는 바이어스에 기초하여 사용될 수 있다. 단계 420에서, 각 샘플의 에너지를 검출 임계치와 비교할 수 있고, 단계 425에서, 제1 평균 에너지는 제2 평균 에너지(또는 "갱신된 잡음 추정")을 형성하기 위해 상당량의 신호 에너지를 포함할 가능성이 있는 샘플들의 기여를 제거함으로써 조정될 수 있다.

도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 잡음 전력 추정 방법을 수행한 시스템의 블록도이다.

도 5를 참조하면, 수신기(510)는 하나 이상의 안테나를 통해 또는 하나 이상의 안테나와 연결되어 자유 공간에서 송신기로부터 수신기(510)로 전파하는 무선 주파수 신호들을 수신할 수 있다. 수신기(510)는 아날로그 신호 처리를 수행할 수 있다. 아날로그 신호 처리는 예를 들어, 하나 이상의 안테나로부터 신호들을 증폭하고, 아날로그 디지털 변환기를 사용하여 디지털화하여 신호를 디지털 형태로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 디지털 신호들(예를 들어, 아날로그 디지털 컨버터들의 출력에서의 신호들 또는 아날로그 디지털 컨버터들의 출력으로부터 도출된 다른 디지털 신호들)은 처리 회로(520)에 공급될 수 있고, 그 후 채널 임펄스 응답을 형성하기 위해 채널 응답의 역 고속 푸리에 변환을 취할 수 있으며, 몇몇 실시예에 따라, 잡음 전력 추정을 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 다양한 잡음 전력 추정 방법의 수행에 따른 결과를 비교하는 그래프이다.

도 6을 참조하면, 다양한 가정에 대한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)의 함수로써 계산된 블록 에러율(Calculated Block Error Rate; BLER)에 대한 그래프를 도시한다. "이상적인 채널 추정(Ideal channel estimation; CE)" 곡선은 정확한 채널 임펄스 응답 및 잡음 레벨을 알고 있는 경우 예상되는 성능을 나타낸다. "전형적인 잡음 추정의 CE(CE with conventional noise estimation)" 곡선은 8/16n + 14/16n으로부터의 샘플들 즉, 역 고속 푸리에 변환의 1024로부터 1792가 사용될 수 있으며, 잡음 추정 내에서, 상당량의 신호 에너지를 포함하는 샘플들이 포함되지 않도록 조취를 취하지 않은 경우이다. "ad-hoc 잡음 추정 윈도우의 CE(CE with ad-hoc noise estimation window)" 곡선은 11/16n에서의 샘플로부터 14/16n에서의 샘플까지 연장되어 사용될 수 있는 역 고속 푸리에 변환의 샘플들의 시퀀스로써, n은 역 고속 푸리에 변환의 샘플들의 숫자이며, 잡음 추정 내에서 상당량의 신호 에너지가 포함된 샘플들이 포함되지 않도록 조취를 취하지 않은 경우로써 특정 경우를 위해 윈도우 최적화된 ad-hoc을 갖는 경우에 예상되는 성능을 나타낸다. "몇몇 실시예에 따른 잡음 추정 방법의 CE(CE with the proposed noise estimation method)" 곡선은 몇몇 실시예에 따른 방법에 따라 기대되는 성능을 나타낸다.

"처리 회로"라는 용어는 데이터 또는 디지털 신호를 처리하기 위해 사용되는 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합을 의미하는 것으로 사용될 수 있으나 이에 제한되지는 않는다(예를 들어, 처리 회로는 처리 수단으로도 쓰일 수 있다. )"처리 회로"는 예를 들어, 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuits; ASICs), 범용 또는 특수 목적 중앙 처리 장치(Central Processing Units; CPUs), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processors; DSPs), 그래픽 처리 장치(Graphics Processing Units; GPUs), 및 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Arrays ; FPGAs)를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 쓰인 a와 b의 차이는 a-b를 의미할 수 있고, a 및 b의 몫은 b로 나뉘어진 a를 의미할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 양태를 설명하기 위한 것이며, 본원 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 "실질적으로", "약" 및 유사한 용어는 근사 용어로 사용될 수 있으며, 단계의 의미로 사용되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 인식할 수 있는 측정된 값 또는 계산된 값의 고유한 편차를 설명하기 위한 것이며 이에 제한되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 인용된 임의의 수치 범위는 열거된 범위 내에 포함되는 동일한 수치 정밀도의 모든 하위 범위를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 1.0~10.0의 범위는 지정된 최소치 1.0과 최대치 10.0의 사이의 모든 부분 범위를 포함하는 것을 의도할 수 있다. 본 명세서에서 인용된 최대 수치 제한은 여기에 포함되는 더 낮은 모든 수치 제한을 포함할 수 있으며, 임의의 최소 수치 제한은 여기에 포함되는 더 높은 수치를 포함할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

