KR20110116537A - Signal estimating apparatus and signal estimating method thereof - Google Patents

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KR20110116537A KR1020100036004A KR20100036004A KR20110116537A KR 20110116537 A KR20110116537 A KR 20110116537A KR 1020100036004 A KR1020100036004 A KR 1020100036004A KR 20100036004 A KR20100036004 A KR 20100036004A KR 20110116537 A KR20110116537 A KR 20110116537A
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Abstract

신호 추정 방법에 개시된다. 신호 추정 방법은, 타켓 신호에 대한 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼(fractional Fourier transform amplitude spectrum)을 측정하는 단계, 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값 및 광역(coarse) 레벨에서 시작하여 정밀(fine) 레벨에서 종결하는 coarse to fine 기법을 이용하는 MACF(maximum-amplitude-based coarse-to-fine) 알고리즘을 적용하여 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 결정하는 단계, 및 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 이용하여 컴팩트한 분수차 푸리에 도메인을 추정하는 단계를 포함한다. 이에 따라 신속하고 효과적으로 컴팩트한 분수차 푸리에 도메인을 추정할 수 있게 된다. Disclosed is a signal estimation method. The signal estimation method includes measuring a fractional Fourier transform amplitude spectrum for a target signal, starting at the maximum value and the coarse level of the fractional Fourier transform spectrum, and ending at a fine level. Determining an optimal transform order of a Fractional Fourier transform (FRFT) by applying a maximum-amplitude-based coarse-to-fine (MACF) algorithm using a coarse to fine technique, and a fractional Fourier transform Estimating a compact fractional Fourier domain using an optimal transform order of FRFT: fractional Fourier transform. This makes it possible to estimate the compact fractional Fourier domain quickly and effectively.

Description

신호 추정 장치 및 그 신호 추정 방법{Signal estimating apparatus and signal estimating method thereof}Signal estimating apparatus and signal estimating method

본 발명은 신호 추정 장치 및 그 신호 추정 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 신호의 최대 증폭 스펙트럼을 이용하여 컴팩트한 분수차 푸리에 도메인을 추정하는 신호 추정 장치 및 그 신호 추정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a signal estimating apparatus and a signal estimating method thereof, and more particularly, to a signal estimating apparatus and a signal estimating method for estimating a compact fractional Fourier domain using a maximum amplification spectrum of a signal.

분수차(부분) 푸리에 변환(fractional Fourier transform)은 David Mendlovic 과 Haldun M.Ozaktas 에 의해 제안된 개념으로서 일반적인 푸리에 변환(ordinary Fourier transform)을 차수가 1인 경우로 간주하고 p번 변환하였을 때 일반적인 푸리에 변환이 되는 변환을 1/p 의 차수를 갖는 분수차 푸리에 변환으로 정의한다.The fractional Fourier transform is a concept proposed by David Mendlovic and Haldun M.Ozaktas, which assumes that the ordinary Fourier transform is of order 1 and is a common Fourier transform The transform to be transformed is defined as a fractional Fourier transform with an order of 1 / p.

일반적인 푸리에 변환은 여러 변화에서 시간적 또는 공간적인 정보를 주파수 영역으로 해석하는 매우 유용한 도구로 사용되고 있다. 분수차 푸리에 변환의 영역을 한층 확장시킨 개념으로서 분수차 푸리에 변환의 영역을 한층 확장시킨 개념으로서 분수차 푸리에 변환을 사용하여 주파수 정보와 시간적 또는 공간적으로 혼합된 정보를 다룰 수 있다. 따라서 분수차 푸리에 변환은 신호처리 영역에서 좀 더 다양한 조작방법을 제공해 줄 것이 기대되며 푸리에 변환에 근거한 여러 가지 변환들에 대해서 분수차 푸리에 변환을 적용하려는 시도가 진행되고 있다. The general Fourier transform is used as a very useful tool for interpreting temporal or spatial information in the frequency domain in various changes. The concept of further expanding the domain of the fractional Fourier transform. The concept of the Fourier transform can be used to handle frequency and temporally or spatially mixed information using the fractional Fourier transform. Accordingly, the fractional Fourier transform is expected to provide a more versatile method in the signal processing domain. Attempts have been made to apply the fractional Fourier transform to various transforms based on the Fourier transform.

한편, 일부 어플리케이션에서는 좀 더 컴팩트한 형태의 신호가 유용하다. 예를 들어, 퓨리에 도메인(Fourier domain)에서 신호를 압축하는 경우, 가장 간단한 방법은 스펙트럼 상에서 매우 큰 크기를 갖는 주파수를 저장하는 것이다. 이 경우, 신호 에너지는 단지 몇몇 컴포넌트 상에 집중될 수 있다. 또한, Stankovie et al.의 최근 조사는 신호를 컴팩트하게 나타내는 것이 Winger 분산의 크로스 항(cross-terms)을 억제하는 성능을 개선하는데 도움이 된다는 것을 증명하였다(V. Namias, "The fractional order Fourier transform and its applications to quantum mechanics," J. Inst. Mathemat. and its Applic., vol. 25, pp. 241-65, 1980).On the other hand, more compact signals are useful in some applications. For example, when compressing a signal in the Fourier domain, the simplest method is to store frequencies with very large magnitudes in the spectrum. In this case, the signal energy can only be concentrated on some components. In addition, a recent investigation by Stankovie et al. Demonstrated that compact representation of the signal helps to improve the performance of suppressing cross-terms of Winger variance (V. Namias, "The fractional order Fourier transform"). and its applications to quantum mechanics, "J. Inst. Mathemat. and its Applic., vol. 25, pp. 241-65, 1980).

한편, FRFT(fractional Fourier transform)는 전형적인 퓨리에 변환의 일반형이다. 더 나아가 다양한 어플리케이션에 대한 기초를 확고히 하는 많은 특성들이 하기의 논문들로부터 도출되었다.Fractional Fourier transform (FRFT), on the other hand, is a common form of typical Fourier transform. Furthermore, many of the characteristics that solidify the foundation for various applications are derived from the following papers.

1. H. M. Ozaktas, Z. Zalevsky, and M. A. Kutay, The Fractional Fourier1.H. M. Ozaktas, Z. Zalevsky, and M. A. Kutay, The Fractional Fourier

Transform: With Applications in Optics and Signal Processing. New York: Wiley, 2001.Transform: With Applications in Optics and Signal Processing. New York: Wiley, 2001.

