KR20070053258A

KR20070053258A - 임펄스 노이즈 정정

Info

Publication number: KR20070053258A
Application number: KR1020077006036A
Authority: KR
Inventors: 엠마뉴엘 아만
Original assignee: 딥콩
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-05-23
Also published as: WO2006030282A1; CN101019332A; EP1638211A1; US20080200127A1; TW200629753A; JP2008514080A

Abstract

모바일 환경에서 데이타 전송 신호에 대하여 임펄스 노이즈 성분을 검출하기 위한 방법은, 페이딩 상태에 영향을 받는 입력 신호 레벨을 갖는 복조 신호를 통신 채널 상으로 수신하는 것을 포함하며, 상기 입력 신호 레벨은 임펄스 노이즈 성분 없이도 다양하게 변한다. 상기 방법은 신호의 로버스트 신호(robust signal) 레벨 추정을 획득하기 위한 페이딩 상태 하에서, 입력신호 레벨의 편차를 임펄스 노이즈 성분에 관하여 독립적으로 추정하는 것을 포함하며, 로버스트 신호 레벨 추정과 입력 신호 레벨를 기초로 한 임펄스 노이즈 성분을 검출하는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한 임펄스 노이즈 성분이 검출된 수신 신호의 신호 성분을 제거함으로써, 임펄스 노이즈 성분을 경감시키는 것을 포함한다.

임펄스 노이즈, 페이딩, 로버스트 신호

Description

임펄스 노이즈 정정{Impulse Noise Correction}

본발명은 임펄스 노이즈 정정에 관한 것이다.

직교 주파수 분할 다중(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 또는 직교 부호화 주파수 분할 다중(COFDM, Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 유효 전송채널 대역폭이 서로 직교하면서 중첩되는 다수의 개별 채널들 또는 반송파들로 세분되는 다중 반송파 변조 기술이다. 데이타는 소정 길이를 가지며, 몇개의 반송파 주파수들을 포함하는 심볼의 형태로 전송된다. 이들 OFDM 심볼 반송파 상에서 전송되는 데이타는 종래 방식을 사용하여 그 진폭 및/또는 위상이 인코딩 및 변조될 수 있다.

전송 채널이 고속 페이딩 및 저속 페이딩과 같은 다양한 수신 신호 페이딩 상태가 되기 쉬운 모바일 환경에 있어서, 수신된 신호는 신호 감쇄(degradation)가 된다. 고속 페이딩(Fast fading)이란 다중경로 상에서 서로 간섭하는 직접 및 반사된 신호들에 의한 신호 세기 변화를 의미하고, 저속 페이딩(Slow fading)이란 거리와 지형 영향(terrain effect)에 기인한 신호 세기 변화를 의미한다. 특히 고속 페이딩 신호 세기 변화들은 상대 운동(relative motion), 건물들과 잎과 같은 로컬 스캐터링(local scattering) 물체들, 및 단거리 상의 고속 변화에 기인한다. 저속 페이딩은 더 먼 거리가 포함될 때 지역 평균 신호 세기에 있어서의 변화이다. 매우 랜덤한 환경에서 고속 페이딩은 가우스 분포를 갖으며, 저속 페이딩은 로그 정규 분포를 갖는다.

모바일 환경에서 많은 통신 사나리오들에 직면된 고속 페이딩 상태들을 처리함에 있어서, 대략 신호 캐리어(signal carrier)의 반 파장인 편차(variation)가 영향을 미친다. 즉 600 메가 헤르츠의 에프알 신호(FR signal)에 대해서는 50센티미터가 된다. 사실 이 결과들은 전송기와 수신기 사이의 보강 및 상쇄 다중경로의 중첩에 기인한다. 그러므로 존재하는 수신기들은 고속 페이딩 상태 하에서 수행하는데 있어서 실질적인 감쇄(degradation)들을 방지하기 위하여 자동 이득 제어(AGC, Automatic Gain Contol)를 이용한다. 자동 이득 제어 시스템들은 안정하다고 여겨지는 수신기 입력에서의 신호 이득을 적응시키며, 단순한 임펄스 노이즈 검출기는 임펄스 노이즈를 검출할 수 있다. 다시 말하면 자동 이득 제어(AGC) 시스템들은 대부분의 범위에서 수신기 출력 진폭을 일정하게 유지하려고 하며, 수신기 이득을 입력 레벨에 역비례 하도록 한다.

