KR101196088B1 - 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 동일 채널간 간섭신호 검출 방법 및 장치 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 동일 채널간 간섭신호 검출 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 OFDM 시스템에서의 동일 채널간 간섭 신호를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명은 입력신호에서 간섭신호가 위치할 수 있는 적어도 하나의 주파수 영역에서 상기 입력신호를 필터링하는 제1 필터부와; 적어도 하나의 주파수 영역에서 필터링된 각 신호에 대한 전력을 이용하여 필터링된 신호의 평균 전력을 추정하는 전력 추정부와; 적어도 하나의 주파수 영역에서 필터링된 각 신호에 대한 전력 중 어느 하나와 평균 전력을 이용하여 입력신호에서 간섭신호의 존재 여부를 검출하는 검출부를 포함한다.
OFDM, CCI, Pole

Description

직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 동일 채널간 간섭 신호 검출 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING CO-CHANNEL INTERFERENCE SIGNAL IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE SYSTEM}
도 1은 일반적인 통신 시스템에서 동일 주파수 대역을 사용하는 경우의 채널 간섭 신호를 나타낸 도면
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 간섭 신호 검출 장치를 나타낸 블록도
도 3은 본 발명의 간섭 신호 검출 장치에서 각 블록의 응답 함수를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 간섭 신호 검출 방법을 나타낸 순서도
본 발명은 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiple : OFDM) 시스템에서의 간섭 신호 검출 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 OFDM 시스템에서의 동일 채널간 간섭 신호를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 OFDM 시스템은 방송 및 차세대 이동 통신 분야에서 크게 각광을 받고 있는 기술로 대두되고 있다. OFDM 송신의 기본 원리는 주파수 대역을 많은 수의 부대역(Sub-Band)으로 분할하고, 각 부대역으로 부반송파(sub-carrier)를 전송하는 것이다. 각 부반송파에는 적절한 변조 신호(예를 들어 QAM(Quadrature-Amplitude Modulation)가 실려서 송신이 되며 수신기에서는 이 신호를 복조하기 위하여 다양한 수신 기술을 응용한다. 송신기와 수신기 사이에는 채널이 존재하며 이 채널은 부반송파를 통해 전송되는 변조 신호를 왜곡시켜서 수신을 저해한다. 따라서 일반적으로 채널 추정기를 사용하여 수신신호에 대해 채널을 보상하여 복조를 수행한다.
이러한 OFDM 송신 서비스를 수행하는 주파수 대역에 다른 서비스가 존재하지 않는다면 위에서 설명한 방식으로 충분하다. 그러나 많은 종류의 통신 서비스에 비해 주파수 대역은 항상 협소한 실정이며 대개의 경우 동일 대역에 여러 가지의 신호가 존재하는 경우가 많다. 대표적인 예로서 OFDM을 전송 방식으로 사용하는 DVB-H 서비스의 예를 들 수 있다.
유럽향 DVB-H 방식은 주로 UHF(Ultra High Frequency) 대역을 사용하는데 UHF 대역은 이미 PAL(Phase Alternation Line), SECAM등의 아날로그 TV 신호들이 상존하는 곳이다.
도 1은 동일 주파수 대역을 사용하는 경우의 채널 간섭 신호를 나타낸 도면 이다. 도 1을 참조하면, 대개 PAL/SECAM등의 아날로그 TV신호들은 그림을 전송하는 영상 캐리어(Picture Carrier)(101), 색상 정보를 전송하는 색상 캐리어(Color Carrier)(103), 음성 정보를 전송하는 음성 캐리어(Sound Carrier)(105)등으로 분할이 된다. 이들은 통칭 상호 채널 간섭 신호(Co-Channel Interference : CCI)라고 부른다.
상기 CCI는 아날로그 TV 방송을 송출하는 송출기가 수신기와 가까울수록 강하게 나타난다. 이는 곧 수신기의 위치에 따라 CCI의 전력의 변할 수 있으며 경우에 따라서 매우 클 수도 있지만 경우에 따라서는 거의 영향이 미미할 정도로 작을 수도 있다는 의미이다.
현재 기술로 밴드내(In-Band)에 이미 포함된 CCI 신호의 영향을 최소화하는 방법은 무한 임펄스 응답(Infinite Impulse Response : IIR) 필터등의 제거 필터(Rejection Filter)를 사용하여 CCI가 존재하는 대역의 신호를 제거하는 방법밖에 없는 실정이다. 그러나 CCI 제거 필터(CCI Rejection Filter)의 사용은 곧 일정 수준 이상의 특정 신호(Desired Signal)의 제거를 의미하며 이로 인한 성능 열화가 발생하는 문제점이 있다.