2. A. C. McBride and F. H. Kerr, On Namias's fractional Fourier transforms, IMA J. Appl. Mathemat., vol. 39, no. 2, pp. 159-175, 1987.2. A. C. McBride and F. H. Kerr, On Namias's fractional Fourier transforms, IMA J. Appl. Mathemat., Vol. 39, no. 2, pp. 159-175, 1987.

3. H. M. Ozaktas et al., "Digital computation of the fractional Fourier transform,"IEEE Trans. Signal Process., vol. 44, pp. 2141-2150, 1996.3. H. M. Ozaktas et al., "Digital computation of the fractional Fourier transform," IEEE Trans. Signal Process., Vol. 44, pp. 2141-2150, 1996.

중요한 점은 신호의 주파수가 시간에 따라 다양해지는 경우 가장 작은 신호 대역폭을 갖는 적어도 하나의 최적의 FRF(fractional Fourier) 도메인이 존재한다는 점이다. 최적 도메인은 신호가 그것의 원점에 중심을 두는 소정(작은) 범위 내에만 존재하는 경우에 컴팩트 도메인이라 불리운다. Importantly, if the frequency of the signal varies over time, there is at least one optimal fractional fourier (FRF) domain with the smallest signal bandwidth. The optimal domain is called the compact domain when the signal is only within a predetermined (small) range centered at its origin.

하지만 실질적으로 컴팩트 FRFT 도메인을 효과적으로 추정하는 것은 쉽지 않다. 압축(compactness) 및 탐색(searching) 전략을 측정하는 기준은 이 작업을 수행하는데 있어 두 가지 중요한 기술이다. Vijaya와 Bhat은 컴팩트 도메인을 계산하기 위해 PRD(percent root-mean-square difference) 기준 및 철저한 탐색을 채용한 반면(C. Vijaya and J. S. Bhat, "Signal compression using discrete fractionalIn practice, however, effectively estimating the compact FRFT domain is not easy. Criteria for measuring compactness and searching strategies are two important techniques for doing this. Vijaya and Bhat employed percent root-mean-square difference (PRD) criteria and exhaustive search to calculate compact domains (C. Vijaya and J. S. Bhat, "Signal compression using discrete fractional

Fourier transform and set partitioning in hierarchical tree," SignalFourier transform and set partitioning in hierarchical tree, "Signal

Process., vol. 86, pp. 1976-1983, 2006), Stankovie et al. 은 이러한 작업을 수행하기 위해 FRF 모멘트를 채용하였다(L. Stankovie, T. Alieva, and M. J. Bastiaans, "Time-freuqency signal analysis based on the windowed fractional Fourier transform," Signal Process., vol. 83, pp. 2459-2468, 2003). Process., Vol. 86, pp. 1976-1983, 2006), Stankovie et al. Employs FRF moments to accomplish this task (L. Stankovie, T. Alieva, and MJ Bastiaans, "Time-freuqency signal analysis based on the windowed fractional Fourier transform," Signal Process., Vol. 83, pp. 2459-2468, 2003).

Serbes 및 Durak 는 최대 분수차 시간-대역폭 비 및 최소 필수-대역폭의 두 가지 기준을 제안하였다(A. Serbes and L. Durak, "Optimum signal and image recovery by the method of alternating projections in fractional Fourier domains,"Commun. Nonlin. Sci. and Numer. Simul., vol. 15, no. 3, pp. 675-689,Mar. 2009). 최적 변환 차수를 찾기 위하여 철저한 탐색 대신에 GA(genetic algorithm)이 Serbes 및 Durak에 의해 채용되었다. 일반적으로 이러한 방법들 중 최고는 시간 소비(time consuming)이다. 이론적으로 모멘트 기반 방법이 빠를지라도 멀티 처프(multichirp) 요소로 구성되는 신호들에 대해서는 파워가 약하다는 문제점이 있다. Serbes and Durak proposed two criteria: maximum fractional time-bandwidth ratio and minimum required-bandwidth (A. Serbes and L. Durak, "Optimum signal and image recovery by the method of alternating projections in fractional Fourier domains," Commun.Nonlin.Sci. And Numer.Simul., Vol. 15, no.3, pp. 675-689, Mar. 2009). Instead of a thorough search to find the optimal conversion order, a GA (genetic algorithm) was employed by Serbes and Durak. In general, the best of these methods is time consuming. Theoretically, although the moment-based method is fast, there is a problem in that power is weak for signals composed of multichirp elements.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 컴팩트 FRFT 도메인을 효과적으로 추정하는 신호 추정 장치 및 그 신호 추정 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a signal estimating apparatus and a signal estimating method for estimating a compact FRFT domain effectively.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 추정 방법은, 타켓 신호에 대한 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼(fractional Fourier transform amplitude spectrum)을 측정하는 단계, 상기 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값 및 광역(coarse) 레벨에서 시작하여 정밀(fine) 레벨에서 종결하는 coarse to fine 기법을 이용하는 MACF(maximum-amplitude-based coarse-to-fine) 알고리즘을 적용하여 상기 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 결정하는 단계 및, 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 이용하여 컴팩트한 분수차 푸리에 도메인을 추정하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, a signal estimation method includes measuring a fractional Fourier transform amplitude spectrum of a target signal, and a maximum of the fractional Fourier amplitude spectrum. Fractional Fourier Transform (FRFT) by applying a maximum-amplitude-based coarse-to-fine (MACF) algorithm that uses a coarse to fine technique starting at the value and coarse levels and ending at the fine level. Determining an optimal transform order of the Fourier transform and estimating a compact fractional Fourier domain using the optimal transform order of the Fractional Fourier transform (FRFT).

여기서, 최적 변환 차수를 결정하는 단계는, 상기 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값을 하기의 수학식 4에 의해 결정하며,Here, the determining of the optimal transform order, the maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum is determined by Equation 4 below,

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 최적 변환 차수를 다음의 수학식에 의해 결정할 수 있다. The optimal conversion order may be determined by the following equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, J(α)는 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값, F는 분수차 푸리에 변환, α는 분수차 푸리에 변환의 차수,αopt는 분수차 푸리에 변환의 최적 차수, f(u)는 타겟 신호를 나타낸다. Where J (α) is the maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum, F is the fractional Fourier transform, α is the order of the fractional Fourier transform, α opt is the optimal order of the fractional Fourier transform, f (u) is the target signal Indicates.