직교 주파수 분할 다중(OFDM) 데이타 전송 시스템에 관한 기술에서 임펄스 노이즈가 전송채널 상에서 버스트 에러(burst error)을 발생시킬 수 있다는 것은 주지된 사실이다. 임펄스 노이즈 또는 버스트 간섭(burst interference)은 예기치 못한 때에 발생하고, 가령 수 마이크로세컨드와 같이 짧은 시간 동안 지속되어 모든 톤(tone)과 대역(band)에 오류를 발생시킨다.

임펄스 노이즈 효과를 정정하기 위하여, 이전의 시스템들에서는 일정한 신 호 레벨에 비해 높은 레벨을 가지는 신호 샘플을 검출하는 시스템을 이용한다. 그 결과 자동 이득 제어(AGC) 루프가 고속 페이딩을 포함한 모든 유형의 페이딩(fading)에 대해 정확하게 보상할 것을 필요로 한다.

특히 모바일 수신기의 속도가 증가하거나 변할 때, 자동 이득 제어(AGC) 시스템은 단독으로 고속 페이딩 채널 상태들을 효과적으로 보상할 수 없다. 사실 고속 페이딩 상태를 일으키기 쉬운 노이즈 바운드 신호(noise bound signal)들을 정정하기 위한 적재적소의 시스템이 없다면, 채널은 채널 상태 추정(channel state estimations)에서의 오류와 임펄스 노이즈 때문에 수행에 있어서 실질적인 감쇄를 겪게 될 수 있다.

그러므로 임펄스 노이즈 성분을 정정하기 위한 새로운 방법을 개발하고 페이딩 상태하에서 수신된 신호들의 질을 향상시키는 것이 필요하다.

따라서 본발명의 목적은 임펄스 노이즈 정정을 위하여 개선된 방법과 시스템을 제공하는 데 있다.

또 다른 목적의 견지에서, 본발명은 모바일 환경에서 데이타 전송 신호에 관한 임펄스 노이즈 성분을 검출하는 것을 특징으로 한다. 상기에서 상술한 방법은 이하의 단계들을 포함한다.

-임펄스 노이즈 성분이 없어도 입력 신호 레벨이 변하는 곳에서, 페이딩 상태에 영향을 받는 입력 신호 레벨을 갖는 복조된 신호를 통신채널을 통해 수신하는 단계;

-상기 신호의 로버스트 신호(robust signal) 레벨 추정을 획득하기 위하여, 페이딩 상태 하에서 임펄스 노이즈 성분에 관하여 독립적으로 입력 신호 레벨의 편차를 추정하는 단계;및

-로버스트 신호 레벨 추정 및 입력 신호 레벨에 기초하여 임펄스 노이즈 성분을 검출하는 단계.

청구항 제2항에서 기술된 바와 같이, 상기 방법은 임펄스 노이즈 성분이 검출된 수신된 신호의 신호 성분을 제거하여 임펄스 노이즈 성분을 경감하는 단계를 또한 제공한다.

상기에서, 그 방법은 고속 페이딩 상태들을 더 효율적으로 처리하며, 또한 입력 신호 레벨을, 상기 신호 레벨과 일정한 신호 레벨의 편차에 대한 정확한 추정을 제공하도록 채용된 길이를 가지는 시간 간격(I)에 걸쳐서 추정한다.

그러므로 임펄스 노이즈 정정은 수신된 신호의 질을 상당히 개선시킨다.

더욱이 청구항 제5항에서 정의된 방법은 임펄스 노이즈 성분의 검출을 개선시킨다.

뿐만 아니라 본 발명은 상기 방법에 따라서 데이타 전송 신호를 위한 임펄스 노이즈 성분을 검출하는 통신 시스템과 관련되며, 통신 시스템과 관련된 다른 특징들은 종속항들에서 자세히 기술되어 있다.