110: 샘플들 510: 수신기
520: 처리 회로

Claims

채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법으로써,
상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 평균 에너지인 제1 평균 에너지를 계산하고,
검출 임계치를 설정하고,
상기 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 에너지를 상기 검출 임계치와 비교하여, 상기 시간 영역 샘플들 시퀀스 중에서 상기 검출 임계치보다 작은 에너지를 갖는 상기 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트를 식별하고,
상기 시간 영역 샘플들 시퀀스의 상기 제1 하위 세트의 평균 에너지인 제2 평균 에너지를 계산하는 것을 포함하는 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법.
제 1항에 있어서,
상기 검출 임계치를 설정하는 것은,
상기 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 오경보 확률이 10%보다 작은 상기 목표물 오경보 확률에 대응하도록 상기 검출 임계치를 설정하거나,
상기 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 측정 바이어스가 상기 제1 평균 에너지의 10%보다 작은 상기 목표물 측정 바이어스에 대응하도록 상기 검출 임계치를 설정하는 것을 포함하는 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제1 평균 에너지를 계산하는 것은 상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 총 에너지를 계산하는 것을 포함하고,
상기 제2 평균 에너지를 계산하는 것은,
상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 상기 총 에너지와 같도록 중간 에너지 값을 설정하고,
상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 크기와 같도록 중간 샘플 카운트를 설정하고,
상기 제1 하위 세트의 요소가 아닌, 상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 샘플에 대해,
상기 중간 에너지 값으로부터 상기 각 샘플의 에너지를 빼고,
상기 중간 샘플 카운트로부터 상기 각 샘플의 크기를 빼고,
상기 제2 평균 에너지가, 상기 중간 에너지 값의 최종 값을 상기 중간 샘플 카운트의 최종 값으로 나눈 값과 같도록 설정하는 것을 포함하는 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제2 평균 에너지를 계산하는 것은,
중간 에너지 값을 0으로 설정하고,
중간 샘플 카운트를 0으로 설정하고,
상기 제1 하위 세트의 요소가 아닌, 상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 샘플에 대해,
상기 중간 에너지 값에 상기 각 샘플의 에너지를 더하고,
상기 중간 샘플 카운트에 상기 각 샘플의 크기를 더하고,
상기 제2 평균 에너지가 분자를 분모로 나눈 값과 동일하도록 설정하는 것을 포함하되,
상기 분자는,
상기 제1 평균 에너지와,
상기 중간 에너지 값의 최종 값 및 상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 크기의 몫의 차이와 같고,
상기 분모는,
1과,
상기 중간 샘플 카운트의 최종 값 및 상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 상기 크기의 몫의 차이와 같은 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법.
제 1항에 있어서,
채널 임펄스 응답 측정을 형성하는 주파수 영역 채널 응답의 역 고속 푸리에 변환을 계산하는 것을 더 포함하는 채널 임펄스 응답 측정 내 잡음 추정 방법.
수신기; 및
처리(processing) 회로를 포함하되,
상기 처리 회로는,
채널 임펄스 응답 측정을 계산하고
상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 평균 에너지인 제1 평균 에너지를 계산하고,
검출 임계치를 설정하고,
상기 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 에너지를 상기 검출 임계치와 비교하여, 상기 시간 영역 샘플들 시퀀스 중에서 상기 검출 임계치보다 작은 에너지를 갖는 상기 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트를 식별하고,
상기 시간 영역 샘플들 시퀀스의 상기 제1 하위 세트의 평균 에너지인 제2 평균 에너지를 계산하는 것을 포함하는 잡음 추정 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 검출 임계치를 설정하는 것은,
상기 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 오경보 확률이 10%보다 작은 상기 목표물 오경보 확률에 대응하도록 상기 검출 임계치를 설정하거나,
상기 제1 평균 에너지에 기초하여, 목표물 측정 바이어스가 상기 제1 평균 에너지의 10%보다 작은 상기 목표물 측정 바이어스에 대응하도록 상기 검출 임계치를 설정하는 것을 포함하는 잡음 추정 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 제1 평균 에너지를 계산하는 것은 상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 총 에너지를 계산하는 것을 포함하고,
상기 제2 평균 에너지를 계산하는 것은,
상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 상기 총 에너지와 같도록 중간 에너지 값을 설정하고,
상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 크기와 같도록 중간 샘플 카운트를 설정하고,
상기 제1 하위 세트의 요소가 아닌, 상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 샘플에 대해,
상기 중간 에너지 값으로부터 상기 각 샘플의 에너지를 빼고,
상기 중간 샘플 카운트로부터 상기 각 샘플의 크기를 빼고,
상기 제2 평균 에너지가, 상기 중간 에너지 값의 최종 값을 상기 중간 샘플 카운트의 최종 값으로 나눈 값과 같도록 설정하는 것을 포함하는 잡음 추정 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 제2 평균 에너지를 계산하는 것은,
중간 에너지 값을 0으로 설정하고,
중간 샘플 카운트를 0으로 설정하고,
상기 제1 하위 세트의 요소가 아닌, 상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 샘플에 대해,
상기 중간 에너지 값에 상기 각 샘플의 에너지를 더하고,
상기 중간 샘플 카운트에 상기 각 샘플의 크기를 더하고,
상기 제2 평균 에너지가 분자를 분모로 나눈 값과 동일하도록 설정하는 것을 포함하되,
상기 분자는,
상기 제1 평균 에너지와,
상기 중간 에너지 값의 최종 값 및 상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 크기의 몫의 차이와 같고,
상기 분모는,
1과,
상기 중간 샘플 카운트의 최종 값 및 상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 상기 크기의 몫의 차이와 같은 잡음 추정 시스템.
수신기; 및
처리(processing) 수단을 포함하되,
상기 처리 수단은,
채널 임펄스 응답 측정을 계산하고
상기 채널 임펄스 응답 측정의 시간 영역 샘플들 시퀀스의 평균 에너지인 제1 평균 에너지를 계산하고,
검출 임계치를 설정하고,
상기 시간 영역 샘플들 시퀀스의 각 에너지를 상기 검출 임계치와 비교하여, 상기 시간 영역 샘플들 시퀀스 중에서 상기 검출 임계치보다 작은 에너지를 갖는 상기 시간 영역 샘플들 시퀀스의 제1 하위 세트를 식별하고,
상기 시간 영역 샘플들 시퀀스의 상기 제1 하위 세트의 평균 에너지인 제2 평균 에너지를 계산하는 것을 포함하는 잡음 추정 시스템.