또한, 상기 coarse to fine 기법은, (a) αbegin = 0, αend = 1, △α= △α0로 설정하는 단계, (b) α = { αbegin , △α+αbegin , 2△α+αbegin ,..., αend }로 설정하는 단계, (c) 각각의 α에 대해 입력 신호의 FRFT를 수행하는 단계, (d) 상기 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 αopt 를 획득하는 단계 및, (e) αbegin = max{0, αopt - 0.5△α}, αend = min{1, αopt + 0.5△α}, △α= △α×λ, △α≤ε의 조건이 만족될 때까지 (b) 단계 이후 단계를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the coarse to fine technique, (a) α begin = 0, α end = 1, Δα = Δα 0 , (b) α = {α begin , Δα + α begin , 2 △ α + α begin , ..., α end }, (C) performing FRFT of the input signal for each α, (d) obtaining α opt using Equations 4 and 5, and (e) α begin = max {0, α opt -0.5Δα}, α end = min {1, α opt It may include repeating the step after step (b) until the conditions of + 0.5Δα}, Δα = Δα × λ, Δα ≦ ε.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 추정 장치는, 타켓 신호에 대한 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼(fractional Fourier transform amplitude spectrum)을 측정하는 스펙트럼 측정부, 상기 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값 및 광역(coarse) 레벨에서 시작하여 정밀(fine) 레벨에서 종결하는 coarse to fine 기법을 이용하는 MACF(maximum-amplitude-based coarse-to-fine) 알고리즘을 적용하여 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 결정하는 연산부 및, 상기 결정된 최적 변환 차수를 이용하여 컴팩트한 분수차 푸리에 도메인을 추정하는 신호 추정부를 포함한다.On the other hand, the signal estimation device according to an embodiment of the present invention, the spectrum measurement unit for measuring the fractional Fourier transform amplitude spectrum (target fraction) for the target signal, the maximum value and the wide range of the fractional Fourier amplitude spectrum ( Optimal fractional Fourier transform (FRFT) by applying a maximum-amplitude-based coarse-to-fine (MACF) algorithm that uses a coarse to fine technique starting at the coarse level and ending at the fine level. And an operation estimator for determining a transform order, and a signal estimator for estimating a compact fractional Fourier domain using the determined optimal transform order.

여기서, 상기 연산부는, 상기 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값을 하기의 수학식에 의해 결정하며, Here, the calculation unit, the maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum is determined by the following equation,

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 최적 변환 차수를 다음의 수학식에 의해 결정할 수 있다.The optimal conversion order may be determined by the following equation.

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, J(α)는 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값, F는 분수차 푸리에 변환, α는 분수차 푸리에 변환의 차수,αopt는 분수차 푸리에 변환의 최적 차수, f(u)는 타겟 신호를 나타낸다. Where J (α) is the maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum, F is the fractional Fourier transform, α is the order of the fractional Fourier transform, α opt is the optimal order of the fractional Fourier transform, f (u) is the target signal Indicates.

또한, 상기 coarse to fine 기법은, (a) αbegin = 0, αend = 1, △α= △α0로 설정하는 단계, (b) α = { αbegin , △α+αbegin , 2△α+αbegin ,..., αend }로 설정하는 단계, (c) 각각의 α에 대해 입력 신호의 FRFT를 수행하는 단계, (d) 상기 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 αopt 를 획득하는 단계 및 (e) αbegin = max{0, αopt - 0.5△α}, αend = min{1, αopt + 0.5△α}, △α= △α×λ, △α≤ε의 조건이 만족될 때까지 (b) 단계 이후 단계를 반복하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the coarse to fine technique, (a) α begin = 0, α end = 1, Δα = Δα 0 , (b) α = {α begin , Δα + α begin , 2 △ α + α begin , ..., α end }, (C) performing FRFT of the input signal for each α, (d) obtaining α opt using Equations 4 and 5, and (e) α begin = max {0, α opt -0.5Δα}, α end = min {1, α opt It may include repeating step (b) after the condition of + 0.5Δα}, Δα = Δα × λ, Δα ≦ ε.

이에 따라 신속하고 효과적으로 분수차 푸리에 도메인을 추정할 수 있게 된다. This makes it possible to estimate fractional Fourier domains quickly and effectively.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 추정 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 분수차 푸리에 변환의 물리적 의미를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 coare-to-fine 절차의 메인 아이디어를 도식적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴팩트 도메인에서의 증폭 스펙트럼을 나타내는 도면들이다.
도 6은 컴팩트 도메인에서 집단 신호의 증폭을 나타내는 도면이다.
1 is a block diagram illustrating a configuration of a signal estimating apparatus according to an exemplary embodiment.
2 is a diagram for explaining the physical meaning of the fractional Fourier transform.
3A-3C schematically illustrate the main idea of the coare-to-fine procedure.
4 is a diagram for describing a signal estimation method according to an exemplary embodiment.
5A to 5C are diagrams illustrating amplification spectra in the compact domain according to an embodiment of the present invention.
6 shows amplification of the collective signal in the compact domain.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 추정 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a signal estimating apparatus according to an exemplary embodiment.

도 1에 따르면 본 신호 추정 장치(100)는 스펙트럼 측정부(110), 연산부(120) 및 신호 추정부(130)를 포함한다.According to FIG. 1, the apparatus 100 for estimating a signal includes a spectrum measuring unit 110, a calculating unit 120, and a signal estimating unit 130.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 추정 장치(100)는 분수차 푸리에 변환(Fractional Fourier Transform)을 이용하므로 우선 이에 대해 간략히 설명하도록 한다. Meanwhile, since the signal estimating apparatus 100 according to an exemplary embodiment uses a Fractional Fourier Transform, it will first be briefly described.

분수차 푸리에 변환(Fractional Fourier Transform)은 David Menlovic과 Haldun Ozaktas에 의해 제안된 개념으로서 일반적인 푸리에 변환을 차수가 1 인 경우로 간주하고, α번 변환하였을 때 일반적인 푸리에 변환이 되는 변환을 차수가 1/α인 분수차 푸리에 변환으로 정의한다. The Fractional Fourier Transform is a concept proposed by David Menlovic and Haldun Ozaktas, which considers a typical Fourier transform as the case of order 1, and converts the normal Fourier transform to order 1 / It is defined as the fractional Fourier transform of α.