청구항 제11항에 자세히 기술된 것처럼, 본 발명은 프로세서가 이하의 처리를 가능하게 하는 컴퓨터 판독 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 판독 저장 매체를 포함하는 칩(chip)과 같은 아티클(article)임을 특징으로 한다.

-임펄스 노이즈 성분이 없어도 입력 신호 레벨이 변하는 곳에서, 모바일 환경에서 페이딩 상태에 영향을 받는 입력 신호 레벨을 갖는 복조된 신호를 통신채널 상에서 수신;

-상기 신호의 로버스트 신호(robust signal) 레벨 추정을 획득하기 위하여, 페이딩 상태 하에서 임펄스 노이즈 성분에 관하여 독립적으로 입력 신호 레벨의 편차를 추정;및

-로버스트 신호 레벨 추정에 기초한 임펄스 노이즈 성분과 입력 신호 레벨을 검출.

그 밖에, 상기 아티클(article)의 다른 특징들은 종속항들에서 더 자세히 기술되어 있다.

임펄스 노이즈 정정방법에 관한 이러한 점들과 그외에 다른 점들은 다음의 실시예, 도면들 및 청구항들에 의하여 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 수신 유닛에 관한 모식도.

도 2는 도 1의 수신 유닛의 노이즈 검출부에 관한 모식도.

도 3은 임펄스 노이즈 성분을 정정하는 방법에 관한 흐름도.

도 4는 도 1의 수신 유닛의 또 다른 노이즈 검출부에 관한 흐름도.

도 1에 관하여, 통신시스템(2)은 전송기(4)와 수신유닛(6)을 포함한다. 전송기(4)는 변조파(8)를 수신유닛(6)과 관련된 안테나(10)로 전송한다. 변조파(8)는 수신 안테나(10)에 의해, 수신유닛(6)에서 처리되는 라디오 주파수(RF, Radio Frequency)신호로 변환된다. 수신유닛(6)은 수신기(12), 노이즈 검출부(14), 노이즈 경감부(16), 및 신호 처리부(18)를 포함한다.

변조파(8)는 수신유닛(6)으로 전달되며, 수신유닛(6)의 수신기(12)에 의해 최초로 처리된다. 수신기(12)는 튜너, 증폭기 등과 같은 종래의 신호 처리 시스템들을 포함할 수 있다. 변조파(8)는 또한 수신기(12)에서 A/D 변환된다. 수신기(12)는, x(t)로 정의되며 노이즈 검출부(14)에서 더 많은 처리를 하게 되는 전처리된(pre-processed) 신호(20)를 출력한다. 노이즈 검출부(14)는 상기 신호 값들과는 구별되는 의미 있는 임펄스 노이즈 값을 획득하여 임펄스 노이즈의 검출을 수행한다. 이러한 메커니즘(mechanism)은 도 2에서 더욱 자세히 설명된다. 노이즈 검출부(14)에서, 임펄스 노이즈들은 전처리된(pre-processed) 신호(20)인 x(t)로부터 검출되며, 전처리된 신호(20)와 더불어 노이즈 경감 제어 신호(22)를 출력한다. 이러한 신호들은, 전처리된 신호(20)인 x(t)로부터 임펄스 노이즈 성분을 경감시키거나 제거하는 노이즈 경감부(16)로 차례로 입력된다. 이와같이 임펄스 노이즈 성분이 검출된 수신 신호의 신호 성분을 제거함으로써, 노이즈 제거신호(24, noise free signal)가 출력된다. 노이즈 제거 신호(24)는 그 다음으로 높은 레벨의 신호 처리를 위해서 신호 처리부(18)로 보내진다.

도 2와 관련하여, 노이즈 검출부(14)는 수신기(12)로부터 전처리된 신호(20)인 x(t)를 수신한다. 노이즈 검출부(14)는 신호 샘플링부(30), 로버스트 레벨 추정 회로(32, robust level estimate circuit), 및 노이즈 검출 회로(34)를 포함한다. 전처리된 신호(20)인 x(t)가 신호 샘플링부(30)에 의해 샘플링된 후에, 샘플된 신호(36)은 로버스트 레벨 추정 회로(32)로 입력된다.