또한 CCI가 존재하지 않는 상황이라면 굳이 CCI 제거 필터를 사용하지 않음으로써 성능 열화를 막을 수 있다. 그리고 반대로 CCI가 존재하는 상황이라면 그 존재를 감지하여 CCI 제거 필터를 동작시켜야 한다. 그러나 CCI의 위치는 TV 표준과 국가마다 그 차이가 있어서 이에 대한 정보가 없다면 CCI 제거 필터를 CCI의 정확한 위치에서 제거(Rejection)를 하는 것이 아니라 순수하게 특정(Desired Signal)만 있는 위치에서 제거(Rejection)를 하는 일이 생길 수 있다. 따라서 CCI의 어느 위치에 존재하는지도 파악하여야 하나 현재까지 어떠한 연구 결과나 발표도 이러한 검출 구조에 대해 자세히 논의된 바가 없어서 이에 대한 적용이 어려운 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 OFDM 방식을 사용하는 방송 시스템에서 동일 채널간의 간섭 신호의 존재 여부 및 위치를 검출하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OFDM 방식을 사용하는 방송 시스템에서 효율적으로 동일 채널간의 간섭 신호의 존재 여부 및 그 위치를 검출하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 OFDM 방식을 사용하는 방송 시스템에서 복잡도를 낮출수 있는 동일 채널간의 간섭 신호 검출 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 입력신호에서 간섭신호가 위치할 수 있는 적어도 하나의 주파수 영역에서 상기 입력신호를 필터링하는 제1 필터부와; 상기 적어도 하나의 주파수 영역에서 필터링된 각 신호에 대한 전력을 이용하여 상기 필터링된 신호의 평균 전력을 추정하는 전력 추정부와; 상기 적어도 하나의 주파수 영역에서 필터링된 각 신호에 대한 전력 중 어느 하나와 상기 평균 전력을 이용하여 상기 입력신호에서 상기 간섭신호의 존재 여부를 검출하는 검출부를 포함한다.
또한, 상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 입력신호에서 간섭신호가 위치할 수 있는 적어도 하나의 주파수 영역에서 상기 입력신호를 필터링하는 단계와; 상기 적어도 하나의 주파수 영역에서 필터링된 각 신호에 대한 전력을 이용하여 상기 필터링된 신호의 평균 전력을 추정하는 단계와; 상기 적어도 하나의 주파수 영역에서 필터링된 각 신호에 대한 전력 중 어느 하나와 상기 평균 전력을 이용하여 상기 입력신호에서 상기 간섭신호의 존재 여부를 검출하는 단계를 포함한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 동일한 채널을 사용하는 방송 시스템에서 동일한 채널을 사용하는 다른 통신망에 의해 발생하는 상호 채널 간섭(Co-Channel Interference : CCI)등과 같은 간섭 신호를 제거하기 위해 상기 간섭 신호의 존재 여부 및 위치를 검출하는 방법 및 장치를 제안한다. 이를 위해 우선 본 발명에 따른 간섭 신호 검출 장치를 설명한 후 그에 따른 간섭 신호를 검출 방법을 설명하기로 한다. 본 발명의 방송 시스템은 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiple : OFDM) 방식을 사용하는 방송 시스템에 적용이 가능하다. 그러나 이하 설명에서는 설명의 편의상 상기 방송 시스템으로 유럽에서 제안한 DVB-H를 위주로 설명하기로 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 간섭 신호 검출 장치(200)를 나타낸 블록도이다. 이에 우선 도 2a를 이용하여 본 발명의 제 1실시예에 따른 간섭 신호 검출 장치(200)를 설명한다. 도 2a를 참조하면, 상기 간섭 신호 검출 장치(200)는 입력 신호에 대해 간섭 신호의 존재 여부 및 위치를 검출하는 간섭 신호 검출부(201)를 포함하며, 상기 검출된 간섭 신호를 이용하여 입력 신호에 대한 간섭 신호를 제거하는 CCI 제거 필터(210)를 더 포함할 수 있다.
상기 간섭 신호 검출부(201)는 상기 CCI 제거 필터(210)의 입력 신호를 받는 CCI 검출 필터(CCI Detection Filter)(203)와, 상기 CCI 검출 필터(203)의 출력 신호에 대해 전력을 계산하는 CCI 전력 추정기(CCI Power Estimator)(203)와, 상기 계산된 CCI 전력값과 소정 임계값을 비교하여 실제 CCI가 존재하는지 여부를 검출하는 검출기(204)를 포함한다.