일반적인 푸리에 변환은 시간 또는 공간 정보를 주파수 영역에서 해석하는 매우 유용한 도구이며, 분수차 푸리에 변환은 일반적인 푸리에 변환의 영역을 한층 확장시킨 개념으로서 이를 사용하여 주파수 정보와 시간 또는 공간 정보가 차수에 따라 적절히 혼합된 정보를 다룰 수 있다. The general Fourier transform is a very useful tool for interpreting temporal or spatial information in the frequency domain, and the fractional Fourier transform is an extension of the general Fourier transform domain, which allows frequency and temporal or spatial information to be appropriately ordered. Can handle mixed information

도 2는 분수차 푸리에 변환의 물리적 의미를 설명하기 위한 도면이다. 2 is a diagram for explaining the physical meaning of the fractional Fourier transform.

일반적으로, 푸리에 변환의 물리적 의미는 시간 도메인 신호에서 주파수 도메인 신호로의 변환이며, 역 푸리에 변환의 물리적 의미는 주파수 도메인 신호에서 시간 도메인 신호로의 변환이다. 이와 유사하게 분수차 푸리에 변환은 시간 도메인 또는 주파수 도메인에서의 신호를 시간 및 주파수 사이의 도메인으로 변환할 수 있다.In general, the physical meaning of a Fourier transform is a transform from a time domain signal to a frequency domain signal, and the physical meaning of an inverse Fourier transform is a transform from a frequency domain signal to a time domain signal. Similarly, a fractional Fourier transform can transform a signal in the time domain or frequency domain into a domain between time and frequency.

도 2에 따르면, 시간 도메인에서의 신호가 사각형태(rectangular) 신호인 경우 주파수 도메인에서 sinc 함수가 될 수 있다. 하지만, 사각형 신호로 분수차 푸리에 변환을 적용하는 경우, 변환 출력은 시간 및 주파수 사이 도메인에 존재하게 된다. According to FIG. 2, when the signal in the time domain is a rectangular signal, it may be a sinc function in the frequency domain. However, when applying a fractional Fourier transform with a square signal, the transform output is in the domain between time and frequency.

스펙트럼 측정부(110)는 타켓 신호에 대한 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼(fractional Fourier transform amplitude spectrum)을 측정하는 기능을 한다.The spectrum measuring unit 110 measures a fractional Fourier transform amplitude spectrum for the target signal.

연산부(120)는 MACF(maximum-amplitude-based coarse-to-fine) 알고리즘을 적용하여 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 결정하는 기능을 한다. 여기서, MACF란 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값 및 광역(coarse) 레벨에서 시작하여 정밀(fine) 레벨에서 종결하는 coarse to fine 기법을 이용하는 알고리즘을 의미한다. 구체적으로, MACF는 신호의 조밀도(compactness)를 측정하기 위해 분수차 퓨리에 진폭 스펙트럼의 최대값을 채용하고, 탐색 프로세스의 속도의 증가시키기 위하여 상대적으로 coarse 레벨에서 시작하여 상대적으로 fine 레벨에서 종결하는 특성을 갖는다. The calculating unit 120 determines the optimal transform order of the Fractional Fourier transform (FRFT) by applying a MACF (maximum-amplitude-based coarse-to-fine) algorithm. Here, MACF means an algorithm using a coarse to fine technique starting at the maximum value and the coarse level of the fractional Fourier amplitude spectrum and ending at the fine level. Specifically, MACF employs a maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum to measure the compactness of a signal, starting at a relatively coarse level and ending at a relatively fine level to increase the speed of the search process. Has characteristics.

한편, MACF 알고리즘에 이용되는 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값은 스펙트럼 측정부(110)에서 측정될 수 있다.Meanwhile, the maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum used in the MACF algorithm may be measured by the spectrum measuring unit 110.

신호 추정부(130)는 연산부(120)에서 결정된 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 이용하여 컴팩트한 분수차 푸리에 도메인을 추정하는 기능을 한다. 여기서, FRFT는 단일 변환이고, 변환 차수에 대해 연속적인 특성을 가질 수 있다.The signal estimator 130 estimates a compact fractional Fourier domain by using an optimal transform order of a fractional Fourier transform (FRFT) determined by the calculator 120. Here, the FRFT is a single transform and may have continuous characteristics for the transform order.

이하에서는 MACF(maximum-amplitude-based coarse-to-fine algorithm)에 대해 자세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the MACF (maximum-amplitude-based coarse-to-fine algorithm) will be described in detail.

우선, MACF에 적용되는 FRFT는 변환 차수 α∈[0,4) 를 갖는 선형 변환이다. 수학적으로, 신호 f(t)를 다음 수학식 1에 의해 (Fα f)(u)로 맵핑한다. First, the FRFT applied to the MACF is a linear transformation having a transformation order α∈ [0,4). Mathematically, the signal f (t) is mapped to (F α f) (u) by the following equation (1).

Figure pat00005
Figure pat00005

변환 커넬, K(.)는 수학식 2와 같이 나타내어진다.The conversion kernel, K (.), Is represented as in Equation (2).

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, j=

Figure pat00007
, n은 정수,
Figure pat00008
는 변환 차수에 대응되는 회전각을 나타내고, exp(.)는 지수 함수이다. Where j =
Figure pat00007
, n is an integer,
Figure pat00008
Denotes a rotation angle corresponding to the conversion order, and exp (.) Is an exponential function.

한편, 본 발명에 관련된 FRFT의 값은 다음을 포함한다.On the other hand, the value of FRFT which concerns on this invention contains the following.

1) 인덱스 규칙 : 모든 α,β에 대해

Figure pat00009
1) Index rule: for all α, β
Figure pat00009

2)

Figure pat00010
는 단일 연산자이며, Parseval의 정리(Parseval's theorem)를 따른다.2)
Figure pat00010
Is a single operator and follows Parseval's theorem.

3)

Figure pat00011
는 주기 4를 갖는다:
Figure pat00012
3)
Figure pat00011
Has cycle 4:
Figure pat00012

수학식 2에 따른 값은 신호의 에너지가 변환 차수에 의존하지 않는다는 것을 나타낸다. 즉, 수학식 3과 같다.The value according to equation (2) indicates that the energy of the signal does not depend on the conversion order. That is, as shown in equation (3).