특히 로버스트 레벨 추정 회로(32)는 편이(deviation)에 대한 무감도(insensitivity), 즉 추정된 분포를 벗어나는 상태 또는 정규스펙을 벗어나는 모델에 견디도록 적응된 회로이다. 그러므로 로버스트 레벨 추정 회로(32)는 샘플링된, 예를 들어, 작은 시간 간격(I)로 샘플링된 x(t)의 레벨 편차를 추정한다. 이 경우에 샘플된 신호(36)를 표현한다면, P(I)는 샘플된 신호(36) 레벨 평균의 제곱근인, |x(t)|²으로 표현된다. 또한 시간 간격(I)의 길이는 대부분의 정확한 추정이 가능하도록 충분히 크면서, 한편으로는 |x(t)|²의 레벨이 시간간격(I)에 대해 일정하게 유지되도록 충분히 작다. 로버스트 레벨 추정 회로(32)에서, 추정을 위한 계산은 x(t)인 신호(20)의 임펄스 노이즈 성분에 대하여 로버스트 해져야 한다. 이는 샘플된 신호인 x(t)가 임펄스 노이즈 성분에 의해 손상될 때 그 추정은 충분히 영향을 받지 않아야 한다는 것을 의미한다. 추정 산정값으로부터, 주어진 임계값(threshold) 보다 높은 값들을 제거하는 것과 같이, 로버스트한 추정을 하기 위한 테크닉 또는 임펄스 노이즈 위치에 관하여 단순히 러프한(rough) 추정을 하고 샘플된 신호(36) 산정값으로부터 이러한 점들을 제거하는 테크닉과 같은 다른 테크닉들이 적용될 수도 있다.

그러므로 로버스트 레벨 추정 회로(32)는 고속 페이딩 상태하에서 임펄스 노이즈 성분으로부터 독립적으로 전처리(pre-processed)된 신호(20) 레벨 편차에 대 한 추정을 수행한다. x(t) 신호(20)의 로버스트 신호 레벨 추정에서의 결과는 P(I)가 된다. 그 후로 노이즈 검출 회로(34)는 로버스트 신호 레벨 추정인 P(I)와 x(t) 신호(20)에 기초하여 임펄스 노이즈 성분을 검출하며, 추가적인 처리를 위하여 노이즈 경감부(16)로 보내지는 노이즈 경감 제어 신호(22)인 D(t)를 출력한다. 또한 x(t) 신호(20)는 26번째 라인에 기재된 바와 같이 노이즈 경감부(16)로 출력되어, 그 결과 임펄스 노이즈 성분은 제거되고 노이즈 제거 신호(24)가 처리될 수 있다.

상기 도 1과 도 2를 연결하는데 이용된 검출 알고리즘의 구조는 검출 함수 D(t)를 x(t)인 신호(20)에서 임펄스 노이즈 성분에 관한 확률로서 정의하는 것을 포함한다. 검출 함수 D(t)는 x(t) 신호(20)를 임계값과 비교함으로서 결정된다. x(t) 신호(20)가 주어진 임계값 A보다 더 크거나 또는 더 작음에 따라, 검출 함수 D(t)는 x(t) 신호(20)의 신호 에너지가 임펄스 노이즈 성분을 가지고 있는지를 표시할 수 있다. 다시 말해서 만약 |x(t)| > A 이면 검출 함수 D(t) = 1 의 값을 가지게 되고 그렇지 아니하면 D(t) = 0 의 값을 갖는다.

도 2에 관하여, 만약 로버스트 레벨 추정 회로(32)에서 발생 된 로버스트 신호 레벨 추정, P(I)가 이제는 노이즈 경감 제어 신호(22)를 결정하는데 고려되어 진다면, 상기에서 설명된 알고리즘은 추가로 개량되고 조정된다. 만약 |x(t)| > A·P(I), 즉 적응된 임계값이면 검출 함수 D(t) = 1 의 값을 갖고, 그렇지 아니하면 D(t) = 0 의 값을 갖는다. 또한 만약 |x(t)| / P(I) > A이면 D(t) = 1 이 되고 그렇지 아니하면 D(t) = 0 의 값을 갖는다. 결과적으로 |x(t)| 는 P(I)를 사용하여 정규화된다.