본 발명의 간섭 신호 검출 장치(200)는 상술한 바와 같이 상기 CCI 제거 필터(210)의 주파수 응답(Frequency Response)이 H(z)라고 하면 CCI 검출 필터(203)는 1-H(z)의 주파수 응답함수를 갖는다. 여기서 상기 1-H(z)는 특정 일부 주파수 대역에서만 대역 통과시키는 대역 통과 필터(Band-Pass Filter : BPF)이고 이 경우 상기 통과 대역(Pass Band)은 영상 캐리어(Picture Carrier) 부근이 된다. 상기 전력 추정기(205)는 입력 신호의 전력을 측정하는 기능을 가진다. 상기 검출기(207)는 측정된 전력을 비교하여 CCI가 있는지 여부를 결정하고, 상기 CCI의 존재 여부 및 캐리어 위치정보가 포함된 CCI 캐리어 톤 정보(CCI Carrier Tone Information)를 상기 CCI 제거 필터(210)에 전송한다. CCI 검출 여부에 하기에서 상세히 설명하므로 여기서는 생략한다.
상기 CCI 검출 필터(203)는 상기 CCI 제거 필터(210)의 주파수 응답 함수가 H(z)이면, 1-H(z)의 주파수 응답함수로 구현된다. 이에 따라 상기 CCI 검출 필터(203)는 일반적으로 구현되는 검출 필터보다 간략히 구현할 수 있게 된다. 일례로 다음의 도 2b에 나타낸 바와 같이 상기 CCI 검출 필터(203)를 가감산기(223)로 구현한 경우, 복잡도를 낮출수 있는 효과가 있다.
상세히 설명하면, 도 2b의 가감산기(223)는 입력 신호와, 상기 CCI 제거 필터(230)의 출력 신호를 궤환시켜 가감함으로써 1-H(z)의 응답함수를 구현할 수 있으므로 복잡도를 낮출수가 있게 된다.
도 3은 본 발명의 간섭 신호 검출 장치(200)에서 각 블록의 응답 함수를 나타낸 도면이다. 상기 CCI 제거 필터(203)의 응답 함수 H(z)가 A와 같은 경우, 상기 검출 필터(203)는 B와 같이 1-H(z)의 주파수 응답을 갖는다. 이 경우 도 3]의 C와 같이 CCI 신호가 없는 입력 신호가 들어오면 CCI 검출 필터(203)를 거친 신호는 상당히 작은 전력을 가진 신호가 된다. 반면 D와 같은 CCI 신호가 있는 입력 신호가 들어온 경우 상기 CCI 검출 필터(203)를 거친 신호는 톤(Tone) 성분이 그대로 유지되어서 더 큰 전력을 가진 신호가 될 것이다. 물론 이때 CCI 신호와 상기 CCI 검출 필터(203)의 통과 대역(Pass Band)가 맞지 않은 경우에는 CCI가 없는 입력 신호보다 오히려 더 작은 전력을 가진 신호가 될 것이다.
이러한 점을 이용하여 CCI의 위치에 따른 몇 가지 후보(Candidate)에 대해서 CCI 검출 필터(203)의 출력 전력들을 이용하여 검출기(205)는 평균전력을 구하고, 상기 평균 전력과 현재 측정한 CCI 검출 필터(203)의 출력 전력을 비교하여 현재 측정한 후보에서의 CCI의 존재 여부를 검출한다. 또한 상기 후보는 아날로그 방송 표준에 따라 정해진 것으로, 방송 방식에 따른 후보를 다음의 <표 1>에 나타내었으므로 참조한다.
Figure 112011074787740-pat00001
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 간섭 신호 검출 방법을 나타낸 순서도이다.
지역마다 아날로그 TV의 주파수나 방식이 다를 수 있지만 DVB-H의 경우에서 보더라도 CCI 캐리어 톤(CCI Carrier Tone)이 위치 할 수 있는 후보들이 존재한다. 이러한 후보들을 n 으로 정의하여 설명한다. 상기 후보들의 일례를 상기 <표 1>에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 상기 간섭 신호 검출부(201)에서 CCI 검출이 시작되면, 우선 403단계에서와 같이 n=1인 첫 번째 후보에 대해서 CCI 검출 필터(203)의 극(Pole)과 주파수 대역(BW)을 결정하게 된다. 그런후 상기 CCI 전력 추정기(205)는 405단계에서 입력 신호에 대해서 CCI 전력을 측정하여 검출동작을 수행한다. 이러한 과정은 n 번째까지 모든 후보에 대해서 파워 측정이 될 때 까지 상기 403단계 및 405단계를 반복하여 수행한다.