Figure pat00013
Figure pat00013

따라서, 신호가 분수차 푸리에 도메인에서 compact support를 갖는 경우 대응하는 에너지 스펙트럼은 몇몇의 u에 대해서 큰 값을 갖고, 다른 u에 대해서는 매우 작은 값을 가져야만 한다. 다시 말하면,

Figure pat00014
의 최대값이 클수록 대응하는 분수차 푸리에 도메인이 더 컴팩트해질 수 있다. 또한,
Figure pat00015
이 최대값을 갖는 경우, 대응하는
Figure pat00016
도 최대값이 되어야 한다. 따라서, 신호의 α번째 차수 FRFT의 조밀도를 측정하기 위해 다음 수학식 4와 같은 기준이 적용된다.Thus, if the signal has compact support in the fractional Fourier domain, the corresponding energy spectrum must have a large value for some u and very small for another u. In other words,
Figure pat00014
The larger the maximum of, the more compact the corresponding fractional Fourier domain can be. Also,
Figure pat00015
If this has a maximum value, the corresponding
Figure pat00016
Should also be the maximum value. Therefore, in order to measure the density of the α-th order FRFT of the signal, a criterion as shown in Equation 4 below is applied.

Figure pat00017
Figure pat00017

따라서, 최적 변환 차수는 수학식 5에 의해 획득된다.Thus, the optimal transform order is obtained by equation (5).

Figure pat00018
Figure pat00018

이제 문제는 최적 차수를 얻기 위하여 수 번의 FRFT를 수행할 필요가 있다는 점이다. 이 문제는 수학식 1, 3에 따른 FRFT 값을 이용하여 해결될 수 있다. 후자는 α∈[0,4) 임을 설명한다. FRFT가 시간 주파수 분산 상에서의 회전 동작이기 때문에 α의 범위는 짝수 시메트릭 시그널에 대해 [0,1]로 더 감소될 수 있다. f(t)=f(-t)(t<0)으로 가정할 수 있기 때문에 이러한 결과는 대부분의 실제 신호에 적용된다. 따라서, αopt 값을 정확히 계산하기 위하여 각각의 α에 대해 FRFT를 수행할 필요는 없다. 대체적으로, coarse 레벨에서 시작하여 fine 레벨에서 종결할 수 있다. The problem now is that it is necessary to perform several FRFTs in order to obtain an optimal order. This problem can be solved using FRFT values according to equations (1) and (3). Explain that the latter is α∈ [0,4). Since FRFT is a rotational operation on time frequency variance, the range of α can be further reduced to [0,1] for even symmetric signals. Since we can assume f (t) = f (-t) (t <0), this result applies to most real signals. Thus, α opt It is not necessary to perform a FRFT on each α in order to calculate the value correctly. Alternatively, you can start at the coarse level and end at the fine level.

도 3a 내지 도 3c는 coarse-to-fine 절차의 메인 아이디어를 도식적으로 나타낸다. 3A-3C schematically illustrate the main idea of the coarse-to-fine procedure.

시작점에서 J(α)는 인터벌 [0,1]에 걸쳐 드물게 분산된 α의 값에서 계산된다. 수학식 5에 의해 계산되는 αopt 값 주위의 작은 인터벌 상에서 더 양호한 검색이 행해질 수 있다. 이러한 절차는 획득된 αopt 값이 기정의된 정확도 요구를 만족할 때까지 반복될 수 있다.At the starting point, J (α) is calculated from the values of α which are rarely distributed over the interval [0,1]. Α opt calculated by Equation 5 Better search can be done on small intervals around the value. This procedure is achieved with α opt The value may be repeated until the value satisfies the predefined accuracy requirements.

상술한 MACF 알고리즘은 다음의 5 단계(△α,λ,ε은 1 보다 작은 양수)에 의해 실행될 수 있다. The above-described MACF algorithm can be executed by the following five steps (Δα, λ, ε is a positive number less than 1).

1 단계: αbegin = 0, αend = 1, △α= △α0 Step 1: α begin = 0, α end = 1, Δα = Δα 0

2 단계: α = { αbegin , △α+αbegin , 2△α+αbegin ,..., αend }라 한다.Step 2: α = {α begin , Δα + α begin , 2 △ α + α begin , ..., α end } Is called.

3 단계: 각각의 α에 대해 입력 신호의 FRFT를 수행한다.Step 3: Perform FRFT of the input signal for each α.

4 단계: 수학식 4, 5를 이용하여 αopt 를 찾는다.Step 4: Find α opt using Equations 4 and 5.

5 단계:αbegin = max{0, αopt - 0.5△α}, αend = min{1, αopt + 0.5△α}, △α= △α×λ, △α≤ε가 될 때까지 2 단계로 돌아간다. Step 5: α begin = max {0, α opt 0.5Δα}, α end = min {1, α opt + 0.5Δα}, Δα = Δα × λ, Δα ≦ ε and return to step 2.

상기 5 단계는 다음의 수학식 6에 의해 결정되는 T를 갖는 수많은 T loops에 대해 반복적으로 수행되어야만 한다.Step 5 must be performed repeatedly for a number of T loops having T determined by Equation 6 below.

Figure pat00019
Figure pat00019

여기서, ┌ ┐는 천장 함수(ceiling function)를 의미한다. Here, ┌ 천장 means a ceiling function (ceiling function).

MACF에 의해 요구되는 FRFT의 전체 수는 다음의 수학식 7에 의해 산출된다.The total number of FRFTs required by the MACF is calculated by the following equation.

Figure pat00020
Figure pat00020

여기서, └ ┘는 바닥 함수(floor function)을 의미한다.Here, └ ┘ means floor function.

이산(discrete) FRFT의 계산의 복잡도(computational complexity)가 O(NlogN)을 달성할 수 있기 때문에 FRFT의 계산 복잡도는 O(NFRFT×NlogN)이다. 여기서, N은 이산 신호의 길이이고, NFRFT는 △α0,λ,ε에 의해 결정된다. The computational complexity of a FRFT is O (N FRFT × NlogN) because the computational complexity of discrete FRFTs can achieve O (NlogN). Where N is the length of the discrete signal, and N FRFT is determined by Δα 0 , λ, ε.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for describing a signal estimation method according to an exemplary embodiment.