도 3에서 임펄스 노이즈를 정정하기 위한 방법(40)이 설명되어 있다. 방법(40)에서, 신호 시간 간격이 단계(42)의 특정한 시간 간격 동안에 신호 레벨을 추정하기 위해 적용된다. 그 결과로서 신호 레벨 x(t)가 생성된다. 다음으로 생성된 신호인 x(t)를 입력으로 이용하여, 단계(44)에서 로버스트 신호 레벨 추정이 계산된다. 그 결과 출력은 신호의 로버스트 레벨이다. 이것은 단계(46)에서 임펄스 노이즈 성분을 검출하기 위해 차례대로 이용된다. 여기서 검출 알고리즘은 시간에 대한 함수인 신호의 임펄스 노이즈 성분의 존재에 관한 확률로 정의된 검출 함수를 이용한다. 결과적으로 검출 단계(46)의 출력으로 임펄스 노이즈 검출 값을 생성한다.

만약 입력 노이즈 검출 값이 검출되었다면(단계48), 임펄스 노이즈 성분은 임펄스 노이즈 제거 단계(50)에서 제거된다. 그 후에 방법(40)은 신호 레벨을 추정하기 위하여(단계42) 다음 신호의 시간 간격을 입력하여 계속 수행된다. 반면에 임펄스 노이즈 검출 값이 검출되지 않는다면(단계52), 방법(40)은 단계(42)로 바로 진행된다.

많은 추가적인 실시예들이 이용가능하다. 예를 들면 도 4와 관련하여, 또 다른 노이즈 검출부(70)는 도 2에서의 노이즈 검출부(14)와 유사하다. 이러한 노이즈 검출부(70)에서, 노이즈 검출 회로(72)는 x(t) 신호(74)와 노이즈 경감부(78)에 의해 생성된 임계값(76)에 기초한 임펄스 노이즈 성분을 검출한다. 노이즈 경감부(78)는 x(t) 신호(74)에서의 임펄스 노이즈 성분인, D(t)라고 정의되는 노이즈 제거 신호(80)를 생성한다. 즉 임계값(76)은, x(t) 신호(74)와 노이즈 경감부(78)에서 생성된 노이즈 제거 신호 값을 비교하는데 이용되며, 그 결과 임펄스 노이즈 성분의 검출은 이러한 피드백 메커니즘에 의해 더 정확하게 수행될 수 있다. 결과적으로 노이즈 검출부(70)는 모바일 환경에서 신호들의 임펄스 노이즈 성분의 검출을 더 세밀하게(refine) 할 수 있다.

뿐만 아니라 상기에서 설명된 방법과 시스템은 특정의 검출 알고리즘을 사용하지만, 다른 검출 함수들도 사용될 수 있다.

Claims

모바일 환경에서 데이타 전송 신호의 임펄스 노이즈 성분을 검출하는 방법에 있어서,

페이딩 상태에 영향을 받으며 임펄스 노이즈 성분의 존재 없이도 변하는 입력 신호 레벨을 갖는 복조 신호를 통신채널 상에서 수신하는 단계(42);

상기 신호의 로버스트 신호(robust signal) 레벨 추정을 획득하기 위하여 페이딩 상태 하에서 임펄스 노이즈 성분의 입력 신호 레벨 편차를 독립적으로 추정하는 단계(44);및

