본 연구에서는 저주파 생리 신호에서 잡음 억제력을 향상시키고 시간-주파수 해상도를 개선하기 위해 설계된 가중 반복 시간-주파수 복소 변조(Weighted iterative time-frequency complex demodulation, wi-TFCD) 고도 신호처리 알고리즘의 개발과 검증을 제시한다. 우리는 wi-TFCD를 단시간 푸리에 변환(short-time Fourier transform, STFT), 가변 주파수 복소 변조(variable frequency complex demodulation, VFCDM), 기본 반복 TFCD(baseline iterative TFCD, i-TFCD)와 같은 전통적 방법들과 비교 평가하였으며, 이는 가산(additive) 가우시안 백색 잡음에 오염된 합성 시눗파 chirp 신호와 운동 중에 기록된 실제 광용적맥파(photoplethysmography, PPG) 신호를 사용하여 수행하였다. 그 결과 wi-TFCD는 다른 방법들에 비해 일관되게 우수한 성능을 보였으며, 최저 레니 엔트로피(Rényi entropy)와 최고 Stanković 농도(Stanković concentration)를 달성하여 스펙트럼의 압축성 및 명료성이 향상됨을 시사하였다. 시눗파 chirp 신호에서 wi-TFCD는 VFCDM에 비해 레니 엔트로피가 1.29배 낮고 i-TFCD에 비해 1.27배 낮았으며, Stanković 농도는 VFCDM에 비해 3.62배 높고 i-TFCD에 비해 3.01배 높았다. 또한 평균제곱오차(mean square error, MSE)는 VFCDM에 비해 1.29배 낮고 i-TFCD에 비해 1.11배 낮아, 잡음 하에서의 우수한 해상도와 견고성을 입증하였다. 55명의 피험자를 대상으로 한 PPG 기반 심박수(heart rate, HR) 추정에서 wi-TFCD는 평균 절대 오차(mean absolute error, MAE) 4.99 bpm을 달성하였으며, 이는 i-TFCD의 5.19 bpm과 VFCDM의 5.42 bpm에 비해 향상된 결과이다. 이러한 연구 결과는 wi-TFCD가 보다 정밀한 신호 표현과 견고한 생리적 모니터링을 제공함을 확인하며, 동작 인공물과 잡음이 빈번한 웨어러블 헬스 애플리케이션에 유망한 도구임을 시사한다.
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