여기서 상기 n 번째 후보에 대한 측정 결과를 K(n)이라고 하고, n번째 측정된 파워를 제외한 즉 K(n)을 제외한 각각의 측정된 파워를 모든 평균을 내서 이를 S(n)라 하고, 상기 검출기(207)의 문턱값을 R이라 하면 R(n)은 다음의 <수학식 1>과 같이 나타낸다.
R(n) = S(n)+α
여기서 상기 α는 필드테스트 및 LAB실험에 의해서 결정되는 차이 값을 나타낸다.
이에 대한 동작을 설명하면, 411단계에서 S(n)이 n 번째를 제외한 모든 측정된 전력의 평균을 구한후 상기 413단계에서 상기 <수학식 1>의 문턱값 R(n)을 계산한다. 그런후 최대 우도율(Maximum likelihood)의 원칙에 의해서 실제 가장 가능성이 큰 Max(K(n)), n=0,1,...N-1 만이 의미가 있으므로, 상기 검출기(207)는 가장 큰 Max(K(n)값과 상기 R(n)값을 비교하게 된다. 즉 상기 415단계에서와 같이 Max(K(n)값이 상기 R(n)보다 큰지 확인한다.
상기 Max(K(n)값이 상기 R(n)보다 크면 상기 검출기(207)는 417단계에서와 같이 상기 CCI 제거 필터(210)에 CCI 캐리어 톤 정보를 전달하게 된다. 반면, 상기 Max(K(n)값이 상기 R(n)보다 작으면, 상기 검출기(207)는 419단계에서와 같이 상기 CCI 제거 필터(210)에 현재 CCI가 없다고 알려주게 된다. 421단계에서 CCI 제거 필터(210)는 CCI 존재 여부에 따라 CCI를 제거한다.
상기 실시예에서는 어떠한 후보군이 존재하는지 모르는 경우 사용되는 실시예이다. 다음으로, 초기 검출로 이미 해당 지역에서 어떠한 아날로그 TV 표준이 사용되고 있다는 것을 안다면 이보다 매우 간단하게 구현할 수 있다.
Q{x}는 다음의 <수학식 2>와 같은 함수라고 가정하자.
Figure 112006070099331-pat00002
그러면 위와 같이 후보를 고려할 필요 없이 추정 전력이 임계값을 넘는지 여부만 판단한다. 그런후 본 발명의 시스템 출력은 다음의 <수학식 3>과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112006070099331-pat00003
여기서 상기 I(z)는 입력 신호를 나타낸다.
이와 같이 본 실시예에서는 H(z)와 상기 입력 신호 I(z)만으로 쉽게 본 발명의 검출 시스템의 구현 및 분석이 가능하다.
참고적으로 본 발명의 간섭 신호 검출 장치(200)의 CCI 제거 필터(210)는 상기 검출기(207)로부터 전송된 CCI 캐리어 톤 정보(208)를 이용하여 CCI 부분만 제거하여야 한다. 따라서 상기 CCI 제거 필터(210)는 샤프한(Sharp) 컷오프(Cut-Off)를 가진 필터를 설계하여야 하며 주파수 대역에 따라 CCI의 위치가 다르므로 CCI 제거 필터(210)의 스톱 대역(Stop-Band)도 변경되어야 한다. 따라서 CCI 제거 필터의 설계시 CCI 제거 필터는 그 스톱 대역(Stop-Band)가 가변적으로 바뀔 수 있도록 설계를 되어야 하고 주로 사용되는 IIR 필터로 설계 된다. 이는 스톱 밴드(Stop-Band)는 폴(Pole)의 위치와 대역 폭(Band-Width)에 따라 결정이 되므로 각 IIR 필터는 CCI 캐리어 톤 정보에 포함된 폴(Pole value)와 대역폭(BW value)에 따라서 세팅(Setting)된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이 다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 OFDM 방식을 사용하는 방송 시스템에서 동일 대역에 여러 가지의 신호가 존재하는 경우, CCI를 모르는 경우라도 효율적으로 제거할 수 는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 무선 통신 시스템에서 동일 채널간 간섭 신호를 검출하는 장치에 있어서,
    입력신호에서 간섭신호가 위치할 수 있는 적어도 하나의 주파수 영역에서 상기 입력신호를 필터링하는 제1 필터부와;
    상기 적어도 하나의 주파수 영역에서 필터링된 각 신호에 대한 전력을 이용하여 상기 필터링된 신호의 평균 전력을 추정하는 전력 추정부와;