도 4에 따르면, 우선, 타켓 신호에 대한 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼(fractional Fourier transform amplitude spectrum)을 측정한다(S410).According to FIG. 4, first, a fractional Fourier transform amplitude spectrum of a target signal is measured (S410).

이어서, 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값 및 광역(coarse) 레벨에서 시작하여 정밀(fine) 레벨에서 종결하는 coarse to fine 기법을 이용하는 MACF(maximum-amplitude-based coarse-to-fine) 알고리즘을 적용하여 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 결정한다( S420).Next, we apply a maximum-amplitude-based coarse-to-fine (MACF) algorithm that uses a coarse to fine technique starting at the maximum and coarse levels of the fractional Fourier amplitude spectrum and ending at the fine level. The optimal transform order of the fractional Fourier transform (FRFT) is determined (S420).

이후, 결정된 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 이용하여 컴팩트한 분수차 푸리에 도메인을 추정한다(S430).Subsequently, the compact fractional Fourier domain is estimated using the optimal transform order of the determined fractional Fourier transform (FRFT) (S430).

한편, S420 단계에서는 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값을 상기의 수학식 4에 의해 결정할 수 있다.In operation S420, the maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum may be determined by Equation 4 above.

또한, 최적 변환 차수를 상기의 수학식 5에 의해 결정할 수 있다.In addition, the optimal conversion order can be determined by the above equation (5).

또한, S420 단계에서 적용되는 coarse to fine 기법은, 하기의 (a) 내지 (e) 단계를 포함할 수 있다. In addition, the coarse to fine technique applied in step S420 may include the following steps (a) to (e).

(a) αbegin = 0, αend = 1, △α= △α0로 설정하는 단계(a) α begin = 0, α end = 1, DELTA α = DELTA α 0

(b) α = { αbegin , △α+αbegin , 2△α+αbegin ,..., αend }로 설정하는 단계;(b) α = {α begin , Δα + α begin , 2 △ α + α begin , ..., α end };

(c) 각각의 α에 대해 입력 신호의 FRFT를 수행하는 단계(c) performing FRFT of the input signal for each α

(d) 상기 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 αopt 를 획득하는 단계 (d) obtaining α opt using Equations 4 and 5

(e) αbegin = max{0, αopt - 0.5△α}, αend = min{1, αopt + 0.5△α}, △α= △α×λ, △α≤ε의 조건이 만족될 때까지 (b) 단계 이후 단계를 반복하는 단계(e) α begin = max {0, α opt 0.5Δα}, α end = min {1, α opt (B) repeating step (b) until the condition of + 0.5Δα}, Δα = Δα × λ, Δα≤ε

이하에서는 본 발명에 따른 신호 추정 방법의 시뮬레이션 결과에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the simulation result of the signal estimation method according to the present invention will be described.

Ozakatas et al(H. M. Ozaktas et al., “Digital computation of the fractional Fourier transform,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 44, pp. 2141?2150, 1996.)보고된 이산 FRFT 버젼을 이용하여 매트랩(Matlab)에서 본 발명에 따른 MACF를 실험하였다. Ozakatas et al (HM Ozaktas et al., “Digital computation of the fractional Fourier transform,” IEEE Trans.Signal Process., Vol. 44, pp. 2141-2150, 1996.). Matlab) was tested for MACF according to the present invention.

여기서, 본 발명을 Serbes와 Durak의 GA-EB(GA-based minimum essential-bandwidth) 방법과 비교한다. 이는 후자가 멀티 처프(주파수가 변하는) 요소로 구성되는 신호에 대한 최적의 분수차 푸리에 차수를 추정하는 것이 가능하기 때문이다. Here, the present invention is compared with the GA-EB (GA-based minimum essential-bandwidth) method of Serbes and Durak. This is because it is possible to estimate the optimal fractional Fourier order for a signal whose latter consists of multi-chirp (frequency varying) elements.

t∈[-20, 20] 이고, 샘플링 인터벌이 0.05라고 가정하도록 한다. MACF의 파라미터는 △α0= 0.1, λ= 0.1,ε= 0.01로 설정하고, 최적 변환 순서를 찾기 위하여 33 FRFTs를 수행할 필요가 있음을 알고 있도록 한다.It is assumed that t 20 [-20, 20] and the sampling interval is 0.05. The parameters of the MACF are set to Δα 0 = 0.1, λ = 0.1, ε = 0.01, and it is noted that it is necessary to perform 33 FRFTs to find the optimal conversion order.

우선, 다음 수학식 8에 의해 생성되는 합성 처프 신호(synthetic chirp signal)가 MACF를 평가하는데 적용된다.First, the synthetic chirp signal generated by the following equation (8) is applied to evaluate the MACF.

Figure pat00021
Figure pat00021

여기서, G l (t)=A l (exp-γ l t2)(l=1, 2)는 각 처프 요소에 대한 인벨로프(envelop)이고, c1 및 c2는 처프 레이트(chirp rates), t10, t20은 타임 시프트(time shifts)이다.Where G l (t) = A l (exp-γ l t 2 ) (l = 1, 2) is the envelope for each chirp element, c 1 and c 2 are chirp rates, t 10 , t 20 are time shifts (time shifts).

크기가 큰 증폭의 개수는 다음 수학식 9에 의해 계산되고, MACF의 성능을 평가하는데 적용된다. The number of large amplifications is calculated by the following Equation 9 and applied to evaluate the performance of the MACF.

Figure pat00022
Figure pat00022

여기서, M≤N, ηi∈ {1, 2, ..., N}, (Fα optf)ηi는 신호의 이산 FRFT의 ηi번째 계수이고, E는 수학식 3에 의해 계산되는 신호의 에너지이다.Where M≤N, η i ∈ {1, 2, ..., N}, (F α opt f) η i is the η i th coefficient of the discrete FRFT of the signal, and E is the signal calculated by Equation 3 Is energy.