로버스트 신호 레벨 추정 및 상기 입력 신호 레벨에 기초하여 임펄스 노이즈 성분을 검출하는 단계(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항의 방법에 있어서, 임펄스 노이즈 성분이 검출된 수신 신호의 신호 성분을 제거하여 임펄스 노이즈 성분을 경감하는 단계(50)를 더 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항의 방법에 있어서, 상기 페이딩 상태는 고속 페이딩 상태(fast fading condition)를 포함하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 있어서, 상기 입력 신호 레벨(x(t))의 편차를 추정하는 단계(44)는, 신호 레벨과 일정한 신호 레벨의 편차 에 관하여 정확한 추정을 제공하도록 채용된 길이를 갖는 시간 간격(I)에 걸쳐 입력 신호 레벨(x(t))을 추정하는 단계를 포함하는 방법.
제4항의 방법에 있어서, 상기 임펄스 노이즈 성분의 검출 단계(46)는 상기 임펄스 노이즈 성분의 존재에 관한 확률(D(t))을 상기 시간 간격(I)에 걸쳐 상기 로버스트 신호 레벨 추정(robust signal level estimate, p(t))을 이용하여 계산하는 검출 알고리즘을 정의하는 단계를 포함하는 방법.
모바일 환경에서 데이타 전송 신호를 위한 임펄스 노이즈 성분을 검출하는 통신 시스템에 있어서,

페이딩 상태에 영향을 받으며 임펄스 노이즈 성분의 존재 없이도 변하는 입력 신호 레벨을 갖는 복조 신호를 통신채널 상에서 수신하는 수신유닛(6);을 포함하며 상기 수신 유닛은

상기 신호의 로버스트 신호 레벨 추정을 획득하기 위하여, 페이딩 상태 하에서 수신된 복조 신호에서 임펄스 노이즈 성분의 입력 신호 레벨의 편차를 독립적으로 추정하는 로버스트 레벨 추정 회로(32) 및 로버스트 신호 레벨 추정과 입력 신호 레벨에 기초하여 임펄스 노이즈 성분을 검출하는 검출부 회로(34)를 구비하는 노이즈 검출부(14)를 포함하는 통신시스템.
제6항의 통신 시스템에 있어서, 임펄스 노이즈 성분이 검출된 수신 신호의 신호 성분을 제거하여 임펄스 노이즈 성분을 줄이는 노이즈 경감부(16)를 더 포함하는 통신 시스템.
제6항 또는 제7항의 통신 시스템에 있어서, 상기 페이딩 상태는 고속 페이딩 상태인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항의 통신 시스템에 있어서, 상기 로버스트 레벨 추정 회로(32)는 신호 레벨과 일정 신호 레벨의 편차에 대한 정확한 추정을 제공하기 위하여 채용된 길이를 가지는 시간 간격(I)에 걸쳐서 상기 입력 신호 레벨을 추정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제9항의 통신 시스템에 있어서, 상기 검출부(34)는 상기 임펄스 노이즈 성분의 존재에 관한 확률(D(t))을 상기 시간 간격(I)에 걸쳐서 상기 로버스트 신호 레벨 추정(robust signal level estimate, p(t))을 이용하여 계산하는 검출 알고리즘을 정의하는 통신 시스템.
프로세서에 의해 실행될 때 상기 프로세서가 하기 동작을 수행하도록 하는 컴퓨터 기록 매체에 저장된 지시 순서를 가지는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 아티클에 있어서, 상기 프로세서는,

모바일 환경에서 페이딩 상태에 영향을 받으며 임펄스 노이즈 성분이 없어도 변하는 입력 신호 레벨을 갖는 복조 신호를 통신채널 상에서 수신(42)하고;

상기 신호의 로버스트 신호 레벨 추정을 획득하여 페이딩 상태 하에서 임펄스 노이즈 성분의 입력 신호 레벨 편차를 독립적으로 추정(44)하여;

상기 로버스트 신호 레벨 추정 및 상기 입력 신호 레벨에 기초하여 상기 임펄스 노이즈 성분을 검출(46)하는 아티클.
제11항의 아티클에 있어서, 상기 지시 순서(the sequence of instructions)는 프로세서가 임펄스 노이즈 성분이 검출된 수신 신호의 신호 성분을 제거하여 임펄스 노이즈 성분을 경감(50)시키도록 하는 아티클.
제11항 또는 제12항의 아티클에 있어서, 상기 페이딩 상태는 고속 페이딩 상태인 아티클.