    상기 적어도 하나의 주파수 영역에서 필터링된 각 신호에 대한 전력 중 어느 하나와 상기 평균 전력을 이용하여 상기 입력신호에서 상기 간섭신호의 존재 여부를 검출하는 검출부를 포함하는 간섭 신호 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필터부는 상기 적어도 하나의 주파수 영역에 대응하여 극(Pole)과 주파수 대역(BW)을 결정하는 것을 특징으로 하는 간섭 신호 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 추정부는 상기 필터링된 신호 중 제N 번째 주파수 영역에서 필터링된 신호에 대한 전력을 제외한 다른 신호들에 대한 전력을 평균하고,
    상기 검출부는 상기 N 번째 주파수 영역에서 필터링된 신호에 대한 전력과 상기 다른 신호들에 대한 평균 전력을 이용하여 상기 간섭신호의 존재 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 간섭 신호 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 N 번째 주파수 영역은 최대 우도율(Maximum likelihood)의 원칙에 의해서 상기 입력신호에서 상기 간섭신호가 위치할 수 있는 가능성이 가장 큰 영역인 것을 특징으로 하는 간섭 신호 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 간섭 신호가 존재하는 경우, 상기 간섭 신호의 위치 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 간섭 신호 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 간섭 신호를 제거하기 위한 제2 필터부를 포함하며,
    상기 제2 필터의 주파수 응답이 H(z)인 경우, 상기 제1 필터의 주파수 응답 은 1-H(z)인 것을 특징으로 하는 간섭 신호 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 입력신호에서 상기 간섭신호가 위치할 수 있는 주파수 영역이 미리 알려져 있는 경우,
    상기 제1 필터부는 해당 주파수 영역에서 상기 입력신호를 필터링하고,
    상기 전력 추정부는 상기 필터링된 신호의 전력을 추정하며,
    상기 검출부는 상기 추정된 전력과 소정의 임계값(th)을 비교하여 상기 간섭 신호가 존재 여부를 검출하고,
    상기 간섭 신호 검출 장치의 출력은 Y(z)인 것을 특징으로 하는 간섭 신호 검출 장치.
    여기서,
    Figure 112011074787740-pat00005
    ,
    Figure 112011074787740-pat00006
    ,
    I(z)는 입력 신호.
  8. 무선 통신 시스템에서 동일 채널간 간섭 신호를 검출하는 방법에 있어서,
    입력신호에서 간섭신호가 위치할 수 있는 적어도 하나의 주파수 영역에서 상기 입력신호를 필터링하는 단계와;
    상기 적어도 하나의 주파수 영역에서 필터링된 각 신호에 대한 전력을 이용하여 상기 필터링된 신호의 평균 전력을 추정하는 단계와;
    상기 적어도 하나의 주파수 영역에서 필터링된 각 신호에 대한 전력 중 어느 하나와 상기 평균 전력을 이용하여 상기 입력신호에서 상기 간섭신호의 존재 여부를 검출하는 단계를 포함하는 간섭 신호 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 필터링하는 단계는 상기 적어도 하나의 주파수 영역에 대응하여 극(Pole)과 주파수 대역(BW)을 결정하는 단계를 포함하는 간섭 신호 검출 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는 상기 필터링된 신호 중 제N 번째 주파수 영역에서 필터링된 신호에 대한 전력을 제외한 다른 신호들에 대한 전력을 평균하는 단계를 포함하며,
    상기 검출하는 단계는 상기 N 번째 주파수 영역에서 필터링된 신호에 대한 전력과 상기 다른 신호들에 대한 평균 전력을 이용하여 상기 간섭신호의 존재 여부를 검출하는 단계를 포함하는 간섭 신호 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 N 번째 주파수 영역은 최대 우도율(Maximum likelihood)의 원칙에 의해서 상기 입력신호에서 상기 간섭신호가 위치할 수 있는 가능성이 가장 큰 영역인 것을 특징으로 하는 간섭 신호 검출 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는 상기 간섭 신호가 존재하는 경우, 상기 간섭 신호의 위치 정보를 출력하는 단계를 포함하는 간섭 신호 검출 방법.
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