γ 1 = γ 2 = 1/60로 고정하고, 수학식 8에서 다른 파라미터들 A1, A2, c1, c2, t10, t20이 {0.02, 0, 1/3, 0, 0, 0}, {0.7, 0.3, 1/2, 4/9, 0, 0} 및 {0.7, 0.3, 1/3, 1/3, 0, 5}와 같고, 심플한 처프 신호, 타임 시프트없이 두 개의 처프 요소로 구성된 신호, 두번째 신호가 타임 시프트 5를 갖는 두 개의 처프 요소로 구성된 신호에 각각 대응된다. MACF 및 GA-EB에 의해 획득된 최적 차수는 크기가 큰 진폭의 개수와 함께 표 1에 도시된다. 대응되는 컴팩트 도메인에서 증폭 스펙트럼은 도 5a 내지 5c에 도시된다. fix γ 1 = γ 2 = 1/60, and in Equation 8 the other parameters A 1 , A 2 , c 1 , c 2 , t 10 , t 20 are {0.02, 0, 1/3, 0, 0 , 0}, {0.7, 0.3, 1/2, 4/9, 0, 0} and {0.7, 0.3, 1/3, 1/3, 0, 5}, simple chirp signal, two without time shift A signal consisting of two chirp elements, the second signal corresponding to a signal consisting of two chirp elements each having a time shift of 5. The optimum orders obtained by MACF and GA-EB are shown in Table 1 with the number of amplitudes of large magnitude. The amplification spectra in the corresponding compact domains are shown in FIGS. 5A-5C.

도 5a는 단일 처프 신호의 컴팩트 도메인에서 증폭 스펙트럼을 나타낸다.5A shows the amplification spectrum in the compact domain of a single chirp signal.

도 5b는 타임 시프트를 갖지 않는 멀티 처프 신호의 컴팩트 도메인에서 증폭 스펙트럼을 나타낸다.5B shows the amplification spectrum in the compact domain of a multi-chirp signal without time shift.

도 5c는 타임 시프트를 갖는 멀티 처프 신호의 컴팩트 도메인에서 증폭 스펙트럼을 나타낸다.5C shows an amplification spectrum in the compact domain of a multi-chirp signal with time shift.

Figure pat00023
Figure pat00023

400 개의 샘플을 갖는 실제 집단 반향 위치 측정(echolocation) 처프 신호가 MACF의 효능을 입증하기 위해 이용된다. 최적 차수는 MACF에 대해 0.8222이고, GA-EB에 대해 0.782이다. The actual population echo location chirp signal with 400 samples is used to demonstrate the efficacy of the MACF. The optimal order is 0.8222 for MACF and 0.782 for GA-EB.

도 6은 컴팩트 도메인에서 집단 신호의 증폭을 나타내는 도면이다. 6 shows amplification of the collective signal in the compact domain.

도 6에 따르면, 크기가 큰 계수들의 개수는 MACF에 대해 142이고, GA-EB에 대해 146이다. According to FIG. 6, the number of large coefficients is 142 for MACF and 146 for GA-EB.

표 1로부터 MACF에 대해 추정된 단일 처프 신호의 최적 차수는 이론적인 값과 정확히 동일한 0.6253임을 알 수 있다. 이러한 결과는 크기가 큰 진폭의 개수에 비추어 볼 때, GA-EB가 더 복잡한 탐색 기술 즉, GA를 채용하는데도 불구하고, MACF가 컴팩트 도메인을 발견할 가능성이 더 높다는 것을 의미한다. 또한, 이러한 시뮬레이션은 MACF가 (타임 시프트를 갖거나, 갖지 않는) 싱글 처프 요소와 멀티 처프 요소로 구성되는 신호에 대한 최적 변환 차수를 발견할 수 있다는 것을 나타낸다. It can be seen from Table 1 that the optimal order of the single chirp signal estimated for the MACF is 0.6253, which is exactly equal to the theoretical value. These results indicate that, despite the large number of amplitudes, the MACF is more likely to find a compact domain, despite the fact that GA-EB employs a more complex search technique, GA. In addition, this simulation shows that the MACF can find the optimal conversion order for a signal consisting of single chirp elements (with or without time shift) and multi-chirp elements.

이상과 같이, 본 발명에서 컴팩트한 분수차 푸리에 도메인을 추정하기 위한 MACF 방법이 제시되었다. 계산의 복잡도는 O(NFRFT×NlogN)이고, 시뮬레이션은 NFRFT=33이 충분하다는 것을 보여준다. As described above, the MACF method for estimating the compact fractional Fourier domain has been proposed in the present invention. The complexity of the calculation is O (N FRFT x NlogN), and the simulation shows that N FRFT = 33 is sufficient.

GA-EB(A. Serbes and L. Durak, "Optimum signal and image recovery bythe method of alternating projections in fractional Fourier domains," Commun. Nonlin. Sci. and Numer. Simul., vol. 15, no. 3, pp. 675-689, Mar. 2009)의 계산 복잡도가 O(T1×NlogN)(T1은 GA의 생성 개수)임에도 불구하고, T1의 값은 GA의 파라미터에 크게 의존하는 NFRFT보다 크거나 미만이 될 수 있다. 하지만, MACF에 적용되는 탐색 알고리즘이 매우 간단하기 때문에, 일반적으로 MACF는 GA-EB보다 더 빠르다. 또한, 시뮬레이션은 실제 집단 반향 위치 측정(echolocation) 처프 신호 뿐 아니라 세가지 타입의 합성 신호 상에서 MACF가 최적 분수차 도메인을 발견하는데 있어 더 좋은 성능을 갖는다는 것을 보여준다. GA-EB (A. Serbes and L. Durak, "Optimum signal and image recovery by the method of alternating projections in fractional Fourier domains," Commun. Nonlin. Sci. And Numer. Simul., Vol. 15, no. 3, pp 675-689, Mar. 2009), although the computational complexity is O (T 1 × NlogN) (T 1 is the number of generations of GA), the value of T 1 is greater than or equal to N FRFT , which depends heavily on the parameters of GA. May be less. However, since the search algorithm applied to MACF is very simple, MACF is generally faster than GA-EB. In addition, the simulation shows that MACF has better performance in finding the optimal fractional domain on three types of synthesized signals as well as the actual collective echolocation chirp signal.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiment, the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

110: 스펙트럼 측정부 120: 연산부
130: 신호 추정부
110: spectrum measurement unit 120: calculation unit
130: signal estimator

Claims (6)

타켓 신호에 대한 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼(fractional Fourier transform amplitude spectrum)을 측정하는 단계;
상기 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값 및 광역(coarse) 레벨에서 시작하여 정밀(fine) 레벨에서 종결하는 coarse to fine 기법을 이용하는 MACF(maximum-amplitude-based coarse-to-fine) 알고리즘을 적용하여 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 결정하는 단계; 및
상기 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 이용하여 컴팩트한 분수차 푸리에 도메인을 추정하는 단계;를 포함하는 신호 추정 방법.
Measuring a fractional Fourier transform amplitude spectrum for the target signal;
Fractions by applying a maximum-amplitude-based coarse-to-fine (MACF) algorithm using a coarse to fine technique starting at the maximum and coarse levels of the fractional Fourier amplitude spectrum and ending at the fine level. Determining an optimal transform order of a fractional Fourier transform (FRFT); And
Estimating a compact fractional Fourier domain using an optimal transform order of the fractional Fourier transform (FRFT).
제1항에 있어서,
최적 변환 차수를 결정하는 단계는,
상기 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값을 하기의 수학식에 의해 결정하며,
Figure pat00024

상기 최적 변환 차수를 다음의 수학식에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 신호 추정 방법;
Figure pat00025

여기서, J(α)는 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값, F는 분수차 푸리에 변환, α는 분수차 푸리에 변환의 차수,αopt는 분수차 푸리에 변환의 최적 차수, f(u)는 타겟 신호를 나타낸다.
The method of claim 1,
Determining the optimal conversion order,
The maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum is determined by the following equation,
Figure pat00024

A signal estimating method characterized in that the optimum transform order is determined by the following equation;
Figure pat00025

Where J (α) is the maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum, F is the fractional Fourier transform, α is the order of the fractional Fourier transform, α opt is the optimal order of the fractional Fourier transform, f (u) is the target signal Indicates.
제2항에 있어서,
상기 coarse to fine 기법은,
(a) αbegin = 0, αend = 1, △α= △α0로 설정하는 단계;
(b) α = { αbegin , △α+αbegin , 2△α+αbegin ,..., αend }로 설정하는 단계;
(c) 각각의 α에 대해 입력 신호의 FRFT를 수행하는 단계;
(d) 상기 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 αopt (FRFT의 최적 변환 차수)를 획득하는 단계; 및
(e) αbegin = max{0, αopt - 0.5△α}, αend = min{1, αopt + 0.5△α}, △α= △α×λ, △α≤ε의 조건이 만족될 때까지 (b) 단계 이후 단계를 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 추정 방법.
The method of claim 2,
The coarse to fine technique,
(a) α begin = 0, α end = 1, Δα = Δα 0 ;
(b) α = {α begin , Δα + α begin , 2 △ α + α begin , ..., α end };
(c) performing a FRFT of the input signal for each α;
(d) α opt using Equations 4 and 5 Obtaining (optimal transform order of FRFT); And
(e) α begin = max {0, α opt 0.5Δα}, α end = min {1, α opt Repeating step (b) until the condition of + 0.5Δα}, Δα = Δα × λ, and Δα ≦ ε are satisfied.
타켓 신호에 대한 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼(fractional Fourier transform amplitude spectrum)을 측정하는 스펙트럼 측정부;
상기 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값 및 광역(coarse) 레벨에서 시작하여 정밀(fine) 레벨에서 종결하는 coarse to fine 기법을 이용하는 MACF(maximum-amplitude-based coarse-to-fine) 알고리즘을 적용하여 분수차 푸리에 변환(FRFT:fractional Fourier transform)의 최적 변환 차수를 결정하는 연산부; 및
상기 결정된 최적 변환 차수를 이용하여 컴팩트한 분수차 푸리에 도메인을 추정하는 신호 추정부;를 포함하는 신호 추정 장치.
A spectrum measuring unit measuring a fractional Fourier transform amplitude spectrum of the target signal;
Fractions by applying a maximum-amplitude-based coarse-to-fine (MACF) algorithm using a coarse to fine technique starting at the maximum and coarse levels of the fractional Fourier amplitude spectrum and ending at the fine level. An arithmetic unit for determining an optimal transform order of a fractional Fourier transform (FRFT); And
And a signal estimator for estimating a compact fractional Fourier domain using the determined optimal transform order.
제4항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값을 하기의 수학식에 의해 결정하며,
Figure pat00026

상기 최적 변환 차수를 다음의 수학식에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 신호 추정 장치;
Figure pat00027

여기서, J(α)는 분수차 푸리에 진폭 스펙트럼의 최대값, F는 분수차 푸리에 변환, α는 분수차 푸리에 변환의 차수,αopt는 분수차 푸리에 변환의 최적 차수, f(u)는 타겟 신호를 나타낸다.
The method of claim 4, wherein
The calculation unit,
The maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum is determined by the following equation,
Figure pat00026

A signal estimating apparatus for determining the optimum transform order by the following equation;
Figure pat00027

Where J (α) is the maximum value of the fractional Fourier amplitude spectrum, F is the fractional Fourier transform, α is the order of the fractional Fourier transform, α opt is the optimal order of the fractional Fourier transform, f (u) is the target signal Indicates.
제5항에 있어서,
상기 coarse to fine 기법은,
(a) αbegin = 0, αend = 1, △α= △α0로 설정하는 단계;
(b) α = { αbegin , △α+αbegin , 2△α+αbegin ,..., αend }로 설정하는 단계;
(c) 각각의 α에 대해 입력 신호의 FRFT를 수행하는 단계;
(d) 상기 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 αopt 를 획득하는 단계; 및
(e) αbegin = max{0, αopt - 0.5△α}, αend = min{1, αopt + 0.5△α}, △α= △α×λ, △α≤ε의 조건이 만족될 때까지 (b) 단계 이후 단계를 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 추정 장치.
The method of claim 5,
The coarse to fine technique,
(a) α begin = 0, α end = 1, Δα = Δα 0 ;
(b) α = {α begin , Δα + α begin , 2 △ α + α begin , ..., α end };
(c) performing a FRFT of the input signal for each α;
(d) obtaining α opt using Equations 4 and 5; And
(e) α begin = max {0, α opt 0.5Δα}, α end = min {1, α opt Repeating step (b) until the condition of + 0.5Δα}, Δα = Δα × λ, Δα ≦ ε is satisfied.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108523873A (en) * 2018-01-31 2018-09-14 北京理工大学 Electrocardiosignal feature extracting method based on Fourier Transform of Fractional Order and comentropy

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